JP2012036813A

JP2012036813A - 往復動式圧縮機

Info

Publication number: JP2012036813A
Application number: JP2010177327A
Authority: JP
Inventors: Koji Ukai; 幸治鵜飼
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2010-08-06
Filing date: 2010-08-06
Publication date: 2012-02-23
Anticipated expiration: 2030-08-06
Also published as: JP5527090B2

Abstract

【課題】ピストンに対する偏心ライダーリングの位置決めを簡易化することができる往復動式圧縮機を提供する。
【解決手段】シリンダ３と、ピストン５と、偏心ライダーリング７と、ねじ部９が形成されたロッド１１と、ねじ部９が螺着されるクロスヘッド１３とを備え、クリアランスＣをクロスヘッド１３に対する締め込み量によって設定する往復動式圧縮機１において、ピストン５の外周に、偏心ライダーリング７をシリンダ３に対して周方向の位置で位置決めする位置決め部材１５が固定される固定部１７を複数設け、この複数の固定部１７を、シリンダ３とピストン５とのクリアランスＣが許容範囲内にあるときに、複数の固定部１７のうち１つの固定部１７に固定した位置決め部材１５によって、偏心ライダーリング７をピストン５から掛かる荷重方向の肉厚が荷重方向反対側の肉厚よりも大きくなるように位置決めするように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、往復動式圧縮機に関する。

従来、往復動式圧縮機としては、シリンダと、このシリンダ内を往復動するピストンと、このピストンの外周に固定されピストンの内周と摺動してシリンダの内周に対してピストンを径方向に摺動支持するライダーリングとを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この往復動式圧縮機では、周方向下側の肉厚を上側よりも大きく形成させた偏心ライダーリングを適用している。これは、周方向下側、すなわちピストンの荷重方向側の肉厚を大きくさせることにより、ライダーリングの摩耗代を大きくさせるためである。この偏心ライダーリングを適用することにより、ライダーリングの寿命を延長させ、交換頻度を減少させることができる。

また、この往復動式圧縮機では、偏心ライダーリングを周方向上側と周方向下側とに２分割したものも適用している。この２分割の偏心ライダーリングを適用することにより、主に摩耗する周方向下側の部材のみを交換すればよく、交換作業性を向上させている。

実公平１−１２０２８号公報

ところで、上記のような往復動式圧縮機では、シリンダエンドとピストンとの軸方向間のクリアランス調整が必須となっている。このクリアランス調整は、動力源からの動力をクロスヘッドからピストンに伝達するロッドのクロスヘッドに対する締め込み量によって行われている。詳細には、ロッドの端部に設けられたねじ部のクロスヘッドへの締め込み量の調整によって、ロッドと共にピストンがシリンダに対して軸方向に移動され、シリンダとピストンとの軸方向間のクリアランスが調整される。

ここで、偏心ライダーリングをピストンに組付けた状態でシリンダとピストンとの軸方向間のクリアランス調整を行ってしまうと、クリアランス調整の際にピストンをシリンダに対して周方向に回転させるので、クリアランス調整が終了したときに、偏心ライダーリングの肉厚が大きい部分が必ずしも下側（荷重方向）に位置するとは限らない。

このため、偏心ライダーリングのピストンへの組付けは、シリンダとピストンとの軸方向間のクリアランス調整を行った後に行っていた。その際、位置決め部材としての小ネジを組付けるための加工をピストンに施し、ピストンに組付けた小ネジにより周方向に位置決めした状態で、偏心ライダーリングをピストンに対して組付けていた。

しかしながら、ピストンに位置決め部材を組付けるための加工は、シリンダからピストンとロッドなどのすべての部材を抜き取らなければ行えない。このため、ピストンに偏心ライダーリングを位置決めして取り付ける作業が煩雑となっていた。

そこで、この発明は、ピストンに対する偏心ライダーリングの位置決め取付作業を簡易化することができる往復動式圧縮機の提供を目的としている。

請求項１記載の発明は、シリンダと、このシリンダ内に往復動可能に配置されたピストンと、このピストンの外周に取り付けられ前記シリンダに対して前記ピストンを径方向に支持させる偏心ライダーリングと、前記ピストンにロッドを介して動力を伝達し前記ピストンを往復動させるクロスヘッドとを備え、前記シリンダと前記ピストンとの軸方向間のクリアランスは、前記ピストンの回転による前記クロスヘッドに対する前記ロッドのねじ部の締め込み量によって設定される往復動式圧縮機であって、前記ピストンの外周には、前記偏心ライダーリングを前記シリンダに対して周方向の位置で位置決めする位置決め部材が固定される固定部が複数設けられ、この複数の固定部は、前記シリンダとピストンとのクリアランスが許容範囲内にあるときに、前記複数の固定部のうち１つの固定部に固定した前記位置決め部材によって、前記偏心ライダーリングを前記ピストンから掛かる荷重方向の肉厚が荷重方向反対側の肉厚よりも大きくなるように位置決めするように構成されていることを特徴とする。

この往復動式圧縮機では、複数の固定部がシリンダとピストンとのクリアランスが許容範囲内にあるときに、複数の固定部のうち１つの固定部に固定した位置決め部材によって、偏心ライダーリングをピストンから掛かる荷重方向の肉厚が荷重方向反対側の肉厚よりも大きくなるように位置決めするように構成されているので、クロスヘッドへのロッドのねじ部の締め込みによってクリアランスを設定した後、偏心ライダーリングの肉厚が大きい部分が荷重方向となる位置の固定部に位置決め部材を固定して偏心ライダーリングの位置決めを行えばよい。

このため、クリアランスの調整後にピストンやロッドなどの部材をシリンダから抜き取り、ピストンに対して偏心ライダーリングを位置決めする固定部の加工を施す必要がなく、偏心ライダーリングのピストンに対する位置決め取付作業を簡易化することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の往復動式圧縮機であって、前記偏心ライダーリングは、荷重方向側と荷重方向反対側とに周方向で２分割され、前記２分割された偏心ライダーリングは、前記ピストンの固定部に固定された前記位置決め部材によって前記ピストンに対する周方向の位置がそれぞれ位置決めされていることを特徴とする。

この往復動式圧縮機では、２分割された偏心ライダーリングがピストンの固定部に固定された位置決め部材によってピストンに対する周方向の位置がそれぞれ位置決めされているので、摩耗し易い荷重方向側の部材のみを交換するなど交換作業性を向上することができる。加えて、２分割されたどちらの部材においても、ピストンに対する周方向の位置決めを容易に行うことができる。

本発明によれば、ピストンに対する偏心ライダーリングの位置決め取付作業を簡易化することができる往復動式圧縮機を提供することができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態に係る往復動式圧縮機の断面図である。（ａ）は本発明の実施の形態に係る往復動式圧縮機の偏心ライダーリングの側面図、（ｂ）は図２（ａ）の偏心ライダーリングの断面図、（ｃ）は図２（ａ）の偏心ライダーリングのＡ矢視図である。（ａ）は本発明の実施の形態に係る往復動式圧縮機のピストンの断面図、（ｂ）は図３（ａ）のピストンのＢ−Ｂ断面図である。本発明の実施の形態に係る往復動式圧縮機のピストンと偏心ライダーリングとを組付けたときの側面図である。

図１〜図４を用いて本発明の実施の形態に係る往復動式圧縮機について説明する。

本実施の形態に係る往復動式圧縮機１は、図１に示すように、シリンダ３と、このシリンダ３内に往復動可能に配置されたピストン５と、このピストン５の端面からピストン５の軸方向に一体に突設されたロッド１１と、このロッド１１の先端に形成されたねじ部９と、このねじ部９が螺着されロッド１１を介してピストン５を往復動させるクロスヘッド１３とを備えている。

シリンダ３は、円筒状に形成され、内周にシリンダライナ１９が嵌合されると共に、先端の開口側にシリンダカバー２１が固定され、内部にシリンダ室２３が形成されている。また、シリンダ３の上部にはガスの入口となるガス吸入口２５が設けられ、下部には圧縮されたガスの出口となるガス吐出口２７が設けられている。このシリンダ３のシリンダ室２３には、ピストン５が往復動可能に配置されている。

図１，図３に示すように、ピストン５は、円柱状に形成され、外周にピストンリング２９と偏心ライダーリング７とが固定され、内周にロッド１１が挿通されて一体回転可能で且つ一体移動可能に固定されている。ピストンリング２９は、ピストン５の外周の中央部に形成された凹溝に複数（ここでは２つ）固定され、シリンダ３に嵌合されたシリンダライナ１９と気密に当接し、ピストン５の往復動によって圧縮されたガスの漏れを防止すると共に、ガスを圧縮することによって発生した圧力を受け止める。

図１，図２に示すように、偏心ライダーリング７は、荷重方向の肉厚が荷重方向反対側の肉厚よりも大きく形成され、ピストン５の外周の両端側に形成された凹溝にそれぞれ固定されている。ピストン５に固定された偏心ライダーリング７は、ピストン５の往復動によってシリンダ３に嵌合されたシリンダライナ１９と摺動し、ピストン５をシリンダ３に対して径方向に支持する。

また、偏心ライダーリング７は、図２に示すように、荷重方向側と荷重方向反対側とに周方向で２分割され、２分割された偏心ライダーリング７は、ピストン５の固定部１７に固定された位置決め部材１５によってピストン５に対する周方向の位置がそれぞれ位置決めされている。この偏心ライダーリング７に支持されるピストン５は、ロッド１１を介して往復動操作される。

図１に示すように、ロッド１１は、長尺の軸部材からなり、シリンダ３と、シリンダ３に固定された中空状の中間筒３１と、中間筒３１に固定された中空状のクロスガイド筒３３とを挿通して配置されている。このロッド１１の軸方向一端側には、フランジ部３５とナット締結部３７とが形成されている。これらのフランジ部３５とナット締結部３７との軸方向間にピストン５が配置され、ナット締結部３７にナット３９が締結されることによってナット３９とフランジ部３５とでピストン５が狭持され、ピストン５とロッド１１とが一体回転可能で且つ一体移動可能に固定される。また、フランジ部３５とピストン５との軸方向間には、ガスの圧縮によって発生するピストン５の熱膨張や熱収縮を吸収する皿バネなどの吸収部材４１が配置されている。このロッド１１の軸方向他端側には、クロスヘッド１３に螺着されるねじ部９が形成されている。

ねじ部９は、ロッド１１にピストン５が組付けられた状態でクロスヘッド１３に螺着される。このねじ部９のクロスヘッド１３への螺着により、ロッド１１を介してピストン５が軸方向のシリンダ３のクロスヘッド１３側に移動される。このねじ部９の締め込み量によって、ピストン５とシリンダ３との軸方向間のクリアランスＣが調整される。ここで、クリアランスＣは、図１に示すように、ピストン５がクロスヘッド１３側に移動されたときの下死点５ａとシリンダ３のクロスヘッド１３側の壁面３ａとの間で設定されている。このようなロッド１１は、クロスヘッド１３によって軸方向に往復動操作される。

クロスヘッド１３は、円筒状に形成され、クロスガイド筒３３内に往復動可能に配置されている。このクロスヘッド１３は、クランクシャフト（不図示）を介して内燃機関やモータなどの駆動源（不図示）に連結され、駆動源からの駆動力によって往復動操作される。このクロスヘッド１３の往復動操作により、ロッド１１を介してピストン５が往復動される。そして、ピストン５の往復動によって、シリンダ３のシリンダ室２３内の容積が変化され、ガス吸入口２５から吸入したガスが圧縮され、ガス吐出口２７から圧縮されたガスが吐出される。

なお、シリンダ３と中間筒３１との間にはロッド１１の外周に設けられたパッキン４３が配置され、中間筒３１の隔壁４５，４７にはロッド１１の外周に当接されるシール４９，５１，５３が配置され、シリンダ室２３内のガスと、クロスガイド筒３３内を潤滑する潤滑オイルとが混合しないようにされている。

このような往復動式圧縮機１のピストン５に固定される偏心ライダーリング７は、図２に示すように、荷重方向の肉厚が荷重方向反対側の肉厚よりも大きく形成されている。このようにピストン５をシリンダ３に対して径方向に支持する偏心ライダーリング７の荷重方向の肉厚を荷重方向反対側の肉厚よりも大きく形成させることにより、摩耗の大きい荷重方向側の摩耗代を増加させ、偏心ライダーリング７の寿命を延長させることができる。また、偏心ライダーリング７は、荷重方向側と荷重方向反対側との周方向の半分で２分割された荷重方向側部材５５と荷重方向反対側部材５７とからなる。このように偏心ライダーリング７を２分割とすることにより、主に摩耗する荷重方向側部材５５のみを交換すればよく、交換作業性を向上することができる。

なお、２分割のライダーリングゆえ、荷重方向側部材５５と荷重方向反対側部材５７とを異なる材質で形成させることも可能である。例えば、荷重方向反対側部材５７は、摩耗が比較的少ないので比較的安価なポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのような材料とし、荷重方向側部材５５は、耐摩耗性に優れた比較的高価なエンジニアリングプラスチック（ＣＦＲＰ他）などのような材料を選定する。また、このように荷重方向側部材５５と荷重方向反対側部材５７とを異なる材質とする場合には、例えば、荷重方向側部材５５に用いる材料で１つのリングを形成すると共に、荷重方向反対側部材５７に用いる材料で１つのリングを形成し、これらのリングを２分割して偏心ライダーリング７を２セット作製する。このとき、荷重方向反対側部材５７に用いる材料で形成されるリングは、比較的肉厚を薄く形成させてそのまま２分割し、荷重方向側部材５５に用いる材料で形成されるリングは、比較的肉厚を厚く形成させて内周側を偏心加工した後、２分割する。そうすることで、耐摩耗性に優れた比較的高価なエンジニアリングプラスチック（ＣＦＲＰ他）などのような材料で１つのリングを形成して２分割し、荷重方向側部材５５と荷重方向反対側部材５７を作製するよりも、１セットのライダーリングは安価になり、ユーザに対してより安価に偏心ライダーリングを提供することが可能である。また、荷重方向側部材５５が先に摩耗限界に達するような場合には、歩留まりを悪くすることなく、荷重方向側部材５５のみを作製することが可能であり、ユーザに対してより安価に交換用の偏心ライダーリングを提供することが可能である。

このような偏心ライダーリング７を構成する荷重方向側部材５５と荷重方向反対側部材５７とにはそれぞれ内周の中央部に位置決め用の孔部５９，６１が設けられ、この孔部５９，６１にはピストン５の外周に複数設けられた固定部１７に固定される位置決め部材１５が嵌合されてピストン５に対する偏心ライダーリング７の周方向の位置が位置決めされる。

図１，図３に示すように、複数の固定部１７は、孔部の内周がねじ形状に形成され、ピストン５の外周の周方向に間隔をおいて複数形成されている。ここでは、例えば、複数の固定部１７は、ピストン５の外周の周方向に対して30度間隔に１２箇所設けられている。この複数の固定部１７の間隔と数は、ロッド１１のねじ部９をクロスヘッド１３に螺着させたときに、ロッド１１の回転と共に回転するピストン５の軸方向のシリンダ室２３のクロスヘッド１３側への移動によってピストン５の下死点５ａにおけるクリアランスＣが変動されるが、クリアランスＣの調整でピストン５がどの周方向位置に回転されても、偏心ライダーリング７の肉厚の大きい部分がピストン５の荷重が掛かる側（下側）に配置されるように、位置決めできるように形成されている。

ここで、クリアランスＣは、微少ではあるが、軸方向の変動を許容する許容範囲を有している。このため、固定部１７の数は30度間隔の１２箇所に限らず、例えば、ピストン５の回転が大きくてもクリアランスＣの変動が小さい場合には30度間隔よりも広い間隔で１２箇所よりも少なくし、ピストン５の回転が小さくてもクリアランスＣの変動が大きい場合には30度間隔よりも狭い間隔で１２箇所よりも多くするなど、ピストン５の回転に対するクリアランスＣの変動が許容範囲となるように固定部１７の間隔と数を設定すればよい。この複数の固定部１７には、偏心ライダーリング７が所定の位置、すなわち偏心ライダーリング７の荷重方向側部材５５が荷重方向に位置し、荷重方向反対側部材５７が荷重方向反対側に位置する部分の固定部１７にネジなどの位置決め部材１５が固定される。

このような複数の固定部１７に対する位置決め部材１５の固定及びピストン５に対する偏心ライダーリング７の組付けは、まず、ピストン５が組付けられたロッド１１をシリンダ３内に挿通させ、ロッド１１（もしくはピストン５）を回転させながらねじ部９をクロスヘッド１３に螺着させ、ピストン５とシリンダ３との軸方向間のクリアランスＣを調整する。次に、クリアランスＣの調整が終了したときのロッド１１の回転数と、ピストン５の複数の固定部１７のうち荷重方向に位置する固定部１７と荷重方向反対側に位置する固定部１７とを確認する。次に、シリンダ３内からピストン５のみが外部に露出するようにロッド１１のねじ部９の螺着を解除させ、クリアランスＣの調整が終了したときに確認された固定部１７にそれぞれ位置決め部材１５を固定する。そして、ピストン５に偏心ライダーリング７を組付け、クリアランスＣの調整が終了したときに確認されたロッド１１の回転数でロッド１１を回転させてねじ部９をクロスヘッド１３に螺着させる。これにより、図４に示すように、偏心ライダーリング７がピストン５に位置決めされる。

このような往復動式圧縮機１では、複数の固定部１７がシリンダ３とピストン５とのクリアランスＣが許容範囲内にあるときに、複数の固定部１７のうち１つの固定部１７に固定した位置決め部材１５によって、偏心ライダーリング７をピストン５から掛かる荷重方向の肉厚が荷重方向反対側の肉厚よりも大きくなるように位置決めするように構成されているので、クロスヘッド１３へのロッド１１のねじ部９の締め込みによってクリアランスＣを設定した後、偏心ライダーリング７の肉厚が大きい部分が荷重方向となる位置の固定部１７に位置決め部材１５を固定して偏心ライダーリング７の位置決めを行えばよい。

このため、クリアランスＣの調整後にピストン５やロッド１１などの部材をシリンダ３から抜き取り、ピストン５に対して偏心ライダーリング７を位置決めする固定部１７の加工を施す必要がなく、偏心ライダーリング７のピストン５に対する位置決め構造を簡易化することができる。

また、荷重方向側部材５５と荷重方向反対側部材５７とに２分割された偏心ライダーリング７がピストン５の固定部１７に固定された位置決め部材１５によってピストン５に対する周方向の位置がそれぞれ位置決めされているので、摩耗し易い荷重方向側部材５５のみを交換するなど交換作業性を向上することができる。加えて、２分割されたどちらの部材５５，５７においても、ピストン５に対する周方向の位置決めを容易に行うことができる。

なお、本発明の実施の形態に係る往復動式圧縮機では、位置決め部材と固定部とがねじ形状に形成されているが、これに限らず、位置決め部材を固定部に対して圧入して固定するなど、位置決め部材と固定部との固定はどのような形態であってもよい。

また、本発明の実施の形態に係る往復動式圧縮機では、偏心ライダーリングを荷重方向側部材と荷重方向反対側部材との２部材に分割して構成する例について説明したが、偏心ライダーリングは単一部材で構成してもよい。

１…往復動式圧縮機
３…シリンダ
５…ピストン
７…偏心ライダーリング
９…ねじ部
１１…ロッド
１３…クロスヘッド
Ｃ…クリアランス
１５…位置決め部材
１７…固定部

Claims

シリンダと、このシリンダ内に往復動可能に配置されたピストンと、このピストンの外周に取り付けられ前記シリンダに対して前記ピストンを径方向に支持させる偏心ライダーリングと、前記ピストンにロッドを介して動力を伝達し前記ピストンを往復動させるクロスヘッドとを備え、前記シリンダと前記ピストンとの軸方向間のクリアランスは、前記ピストンの回転による前記クロスヘッドに対する前記ロッドのねじ部の締め込み量によって設定される往復動式圧縮機であって、
前記ピストンの外周には、前記偏心ライダーリングを前記シリンダに対して周方向の位置で位置決めする位置決め部材が固定される固定部が複数設けられ、この複数の固定部は、前記シリンダとピストンとのクリアランスが許容範囲内にあるときに、前記複数の固定部のうち１つの固定部に固定した前記位置決め部材によって、前記偏心ライダーリングを前記ピストンから掛かる荷重方向の肉厚が荷重方向反対側の肉厚よりも大きくなるように位置決めするように構成されていることを特徴とする往復動式圧縮機。
請求項１記載の往復動式圧縮機であって、
前記偏心ライダーリングは、荷重方向側と荷重方向反対側とに周方向で２分割され、前記２分割された偏心ライダーリングは、前記ピストンの固定部に固定された前記位置決め部材によって前記ピストンに対する周方向の位置がそれぞれ位置決めされていることを特徴とする往復動式圧縮機。