JPH0842452A - 多段圧縮装置 - Google Patents

多段圧縮装置

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JPH0842452A
JPH0842452A JP19715094A JP19715094A JPH0842452A JP H0842452 A JPH0842452 A JP H0842452A JP 19715094 A JP19715094 A JP 19715094A JP 19715094 A JP19715094 A JP 19715094A JP H0842452 A JPH0842452 A JP H0842452A
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JP
Japan
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cylinder liner
piston
gap
reciprocating
plunger
Prior art date
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Pending
Application number
JP19715094A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshihito Mizuno
善仁 水野
Yoshihito Tajima
祥人 田島
Kazuo Kanai
一男 金井
Akifumi Kobayashi
明文 小林
Manabu Hattori
学 服部
Tokio Yoshida
時男 吉田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SEIBU GAS KK
Osaka Gas Co Ltd
Sanyo Electric Co Ltd
Tokyo Gas Co Ltd
Toho Gas Co Ltd
Original Assignee
SEIBU GAS KK
Osaka Gas Co Ltd
Sanyo Electric Co Ltd
Tokyo Gas Co Ltd
Toho Gas Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数の往復圧縮部の少なくとも1往復圧縮部
をラビリンスシール機構を備えたプランジャーポンプに
より構成し、連動して所要の気体を多段階で圧縮する多
段圧縮装置において、プランジャーポンプの摩耗による
損傷防止とシール性の低下防止を図る。 【構成】 シリンダライナ4をセラミックスによって形
成すると共に、プランジャーピストン1をシリンダライ
ナ4より線膨張率の大きい硬質金属によって形成し、ラ
ビリンスシール機構部を除く部位のシリンダライナ4と
プランジャーピストン1との半径方向の間隙Gを、常温
において4μm以上、定常運転中の温度上昇時において
3.5μm以下とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、所要の気体を多段階で
圧縮する多段圧縮装置に関するものであり、更に詳しく
は最終段または最終段に近い高圧段階での往復圧縮部の
改良に係るものである。
【0002】
【従来の技術】この種の装置としては、圧縮段数の増加
に従って往復圧縮部、すなわち、シリンダとピストンと
による圧縮部を高圧側になるほどシリンダとピストンの
直径を細くするとともに、L型・V型・W型・半星型・
星型・対向釣り合い型などに配置して、各圧縮部を所要
の位相にずらせた行程で動作するように、クランク軸に
連結して連動することにより多段階の圧縮動作を行う機
構を電動機などの駆動源により運転する構成が日本機械
学会昭和45年9月15日「機械工学便覧」第10編第
30図〜第32図などにより開示されている。
【0003】また、図2のように、4つの往復圧縮部1
01・102・103・104を直交する軸105・1
06上で往復運動するように配置し、往復圧縮部101
から順次に高圧化して往復圧縮部104を最終段の高圧
圧縮部とした多段圧縮装置100において、往復圧縮部
104をピストンリングを用いずに密封するようにした
細長円柱状のプランジャーピストン1とシリンダ3とか
らなる圧縮機構(この発明において、プランジャーポン
プと云う)を用いて圧縮室5内の気体を圧縮する構成の
ものが周知である。
【0004】そして、上記プランジャーポンプにおいて
は、図1に示したように、プランジャーピストン1の外
径とシリンダ3の内側に嵌め込むシリンダライナ4の内
径との寸法差をごく小さくすると共に、プランジャーピ
ストン1の周囲には細い環状溝2を複数設けて、ラビリ
ンスシールしている。
【0005】すなわち、プランジャーピストン1の外面
とシリンダライナ4の内面との間の半径方向の間隙Gを
例えば4〜10μm程度とし、環状溝2の幅を例えば6
00μm程度、また、環状溝2の深さを例えば300μ
m程度とすることにより、前記間隙Gを通り抜けた被圧
縮気体が、各環状溝2で膨張して圧力を下げることを繰
り返すことで、被圧縮気体の漏れが防止される仕組みで
ある。
【0006】プランジャーポンプにおける上記ラビリン
スシール効果を確保するためには、プランジャーピスト
ン1とシリンダライナ4との間隙Gを適切に保つ必要が
あり、通常はプランジャーピストン1とシリンダライナ
4とを線膨張率が同程度で共に小さい部材によって形成
している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
においては、プランジャーピストンとシリンダライナと
の間隙からの漏れ損失を最小限とするためには、プラン
ジャーピストンとシリンダライナとの半径方向の間隙を
極めて小さくしなければならないが、このようにすると
常温での起動時にプランジャーピストンとシリンダライ
ナとが接触して摩耗すると云った不都合があり、この点
の解決が課題となっていた。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は上記した従来技
術の課題を解決するためになされたもので、複数の往復
圧縮部の少なくとも1往復圧縮部をラビリンスシール機
構を備えたプランジャーポンプにより構成し、前記複数
の往復圧縮部を連動して所要の気体を多段階で圧縮する
多段圧縮装置において、前記プランジャーポンプのシリ
ンダライナをセラミックスによって形成すると共に、前
記プランジャーポンプのピストンを前記シリンダライナ
より膨張率の大きい硬質金属によって形成し、前記ラビ
リンスシール機構部を除く部位の前記シリンダライナと
前記ピストンとの半径方向の間隙を、常温において4μ
m以上、定常運転中の温度上昇時に3.5μm以下とし
た第1の構成の多段圧縮装置と、
【0009】さらに、前記ピストンが、硬質金属の表面
にアモルファス構造のカーボン薄膜がイオンコーティン
グされて形成されている第2の構成の多段圧縮装置と、
を提供するものである。
【0010】
【作用】シリンダライナとプランジャーピストンとの半
径方向の間隙が、常温において4μm以上あり、しかも
プランジャーピストンがシリンダライナより膨張率の大
きい硬質金属によって形成されて、定常運転中の温度上
昇時には前記間隙が3.5μm以下に縮小するので、常
温で起動するときにはシリンダライナとプランジャーピ
ストンとの半径方向の間隙が十分確保されて部材の摩耗
が防止され、温度上昇した定常運転中においては、シリ
ンダライナとプランジャーピストンとの半径方向の間隙
が狭まってシール効果が高まるので、高圧圧縮が可能に
なる。
【0011】また、硬質金属の表面にアモルファス構造
のカーボン薄膜がイオンコーティングされた第2の構成
の多段圧縮装置においては、硬度の極めて大きいカーボ
ン被膜による保護によってピストンの摩耗か減少する。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と併記する形
で更に詳細に説明する。
【0013】幅が例えば600μm程度、深さが例えば
300μm程度の環状溝2を表面に複数本有し、本体部
が例えば線膨張率5.0×10-6/℃程度の超硬合金、
例えばWC−Co鋼からなり、この表面にアモルファス
構造のカーボンを例えば1μmの厚さにイオンコーティ
ングしたプランジャーピストン1と、例えば線膨張率が
4.3×10-6/℃程度の炭化硅素によって内径の異な
る複数のシリンダライナ4を作成した。
【0014】なお、プランジャーピストン1の外面とシ
リンダライナ4の内面は共に鏡面研磨されて、摺動性と
気密性を高めている。
【0015】具体的には、例えば直径が13mmのプラ
ンジャーピストン1の外面とシリンダライナ4の内面と
の半径方向の間隙Gが常温において、2μm、4μm、
6μmの3種類のプランジャーポンプを作成した。そし
て、これを多段圧縮装置100の4段目の往復圧縮部と
して使用し、天然ガスを往復圧縮部101・102・1
03・104と順次圧縮して最終圧力、すなわち圧縮室
5における圧力を比較した所、常温時の前記間隙Gが4
μmであり、温度が175℃に上昇した定常運転時に前
記間隙Gが3.3μmまで縮小した本発明の装置の場合
には、前記ラビリンスシール効果が良く発揮されて最終
圧力が20MPaまで上昇したが、常温時の前記間隙G
が2μmである比較例の場合には、間隙不足からプラン
ジャーピストン1とシリンダライナ4とが激しく摩擦し
て破損した。
【0016】また、常温時の前記間隙Gが6μmであ
り、温度が175℃に上昇した定常運転時においても前
記間隙Gが5.3μmまでしか縮小しなかった比較例の
場合には、前記ラビリンスシール効果が発揮されず、天
然ガスが前記間隙Gから多量に漏れて最終圧力20MP
aにおける吐出流量は、常温間隙4μmの場合の約60
%であった。
【0017】また、シリンダライナ4を線膨張率が7.
8×10-6/℃程度のアルミナによって形成し、プラン
ジャーピストン1を本体部に高速度工具鋼、例えば線膨
張率が10.8×10-6/℃程度のSKH4を用い、こ
の表面に前記と同様にアモルファス構造のカーボンのイ
オンコーティングと環状溝2とを配して形成し、前記間
隙Gが常温において6μm、8μmの2種類のプランジ
ャーポンプを作成し、これを前記と同様に多段圧縮装置
100の4段目の往復圧縮部として使用し、天然ガスを
往復圧縮部101・102・103・104と順次圧縮
して最終圧力を比較した所、常温時の前記間隙Gが6μ
mであり、温度が175℃に上昇した定常運転時に前記
間隙Gが3.1μmまで縮小した本発明の装置の場合に
は、前記ラビリンスシール効果が発揮されて最終圧力が
20MPaまで上昇したが、常温時の前記間隙Gが8μ
mであり、温度が175℃に上昇した定常運転時に前記
間隙Gが5.1μmまでしか縮小しなかった比較例の場
合には、前記ラビリンスシール効果が発揮されず、天然
ガスが多量に漏れて最終圧力20MPaにおける吐出流
量は、常温間隙6μmの場合の約55%であった。
【0018】また、前記炭化硅素製のシリンダライナ4
と前記主体部がSKH4製のプランジャーピストン1と
で、前記間隙Gが常温において9μm、11μmの2種
類のプランジャーポンプを作成し、これを前記と同様に
多段圧縮装置100の4段目の往復圧縮部として使用
し、天然ガスを往復圧縮部101・102・103・1
04と順次圧縮して最終圧力を比較した所、常温時の前
記間隙Gが9μmであり、温度が175℃に上昇した定
常運転時に前記間隙Gが2.7μmまで縮小した本発明
の装置の場合は、これも前記ラビリンスシール効果が発
揮されて最終圧力が20MPaまで上昇したが、常温時
の前記間隙Gが11μmであり、温度が175℃に上昇
した定常運転時においても前記間隙Gが4.7μmまで
しか縮小しなかった比較例の場合には、前記ラビリンス
シール効果が発揮されず、天然ガスが多量に漏れて最終
圧力20MPaにおける吐出流量は、常温間隙9μmの
場合の約50%であった。
【0019】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではないので、特許請求の範囲に記載の趣旨から逸脱
しない範囲で各種の変形実施が可能である。
【0020】例えば、プランジャーピストン1とシリン
ダライナ4は、前記間隙Gが常温において4μm以上、
定常運転の温度上昇時に3.5μm以下となれば良いの
で、上記した素材以外の組み合わせであっても構わな
い。
【0021】また、セラミックスで形成するシリンダラ
イナ4の表面に、アモルファス構造のカーボンをイオン
コーティングして被覆しても良い。
【0022】また、プランジャーピストン1による往復
圧縮部を最終段階の圧縮動作以外の部分に用いる様に構
成することもできる。
【0023】また、複数の往復圧縮部を、上記のL型・
V型・W型・半星型・対向釣り合い型などに配置した構
成、または、3つまたは5つ以上の往復圧縮部を星型に
配置した構成の多段圧縮装置であっても良い。
【0024】
【発明の効果】本発明は上記したように、複数の往復圧
縮部の少なくとも1往復圧縮部をラビリンスシール機構
を備えたプランジャーポンプにより構成し、前記複数の
往復圧縮部を連動して所要の気体を多段階で圧縮する多
段圧縮装置において、前記プランジャーポンプのシリン
ダライナをセラミックスによって形成すると共に、前記
プランジャーポンプのピストンを前記シリンダライナよ
り膨張率の大きい硬質金属によって形成し、前記ラビリ
ンスシール機構部を除く部位の前記シリンダライナと前
記ピストンとの半径方向の間隙を、常温において4μm
以上、定常運転中の温度上昇時に3.5μm以下とした
多段圧縮装置であり、
【0025】さらに、硬質金属の表面にアモルファス構
造のカーボン薄膜がイオンコーティングされて前記ピス
トンが形成された多段圧縮装置であるので、
【0026】常温で装置を起動するときにはシリンダラ
イナとプランジャーピストンとの半径方向の間隙が十分
確保されて部材の摩耗が防止され、温度が上昇する定常
運転中においてはシリンダライナとプランジャーピスト
ンとの半径方向の間隙が狭まってシール効果が高まると
云った特長がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】要部を拡大して示す説明図である。
【図2】全体構成を示す縦断面説明図である。
【符号の説明】
1 プランジャーピストン 2 環状溝 3 シリンダ 4 シリンダライナ 5 圧縮室 100 多段圧縮装置 101 往復圧縮部 102 往復圧縮部 103 往復圧縮部 104 往復圧縮部 G 間隙
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F16J 1/01 (71)出願人 000196680 西部瓦斯株式会社 福岡県福岡市博多区千代1丁目17番1号 (72)発明者 水野 善仁 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 田島 祥人 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 金井 一男 千葉県習志野市袖ケ浦6−9−6 (72)発明者 小林 明文 大阪府大阪市中央区平野町4丁目1番2号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 服部 学 愛知県名古屋市昭和区川名本町4−3−7 (72)発明者 吉田 時男 福岡県福岡市博多区千代1丁目17番1号 西部瓦斯株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の往復圧縮部の少なくとも1往復圧
    縮部をラビリンスシール機構を備えたプランジャーポン
    プにより構成し、前記複数の往復圧縮部を連動して所要
    の気体を多段階で圧縮する多段圧縮装置において、前記
    プランジャーポンプのシリンダライナをセラミックスに
    よって形成すると共に、前記プランジャーポンプのピス
    トンを前記シリンダライナより膨張率の大きい硬質金属
    によって形成し、前記ラビリンスシール機構部を除く部
    位の前記シリンダライナと前記ピストンとの半径方向の
    間隙を、常温において4μm以上、定常運転中の温度上
    昇時において3.5μm以下としたことを特徴とする多
    段圧縮装置。
  2. 【請求項2】 硬質金属の表面にアモルファス構造のカ
    ーボン薄膜がイオンコーティングされてピストンが形成
    されている請求項1記載の多段圧縮装置。
JP19715094A 1994-08-01 1994-08-01 多段圧縮装置 Pending JPH0842452A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT412809B (de) * 1999-08-20 2005-07-25 Riener Karl Stefan Hochdruckkompressor, insbesondere für die befüllung von kartuschen für pistolen und sportgewehre
EP1600633A3 (en) * 1999-09-14 2006-01-11 SANYO ELECTRIC Co., Ltd. Piston compressor
CN109296512A (zh) * 2018-12-05 2019-02-01 河南伯淼水处理有限公司 一种高压往复泵中具有迷宫密封的液力端结构

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