JP2015209859A - Oil scrape ring for piston rod and stuffing box with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ピストンロッド用オイル掻きリングに関し、更に詳しくは、特に船舶用の大型2サイクルディーゼルエンジンなどにおいて使用されるピストンロッド用オイル掻きリング及び当該オイル掻きリングを備えたスタフィングボックスに関する。 The present invention relates to an oil scraping ring for a piston rod, and more particularly to an oil scraping ring for a piston rod used in a large-sized two-cycle diesel engine for a ship and a stuffing box provided with the oil scraping ring.
一般に船舶用の大型2サイクルディーゼルエンジンでは、エンジンの掃気室とクランク室との間に仕切り板が設けられており、ピストンロッドは、その仕切り板直上に設けられた気密リングやオイル掻きリングを収容するスタフィングボックスを通して往復動する。例えば、特許文献1に開示された図8に示すような一般的なスタフィングボックス400では、気密リング100とオイル掻きリング110でピストンロッド300の外周をシールし、エンジン掃気室からの燃焼残渣物を含んだシリンダ油がクランク室に流入しないようにするシール機能と、ピストンロッド300に付着したシステム油を掻き落としクランク室へ戻すオイル掻き機能を有している。
In general, large two-cycle diesel engines for ships are provided with a partition plate between the scavenging chamber and the crank chamber of the engine, and the piston rod accommodates an airtight ring or an oil scraping ring provided immediately above the partition plate. Reciprocates through the stuffing box. For example, in a
図8に示されている従来のオイル掻きリング110は、2本のレール部を有する3分割されたリング本体の組合せで構成され、外周にコイルスプリング200を配接し、かつ重ね合わせてリング溝に装着される。オイル掻きリング110は、コイルスプリング200の収縮力によりその内周面がピストンロッド300の外周面に押圧付勢され、ピストンロッド300の往復動に際してピストンロッド表面に付着して掃気室側に移動するシステム油を掻き落とし、システム油の過剰の消費を防止する。なお、掻き落とされたシステム油の除去排出を容易にするため、2本のレール部の間に内周側から外周側に繋がるオイル通し穴210が設けられたものが一般的である。
The conventional
また、オイル掻きリング溝の上から1段目のリング溝には連通孔401が設けられ、エンジン掃気室からの燃焼残渣物を含んだシリンダ油とオイル掻きリング110が掻き落とせずに侵入したシステム油の混合油が、この連通孔401からドレンとして外部に排出され、2段目以下のリング溝には、ピストンロッド300より掻き落としたシステム油が、オイル掻きリング110のオイル通し穴210を通してリング溝底に集められ、リング溝の外周に設けられた孔402によりクランク室に戻される。一般に、システム油は、燃料やシリンダ油と比較して高価であり、その消費量は船舶の運航コストに大きく影響するため、具体的にはドレン量を低減してシステム油の消費量を低減することが強く求められている。
In addition, a
オイル掻きリングのオイル掻き機能を向上するために、これまでいくつかの改良が施されてきた。特許文献2は、図9の(a)に示す従来のオイル掻きリング510から、小型軽量、柔構造としてオイル消費量(ドレン量)の低減と長寿命化を達成するための構造として、図9の(b)に示すように、断面形状において軸方向の幅が5 mm以上15 mm以下、径方向の厚さが別体のレール部を含み17 mm以上23 mm以下のオイル掻きリング610を開示し、特許文献3は、さらに追従性を向上するものとして、図10に示すように、軸方向幅(h1)が5 mm以上10 mm以下、径方向の厚さ(a1)がレール部を除き10 mm以上20 mm以下のリング本体710が、周方向に少なくとも2つ以上に分割され、内周側軸方向中央部に1本のレール部711と、外周側軸方向中央部にコイルスプリングの収容溝712と、上下側面の片側のみに複数のオイル通し溝713を備えたオイル掻きリングを開示している。
In order to improve the oil scraping function of the oil scraping ring, several improvements have been made so far.
特許文献2や特許文献3のオイル掻きリングは、それ以前のオイル掻きリングと比較して、ドレン量の低減に有効であった。しかし、ドレン量の低減は永遠の課題でもあり、さらなる低減が求められているのが実情である。
The oil scraping rings of
上記問題に鑑み、本発明は、従来以上にオイル掻き性能に優れ、ドレン量を低減できるピストンロッド用オイル掻きリング、及び当該オイル掻きリングを備えたスタフィングボックスを提供することを課題とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an oil scraping ring for a piston rod that is more excellent in oil scraping performance than before and can reduce the drain amount, and a stuffing box including the oil scraping ring.
本発明者達は、特許文献3のオイル掻きリングの追従性をさらに改善し、ドレン量を低減するため、鋭意研究の結果、オイル掻きリングの上側面及び下側面の両方にオイル通し溝を交互に備えることによって、上下のバランスを取り、さらに追従性を改善したオイル掻きリングが得られることに想到した。 In order to further improve the followability of the oil scraping ring of Patent Document 3 and reduce the amount of drainage, the present inventors have intensively studied, and as a result, oil passage grooves are alternately formed on both the upper and lower sides of the oil scraping ring. It was conceived that an oil scraping ring that balances the upper and lower sides and has improved followability can be obtained by preparing for.
すなわち、本発明のピストンロッド用オイル掻きリングは、往復動するピストンロッドの外周面に摺接するレール部を有するリング本体と、前記レール部を前記ピストンロッドの外周面に対して押圧付勢する環状のコイルスプリングを有するピストンロッド用オイル掻きリングであって、前記リング本体が周方向に少なくとも2つ以上に分割され、内周側軸方向中央部に1本の前記レール部と、外周側軸方向中央部に前記コイルスプリングの収容溝と、上側面及び下側面の両側に複数のオイル通し溝を上下交互に備えたことを特徴とする。 That is, the piston rod oil scraping ring of the present invention includes a ring body having a rail portion that is in sliding contact with the outer peripheral surface of the piston rod that reciprocates, and an annular shape that presses and urges the rail portion against the outer peripheral surface of the piston rod. An oil scraping ring for a piston rod having a coil spring, wherein the ring main body is divided into at least two in the circumferential direction, one rail portion at the central portion in the axial direction on the inner peripheral side, and the axial direction on the outer peripheral side The coil spring receiving groove is provided in the central portion, and a plurality of oil passage grooves are provided alternately on the upper side surface and the lower side surface.
本発明のピストンロッド用オイル掻きリングは、上側面及び下側面の両方にオイル通し溝を交互に備えることにより上下のバランスを取りつつ断面2次モーメントを引き下げて追従性を改善するとともに、上側面のオイル通し溝と隣接する下側面のオイル通し溝の間のリング本体の軸に直角な方向の内周側の離間距離及び外周側の離間距離をいずれも所定の距離とすることによりオイル掻きリングとして必要な剛性も維持して、優れたオイル掻き性能を発揮し、ドレン量の低減に寄与する。また、オイル通し溝を内周側から外周側に断面積が拡大するように傾斜させることによって上側面のオイル通し溝に入ったオイルの除去排出を容易にすることができ、さらに、オイル掻きリングを複数個重ねて1つのリング溝に装着した場合、上下隣接するオイル掻きリングのオイル通し溝を対向するように組み合わせれば、オイル通し溝の大きさを拡大し、さらに容易にオイルを排出することができるようになる。 The oil scraping ring for piston rod of the present invention is provided with oil passage grooves alternately on both the upper side surface and the lower side surface, thereby improving the followability by lowering the secondary moment while maintaining the balance between the upper and lower sides. Oil scraping ring by setting the inner circumferential side separation distance and the outer circumferential side separation distance in the direction perpendicular to the axis of the ring body between the oil passage groove on the lower side surface adjacent to the oil passage groove on the lower surface to a predetermined distance. Maintaining the necessary rigidity, it exhibits excellent oil scraping performance and contributes to the reduction of drainage. In addition, the oil passage groove is inclined so that the cross-sectional area increases from the inner circumference side to the outer circumference side, so that the oil that has entered the oil passage groove on the upper side can be easily removed and discharged. When multiple cylinders are mounted in a single ring groove, the size of the oil passage groove can be increased and oil can be discharged more easily by combining the oil passage grooves of the oil scraping rings adjacent to each other vertically. Will be able to.
図1は、本発明の実施態様を示すピストンロッド用オイル掻きリング1を装着したスタフィングボックス10の断面を模式的に示したもので、オイル掻きリング1は各リング溝に3段に重ねて収容されている。オイル掻きリング1は往復動するピストンロッド30の外周面に摺接する1本のレール部2を内周側軸方向中央部に有し、前記レール部2を前記ピストンロッド30の外周面に対して押圧付勢する環状のコイルスプリング3を外周側軸方向中央部に形成されたコイルスプリング収容溝7に備えている。また、図2の(a)は本発明の実施態様を示す3分割されたオイル掻きリング1のリング本体の軸方向から見た平面図であり、(b)は同リングを半径方向外周側から見た正面図の一部であり、(c)は同リングのA-A断面図である。オイル掻きリング1は、上側面及び下側面の両側に複数のオイル通し溝を交互に備えており、内周側の溝深さはレール部2にかからない程度までとしている。オイル通し溝4を上下側面の両側に交互に形成することは、上下側面の片側のみに形成することと比べ、上下のバランス改善と断面2次モーメントのさらなる引き下げによる追従性の向上の両方に寄与している。ここで、追従性を向上しつつも、オイル掻きリングとして必要な剛性を維持するため、上側面のオイル通し溝4と隣接する下側面のオイル通し溝4の間のリング本体の軸に直角な方向の内周側の離間距離(t)及び外周側の離間距離(t’)、すなわち上下側面にオイル通し溝を有しない部分の距離は、いずれも2 mm以上であることが好ましい(図2の(a)参照)。離間距離(t及びt’)は2.5 mm以上であればより好ましく、3 mm以上であればさらに好ましい。さらに、前記オイル通し溝4の内周側開口面積率は10〜35%であることが好ましい。15〜30%であればより好ましく、18〜27%であればさらに好ましい。
FIG. 1 schematically shows a cross-section of a stuffing box 10 equipped with an oil scraping ring 1 for a piston rod showing an embodiment of the present invention. The oil scraping ring 1 is stacked in three stages in each ring groove. Contained. The oil scraping ring 1 has one
また、オイル通し溝4は、内周側から外周側に断面積を拡大するように傾斜していることが好ましく、前記オイル通し溝4の傾斜角度θは、リング本体の軸に直角な方向に対し3〜10°であることが好ましく、5〜8°であることがより好ましい。図3は傾斜したオイル通し溝4を示しており、この傾斜により、オイル通し溝4に入ったシリンダ油又はシステム油はリング溝の底側に流れやすくなる。
The
また、本発明のピストンロッド用オイル掻きリング1は、図4に示すように、リング本体の上側面側に、上側に隣接する別のピストンロッド用オイル掻きリング1と結合するためのピン8を有していることが好ましく、図5に示すように、リング本体の下側面側には、下側に隣接する別のピストンロッド用オイル掻きリング1のピン8と結合するためのピン穴9を有していることが好ましい。これらのピストンロッド用オイル掻きリング1は、スタフィングボックス10の1つのリング溝に、複数個重ねて装着することが好ましく、隣接するピストンロッド用オイル掻きリング1のオイル通し溝4が対向して配置されるピストンロッド用オイル掻きリングの組合せを含むことが好ましい。図6は3段に重ねたオイル掻きリングにおいて、上側2段のオイル掻きリングのオイル通し溝4,4が対向して配置されており、オイル通し溝の断面積が2倍に拡大され(4+4)、シリンダ油又はシステム油がオイル通し溝に流入しやすい態様となる。図7は、図6に示した断面図に示されたオイル通し溝の隣のオイル通し溝について切断した断面図であり、下側2段のオイル掻きリングのオイル通し溝4,4が対向して配置された様子を示している。
In addition, as shown in FIG. 4, the piston rod oil scraping ring 1 of the present invention has a
ピン8及びピン穴9による結合部は、3つの分割されたオイル掻きリングを組み合わせて1カ所あればよく、ピン穴9にクリアランスを設けることにより各オイル掻きリングのピストンロッド30に対する追従性を保持することができる。一般に、オイル掻きリングは、リング溝内のサイドクリアランスにより、ピストンロッドの上下動に伴って傾斜する。図8や図9のレールが2本のオイル掻きリング110,510,610の場合、傾斜により片側のレールとピストンロッドの間に隙間が形成されるが、本発明のオイル掻きリング1では、1つのレール2を1つのコイルスプリング3で押圧付勢しており、かつピン穴9にクリアランスがあるため、独立してピストンロッド30に追従することができ、オイル掻きリング1が傾いたとしても、レール2とピストンロッド30の間には隙間が形成されにくいという特徴も有している。
The connecting part by the
実施例1
実施例1として、ボア径800 mm、ストローク2800 mmの7気筒大型2サイクル低速ディーゼルエンジン用に、内径310 mmφ、外径345 mmφ、幅(h1)8 mm、レール部を含む厚さ(a1)17.5 mm、レール部の幅1.5 mm、レール部の厚さ4.5 mmの周方向3分割した鉛青銅鋳物(CAC603)製オイル掻きリング本体を作製した。リング本体には、溝幅30 mm、溝深さ2.5 mmのオイル通し溝を、上側面と下側面に交互に、上側面に5個、下側面に4個、リング全体で上側面に15個、下側面に12個形成した。ここで、オイル通し溝間の離間距離は、内周側の離間距離(t)を5.37 mm、外周側の離間距離(t’)を7.64 mmとした。スタフィングボックスは、これらのオイル掻きリングを2段に重ねて装着するリング溝を4段有する構成とし、オイル掻きリングは、2段に重ねて装着するため、下段のオイル掻きリングには上段のオイル掻きリングのピン穴と結合させるピンを取付け、上段のオイル掻きリングには下段のオイル掻きリングのピンと結合させるピン穴を形成した。この結合により、上下隣接するオイル掻きリングのオイル通し溝が対向する位置関係を取っている。また、これらのオイル掻きリングと組み合わせるコイルスプリング(SWPB製)は面圧が0.24 MPaになるように調整した。
Example 1
As Example 1, for a 7-cylinder large two-cycle low-speed diesel engine with a bore diameter of 800 mm and a stroke of 2800 mm, an inner diameter of 310 mmφ, an outer diameter of 345 mmφ, a width (h1) of 8 mm, and a thickness including a rail (a1) An oil scraping ring body made of a lead bronze casting (CAC603) divided into three in the circumferential direction having a width of 17.5 mm, a width of the rail portion of 1.5 mm, and a thickness of the rail portion of 4.5 mm was manufactured. The ring body has oil passage grooves with a groove width of 30 mm and a groove depth of 2.5 mm alternately on the upper and lower sides, 5 on the upper side, 4 on the lower side, and 15 on the upper side of the entire ring. Twelve were formed on the lower surface. Here, the separation distance between the oil passage grooves was 5.37 mm on the inner circumferential side (t) and 7.64 mm on the outer circumferential side (t ′). The stuffing box has a structure with four ring grooves for mounting these oil scraping rings in two stages, and the oil scraping ring is mounted in two stages, so the lower oil scraping ring has an upper stage. A pin to be coupled with the pin hole of the oil scraping ring was attached, and a pin hole to be coupled with the pin of the lower oil scraping ring was formed in the upper oil scraping ring. Due to this connection, the oil passage grooves of the oil scraping rings adjacent to each other in the upper and lower sides are positioned to face each other. The coil spring (made by SWPB) combined with these oil scraping rings was adjusted so that the surface pressure was 0.24 MPa.
比較例1
比較例1として、図9の(a)に示すオイル掻きリング510の形状で、内径310 mmφ、外径358 mmφ、幅(h1)22 mm、レール部を含む厚さ(a1)26.5 mm、レール部の幅1.5 mm、レール部の厚さ4.5 mmの周方向3分割した従来の鋳鉄(FC250)製オイル掻きリング本体を作製した。ここで、コイルスプリング(SWPB製)は面圧が従来の0.38 MPaとなるように調整した。
Comparative Example 1
As Comparative Example 1, the shape of the
[1] 実機試験1
ボア径800 mm、ストローク2800 mmの7気筒大型2サイクル低速ディーゼルエンジンを搭載したタンカーにて実機試験をするため、実施例1のオイル掻きリングを装着したスタフィングボックスAを7気筒分と、比較例1のオイル掻きリングを装着したスタフィングボックスBを7気筒分準備した。実機試験は、7気筒全てにスタフィングボックスBを使用して開始し、1008時間経過後、スタフィングボックスBをスタフィングボックスAに交換し、さらに1008時間を行った。表1に、各気筒の24時間、504時間、1008時間のドレン量(l/日)を、比較例1の第1気筒の24時間経過時のドレン量(l/日)を1とした相対量で示す。
[1] Actual machine test 1
Compared to 7 cylinders, the stuffing box A equipped with the oil scraping ring of Example 1 was compared with a 7-cylinder tank for carrying out actual machine tests on a tanker equipped with a 7-cylinder large 2-cycle low-speed diesel engine with a bore diameter of 800 mm and a stroke of 2800 mm. Seven cylinders of stuffing box B equipped with the oil scraping ring of Example 1 were prepared. The actual machine test was started using stuffing box B for all seven cylinders. After 1008 hours, stuffing box B was replaced with stuffing box A, and another 1008 hours were conducted. Table 1 shows the relative amount of drain (l / day) for 24 hours, 504 hours, and 1008 hours for each cylinder, and the drain amount (l / day) for the first cylinder of Comparative Example 1 after 24 hours. Shown in quantity.
実施例1の初期ドレン量(24時間)は、比較例1の初期ドレン量と比較して20.9%であり、本発明のオイル掻きリングを使用することにより、大きく(79.1%)低減された。また、1008時間経過してもドレン量は殆ど変わらなかった。 The initial drain amount (24 hours) of Example 1 was 20.9% compared to the initial drain amount of Comparative Example 1, and was greatly reduced (79.1%) by using the oil scraping ring of the present invention. Further, the drain amount hardly changed even after 1008 hours had passed.
実施例2
実施例2として、ボア径370 mm、ストローク880 mmの3気筒大型2サイクル低速ディーゼルエンジン用に、内径138 mmφ、外径165 mmφ、幅(h1)6 mm、レール部を含まない厚さ(a1)9 mm、レール部の幅1.5 mm、レール部の厚さ4.5 mmの周方向3分割した鉛青銅鋳物(CAC603)製オイル掻きリング本体を作製した。ここで、リング本体には、溝幅13 mm、内周側溝深さ1.5 mm、傾斜角8°のオイル通し溝を、上側面と下側面に交互に、上側面に5個、下側面に4個、リング全体で上側面に15個、下側面に12個形成した。ここで、オイル通し溝間の離間距離は、内周側の離間距離(t)を2.38 mm、外周側の離間距離(t’)を3.85 mmとした。スタフィングボックスは、これらのオイル掻きリングを3段に重ねて装着するリング溝を4段有する構成とし、オイル掻きリングは、3段に重ねて装着するため、下段のオイル掻きリングの上側面には中段のオイル掻きリングのピン穴と結合させるピンを取付け、中段のオイル掻きリングの下側面と上側面には、それぞれ、下段のオイル掻きリングのピンと結合させるピン穴を形成し、上段のオイル掻きリングのピン穴と結合させるピンを取り付け、上段のオイル掻きリングの下側面には中段のオイル掻きリングのピンと結合させるピン穴を形成した。この結合により、上中段及び中下段の上下隣接するオイル掻きリングのオイル通し溝が対向する位置関係を取っている。また、これらのオイル掻きリングと組み合わせるコイルスプリング(SWPB製)は面圧が0.13 MPaになるように調整した。
Example 2
As Example 2, for a three-cylinder large two-cycle low-speed diesel engine with a bore diameter of 370 mm and a stroke of 880 mm, an inner diameter of 138 mmφ, an outer diameter of 165 mmφ, a width (h1) of 6 mm, and a thickness not including the rail (a1 ) An oil scraping ring body made of lead bronze casting (CAC603) divided into 3 parts in the circumferential direction with 9 mm, rail width 1.5 mm and rail thickness 4.5 mm was prepared. Here, the ring body has oil passage grooves with a groove width of 13 mm, an inner groove depth of 1.5 mm, and an inclination angle of 8 °, alternately on the upper and lower sides, 5 on the upper side and 4 on the lower side. In total, 15 rings were formed on the upper side and 12 on the lower side. Here, the separation distance between the oil passage grooves was 2.38 mm on the inner circumferential side (t) and 3.85 mm on the outer circumferential side (t ′). The stuffing box has a structure with four ring grooves for mounting these oil scraping rings in three stages, and since the oil scraping ring is mounted in three stages, it is attached to the upper side of the lower oil scraping ring. Attach a pin to be coupled with the pin hole of the middle oil scraping ring, and form a pin hole to be coupled with the pin of the lower oil scraping ring on the lower surface and upper surface of the middle oil scraping ring, respectively. A pin to be connected to the pin hole of the scraping ring was attached, and a pin hole to be connected to the pin of the middle oil scraping ring was formed on the lower surface of the upper oil scraping ring. By this connection, the upper and lower middle and lower and upper oil scraping rings of the oil scraping ring adjacent to each other are positioned so as to face each other. In addition, the coil spring (manufactured by SWPB) combined with these oil scraping rings was adjusted so that the surface pressure was 0.13 MPa.
比較例2
比較例2として、図8に示す2本のレール部を有するオイル掻きリング110の形状で、内径138 mmφ、外径169 mmφ、幅(h1)9 mm、レール部を含む厚さ(a1)15.5 mm、レール部の幅1.5 mm、レール部の厚さ5.0 mmの周方向3分割した従来の鋳鉄(FC250)製オイル掻きリング本体を作製した。ここで、コイルスプリング(SWPB製)は面圧が従来の0.13 MPaとなるように調整した。
Comparative Example 2
As a comparative example 2, the shape of the
[2] 実機試験2
ボア径370 mm、ストローク880 mmの3気筒大型2サイクル低速ディーゼルエンジンを搭載した船舶にて実機試験をするため、実施例2のオイル掻きリングを装着したスタフィングボックスCを3気筒分と、比較例2のオイル掻きリングを装着したスタフィングボックスDを3気筒分準備した。実機試験は、3気筒全てにスタフィングボックスDを使用して開始し、1008時間経過後、スタフィングボックスDをスタフィングボックスCに交換し、さらに1008時間を行った。表2に、各気筒の24時間、504時間、1008時間のドレン量(l/日)を、比較例2の第1気筒の24時間経過時のドレン量(l/日)を1とした相対量で示す。
[2]
Compared to the three-cylinder stuffing box C equipped with the oil scraping ring of Example 2 to test the actual machine on a ship equipped with a 3-cylinder large 2-cycle low-speed diesel engine with a bore diameter of 370 mm and a stroke of 880 mm Three stuffing boxes D equipped with the oil scraping ring of Example 2 were prepared. The actual machine test was started using stuffing box D for all three cylinders. After 1008 hours, stuffing box D was replaced with stuffing box C, and another 1008 hours were conducted. Table 2 shows the relative amount of drainage (l / day) for 24 hours, 504 hours, and 1008 hours for each cylinder, and the drainage amount (l / day) for the first cylinder of Comparative Example 2 after 24 hours. Shown in quantity.
実施例2の初期ドレン量(24時間)は、比較例2の初期ドレン量と比較して3.2%であり、本発明のオイル掻きリングを使用することにより、著しく(96.8%)低減された。また、1008時間経過してもドレン量は殆ど変わらなかった。 The initial drain amount (24 hours) of Example 2 was 3.2% compared to the initial drain amount of Comparative Example 2, and was significantly reduced (96.8%) by using the oil scraping ring of the present invention. Further, the drain amount hardly changed even after 1008 hours had passed.
1, 110, 510, 610, 710 オイル掻きリング
2, 711 レール部
3, 200 コイルスプリング
4, 210, 713 オイル通し溝
5, 401 連通孔
6, 402 孔
7, 712 コイルスプリング収容溝
8 ピン
9 ピン穴
10, 400 スタフィングボックス
30, 300 ピストンロッド
1, 110, 510, 610, 710 Oil scraping ring
2, 711 Rail section
3, 200 coil spring
4, 210, 713 Oil through groove
5, 401 communication hole
6, 402 holes
7, 712 Coil spring receiving groove
8 pin
9 Pin hole
10, 400 stuffing box
30, 300 Piston rod
Claims (9)
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