로터리 스크루 컴프레서
Rotary-screw compressor로터리 스크루 컴프레서는 에어 컴프레서와 같은 가스 컴프레서의 일종으로 회전식 포지티브 변위 메커니즘을 사용한다.이러한 압축기는 산업용 애플리케이션에서 흔히 사용되며, 냉각기와 같은 대형 냉장 사이클이나 잭해머 및 충격 렌치와 같은 공기 구동 공구를 작동하기 위한 압축 공기 시스템의 경우처럼 더 많은 양의 압축 가스가 필요한 전통적인 피스톤 압축기를 대체한다.로터 크기가 작은 경우 로터의 고유 누설이 훨씬 더 중요해지고, 피스톤 압축기보다 작은 압축기에 이 유형의 메커니즘이 적합하지 않게 된다.
회전 나사의 기체 압축 과정은 연속적인 스위프 동작이기 때문에 피스톤 압축기에서 일어나는 것처럼 맥동이나 흐름의 급류가 거의 없다.이것은 또한 스크류 압축기가 큰 크기에서도 피스톤 압축기에 비해 상당히 조용하고 진동이 훨씬 적게 발생하도록 하며, 효율에 어느 정도 이점이 있다.
일하는 중

회전 나사 압축기는 가스를 압축하기 위해 로터라고 알려진 두 개의 매우 밀접하게 메싱 나선 나사를 사용한다.건식 구동 로터리 스크루 컴프레서에서 타이밍 기어는 수 및 암 로터가 접촉하지 않고 정밀한 정렬을 유지하도록 하여 급속한 마모를 발생시킨다.오일 플러딩 로터리 스크루 컴프레서에서 윤활유는 로터 사이의 공간을 가교시켜 유압 씰을 제공하고 로터 사이에 기계적 에너지를 전달하여 로터 하나가 완전히 다른 로터에 의해 구동되도록 한다.가스는 흡입측으로 들어가 나사가 회전할 때 나사산을 통해 이동한다.메싱 로터는 가스를 압축기를 통해 밀어내고 가스는 나사 끝에서 빠져나간다.작업 영역은 수 로터리와 암 로터 사이의 인터로브 볼륨이다.흡입구 끝에서 더 크고, 배기 포트까지 로터의 길이를 따라 감소한다.이 볼륨의 변화는 압축이다.수 로브와 암 로브 사이의 넓은 간격에서 로터 끝에 흡인 전하가 흡입된다.섭취 끝에서 수컷 로브는 암컷 로브보다 훨씬 작지만 상대적 크기는 (방전 포트에 접선성) 각 로브 쌍 사이의 간격 공간이 훨씬 작을 때까지 양쪽 로터의 길이에 따라 역비례한다.이러한 볼륨 감소는 출력 매니폴드에 표시되기 전에 전하 압축을 유발한다.[1]
이 메커니즘의 효율성은 헬리컬 로터 사이에, 그리고 로터와 챔버 사이에 압축 공구를 밀봉하기 위한 정밀하게 장착되는 간극에 따라 달라진다.단, 일부 누설은 불가피하며, 유효 유량에 대한 누설 유량의 비율을 최소화하기 위해 높은 회전 속도를 사용해야 한다.
루트 블로어와는 대조적으로, 현대식 스크류 압축기는 두 개의 로터에 서로 다른 프로필로 만들어졌다: 수 로터는 암 로터의 오목한 구멍과 맞물리는 볼록한 로브를 가지고 있다.보통 수컷 로터는 암컷 로터보다 로브가 적어서 더 빨리 회전한다.원래 나사 압축기는 대칭 회전자 캐비티 프로필로 제작되었지만, 현대판에서는 비대칭 회전자를 사용하며, 정확한 회전자 설계는 특허의 대상이 된다.[2]
크기
회전 나사 압축기의 용량은 일반적으로 마력(HP), 분당 표준 입방 피트(SCFM)* 및 평방인치 게이지(PSIG)당 파운드(파운드)로 정격한다.5 - 30 HP 범위의 장치의 경우 이러한 장치의 물리적 크기는 일반적인 2단계 컴프레서와 유사하다.마력이 증가함에 따라 회전 스크루 압축기에 유리한 규모의 경제성이 상당하다.예를 들어 250 HP 복합 압축기는 일반적으로 특수 기초가 필요한 대형 장비로, 장비를 배치하기 위해 숙소를 짓고 고도로 훈련된 장비다.반면에 250 HP 회전 나사 컴프레서는 표준 지게차를 사용하여 일반 작업장에 배치할 수 있다.업계에서는 일반적으로 250 HP 회전 나사 컴프레서가 소형 장비로 간주된다.
회전 나사 압축기는 일반적으로 5 - 500 HP 범위에서 사용할 수 있으며 2500 SCFM을 초과하는 공기 흐름을 생성할 수 있다.1단 나사 압축기에서 발생하는 압력은 250PSIG로 제한되지만 2단 나사 압축기는 최대 600PSIG의 압력을 전달할 수 있다.
회전 나사 압축기는 제한된 진동으로 부드럽게 작동하는 경향이 있으므로 특수 기초나 장착 시스템이 필요하지 않다.일반적으로 회전 나사 압축기는 고주파 진동을 흡수하도록 설계된 표준 고무 격리 마운트를 사용하여 장착된다.이는 특히 높은 회전 속도에서 작동하는 회전 나사 압축기에서 더욱 그러하다.
*소규모의 범위에서 일부 압축기는 분당 실제 입방 피트(ACFM)로 정격한다. 다른 압축기는 분당 입방 피트(CFM)로 정격한다. 압축기의 등급은 압력 기준과 독립된 유량을 나타내기 때문에 CFM을[3] 사용하는 것은 부정확하다(즉, 60PSI에서 20 CFM).
역사
스크류 압축기는 1878년 독일의 하인리히 크리가르에 의해 처음 특허를 받았으나, 그 특허는 작동 기계가 만들어지지 않고 만료되었다.[4][5]
현대의 나선엽 나사 압축기는 스웨덴에서 Ljungstroms Angturbin의 수석 엔지니어였던 Alf Lysholm에 의해 개발되었다.리스홀름은 가스 터빈의 컴프레서 급증을 극복할 방법을 찾던 중 스크류 컴프레서를 개발했다.리스홀름은 처음에 뿌리형 송풍기를 고려했지만 이것이 충분한 압력비를 발생시킬 수 없다는 것을 알았다.1935년에 Ljungstroms는 나선엽 나사 압축기에 특허를 냈고, 이 압축기는 다른 제조업체에 널리 허가되었다.Ljungstroms Angturbin AB는 1951년에 Svenska Rotor Maskiner (SRM)로 개명되었다.[4][6]
1952년 스코틀랜드의 엔지니어링 회사인 Howden에 의해 최초의 홀로이드 절단기가 사용되어 헬리컬 로브 컴프레서 로터를 생산하여 비용과 제조 시간을 크게 단축하였다.[4][5]
1954년, 하우든과 SRM은 최초의 오일 플러드 스크루 컴프레서를 공동 개발했다.홍수는 더 높은 압력비를 허용하는 냉각과 타이밍 기어의 제거를 모두 제공했다.상용화된 최초의 Flooded Screw Air 압축기는 1957년 Atlas Copco에 의해 도입되었다.[4][5]
슬롯 밸브는 1950년대에 SRM에 의해 개발되어 스크루 컴프레서 적용의 제한 요소였던 용량 제어를 개선할 수 있었다.[4][5]
비대칭 로터는 SRM에 의해 처음 특허를 받았고 이후 설레어가 1969년에 상업적으로 도입했다.비대칭 로터의 도입으로 밀봉이 개선되어 유형 효율이 더욱 높아졌다.[4]
적용들
회전 나사 압축기는 일반적으로 대규모 산업 용도를 위한 압축 공기를 공급하기 위해 사용된다.이러한 용도는 식품 포장 공장 및 자동 제조 시스템과 같이 지속적인 공기 수요가 있는 용도에 가장 잘 적용되지만, 일부 저장소와 함께 충분한 수의 간헐적 수요가 적절히 연속 부하를 나타내기도 한다.회전 나사 압축기는 고정 장치 외에도 일반적으로 견인 트레일러에 장착되며 소형 디젤 엔진으로 구동된다.이러한 휴대용 압축 시스템은 일반적으로 건설 압축기라고 불린다.건설용 압축기는 잭 해머, 리벳 공구, 공압 펌프, 모래 블라스팅 작업 및 산업용 페인트 시스템에 압축 공기를 공급하는 데 사용된다.그것들은 전세계적으로 건설현장과 도로보수대원과 함께 근무하면서 흔히 볼 수 있다.
스크류 공기 압축기는 광업 생산 및 탐사 시추 애플리케이션과 공압 시험 또는 공기 피깅과 같은 석유 및 가스 파이프라인 서비스에서 사용되는 로터리, DTH 및 RC 드릴 리그에도 일반적으로 사용된다.
무유화
오일 프리 컴프레서에서 공기는 오일 씰의 도움 없이 나사의 작동을 통해 완전히 압축된다.그 결과 일반적으로 최대 방출 압력 능력이 더 낮다.그러나 여러 개의 나사 세트로 공기가 압축되는 다단계 오일프리 압축기는 150 psi(10 atm) 이상의 압력과 분당 2,000 입방피트(57m3/min) 이상의 출력량을 달성할 수 있다.
무유압축기는 의료 연구, 반도체 제조와 같이 내부 오일 이월 작업이 허용되지 않는 용도에 사용된다.단, 주변 공기에서 섭취한 탄화수소와 기타 오염물질도 사용 지점에 앞서 제거해야 하므로 여과가 필요하지는 않다.따라서, 양질의 압축 공기를 보장하기 위해 오일 플러딩 스크류 압축기에 사용되는 것과 동일한 공기 처리가 자주 요구된다.
소형 피스톤 압축기의 경우 목수 소유주들은 가끔 오일 프리(free) 압축기를 사용하며, 오일 프리(free)는 오일을 사용하지 않는 것을 참조하지만 테플론 유형의 코팅은 마모 표면에 영구적으로 부착된다.
기름투여부
오일이 주입된 회전 나사 컴프레서에서 오일은 압축 캐비티에 주입되어 밀봉에 도움을 주고 가스 충전량을 냉각시킨다.기름은 방류 흐름에서 분리되어 냉각되고 여과되고 재활용된다.이 오일은 유입되는 공기에서 비극성 미립자를 포착하여 압축 공기 미립자 여과물의 입자 하중을 효과적으로 감소시킨다.일반적으로 일부 막힘 압축기 오일은 압축기 하류의 압축 가스 흐름으로 운반된다.많은 애플리케이션에서 이것은 병합기/필터 선박에 의해 수정된다.[7]내부 냉간합성 필터를 갖춘 냉장 압축공기건조기는 공기건조기의 하류인 병합필터보다 더 많은 기름과 물을 제거하도록 등급이 매겨지는데, 공기가 냉각되고 수분이 제거된 후 냉기를 사용하여 뜨거운 유입공기를 미리 냉각시켜 나가는 공기를 따뜻하게 하기 때문이다.다른 용도에서는 압축공기의 국부 속도를 감소시켜 오일이 응축되고 공기 흐름에서 유출되며 응축물 관리 장비에 의해 압축공기 계통에서 제거되는 리시버 탱크를 사용함으로써 이를 시정한다.
오일 플러드 스크류 압축기는 공기 압축, 가스 냉각, 탄화수소 처리 및 저급 열원으로부터의 전력 활용을 포함한 매우 다양한 용도에 사용된다.[8]크기는 소형 작업장 공기 압축기에서 최대 60bar(870psi)의 출력 압력으로 8,400kW(11,300hp)의 중공업용 압축기에 이르기까지 다양하다.[9]새로운 오일 플러드 스크류 에어 컴프레서는 오일 이월량 <5 mg/m3>을 방출한다.[10]
윤활제, 폴리알킬렌 글리콜(PAG), 폴리알파오레핀(PAO), 미네랄 오일
PAG 오일은 폴리글리콜이라고도 불리는 폴리알킬렌 글리콜이다.PAG 오일은 깨끗하게 연소되어 잔여물이 남지 않으며, 고온 체인 윤활을 위한 고체 윤활유의 캐리어 오일로 사용되어 왔다.[11]몇몇 버전들은 음식 등급과 생분해성이다.PAG 윤활유는 로터리 스크류 공기 압축기에 미국 최대의 두 공기 압축기 OEM에 의해 사용된다.[12]PAG 오일은 페인트를 용해하기 때문에 PAG 오일 주입 압축기는 페인트를 분사하는 데 사용되지 않는다.반작용 경화 2성분 에폭시 수지 도료는 PAG 오일에 내성이 있다.
폴리글리콜은 미네랄 오일 기반 그리스와 호환되지 않는다.폴리글리콜과 미네랄 오일 결과가 혼합된 것은 젤라틴이 많고 끈적끈적한 지저분한 것이다.[13]실리콘 그리스는 폴리글리콜을 견딜 수 있다.한 공압 조정기 제조업체는 씰과 개스킷에 실리콘 그리스를 장착한다.[14][15]
미네랄 오일(폴리알킬렌 글리콜 오일은 아님) 윤활 압축기는 미네랄 오일러 윤활기 없이 작동하는 공압 고속 4웨이 밸브 및 공기 실린더와 같은 미네랄 오일 그리즈 코팅 씰에 권장된다.한 제조업체는 자사의 공압식 고속 4웨이 밸브에 폴리글리콜 오일에 노출되지 않을 경우 수명이 5,000만 사이클에 달한다고 평가했다.[16][17]
폴리알파올레핀 PAO 오일은 미네랄 오일 그리스와 호환된다.[18]
원뿔 나사 압축기
비교적 최근에 개발된 원추형 나사 압축기는 사실상 원추형 나선형 제로터의 확장이다.잘 설계된 스크류 컴프레서에서 어셈블리를 통한 상당한 누출을 책임지는 고유의 "블로우 홀" 누출 경로가 없다.이것은 훨씬 더 작은 크기의 로터가 누출 면적이 직선 나사 압축기만큼 펌핑 면적의 일부가 되지 않기 때문에 실제적인 효율성을 가질 수 있게 해준다.원뿔형 로터의 감소 직경과 함께 이것은 또한 낮은 출력 펄스와 함께 단일 단계에서 훨씬 더 높은 압축 비율을 허용한다.[19]
제어 방식
회전식 스크루 압축기 중에는 장단점이 서로 다른 복수의 제어 방식이 있다.
시작/정지
시동/정지 제어 방식에서 컴프레서 제어기는 압축 공기 요구에 따라 모터에 전원을 공급 및 차단하기 위해 릴레이를 작동시킨다.부하가 간헐적이거나 컴프레서와 잘 맞지 않는 경우 대부분의 사용 사례에서 상당한 저장 공간이 필요하며, 필요한 저장 공간은 컴프레서 자체보다 더 큰 경우가 많다.
로드/언로드
부하/언로드 제어 방식에서 컴프레서는 연속적으로 전원이 공급되는 상태를 유지한다.그러나 압축기 전원을 분리하는 대신 압축공기에 대한 수요가 충족되거나 감소하면 슬라이드 밸브라고 하는 장치가 작동된다.이 장치는 로터의 일부를 분리하고 압축기 용량의 25%까지 기계 용량을 비례적으로 감소시켜 압축기를 언로드합니다.이는 전기 구동 압축기의 Start/Stop 제어 방식에 따른 전기 모터의 Start/Stop 사이클 수를 감소시켜 최소한의 작동 비용 변화로 장비 사용 수명을 개선한다.이 계획은 거의 모든 산업용 공기 압축기 제조업체가 사용한다.연속 언로드 운전의 사전 설정된 시간 후에 압축기를 정지시키기 위해 부하/언로드 제어 방식을 타이머와 결합하면 이중 제어 방식 또는 자동 이중 방식이라고 한다.이 제어 방식은 시작/정지 방식보다 현저히 작지만 소비량에 맞도록 사용할 수 있는 생산률이 두 가지뿐이기 때문에 여전히 저장 공간이 필요하다.
변조
컴프레서를 시동하고 정지하는 대신 위에서 설명한 슬라이드 밸브는 스텝으로 제어되기보다는 요구량에 따라 용량을 연속적으로 조절한다.이는 광범위한 수요에 걸쳐 일관된 방전 압력을 산출하지만, 전체 전력 소비량은 부하/언로드 방식보다 더 높을 수 있으며, 컴프레서가 제로 부하 상태에 있을 때 최대 부하 전력 소비량의 약 70%를 초래할 수 있다.
압축 공기 출력 용량에 비해 압축기 전력 소비량이 제한되어 있기 때문에, 변조는 가변속 드라이브와 비교할 때 일반적으로 비효율적인 제어 방법이다.그러나 컴프레서의 작동을 쉽게 중지 및 재개할 수 없는 애플리케이션(예: 컴프레서가 내부 연성 엔진에 의해 구동되고 압축 공기 수신기가 없는 상태에서 작동하는 경우)의 경우 변조가 적합하다.또한 지속적으로 변동되는 생산률은 부하가 압축기 용량을 초과하지 않을 경우 상당한 저장 필요성을 제거한다.
가변 변위
압축기 회사인 Quincy Compressor, Kobelco, Gardner Denver 및 Sulair가 활용하는 가변 변위는 공기 흐름이 나사의 일부를 우회할 수 있도록 하여 공기를 압축하기 위해 일하는 압축기 로터의 비율을 변화시킨다.이것은 변조 제어 방식과 비교할 때 전력 소비량을 감소시키지만, 부하/언로드 시스템은 많은 양의 저장(CFM당 10갤런)으로 더 효과적일 수 있다. 많은 양의 저장장치가 실용적이지 않다면, 특히 최대 부하 70% 이상에서 가변 배전 시스템이 매우 효과적일 수 있다.[20]
가변 변위를 달성할 수 있는 한 가지 방법은 압축기의 흡입 측에 있는 여러 개의 리프팅 밸브를 사용하는 것이다. 각 밸브는 배출물의 해당 위치에 매실베드한다.자동차 슈퍼차저의 경우 이는 바이패스 밸브의 작동과 유사하다.
가변 속도
가변속 구동력으로 구동되는 공기 압축기는 적절하게 유지된 부하/언로드 압축기에 비해 서비스 수명을 현저하게 감소시키지 않고 최저의 작동 에너지 비용을 제공할 수 있지만, 가변속 구동기의 가변 주파수 파워 인버터는 일반적으로 그러한 압축기의 설계에 상당한 비용을 추가함으로써 친환경성을 감소시킨다.공기의 수요가 일정할 경우 적절한 크기의 하중/압축기보다 공칭적 편익.그러나 가변속 구동 장치는 압축기 전력 소비량과 자유 공기 공급 사이에 거의 선형 관계를 제공하여 매우 광범위한 공기 수요에 걸쳐 가장 효율적인 작동을 제공한다.로터 누출로 인해 낮은 생산률에서 여전히 효율이 급격히 떨어지기 때문에 컴프레서는 매우 낮은 수요에 대해 여전히 시동/정지 모드로 진입해야 한다.혹독한 환경(덥거나 습하거나 먼지가 많은 환경)에서는 가변 속도 드라이브의 전자 장치를 보호해야 예상 서비스 수명을 유지할 수 있다.[21]
슈퍼차거

트윈 스크루형 슈퍼차저는 웜 기어 세트와 유사한 쌍의 메싱 클로즈 톨런스 나사를 통해 공기를 밀어 넣어 작동하는 포지티브 변위형 소자다.트윈 스크루 슈퍼차저는 발명가 알프 리스홀름의 이름을 따서 리스홀름 슈퍼차저(또는 압축기)라고도 한다.[22]각 회전자는 방사상 대칭이지만 횡방향으로 비대칭이다.이에 비해 기존의 "뿌리"형 블로어는 동일한 로터(직선 로터 포함) 또는 미러-이미지 로터(나선형 로터 포함)를 가지고 있다.휘플에서 제조한 수컷 로터에는 암컷 5개의 로브인 3개의 로브가 있다.케네벨 수 로터는 암컷 6개의 로브인 4개의 로브를 가지고 있다.일부 초기 디자인의 여성들은 네 마리였다.그에 비해 루트 블로어는 양쪽 로터에 항상 같은 수의 로브를 가지고 있다. 일반적으로 2, 3, 4이다.
비교우위
로터리 스크루 컴프레서는 누출 레벨이 낮고 기생 손실이 적다.뿌리형.슈퍼차저는 일반적으로 벨트 또는 기어 구동 장치를 통해 엔진 크랭크축에서 직접 구동된다.트윈 스크루는 루트형 슈퍼차저와 달리 내부 압축을 보이는데, 이는 압력 증가를 위해 방전물의 하류 흐름에 대한 저항성에 의존하지 않고 장치를 통해 이동하면서 하우징 내의 공기를 압축하는 장치의 기능이다.[23]
고정밀 컴퓨터 제어 제조 기법의 요구 조건은 나사형 슈퍼차저를 다른 형태의 사용 가능한 강제 유도에 대한 대안으로 더 비싸게 만든다.이후 기술로 제조원가는 낮아지고 성능은 높아졌다.
모든 과급기 유형은 펌핑 및 압축 시 발생하는 열을 줄이기 위해 인터쿨러를 사용할 경우 이점이 있다.
포드, 마즈다, 메르세데스, 머큐리 마린과 같은 기업에서 트윈 스크루가 적용한 기술의 명확한 사례도 트윈 스크루의 효과를 증명할 수 있다.일부 원심형 슈퍼차저는 일관되고 신뢰할 수 있지만, 일반적으로 피크 엔진 rpm에 근접할 때까지 완전한 부스트를 생성하지 않는 반면, 루트형 슈퍼차저와 트윈 스크루형 같은 포지티브 변위형 슈퍼차저는 더 즉각적인 부스트를 제공한다.이 외에도 트윈 스크루 슈퍼차저는 다른 포지티브 변위 슈퍼차지보다 높은 rpm으로 합리적인 부스트를 유지할 수 있다.
관련 용어
"블로워"라는 용어는 일반적으로 2행정 디젤 엔진과 같이 추가적인 공기 흐름이 필요한 엔진에 배치되는 장치를 정의하는데 사용된다. 이 장치는 실린더에서 "비산"하기 위해 양의 흡입 압력이 필요하거나 실린더에서 사용후 배기가스를 제거하여 압축 행정 전에 실린더로 신선한 흡입 전하를 강제한다."블로워"라는 용어는 자동차 강제 유도 시스템의 일부로 사용될 때 로터리 스크루, 루트형, 원심형 압축기에 적용된다.'카빈 블로워'라는 용어는 고고도 비행을 위한 항공기의 가압에도 사용되는데, 1950년대에 특히 루트형 압축기를 사용했다(마샬 슈퍼차저 참조).
참고 항목
참조
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- ^ Stosic, Nikola; Smith, Ian K; Kovacevic, Ahmed; Mujic, Elvedin. "Geometry of screw compressor rotors and their tools" (PDF). Centre for Positive Displacement Compressors, City University London. Retrieved 9 July 2016.
- ^ "0421004SX - The SX Compressor". 0421004SX.
- ^ a b c d e f Brown, Royce N (March 1997). Compressor Sizing and Selection. Gulf Professional Publishing. pp. 95–96. ISBN 0884151646.
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(도움말) - ^ 기술 센터 전체 시스템 흐름도를 포함하여 오일 플러딩 스크류 압축기에 대해 논의한다.
- ^ Abdan, S; Basha, N; Kovacevic, A; Stosic, N; Birari, A; Asati, N (2019). "Development and Design of Energy Efficient Oil Flooded Screw Compressors". Materials Science and Engineering Conference Series. IOP Conference Series: Material Science and Engineering. 604 (1): 012015. Bibcode:2019MS&E..604a2015A. doi:10.1088/1757-899X/604/1/012015. ISSN 1757-8981. S2CID 202918803.
- ^ "Compressors Sourcing Supplement 2019". Compressor Tech Two. Feb 2019. ISSN 1085-2468.
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- ^ "Polyalkylene glycol synthetic PAG oil explained".
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- ^ 파커 공압 부서
- ^ PAO Oils IKV Tribology
- ^ Dmitriev, Olly; Tabota, Eugene; Euring, Ian Arbon; Fimeche, Ceng (2 Feb 2020). "A miniature Rotary Compressor with a 1:10 compression ratio". Iop Conference Series: Materials Science and Engineering. 90: 012055. doi:10.1088/1757-899X/90/1/012055.
- ^ "Archived copy" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2016-03-04. Retrieved 2010-07-22.
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: CS1 maint: 타이틀로 보관된 사본(링크) - ^ http://www.plantservices.com/articles/2006/288.html
- ^ "LysholmArticle".
- ^ 트윈 스크루 vs. 루트 슈퍼차징, 켄 벨
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