JP2007285523A - 高圧装置にある密封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力容器と密封環との接触範囲における摩耗を大幅に回避し、高圧装置の密封装置の寿命を高める。
【解決手段】金属の高圧容器１の開口２に、可動部分４及びその周りの同軸的なスリーブ５が、高圧側Ｈの方へ入り込み、入り込むスリーブの端面の外側範囲５１の所にある金属の密封手段９が、高圧容器の開口の内面２２及び押圧環６に当接し、この押圧環がその端面の内側範囲６１又は可動部分に隣接する端面の内側範囲５２で、スリーブと接触しているものにおいて、少なくとも密封手段の外面９１及び／又は少なくとも密封手段に当接する高圧容器の開口の内面が、ＰＶＤ（物理蒸着）法及び／又はＣＶＤ（化学蒸着）法及び／又は特にＰＡＣＶＤ（プラズマＣＶＤ）法により設けられる少なくとも１つの被覆を持っている。
【選択図】図１

Description

本発明は、流動媒体用高圧装置の相対運動可能な部分の密封装置であって、金属の高圧容器又は高圧シリンダの開口又は穴に、可動部分及びその周りの同軸的なスリーブ又はブシュが、高圧側の方へ入り込み、入り込むスリーブ又はブシュの端面の外側範囲の所にある金属の支持環又は密封手段が、高圧容器又は高圧シリンダの開口又は穴の内面及び環又は押圧環に当接し、この環又は押圧環が、その端面の内側範囲又は可動部分に隣接する端面の内側範囲で、スリーブ又はブシュと接触しているものに関する。

このような密封装置は例えば欧州特許第０５０５３５２号明細書に記載されているが、本発明は高圧装置の可動部分を密封するこの装置だけに関するものではない。

外部に対する高圧装置の作用によれば、大体において、１０００ＭＰａ未満なるべく３００〜６００ＭＰａの圧力を持つ流動媒体の密封が高圧容器又は高圧シリンダとこの中へ入り込む可動部分特にプランジャとの間で、大抵は可動部分を通すブシュ又はスリーブにより行われ、このブシュ又はスリーブが、一方では可動部分に対する密封機能を持ち、他方では高圧容器にある穴の内面に対する密封環又は支持環と密封するように共同作用する。ブシュ又はスリーブの突出する部分と密封環又は支持環は、環又は圧力部分により高圧範囲から力の作用を受けて、可動部分及び穴の内面へ密封するように近づけられる。

密封環又は支持環と穴又はシリンダの内面との接触面には、場合によってはポンプ装置の異なる運転時間後、両方の部分の材料除去による摩耗が認められる。このような摩耗は、比較的短いか又は長い運転時間後、密封装置の故障を引き起こす。

しかし強力な摩耗研究から、摩耗態様、摩耗速度、圧力シリンダ及び支持環の材料、及び圧力流体又は圧力水の状態の間の自明な関係はわからなかった。

高圧容器の壁と密封環又は支持環との接触面の摩耗の原因は、科学的にはまだ明らかにされなかった。なぜならば、ドイツ連邦共和国規格ＤＩＮ５０３２０による集合摩擦応力は評価不可能であり、他方問題を克服する今までの手段は解決の手掛かりを示さなかったからである。

さて本発明の課題は、増大する圧力負荷において、圧力容器と密封環又は支持環との接触範囲における摩耗及びしばしば所々の材料除去を大幅に回避し、こうして高圧装置の密封装置の寿命を高めることである。

この課題は、少なくとも支持環又は密封手段の外面及び／又は少なくとも支持環又は密封手段に当接する高圧容器又は高圧シリンダの開口又は穴の内面が、ＰＶＤ（物理蒸着）法及び／又はＣＶＤ（化学蒸着）法及び／又は特にＰＡＣＶＤ（プラズマＣＶＤ）法により設けられる少なくとも１つの被覆を持っていることによって、解決される。

支持環の外面及び／又は高圧容器もしくは高圧シリンダの開口の内面の本発明による被覆は、驚くべきことに、接触する部分の接触範囲で、与えられた集合摩擦応力において有利な摩耗特性を与える。

ヘルツの理論による接触変形の事実及び程度、衝突及び衝撃摩耗、今まで材料損傷を生じた部分の固定の可能な限りの安定性にもかかわらず摩擦の事実、即ち摩耗、表面破壊、付着又は摩擦反応のような摩耗機構は、まだ明らかにされてないが、本発明による被覆によって高度の摩耗保護を行うことができる。面の１つしか本発明により被覆しなかった時にも、接触面における小さい面積の材料除去は、高圧装置の長い運転時間後も、穴面や支持環面に認められなかった。

被覆の充分な技術−経済的な証明なしに、層が材料の局部的圧力結合の阻止部として、表面における拡散阻止部として、また高い接触圧力で部分の滑り運動の際摩擦減少部として有効なことを、仮定することができる。

平らであるが高い比荷重の場合、基板の変形により被覆が破れるのを防止し、従って密封装置の寿命を長くするため、支持環及び／又は開口を持つ高圧容器が、２８ＨＲＣ以上の硬度を持つステンレス鋼、なるべく特別添加物を含むステンレス鋼、特にＤＩＮ材料Ｎｏ．１．４５４５による鋼から成っていると、有利である。

それにより特に高圧ポンプの停止の際生じて不利に作用する腐食減少を最小にすることも可能である。

被覆が複数の個別層からいわゆる多層として形成されていると、実際の運転において、全負荷で長い運転時間に対して特に有利なことがわかった。

基礎材料としてクロム合金鋼に関して有利に設けられるように、被覆又はその少なくとも１つの層が炭化物層、窒化物層又は炭窒化物層として形成されていると、それにより改善された摩擦特性及び／又はその安定性を持つ高硬度の被覆が、中断される運転においても著しく長い寿命を生じる。

被覆又は部分面と結合される多層被覆の内層が窒化クロムにより形成されていると、接触面の摩擦減少のために特に有利なことがわかった。こうして特にクロムを含む時効硬化合金から成る部分表面への被覆の特に良好な付着が明らかに行われる。

本発明の別の好ましい実施形態では、被覆又は多層被覆の外層が金属を含むか又は金属なしの炭素層として形成されていると、不純な流動媒体においても密封装置の寿命が著しく高められることがわかった。

支持環の外面又は開口の内面がＣｒＮ被覆を持っていると、押圧面の僅かな摩耗で有利な密封装置挙動が見られた。

ＣｒＮ層材料は、他の層材料と比較して、約１７５０の僅かなマイクロ硬度（ＨＶ０．０５）しか持っていないが、両方の接触面を被覆すると、著しく改善された長時間密封作用が生じる。

欧州特許第０５０５３５２号明細書による高圧装置の可動部分を密封する装置の実施例、しかも可動ブランジャを持つ高圧ポンプを概略的に示す図１により、本発明による密封装置を説明する。

次の符号リストは、部分又は部分面の対応を支援する。
１ 高圧容器又は高圧シリンダ
１２ 取付け素子
２ 高圧容器にある開口又は穴
２１ 開口の内面
２２ 密封範囲における開口の内面
４ 可動部分
５ スリーブ又はブシュ
５１ スリーブの端面の外側範囲
５２ 可動部分に隣接するスリーブの端面の内側範囲
６ 環又は押圧環
６１ 環の押圧面の内側範囲
９ 支持環又は密封手段
９１ 支持環の外面
Ｈ 高圧側

図１に示す高圧容器１及び可動部分の密封装置では、スリーブ５は、高圧容器１の開口２へ入り込んで、取外し可能な取付け素子１２により、安定にほぼ動かないように固定されている。

高圧側Ｈの方へ向いた端面に、スリーブ５は円錐面５１，５２を持ち、この円錐面の外側範囲５１及び環６の外側端面は、この場合断面が三角形の支持環９と共同作用する。支持環９の円筒状外面９１は、開口２の内面２２へ押付けて近づけられる。なぜならば、環９又は押圧環６は、高圧Ｈの作用を受けているからである。

特に支持環９及び開口２の内面２２のように金属から成る部分の間にある高圧装置１の接触及び密封面は、支持環９の形状とは無関係に、摩耗する可能性がある。本発明によれば、金属の部分の接触又は密封範囲の少なくとも一部が、ＰＶＤ及び／又はＣＶＤ及び／又はＰＡＣＶＤ被覆を持っている。

本発明によるそれぞれの被覆の方法及び構成やそのための条件は、従来の技術であり、当業者の知識に属する。このことは、窒化物、炭化物、炭窒化物及び場合によっては酸化物との化合物等の層についても、例えば多層被覆の金属を含みかつ／又は金属なしの炭素層についても当てはまる。

本発明による密封装置の断面図を示す。

符号の説明

１ 高圧容器又は高圧シリンダ
２ 開口又は穴
２２ 開口の内面
４ 可動部分
５ スリーブ又はブシュ
５１ 端面の外側範囲
５２ 端面の内側範囲
６ 環又は押圧環
６１ 内側範囲
９ 支持環
９１ 外面
Ｈ 高圧側

Claims (7)

1. 流動媒体用高圧装置の相対運動可能な部分の密封装置であって、金属の高圧容器又は高圧シリンダ（１）の開口又は穴（２）に、可動部分（４）及びその周りの同軸的なスリーブ又はブシュ（５）が、高圧側（Ｈ）の方へ入り込み、入り込むスリーブ又はブシュ（５）の端面の外側範囲（５１）の所にある金属の支持環又は密封手段（９）が、高圧容器又は高圧シリンダ（１）の開口又は穴（２）の内面（２２）及び環又は押圧環（６）に当接し、この環又は押圧環（６）が、その端面の内側範囲（６１）又は可動部分（４）に隣接する端面の内側範囲で、スリーブ又はブシュ（５）と接触しているものにおいて、少なくとも支持環又は密封手段（９）の外面（９１）及び／又は少なくとも支持環又は密封手段（９）に当接する高圧容器又は高圧シリンダ（１）の開口又は穴（２）の内面（２２）が、ＰＶＤ（物理蒸着）法及び／又はＣＶＤ（化学蒸着）法及び／又は特にＰＡＣＶＤ（プラズマＣＶＤ）法により設けられる少なくとも１つの被覆を持っていることを特徴ツする、密封装置。
2. 支持環（９）及び／又は開口（２）を持つ高圧容器（１）が、２８ＨＲＣ以上の硬度を持つステンレス鋼から成っていることを特徴とする、請求項１に記載の密封装置。
3. 被覆が複数の個別層からいわゆる多層として形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の密封装置。
4. 被覆又はその少なくとも１つの層が炭化物層、窒化物層又は炭窒化物層として形成されていることを特徴とする、請求項１〜３の１つに記載の密封装置。
5. 被覆又は部分面と結合される多層被覆の内層が窒化クロムにより形成されていることを特徴とする、請求項１〜４の１つに記載の密封装置。
6. 被覆又は多層被覆の外層が金属を含むか又は金属なしの炭素層として形成されていることを特徴とする、請求項１〜５の１つに記載の密封装置。
7. 支持環（９）の外面（９１）又は開口（２）の内面（２３）がＣｒＮ被覆を持っていることを特徴とする、請求項１〜６の１つに記載の密封装置。

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