회전식 베인 압축기 및 이의 제조 방법

회전식 베인 압축기 및 이의 제조 방법{REVOLVING VANE COMPRESSOR AND METHOD FOR ITS MANUFACTURE }

본 발명은 "회전식 베인 압축기"라는 발명의 명칭의 2007년 6월 28일에 출원된 국제 특허 출원 제 PCT/SG2007/000187호를 참조 문헌으로 구성한다.

본 발명은 회전식 베인 압축기 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 전적으로는 아니지만 베인이 실린더와 로터들 중 하나에 대해 고정되는 회전식 베인 압축기 및 방법에 관한 것이다.

정의

본 명세서 전반에 걸쳐, 압축기에 대한 도면부호는 펌프에 대한 도면부호를 포함하는 것으로 고려되어 진다.

압축기의 성능에 영향을 미치는 주요한 요인들 중 하나는 압축기의 기계적 효율이다. 예를 들어, 왕복운동식 피스톤-실린더 압축기는 우수한 기계적 효율을 나타내지만, 왕복운동으로 인해 상당한 진동과 소음의 문제점이 야기된다. 이러한 문제점을 방지하기 위하여, 로터리 압축기가 개발되어졌으며, 로터리 압축기는 이의 설계의 컴팩트화 및 낮은 진동으로 인해 보다 널리 이용된다. 그러나, 이러한 로터리 압축기의 부품들은 미끄럼 접촉을 하며, 통상적으로 속도가 커서 마찰 손실이 커진다. 이는 로터리 압축기의 효율과 내구성을 제한한다.

로터리 미끄럼식 베인 압축기 내에서, 로터와 베인 팁은 고속으로 실린더 내부에 대해 접촉하여 큰 마찰 손실을 야기한다. 유사하게, 롤링-피스톤 압축기 내에서, 롤링 피스톤은 편심기 및 실린더 내부에 대해 접촉하여 상당한 마찰 손실을 야기한다.

로터리 압축기 내에서 접촉하는 부품들의 상대 속도가 효과적으로 감소된다면, 이러한 로터리 압축기의 성능과 내구성은 개선되어질 수 있다.

본 발명의 일 양태에 따라서 회전식 베인 압축기가 제공되며, 상기 회전식 베인 압축기는 실린더의 종방향 회전축을 가진 실린더를 포함하고, 로터의 종방향 회전축을 가지며 실린더 내에 장착된 로터를 포함하고, 상기 로터의 종방향 축과 실린더의 종방향 축은 로터와 실린더 사이에 상대 운동을 위해 서로 이격되며, 실린더와 로터를 함께 회전시키기 위해 슬롯 내에 작동가능하게 맞물린 베인을 포함하고, 상기 베인은 로터와 실린더를 함께 회전시키기 위해 슬롯에 대해 2-자유도 움직임에 따라 슬롯 내에 장착된다.

본 발명의 그 외의 다른 일 양태에 따라 회전식 베인 압축기가 제공되며, 상기 회전식 베인 압축기는 슬롯에 대한 움직임을 위해 슬롯 내에 작동가능하게 맞물린 베인을 포함하고, 상기 슬롯은 미끄럼 움직임과 피벗회전 움직임이 동시에 가능하도록 형태가 형성된다.

추가 실례의 양태는 실린더, 상기 실린더 내에 장착된 로터 및 실린더와 로터를 함께 회전시키기 위하여 슬롯에 대해 움직이도록 슬롯 내에 작동가능하게 맞물린 베인을 포함하는 회전식 베인 압축기를 제공한다. 상기 베인은 로터와 실린더중 하나의 일부분을 포함한다. 베인은 실린더와 로터중 하나와 고정되게 부착되거나 또는 이와 일체 구성된다. 슬롯은 로터와 실린더 중 그외의 다른 하나 내에 형성된다.

추가 그 외의 실례의 양태에 따라서, 회전식 베인 압축기는 슬롯에 대한 움직임을 위해 슬롯 내에 작동가능하게 맞물린 베인을 포함하고, 상기 슬롯은 내측 부분, 좁은 넥 부분을 형성하는 중간 부분 및 확대된 외측 단부 부분을 포함하고, 상기 좁은 넥 부분은 베인과의 헐거운 끼워 맞춤 부분(clearance fit)을 가지며, 좁은 넥 부분은 슬롯에 대한 베인의 미끄럼 운동 및 비-미끄럼 운동을 위한 피벗을 포함한다.

그 외의 다른 실례의 양태에 따르는 회전식 베인 압축기는 실린더의 종방향 회전축을 가진 실린더를 추가로 포함하며, 로터의 종방향 회전축을 가지며 실린더 내에 장착된 로터를 추가로 포함하고, 로터의 종방향 축과 실린더의 종방향 축은 로터와 실린더 사이에 상대 운동을 위해 서로 이격되며, 실린더와 로터를 함께 회전시키시 위해 슬롯 내에 작동가능하게 맞물린 베인을 추가로 포함하고, 이러한 움직임은 로터와 실린더를 함께 회전시키기 위해 2-자유도 움직임을 포함한다.

추가 실례의 양태의 회전식 베인 압축기에 대해, 실린더는 실린더의 종방향 회전축을 가질 수 있고, 로터는 로터의 종방향 회전축을 가질 수 있다. 로터의 종방향 축과 실린더의 종방향 축은 로터와 실린더 사이의 상대 운동을 위해 서로 이격될 수 있다. 베인과 슬롯은 서로에 대한 움직임이 가능하다. 이러한 움직임은 2-자유도 움직임을 포함할 수 있다.

추가 실례의 양태에 따른 회전식 베인 압축기는 실린더의 종방향 회전축을 가진 실린더를 추가로 포함할 수 있고, 로터의 종방향 회전축을 가지며 실린더 내에 장착된 로터를 추가로 포함할 수 있다. 상기 로터의 종방향 축과 실린더의 종방향 축은 로터와 실린더 사이에 상대 운동을 위해 서로 이격될 수 있다. 베인은 실린더와 로터를 함께 회전시키기 위하여 슬롯 내에 작동가능하게 맞물린다. 미끄럼 및 비-미끄럼 움직임(non-sliding movement)은 2-자유도 움직임을 포함할 수 있다.

슬롯은 실린더 내에 형성될 수 있으며, 베인은 로터의 일부분을 포함할 수 있다. 대안으로, 슬롯은 로터 내에 형성될 수 있고, 베인은 실린더의 일부분을 포함할 수 있다.

베인은 로터 또는 실린더에 고정되게 부착되거나 또는 이와 일체 구성될 수 있다.

2-자유도의 움직임은 미끄럼 움직임과 피벗회전 움직임을 포함할 수 있다.

슬롯은 내측 부분, 좁은 넥 부분(narrow neck)을 형성하는 중간 부분 및 확대된 외측 단부 부분을 포함할 수 있다. 상기 좁은 넥 부분은 베인과의 헐거운 끼워 맞춤 부분(clearance fit)을 가질 수 있다. 좁은 넥 부분은 슬롯에 대한 베인의 비-미끄럼 운동을 위한 피벗(pivot)을 포함할 수 있다. 내측 부분은 모따기될 수 있다(chamfer). 내측 부분과 중간 부분은 매끄러운 곡선(smooth curve)을 형성할 수 있다. 확대된 외측 단부 부분은 볼록하게 형성될 수 있다. 베인과 넥 부분 사이의 피벗회전 접촉부는 밀봉부(seal)를 형성할 수 있다. 로터와 실린더들 중 하나는 구동 샤프트에 작동가능하게 연결될 수 있다. 이러한 작동 가능한 연결은 구동 샤프트에 고정되게 연결되거나 또는 이와 일체 구성되는 것들 중 하나일 수 있다.

실례의 양태에 따라, 상기 언급된 바와 같이 회전식 베인 압축기를 제조하기 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은 원재료의 단일의 피스로부터 전방 베어링 쌍과 후방 베어링 쌍을 제조하는 단계를 포함하고, 전방 베어링 쌍과 후방 베어링 쌍의 정확한 정렬을 위해 필요한 전방 베어링 쌍과 후방 베어링 쌍의 모든 특징부(feature)들이 동시에 형성된다. 전방 베어링 쌍과 후방 베어링 쌍의 특징부들은 실린더 베어링과 로터 베어링을 각각 포함할 수 있다.

실례의 양태에 따라, 상기 언급된 바와 같이 회전식 베인 압축기를 제조하기 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은 원재료의 단일의 피스로부터 실린더와 실린더 엔드 플레이트를 제조하는 단계를 포함하고, 실린더와 실린더 엔드 플레이트의 정확한 정렬을 위해 필요한 실린더와 실린더 엔드 플레이트의 모든 특징부들이 동시에 형성된다. 실린더와 실린더 엔드 플레이트의 특징부들은 단부 면과 원통형 저널을 포함할 수 있다.

상기 실례의 양태에 따라서, 원재료는 원재료의 회전축과 원재료의 무게 중심이 정렬되도록 기계가공되며, 이에 따라 동적 밸런싱이 구현되어 진동이 감소된다.

도 1은 실례의 실시예의 전방 단면도.
도 2는 도 1의 실례의 실시예의 측면 단면도.
도 3은 도 1 및 도 2의 실례의 실시예의 작동 사이클을 도시하는 일련의 도면.
도 4는 도 1 내지 도 3의 실례의 실시예의 베인-슬롯 연결을 도시하는 확대도.
도 5는 그 외의 다른 실례의 실시예의 도 1에 대응하는 도면.
도 6은 도 5의 그 외의 다른 실례의 실시예의 도 2에 대응하는 도면.
도 7은 도 5 및 도 6의 그 외의 다른 실례의 실시예의 작동 사이클을 도시하는 일련의 도면.
도 8은 추가 실례의 실시예의 도 4에 대응하는 도면.
도 9는 제조 공정 이후 실례의 실시예의 도 1에 대응하는 도식적인 도면.
도 10은 제조 공정에서 제 1 단계를 도시하는 도면.
도 11은 제조 공정에서 제 2 단계를 도시하는 도면.
도 12는 제조 공정에서 제 3 단계를 도시하는 도면.
도 13은 제조 공정에서 제 4 단계를 도시하는 도면.
도 14는 제조 공정에서 제 5 단계를 도시하는 도면.
도 15는 제조 공정에서 제 6 단계를 도시하는 도면.
도 16은 제조 공정에서 제 7 단계를 도시하는 도면.
도 17은 제조 공정에서 제 8 단계를 도시하는 도면.
도 18은 제조 공정에서 제 9 단계를 도시하는 도면.

도 1 내지 도 4에 관해 언급하면, 베인(vane, 12), 로터(rotor, 14) 및 실린더(cylinder, 16)를 가진 회전식 베인 압축기(revolving vane compressor, 10)가 도시된다. 베인(12)은 로터(14)와 일체 구성되거나 또는 이에 고정된다. 이에 따라 부품들의 개수가 줄어드는 장점이 제공된다. 베인(12)은 필요 시 로터(14)와 함께 제조될 수 있다. 베인(12)은 실린더(16) 내에서 블라인드 슬롯(blind slot, 18) 내에 맞물린다. 베인(12)은 슬롯(18) 내에 미끄럼(sliding) 및 피벗회전 끼워맞춤되고(pivotal fit), 미끄럼 및 피벗회전 방식으로 동시에 움직일 수 있도록 슬롯(18) 내에 배열된다. 베인(12)과 로터(14)는 실린더(16) 내에 수용된다. 베인(12)의 헤드(20)는 로터(14)의 외측 표면(22)과 일체구성되거나 또는 이에 고정되게 연결된다. 슬롯(18)은 실린더(16)의 측면 벽(24)이 내측 표면(23)에 배열되며, 측면 벽(24)은 원통형이고 로터(14)의 직경보다 상대적으로 크다. 이에 따라 베인(12)은 실린더(16)로 확고하게 부착된다.

로터(14)는 제 1 종방향 축(26) 주위에서 회전하도록 장착되고, 실린더(16)는 제 2 종방향 축(28) 주위에서 회전하도록 장착된다(도 2). 2개의 축(26, 28)은 로터(14)와 실린더(16)가 편심을 이루어 조립되도록 이격되고 평행하게 배열된다. 따라서, 로터(14)와 실린더(16)가 회전하는 동안, 측면 벽(24)의 내측 표면(23)과 로터(14)의 외측 표면(22) 사이에 선형 접촉부(line contact, 30)가 항시 형성된다. 로터(14)와 실린더(16) 모두는 저널 베어링 쌍(journal bearing pair, 32)에 의해 개별적으로 그리고 동심을 이루는 상태로 지지된다. 로터(14)와 실린더(16)는 각각 이의 종방향 축(26, 28) 주위에서 회전가능하고, 2개의 축(26, 28)은 또한 회전축이다.

구동 샤프트(34)는 로터(14)와 작동가능하게 연결되거나 또는 이와 일체 구성되며, 바람직하게 로터(14)와 동축을 이룬다. 구동 샤프트(34)는 로터(14)에 대해, 즉 베인(12)을 통해 실린더(16)로 회전력을 제공하기 위하여 프라임 무버(prime mover)(도시되지 않음)에 결합될 수 있다.

작동 중, 로터(14)가 회전함에 따라 베인(12)이 회전하여 슬롯(18) 내의 베인(12)의 위치로 인해 실린더(16)가 회전한다. 이러한 움직임에 따라 베인(12), 실린더(16) 및 로터(14) 내의 체적(volume, 36)이 가변될 수 있으며, 이에 따라서 작동 유체가 흡입되고, 압축되며 및 배출된다.

또한, 실린더(16)는 측면 벽(24)과 일체 구성될 수 있는 플랜지형 엔드 플레이트(flanged end plate, 38)를 가지며, 측면 벽(24)에 고정되게 부착된 개별 부품일 수 있다. 이와 같이, 측면 벽(24)과 엔드 플레이트(end plate, 38)를 포함하는 전체 실린더(16)가 베인(12)에 의해 회전함에 따라 엔드 플레이트(38)도 또한 회전하고, 따라서 로터(14)와 함께 회전한다. 이에 따라 측면 벽(24)의 내측 표면(22)과 베인(12) 사이의 마찰은 실질적으로 제거된다. 그러나, 회전하는 실린더(16)를 지지하기 위해 저널 베어링 쌍(32)에 실린더 저널 베어링을 추가함에 따라 추가 마찰 손실(frictional loss)이 야기된다. 이러한 손실은 상대적으로 작기 때문에 저널 베어링 쌍(32)에 대해 윤활 기능(lubrication)을 제공하기가 상대적으로 용이하다. 또한, 실린더 엔드 플레이트(38)와 로터(14) 사이의 마찰 손실은 무시해도 좋은 수준으로 감소되며, 이는 하기에서 설명될 것이다.

엔드 플레이트(38)와 함께 전체 실린더(16)가 회전할 수 있다. 이에 따라 로터(14)와 실린더(16)의 단부 면(38) 사이의 미끄럼 접촉부에서 마찰이 감소된다. 이는 로터(14)와 엔드 플레이트(38) 사이의 상대적 미끄럼 속도가 상당히 감소되기 때문이다.

고정된 엔드 플레이트를 이용하는 공지된 형상이 배출 및 흡입 포트의 위치설정을 단순화시킬지라도, 이는 상당한 마찰 손실이 야기된다. 이러한 공지된 형상은 고정식 하우징을 가지며, 상기 고정식 하우징에 대해 로터가 회전하여 상대적으로 큰 마찰 손실을 야기한다. 이는 장치의 기계적 효율을 저하시키며, 또한 상대적으로 큰 마모-손상으로 인해 내구성도 저하시킨다. 또한, 마찰에 의해 발생된 열은 흡입 열 효과(suction heating effect)로 인해 전체 압축기의 성능을 저하시킨다.

압축기(10)의 모든 주요한 부품들이 회전함에 따라, 흡입 및 배출 포트도 또한 움직인다. 상기에서 기술된 바와 같이, 압축기(10)는 실린더(16)와 로터(14)를 둘러싸는 고-압 쉘(40)을 가질 수 있다. 고-압 쉘(40)은 고정될 수 있으며, 실린더(16)와 로터(14)는 쉘(40) 내에서 그리고 이에 대해 회전한다.

흡입 유입부(44)는 로터 샤프트(34)를 따라서 형성되고 로터(14)의 회전축(26)과 동축을 이루며, 흡입 파이프(도시되지 않음)에 작동가능하게 연결된다. 흡입 유입부(44)는 샤프트(34)에 대해 축방향으로 연장된 제 1 부분(46)과 하나 또는 이보다 많은 흡입 포트(52)를 제공하기 위해 로터(14)의 외측 표면(22)으로 로터(14)에 대해 반경방향으로 연장된 하나 또는 이보다 많은 제 2 부분(48)을 가진다. 제 2 부분(48)과 흡입 부분(52)의 개수는 압축기(10)의 사용량(use)과 로터(14)의 축방향 크기(axial extent)에 의존될 수 있다.

하나 또는 이보다 많은 배출 포트(54)가 실린더(16)의 측면 벽(24) 내에 그리고 이를 통해, 바람직하게 슬롯(18)에 인접하게 배열된다. 상기 슬롯에 인접하게 배열되는 것은 바로 접하게 또는 근접하게 배열됨을 의미한다. 이에 따라 배출 포트(54), 베인(12) 및 슬롯(18) 사이의 불용 체적(dead volume)이 최소로 감소된다. 이에 따라 배출된 가스 또는 유체는 공지된 배출 장치를 이용하여 압축기(10)로부터 배출되기 전 쉘(20)의 중공 내부(hollow interior, 56) 내에 수용된다. 배출 포트(54)는 배출 포트 위에 배열된 배출 밸브 조립체(도시되지 않음)를 각각 가진다. 배출 밸브 조립체는 패스너에 의해 실린더(16)의 측면 벽(24)에 고정되게 장착된 밸브 스톱과 배출 포트 위에 배출 밸브 리드(discharge valve reed)를 가질 수 있다.

압축 사이클이 도 3에 도시된다. (a)에서 압축기(10)는 작동 유체를 흡입 챔버(66) 내부로 흡입하기 위해 흡입 단계가 개시되며, 압축 챔버(68) 내에서 작동 유체가 압축된다. 베인(12)은 작동 챔버(36)를 흡입 챔버(66)와 압축 챔버(68)로 분리시킨다. 압축기(10)가 (b)에서의 위치에 도달될 때, 유체는 흡입 챔버(66) 내부로 흡입되고 압축 챔버(68) 내에서 지속적으로 압축된다. (c)에서, 흡입 공정은 지속되며, 압축 챔버(68) 내에서의 압력이 쉘(40)의 중공 내부(56)의 압력을 초과할 때 배출 포트(54)를 통하여 유체가 배출된다. (d)에서 유체의 흡입 및 배출이 거의 완료된다. 도시된 바와 같이, 베인(12)은 로터(14)가 실린더(16)에 대해 움직이는 동안 슬롯(18)에 대해 미끄럼 운동을 수행한다. 선형 접촉부(30)는 외부의 고정된 프레임으로부터 정지된 상태로 보여진다. 그러나, 선형 접촉부(30)는 실린더(16) 및 로터(14)의 회전이 완료될 때마다 실린더(16)의 내부로부터 측면 벽(24)의 내측 표면(23) 주위에서 움직이는 것으로 보여진다. 도 1 내지 도 6의 베인(12)은 로터(14)의 회전 중심에 대해 반경방향으로 방향설정된다. 그러나, 비-방사상 직선 베인 또는 만곡된 베인이 이용될 수 있다. 이는 도시된 바와 같이 방사상 슬롯(18) 또는 비-방사상 슬롯을 포함할 수 있다.

도 4에서, 슬롯(18)이 상세하게 도시된다. 슬롯(18)은 3개의 부분, 즉 원주 방향으로 모따기되고 내측 표면(23)에 바로 인접한 내측 부분(18(a)), 베인(12)에 대해 감소된 간격(δ)을 가진 중간 부분(18(b)) 및 확대되거나 또는 볼록한 외측 부분(18(c))을 가진다. 바람직하게, 내측 부분(18(a))과 중간 부분(18(b))은 도시된 바와 같이 매끄러운 곡선을 형성한다. 간격(δ)은 슬롯(18)의 벽과 베인(12) 사이의 상대적 움직임으로 인해 마찰 손실을 최소화시킨다. 또한, 이는 좁은 넥 부분(narrow neck, 19)을 제공한다. 좁은 넥 부분(19)에서 슬롯(18)의 측면들은, 직접적인 미끄럼 운동 이외에 예를 들어 피벗회전 운동과 같이 슬롯(18)과 베인(12) 사이에 상대적인 움직임을 허용하는 베인(12)을 위한 피벗(pivot)이다. 이는 도 3에 따라 도시된다. 도 3(a)에서, 베인(12)의 테일(42)은 슬롯(18)의 좌측면(배출 포트(54)에 보다 인접한)을 향해 방향설정된다. 로터(14)와 실린더(16)가 회전함에 따라, 베인(12)은 미끄럼 방식 및 피벗회전 방식으로 슬롯(18)에 대해 움직이고, 이에 따라 도 3(b)에서 베인은 슬롯(18)의 좌측면을 향하지만 감소된 각도로 방향설정된다. 도 3(c)에서, 베인(12)의 테일(42)은 도 3(b)의 각도를 반영하는 슬롯(18)의 우측면을 향하여 방향설정된다. 도 3(d)에서, 베인(12)의 테일(42)은 도 3(a)의 각도를 반영하는 슬롯(18)의 우측면을 향하여 방향설정된다. 이와 같이, 슬롯(18)과 베인(12) 사이의 연결로 인해 최소의 간격(δ)을 이용하여 2-자유도의 움직임이 허용된다. 2-자유도는 미끄럼 및 피벗회전운동이며, 동시에 수행된다. 2-자유도의 움직임이 수행되는 동안, 베인(12)은 슬롯(18) 내의 가스의 압력과 실린더(16)의 회전 관성의 상호 작용에 의존하여 슬롯(18)의 넥 부분(19)의 한 측면과 접촉한다.

베인(12)이 넥 부분(19)과 접촉할 때, 이는 넥 부분(19)과의 유체가 새지 않는 밀봉을 형성하여 유체는 압축 챔버(68)로부터 흡입 챔버(66)까지 또는 흡입 챔버(66)로부터 압축 챔버(68)까지 이동되기 위해 슬롯(18)을 이용하는 것이 방지된다.

베인(12)이 로터(14)에 고정됨에 따라 로터(14)에 대한 베인(12)의 마찰 유발 움직임이 방지되며, 이에 따라 로터(14)와 베인(12) 사이에 발생될 수 있는 마찰 손실이 방지된다. 베인(12)과 실린더(16) 사이의 슬롯(18)에서 미끄럼 접촉부가 형성된다. 베인(12)과 실린더(16) 사이의 접촉부에서 실린더(16)의 회전 관성으로 인해 접촉력이 발생되며, 작동 유체의 압축으로 인해서는 압력이 발생되지 않는다. 접촉력의 크기가 압력의 크기보다 상당히 작기 때문에, 접촉력은 감소된다. 이에 따라 마찰 손실이 효과적으로 감소된다. 게다가, 마찰력은 두꺼운 벽의 실린더에 대해 필요한 재료의 양을 감소시키기 위해 실린더 벽(24) 내에 홀을 제공하는 것과 같이 실린더(16)의 회전 관성을 감소시킴으로써 최소화될 수 있다. 마찰의 주요한 제공원은 베어링(32)이다. 이에 따라 마찰이 최소화될 수 있다. 실린더의 관성은 압축기(10)의 토크 편차를 줄여줄 수 있다.

슬롯(18)의 벽과 베인(12)의 접촉부에서 마찰을 최소화하기 위하여, 본 실례의 실시예에서 바람직하게 로터(14)는 구동 샤프트(34)에 고정되게 연결되거나 또는 이와 일체구성된다. 이에 따라, 슬롯(18)에서의 접촉력은 베인(12)을 가로질러 유체의 압력에 대해 거의 전체적으로 독립적일 수 있고, 이에 따라 크기가 작아진다.

그러나, 도 1 내지 도 4의 실례의 실시예의 구조물에 따라 베인(12)은 실린더(16)의 측면 벽(24)의 내측 표면(23)을 통하여 돌출된다. 이에 따라 실린더(16)의 유효 직경이 증가된다. 이는 특히, 실린더(16)와 로터(14)의 축(26, 28) 사이의 오프셋 거리가 클 때, 슬롯(18)에 대한 베인(12)의 미끄럼 움직임이 증가된다. 이는 실린더(16)의 측면 벽(24)에 필요한 재료가 보다 많을 때 바람직하지 못할 수 있다.

도 5 내지 도 7에서, 축(26, 28) 사이의 오프셋 거리가 클 때 선호될 수 있는 그 외의 다른 실례의 선호되는 실시예가 도시된다. 여기서, 동일한 도면부호는 동일한 부품에 대해 사용된다. 도시된 바와 같이, 베인(12)은 로터(14) 대신에 실린더에 고정되거나 또는 이와 일체 구성되며, 슬롯(18)은 로터(14)의 일부분이다. 추가로, 실린더(16)는 구동 샤프트(34)에 작동가능하게 연결되거나 또는 이와 일체구성된다.

이와 같이, 베인(12)의 측면에서의 접촉력은 로터(14)의 회전 관성에 의존된다. 로터(14)의 회전 관성은 상대적으로 작은 직경으로 인해 실린더(16)의 회전 관성보다 작기 때문에(회전 관성은 반경의 제곱에 비례함), 추가로 마찰력이 감소된다. 그러나, 베어링(32)은 구동 샤프트(34)에 실린더(16)의 직접적인 연결을 돕기 위하여 가변된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 로터(14)는 양 단부상에 단순히 지지되는 대신에 캔틸레버식으로 지지된다.

슬롯(18)의 벽과 베인(12)의 접촉부에서 마찰을 최소화하기 위하여, 바람직하게, 본 실례의 실시예에서 실린더(16)는 구동 샤프트(34)에 고정되게 연결되거나 또는 이와 일체 구성된다. 이에 따라, 슬롯(18)에서의 접촉력은 베인(12)을 가로질러 유체의 압력에 대해 거의 전체적으로 독립적일 수 있고, 이에 따라 크기가 작아진다.

모든 그 외의 다른 관점에서, 압축기의 구조와 작동은 도 1 내지 도 4의 실례의 실시예와 동일하다. 슬롯(18)도 동일하고, 베인(12)의 상호 관계도 또한 동일하다. 게다가, 도 4에 도시된 '간격' 조인트는 도 8에 도시된 바와 같이 슬롯(18) 및 베인(12)을 위한 힌지 및 슬라이더 조인트의 종래의 쌍으로 교체될 수 있다. 슬라이더 조인트(802)와 결합된 핀(804)을 이용하는 힌지 조인트(800)가 이용될 수 있다. 결합된 힌지-슬라이더 조인트(800, 802)가 '간격(clearance)' 연결부로서 정확한 기능을 수행할 수 있을지라도, 이는 보다 많은 부품을 가진다. 또한, 제조 및 조립이 보다 곤란해질 수 있다.

도 1 내지 도 8의 실시예는 냉각 및 공기 압축과 같은 압축기 및 펌프의 모든 분야에서 이용될 수 있다.

압축기 내에서, 우수한 효율성 및 내구성, 재료의 감소 및 용이한 제조는 압축기 설계에 대한 성공의 열쇠이다. 압축기(10)의 최적화된 성능을 구현하기 위하여 정밀한 제조가 중요하다. 특히, 2개의 저널 베어링 쌍(32)이 제공됨에 따라, 저널 베어링(32)들의 정렬은 압축기(10)의 성능에 영향을 미친다. 이외 같이, 저널 베어링 상(32)의 정렬이 미세한 공차 없이 얻어질 수 있도록 제조 방법을 제공하는 것이 선호된다.

도 9는 압축기(10)의 중앙 단면을 도시한다. 저널 베어링 쌍(32)은 전방 저널 베어링 쌍(32(a))과 후방 저널 베어링 쌍(32(b))을 가진다. 각각의 전방 저널 베어링 쌍(32(a))과 후방 저널 베어링 쌍(32(b))은 2개의 저널 베어링, 즉 로터 베어링(70)과 실린더 베어링(72)을 가진다. 베어링(70, 72)에서 마찰 손실을 최소화하기 위하여, 각각의 베어링(70, 72)은 크기가 크게 형성되어서는 안 되며, 베어링 표면과 베어링(70, 72) 사이의 마모를 방지할 수 있는 최소한의 오일막 두께를 유지할 수 있어야 한다. 따라서, 후방 베어링(32(b))과 전방 베어링(32(a)) 사이의 정렬(alignment)을 포함하는 각각의 베어링 쌍(32(a), 32(b))의 정밀성을 구현하는 것이 중요하다. 게다가, 압축기(10) 내에서 유체의 내부 누출은 로터 및 실린더의 회전 축(26, 28)의 베어링 중심들 사이의 오프셋 거리에 대해 영향을 받기 쉽고, 개별 베어링 정렬의 정확성은 구현되어야 하는 압축기(10)의 전체 조립체의 조합된 정렬을 형성하는데 연관된다.

도 10에 도시된 바와 같이, 베어링(32(a), 32(b))을 제조하기 위하여, 원재료(76)가 조우 클램프(jaw clamp, 74)에 의해 죄여지고(clamp), 센터링 척(centering chuck, 80)에 의해 보유된다. 그 뒤, 회전축(87)과 재료(76)의 무게 중심(86)을 정렬하기 위하여 절삭 공구(82)를 이용하여 전체 원통형 면(84)이 기계가공되며, 이에 따라 진동을 감소시키기 위한 동적 밸런싱(dynamic balancing)이 구현된다. 전방 베어링(32(a)), 후방 베어링(32(b)) 및 2개의 베어링 레그(78)의 임시 위치가 흐릿한 선(faint line)으로 도시된다.

도 11에서, 단부 면(90)은 평평하게 기계가공되고, 베어링 다월 홀(bearing dowel hole, 88)이 형성된다. 그 뒤, 베어링 레그(78)의 분리가 분리 선(92)에서 수행된다(도 12). 절단된 재료(96)는 2개의 표면(90, 94)들 사이에서 평형 관계(parallelism)를 구현하기 위한 기준으로써 단부 면(90)을 이용하여 기계가공된 제 2 단부 면(94)을 가진다(도 13).

나머지 재료(98)의 단부 면(100)은 평평하게 기계가공되며, 단부 면(102, 104)들은 평평하게 형성되고 평행하게 형성되며 회전축에 대해 수직하게 배열되도록 형성된다(도 14). 또한, 이는 원통형 표면(106)이 동시에 형성되고 이에 따라 정확히 정렬되는 것을 의미한다. 그 뒤, 다월 홀(108)은 한 번의 작동(action)으로전방 베어링(32(a))과 후방 베어링(32(b))에 대한 형성된다. 이는 2개의 베어링(32(a), 32(b)) 내의 다월 홀(108)들이 정확히 정렬됨을 의미한다. 그 뒤, 로터 베어링(70)은 한 번의 작동을 전방 베어링(32(a))과 후방 베어링(32(b))을 정확히 정렬하도록 형성된다. 전방 베어링(32(a))은 분리 선(110) 상에서 분할되어 전방 베어링(32(a))과 후방 베어링(32(b))이 분리된다. 그 뒤, 최종 다듬질 공정이 수행될 수 있다.

이에 따라, 전방 베어링(32(a))과 후방 베어링(32(b))은 정확히 정렬되도록 동시에 그리고 함께 형성된다.

도 16 내지 도 18에 도시된 바와 같이, 실린더에 대한 플랜지형 엔드 플레이트(38)와 실린더(16)를 제조하는 것은 단순하다. 원재료(120)가 조우 클램프(74)에 의해 죄여지고, 센터링 척(80)에 의해 보유된다. 그 뒤, 회전축(87)과 재료(120의 무게 중심(86)을 정렬하기 위하여 절삭 공구(82)를 이용하여 전체 원통형 면(84)이 기계가공되며, 이에 따라 진동을 감소시키기 위한 동적 밸런싱이 구현된다. 실린더(16) 및 엔드 플레이트(38)의 임시 위치가 흐릿한 선으로 도시된다.

단부 면(124)은 회전축으로부터 수직하게 형성되고 평평하게 형성되도록 기계가공된다. 그 뒤, 원통형 저널(126)은 한 번의 작동으로 정확한 정렬을 구현하기 위해 실린더(16)와 엔드 플레이트(38) 내에 형성된다(도 17).

단부 면(128, 130)은 실린더 저널(126)로부터 수직하게 형성된다. 다월 홀(132)은 한 번의 작동으로 동시에 실린더(16)와 엔드 플레이트(38) 상에 형성된다. 그 뒤, 실린더 플레이트(38)는 분리되고(도 18), 실린더(16)의 중공 내부(134)는 슬롯(18)과 같이 형성된다. 그 뒤, 최종 다듬질 단계가 수행될 수 있다.

전방 베어링(32(a))과 후방 베어링(32(b))은 원재료의 단일 피스로부터 제조되며, 정확한 정렬을 위해 필요한 모든 특징부들이 일체로 형성되고, 2개의 베어링은 압축기(10)가 조립 시 실질적으로 정확히 정렬될 것이다. 유사하게, 실린더(16)와 실린더의 엔드 플레이트(38)는 원재료의 단일 피스로부터 제조되며, 정확한 정렬을 위해 필요한 모든 특징부들이 일체로 형성되고, 2개의 베어링은 압축기(10)가 조립 시 실질적으로 정확히 정렬될 것이다.

전술한 기술 내용이 실례의 실시예에 따라 기술될지라도, 설계, 구조 및/또는 작동의 세부 사항에 있어서 다양한 변경이 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 수행될 수 있음은 종래 기술의 당업자에게 자명할 것이다.

10: 압축기 12: 베인
14: 로터 16: 실린더
18: 슬롯 19: 넥 부분
20: 12의 헤드
22: 14의 외측 표면 24: 16의 측면 벽
26: 14의 종방향 축 28: 16의 종방향 축
30: 선형 접촉부 32: 저널 베어링 쌍
34: 구동 샤프트 36: 체적
38: 플랜지형 엔드 플레이트 40: 고압 쉘
42: 12의 테일 44: 흡입 유입부
46: 44의 축방향 부분 48: 44의 방사상 부분
52: 흡입 포트
54: 배출 포트 56: 40의 중공 내부
66: 흡입 챔버 68: 압축 챔버
70: 로터 베어링 72: 실린더 베어링
74: 조우 클램프 76: 원재료
78: 베어링 레그 80: 센터링 척
82: 절삭 공구 84: 원통형 면
86: 무게 중심 87: 회전축
88: 베어링 다월 홀 90: 단부 면
92: 분할 선 94: 제 2 단부 면
96: 절단된 재료 98: 나머지 재료
100: 단부 면 102: 단부 면
104: 단부 면 106: 원통형 표면
108: 다월 홀 110: 분리 선
120: 원재료 122: 원통형 면
124: 단부 면 126: 저널
128: 단부 면 130: 단부 면
132: 다월 홀 134: 중공 내부
800: 힌지 조인트 802: 슬라이더 조인트
804: 핀