JP2017206964A - Labyrinth seal structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ラビリンスシール構造に関し、特に、ガス圧縮機のピストンの側面における流体(圧縮ガス)の漏れを防止するための新規な改良に関する。 The present invention relates to a labyrinth seal structure, and more particularly, to a novel improvement for preventing leakage of fluid (compressed gas) on a side surface of a piston of a gas compressor.
従来、用いられていたこの種のラビリンスシール構造としては、例えば、図4から図6で示される特許文献1の構成を挙げることができる。
すなわち、図4におけるシリンダ1内には、シリンダ1の内径より小さな外径を有するライダーリング3がピストン2に設けられている。前記ライダーリング3はシリンダ1に対して通常は非接触であるが、ピストン2の振れがシリンダ1内径に対して過大な場合はラビリンス部に先んじてライダーリング3がシリンダ1に接触することでピストンを支持する。これにより、ガスのシール機能を発揮するラビリンス部を非接触に保つことが可能となる。ここで、ピストン2の振れがシリンダ1内径に対して過大になる場合としては、シリンダ1内ガスの圧力が十分に高くなっておらずラビリンスの調芯効果が得られない圧縮機起動時やピストンロッドが熱による曲げ変形を起こした場合などが挙げられている。また、ライダーリング3の外周面には往復動方向に溝15が設けられており、ガスの流れを阻害することなく往復動することができる。さらに、ライダーリング3の材質には無潤滑で高い摺動性を示すものが推奨され、特にポリテトラフルオロエチレン(PTFE)やグラファイトが例として挙げられている。
As this type of labyrinth seal structure that has been conventionally used, for example, the configuration of Patent Document 1 shown in FIGS. 4 to 6 can be exemplified.
That is, in the cylinder 1 in FIG. 4, a rider ring 3 having an outer diameter smaller than the inner diameter of the cylinder 1 is provided on the
また、図7及び図8として示される特許文献2の圧縮機のピストンリングでシリンダ内ガスのシールを行う構造では次に説明するものが知られていた。すなわち、線膨張率の異なる二個のピストンリングを装着した構成である。
すなわち、空調用往復動圧縮機のピストン2に高温領域用ピストンリングと低温領域用ピストンリングの二個のピストンリング21,22が溝23,24を介して装着されている。二個のピストンリング21,22は、線膨張率の異なる材料で作られていると同時に常温における外径(以下、自由径と呼ぶ。)が異なるよう設計されている。従って、ある所定温度における二個のピストンリングの外径は互いに異なるようになっている。これにより、自由径が大きく線膨張率が小さいピストンリングが低温領域でシリンダ内面に密着し、自由径が小さく線膨張率が大きいピストンリングが高温領域でシリンダ内面に密着することで、両温度領域で優れたシール性を発揮することができる。
Moreover, what was demonstrated below was known in the structure which seals the gas in a cylinder with the piston ring of the compressor of
That is, two
すなわち、前述の特許文献1のようにピストンを構成した時、圧縮機起動時の温度ではシリンダ内径より小さな外径を有するライダーリングを設置した場合であっても、運転中の温度ではライダーリングが膨張してシリンダ内面に押し付けられる寸法となり、異常な発熱と摩耗を生じる可能性がある。あるいは、運転中の温度で適切な外径となるライダーリングを設置した場合、起動時の温度でのライダーリング外径がラビリンス部の外径より小さくなり、ラビリンス部の保護機能を発揮しない可能性がある。これらの原因は、ライダーリングの線膨張範囲と比較してシリンダとラビリンス部との隙間が小さいことにある。一般に、PTFEをはじめとした樹脂材料は、シリンダやラビリンス部に用いられる金属材料と比較して線膨張率が大きい。加えて、ラビリンスシール構造においては、ガスの漏れ量を減らすためにシリンダとラビリンス部の隙間を可能な限り狭く設定することが求められる。以上のことから、シリンダとラビリンス部の隙間値とライダーリングの線膨張範囲のバランスをとる設計が困難である。 That is, when the piston is configured as in the above-mentioned Patent Document 1, even when a rider ring having an outer diameter smaller than the cylinder inner diameter is installed at the temperature at which the compressor is started, the rider ring is not operated at the operating temperature. It expands to a size that is pressed against the inner surface of the cylinder, and may cause abnormal heat generation and wear. Or, if a rider ring that has an appropriate outer diameter at the operating temperature is installed, the outer diameter of the rider ring at the starting temperature may be smaller than the outer diameter of the labyrinth part, and the protective function of the labyrinth part may not be exhibited. There is. These causes are that the gap between the cylinder and the labyrinth portion is smaller than the linear expansion range of the rider ring. In general, resin materials such as PTFE have a larger linear expansion coefficient than metal materials used for cylinders and labyrinth parts. In addition, in the labyrinth seal structure, it is required to set the gap between the cylinder and the labyrinth portion as narrow as possible in order to reduce the amount of gas leakage. From the above, it is difficult to design a balance between the clearance between the cylinder and the labyrinth and the linear expansion range of the rider ring.
また、前述の特許文献2の構成では、ピストンリングがピストンの支持機能とガスのシール機能を兼ねており、ピストンリングがシリンダ内面に常に接触した状態で運転を行う。これに対しラビリンスシール構造では、通常時はシリンダと非接触でありながら、ピストン振れが過大な場合にのみ支持機能を発揮する要素が求められる。
Moreover, in the structure of the above-mentioned
本発明は、圧縮機起動時の温度から運転中の温度までの全ての温度範囲でシリンダの内径より小かつラビリンス部の外径より大である外径となるライダーリングを用いて、ラビリンス部を非接触に保つことができるようにしたラビリンスシール構造を得ることを目的としている。 The present invention uses a rider ring that has an outer diameter that is smaller than the inner diameter of the cylinder and larger than the outer diameter of the labyrinth section in the entire temperature range from the temperature at the time of starting the compressor to the temperature during operation. An object of the present invention is to obtain a labyrinth seal structure that can be kept non-contact.
本発明によるラビリンスシール構造は、シリンダ内で上下動するピストンと、前記ピストンの外周に設けられたライダーリングとを有するラビリンスシール構造において、前記ライダーリングは、線膨張率の異なる材料からなる二個以上のリングからなる構成であり、また、前記リングの下部には、ラビリンス溝を有するラビリンス部が設けられ、前記ラビリンス部の第1外径は、前記ライダーリングの第2外径よりも小である構成である。 The labyrinth seal structure according to the present invention is a labyrinth seal structure having a piston that moves up and down in a cylinder and a rider ring provided on the outer periphery of the piston, wherein the rider ring is made of two materials having different linear expansion coefficients. The labyrinth part having a labyrinth groove is provided at the lower part of the ring, and the first outer diameter of the labyrinth part is smaller than the second outer diameter of the rider ring. It is a certain configuration.
本発明によるラビリンスシール構造は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、シリンダ内で上下動するピストンと、前記ピストンの外周に設けられたライダーリングとを有するラビリンスシール構造において、前記ライダーリングは、線膨張率の異なる材料からなる二個以上のリングからなる構成であるため、圧縮機起動時のような低温状態から運転中のような高温状態までの温度範囲でシリンダの内径より小かつラビリンス部の外径より大な外径となる複数のライダーリングを用いて、ラビリンス部を非接触に保つことができるシール構造を提供できる。
また、前記リングの下部には、ラビリンス溝を有するラビリンス部が形成され、前記ラビリンス部の第1外周は、前記ライダーリングの第2外周よりも内側である構成であるため、ライダーリングの線膨張範囲の制約を受けずにシリンダとラビリンス部の隙間値を設定できるため、ラビリンスシール構造に採用される非常に狭い隙間値を用いることができる。また、温度領域によって複数のライダーリングが支持機能を分担することで、ライダーリング一個あたりの摺動時間が減少することになり、長寿命化できる効果がある。
さらに、従来のラビリンスシール構造のピストンを使用する往復動圧縮機においてピストンをガイドする役割を果たしていた案内軸受が不要となる。案内軸受が不要となることで、部品数を削減できるのはもちろん、高い精度が求められる組立作業を行う必要がなくなる。また、案内軸受を設置する空間を廃止し、圧縮機の全高を低減することが可能となるため、全体の振動を軽減できる効果がある。
Since the labyrinth seal structure by this invention is comprised as mentioned above, the following effects can be acquired.
That is, in a labyrinth seal structure having a piston that moves up and down in a cylinder and a rider ring provided on the outer periphery of the piston, the rider ring is composed of two or more rings made of materials having different linear expansion coefficients. Therefore, using multiple rider rings that have an outer diameter that is smaller than the inner diameter of the cylinder and larger than the outer diameter of the labyrinth part in a temperature range from a low temperature state such as when the compressor is started to a high temperature state during operation. Thus, it is possible to provide a seal structure that can keep the labyrinth part in a non-contact state.
In addition, a labyrinth portion having a labyrinth groove is formed in the lower portion of the ring, and the first outer periphery of the labyrinth portion is configured to be inside the second outer periphery of the rider ring. Since the gap value between the cylinder and the labyrinth portion can be set without being restricted by the range, a very narrow gap value employed in the labyrinth seal structure can be used. Further, since the plurality of rider rings share the support function depending on the temperature region, the sliding time per rider ring is reduced, and there is an effect that the life can be extended.
Furthermore, the guide bearing which played the role which guided the piston in the reciprocating compressor which uses the piston of the conventional labyrinth seal structure becomes unnecessary. By eliminating the need for guide bearings, the number of parts can be reduced, and it is not necessary to perform assembly work requiring high accuracy. Moreover, since the space for installing the guide bearing can be eliminated and the overall height of the compressor can be reduced, there is an effect of reducing the overall vibration.
本発明によるラビリンスシール構造は、ガス圧縮機のピストンの側面における流体(圧縮ガス)の漏れを防止するために、ピストンのライダーリングを、線膨張率の異なる材料からなる二個以上のリングからなる構成とすることにより、全ての温度範囲で、シリンダの内壁に対してラビリンス部を非接触に保つことができることである。 In the labyrinth seal structure according to the present invention, the rider ring of the piston is composed of two or more rings made of materials having different linear expansion coefficients in order to prevent leakage of fluid (compressed gas) on the side surface of the piston of the gas compressor. By adopting the configuration, the labyrinth portion can be kept in non-contact with the inner wall of the cylinder in the entire temperature range.
以下、図面と共に本発明によるラビリンスシール構造の好適な実施の形態について説明する。
尚、従来例と同一又は同等部分には、同一符号を付して説明する。
図1において、符号1で示されるものは、図示しない往復動圧縮機のシリンダであり、このシリンダ1の内側にはピストン2が上下動自在に収容されている。
前記ピストン2は、上部ピストンディスク2aと下部ピストンディスク2bを上下に一体化した構成である。
Hereinafter, preferred embodiments of a labyrinth seal structure according to the present invention will be described with reference to the drawings.
In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to a part the same as that of a prior art example, or an equivalent part.
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a cylinder of a reciprocating compressor (not shown), and a
The
前記各ピストンディスク2a,2bには、第1貫通孔4及び第2貫通孔5が形成され、前記第1貫通孔4の下部には第1段部6が形成されている。 Each piston disk 2a, 2b is formed with a first through hole 4 and a second through hole 5, and a first step 6 is formed below the first through hole 4.
また、前記第2貫通孔5の上部には第2段部7及びピストンナット8が設けられており、前記第1段部6から前記第1貫通孔4内に挿入されたピストンロッド9は、前記第2貫通孔5を貫通した後、前記ピストンナット8に螺合する。
また、前記ピストンロッド9の径大部9aは前記第1段部6に当接して位置決めされ、前記ピストンナット8は前記第2段部7で位置決めされ、前記ピストンナット8を締めることによって、前記各ピストンディスク2a,2bがピストン2として一体に締結される。
In addition, a second step portion 7 and a piston nut 8 are provided in the upper portion of the second through hole 5, and the piston rod 9 inserted into the first through hole 4 from the first step portion 6 is: After passing through the second through hole 5, the piston nut 8 is screwed.
Further, the large diameter portion 9a of the piston rod 9 is positioned in contact with the first step portion 6, the piston nut 8 is positioned at the second step portion 7, and the piston nut 8 is tightened to Each piston disk 2a, 2b is integrally fastened as a
前記ピストン2の側部すなわち外周には、前記各ピストンディスク2a,2bを跨いで連通する状態で輪状凹部10が形成されている。
前記輪状凹部10内には、上部にライダーリング3を設けたラビリンス部11が設けられている。
尚、前記ライダーリング3は前記ラビリンス部11の上部に設けた場合を図1に示しているが、上部に限ることなく、中央部あるいは下部に設けることもできる。
前記ライダーリング3は、高線膨張リング12及びこの高線膨張リング12よりも低い線膨張の低線膨張リング13が前記ピストン2の軸方向Aに沿って積層され、このライダーリング3の下部にはラビリンススリーブ14及びラビリンス溝15からなる前記ラビリンス部11が設けられている。
従って、前記ラビリンス部11を備えたピストン2に線膨張率の異なる材料からなる二個以上のリング12,13が互いに上下方向に接触して重合した状態で設けられている。
An annular recess 10 is formed on the side of the
A
In addition, although the case where the said rider ring 3 is provided in the upper part of the said
In the rider ring 3, a high linear expansion ring 12 and a low linear expansion ring 13 having a linear expansion lower than the high linear expansion ring 12 are stacked along the axial direction A of the
Therefore, two or more rings 12 and 13 made of materials having different linear expansion coefficients are provided on the
次に動作について説明する。例えば、圧縮機起動時のような低温状態においては、低線膨張リング13がラビリンススリーブ14や高線膨張リング12よりシリンダ1側に飛び出している構造となり(図2)、ラビリンススリーブ14をシリンダ1と非接触に保つことができる。また、圧縮機運転中のような高温状態においては、高線膨張リング12が熱により膨張し、ラビリンススリーブ14や低線膨張リング13よりシリンダ1側に飛び出す構造となり(図3)、ラビリンススリーブ14をシリンダ1と非接触に保つことができる。
Next, the operation will be described. For example, in a low temperature state such as when the compressor is started, the low linear expansion ring 13 protrudes from the
また、線膨張率が小さいライダーリング13は、圧縮機起動時のような低温状態におけるシリンダ1の内径より小かつラビリンス部11の外径より大なる外径となるよう設計されているため、低温状態においてピストン2の支持機能を発揮する。反対に、線膨張率が大きいライダーリング12は、圧縮機運転中のような高温状態におけるシリンダ1の内径より小かつラビリンス部11の外径より大なる外径となるよう設計されているため、圧縮機の温度が高温で安定した状態においてピストン2の支持機能を発揮する。なお、圧縮機起動時の温度から運転中の温度までの全ての温度範囲において全てのライダーリング3の外径はシリンダ1内径より小であるため、通常はシリンダ1と非接触でありながら、ピストン振れが過大な場合にのみピストン2の支持機能を発揮する。
尚、前記ラビリンス部11の第1外径D1は、前記ライダーリング3の第2外径D2よりも小であるため、ラビリンススリーブ14のシリンダ1の内面への接触を防止することができる。
Further, the rider ring 13 having a small linear expansion coefficient is designed to have an outer diameter that is smaller than the inner diameter of the cylinder 1 and larger than the outer diameter of the
Since the first outer diameter D1 of the
尚、本発明によるラビリンスシール構造の要旨とするところは、次の通りである。
すなわち、シリンダ1内で上下動するピストン2と、前記ピストン2の外周に設けられたライダーリング3とを有するラビリンスシール構造において、前記ライダーリング3は、線膨張率の異なる材料からなる二個以上のリング12,13からなる構成であり、また、前記リング12,13の下部には、ラビリンス溝15を有するラビリンス部11が形成され、前記ラビリンス部11の第1外径D1は、前記ライダーリング3の第2外径D2よりも小である構成である。
The gist of the labyrinth seal structure according to the present invention is as follows.
That is, in the labyrinth seal structure having the
本発明によるラビリンスシール構造は、ピストンのラビリンス部の上部に設けたライダーリングを高線膨張リングと低温膨張リングで構成しているため、圧縮機起動時のような低温状態及び圧縮機運転中の高温状態でもシールが可能となり、シリンダに対するラビリンス部の非接触を保つことができ、圧縮機を高性能に維持することができる。 In the labyrinth seal structure according to the present invention, the rider ring provided on the upper part of the labyrinth portion of the piston is composed of a high-line expansion ring and a low-temperature expansion ring. Sealing is possible even in a high temperature state, the non-contact of the labyrinth part with the cylinder can be maintained, and the compressor can be maintained at high performance.
1 シリンダ
2 ピストン
2a 上部ピストンディスク
2b 下部ピストンディスク
3 ライダーリング
4 第1貫通孔
5 第2貫通孔
6 第1段部
7 第2段部
8 ピストンナット
9 ピストンロッド
9a 径大部
10 輪状凹部
11 ラビリンス部
12 高線膨張リング
13 低線膨張リング
14 ラビリンススリーブ
15 ラビリンス溝
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (2)
前記ライダーリング(3)は、線膨張率の異なる材料からなる二個以上のリング(12,13)からなる構成としたことを特徴とするラビリンスシール構造。 In the labyrinth seal structure having a piston (2) that moves up and down in the cylinder (1) and a rider ring (3) provided on the outer periphery of the piston (2),
The labyrinth seal structure characterized in that the rider ring (3) is composed of two or more rings (12, 13) made of materials having different linear expansion coefficients.
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