KR101431263B1 - 유체식 액추에이터 조립체 - Google Patents

유체식 액추에이터 조립체 Download PDF

Info

Publication number
KR101431263B1
KR101431263B1 KR1020070107893A KR20070107893A KR101431263B1 KR 101431263 B1 KR101431263 B1 KR 101431263B1 KR 1020070107893 A KR1020070107893 A KR 1020070107893A KR 20070107893 A KR20070107893 A KR 20070107893A KR 101431263 B1 KR101431263 B1 KR 101431263B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
piston ring
piston
actuator
cylinder
spring
Prior art date
Application number
KR1020070107893A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20080038039A (ko
Inventor
크리파 키란 바라나시
쇼랴 오타
프레드릭 조지 베일리
마크 에드워드 버넷
파샤드 가스리푸어
임데드 이맘
노만 아놀드 턴퀴스트
Original Assignee
제너럴 일렉트릭 캄파니
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 제너럴 일렉트릭 캄파니 filed Critical 제너럴 일렉트릭 캄파니
Publication of KR20080038039A publication Critical patent/KR20080038039A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101431263B1 publication Critical patent/KR101431263B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/20—Other details, e.g. assembly with regulating devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/44—Free-space packings
    • F16J15/445—Free-space packings with means for adjusting the clearance
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/02—Mechanical layout characterised by the means for converting the movement of the fluid-actuated element into movement of the finally-operated member
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/14—Characterised by the construction of the motor unit of the straight-cylinder type
    • F15B15/1423—Component parts; Constructional details
    • F15B15/1447—Pistons; Piston to piston rod assemblies
    • F15B15/1452—Piston sealings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/06—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction using separate springs or elastic elements expanding the rings; Springs therefor ; Expansion by wedging
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/06—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction using separate springs or elastic elements expanding the rings; Springs therefor ; Expansion by wedging
    • F16J9/064—Rings with a flat annular side rail

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Sealing Devices (AREA)
  • Actuator (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Abstract

입력 포트(52)를 갖는 실린더(14)와, 적어도 부분적으로 상기 실린더(14)의 내부에 배치되는 피스톤(12)과, 원주 방향 피스톤 링 홈(들)(16)에 배치되는 하나 이상의 피스톤 링(20)을 포함하는 액추에이터(10)가 개시된다. 액추에이터(10)는 상기 피스톤 링(20)의 고압측(42) 및 하나 이상의 피스톤 링(20)에 인접한 원주 방향 피스톤 링 홈(16)에 삽입되는 적어도 하나의 스프링(22)을 더 포함한다. 스프링(22)은 원주 방향 피스톤 링 홈(16)의 저압면(24) 및 하나 이상의 피스톤 링(20)의 저압면(24) 사이의 밀봉부에 대해 하나 이상의 피스톤 링(20)을 예압한다. 본 발명은 또한 피스톤 링 밀봉식 액추에이터(10)를 사용하여 조절 가능한 밀봉부(70)를 반경 방향으로 이동시키는 방법을 포함한다. 상기 방법은 상기 조절 가능한 밀봉부를 축선 방향으로 이동시키는 단계와, 조절 가능한 밀봉부(70)와 주 밀봉면(76) 사이의 축선 방향 주 접촉을 차단하는 단계를 포함한다.

Description

유체식 액추에이터 조립체{IMPROVED FLUIDIC ACTUATOR FOR APPLICATION INSIDE TURBOMACHINERY}
본 발명은 터보기계용 액추에이터 및 그 적용에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 액추에이터의 피스톤과 실린더 사이의 밀봉을 위한 개선된 피스톤 링 구성을 포함하는 터보기계용 액추에이터 및 터보기계의 조절 가능한 밀봉부를 작동시키는 방법에 관한 것이다.
터보기계 내의 유체 액추에이터는 통상적으로 고온 및 고압의 혹독한 환경에 노출되며, 제곱 인치 당 3,000 파운드에 이르는 높은 작동 압력을 사용하여 패킹 링 및 조절 가능한 밀봉부와 같은 구성요소를 이동시킨다.
액추에이터가 사용할 수 있는 힘의 양을 제한하는 하나의 인자는 액추에이터의 밀봉의 효율이다. 밀봉의 효율이 높을수록, 작동 유체의 누설은 감소하고, 가능한 작동력은 증가한다. 밀봉의 효율이 낮아질수록, 보다 낮은 작동력이 각각의 액추에이터에 부여될 수 있으며, 따라서 요구되는 구성요소의 이동을 위해 많은 수의 액추에이터가 사용되어야 한다. 만약, 보다 높은 효율의 밀봉을 얻을 수 있다면, 각각의 액추에이터에 의해 사용되는 힘의 양이 증가하여 요구되는 구성요소를 이동시키기 위해 필요한 액추에이터의 개수가 감소될 수 있다.
벨로우즈 액추에이터(bellows actuator)는 터보기계 분야에 사용되는 액추에이터의 일 유형이다. 벨로우즈 액추에이터는 피스톤이 그 내부에 배치되는 실린더 및 상기 피스톤을 실린더에 연결하는 벨로우즈를 포함하여, 실린더와 피스톤 사이의 밀봉을 제공하며, 이에 따라 고압 영역 및 저압 영역을 생성한다. 벨로우즈가 제 위치에 있을 경우, 고압 영역과 저압 영역 사이에서의 누설은 사실상 제로이다. 그러나 벨로우즈는 액추에이터의 초과 압력, 액추에이터에 걸친 역 여압(reverse pressurization), 측 부하(side load), 작동 공기 내의 수분 및 작동 환경 내의 부스러기(debris)와 같은 조건, 및 벨로우즈의 수명을 제한하여 결과적으로 액추에이터의 유효 수명을 제한하는 다른 조건에 의해 파손되기 쉽다. 벨로우즈의 파손은 액추에이터가 신뢰성있게 인가할 수 있는 최대 작동력의 감소 또는 액추에이터의 전체적인 기능 불량을 유발할 수 있다.
벨로우즈 액추에이터에 대한 일 대안예로는 피스톤 링 밀봉식 액추에이터가 있다. 벨로우즈 액추에이터와 같이, 피스톤 링 밀봉식 액추에이터는 피스톤이 내부에 배치되는 실린더를 포함한다. 그러나 이 경우에, 피스톤 내의 피스톤 링 홈(들) 내로 삽입되거나 또는 그와 달리 실린더 내의 홈(들) 내로 삽입되는 하나 이상의 피스톤 링에 밀봉이 제공된다. 피스톤 링 밀봉이 벨로우즈 밀봉보다 덜 취약하지만, 터보기계 환경에 존재하는 고압 및 고온에서, 피스톤 링 밀봉을 갖춘 통상적인 액추에이터는 피스톤 링과 실린더 벽 사이 및 피스톤 링과 피스톤 링 홈 사이의 누설에 취약하다. 이러한 누설로 인해, 통상의 피스톤 링 밀봉 배열체를 갖는 액추에이터의 작동력 역시 제한되고, 바람직한 액추에이터의 개수보다 많은 수가 터보기계 내의 구성요소를 움직이기 위해 필요로 된다. 더 나아가, 요구되는 작동을 위해 보다 많은 작동액이 필요하게 된다.
전술된 바와 같이, 터보기계 내부의 고압, 고온 환경에서의 거의 제로에 가까운 누설을 보이는 긴 유효 수명을 갖는 액추에이터를 갖는 것이 유리하다. 밀봉이 보다 긴 수명을 갖고 보다 효율적인 경우, 보다 큰 작동력이 액추에이터에 작용될 수 있으며, 이에 따라 요구되는 구성요소의 작동을 위해 필요로 되는 액추에이터의 개수는 감소할 것이다. 또한, 저 누설 액추에이터는 보다 적은 양의 작동액을 필요로 하며, 이는 전체 작동 시스템 설계를 보다 단순화시킨다. 액추에이터의 고압측으로부터 액추에이터의 저압측으로 거의 제로에 가까운 누설을 나타내고 오랜 수명을 갖는 액추에이터 밀봉 구조가 요구된다.
본 발명은 입력 포트를 갖는 실린더와, 적어도 부분적으로 상기 실린더의 내부에 배치되는 피스톤과, 원주 방향 피스톤 링 홈(들)에 배치되는 하나 이상의 피스톤 링을 포함하는 액추에이터 내의 밀봉을 개선함으로써 전술된 문제들을 해결한다. 액추에이터는 상기 피스톤 링의 고압측 및 하나 이상의 피스톤 링에 인접한 원주 방향 피스톤 링 홈 내로 삽입되는 적어도 하나의 스프링을 더 포함한다.
스프링은 하나 이상의 피스톤 링을 예압하여 상기 하나 이상의 피스톤 링의 저압면과 상기 원주 방향 피스톤 링 홈의 저압면 사이를 밀봉한다.
본 발명은 피스톤-링 밀봉식 액추에이터를 사용하여 반경 방향으로 조절 가능한 밀봉부를 이동시키는 방법을 더 포함한다. 상기 방법은 상기 조절 가능한 밀봉부를 축선 방향으로 이동시키는 단계 및 상기 조절 가능한 밀봉부와 1차 밀봉면 사이의 축선 방향 1차 접촉을 차단하는 단계를 더 포함한다. 축선 방향 1차 접촉을 차단하는 단계는 조절 가능한 밀봉부에 작용하는 반경 방향 압력을 감소시킨다. 결과적으로, 상기 조절 가능한 밀봉부를 반경 방향으로 이동시키는데 필요한 힘의 양은 감소된다. 조절 가능한 밀봉부는 각각 보다 낮은 작동력을 갖는 보다 적은 개수의 액추에이터를 사용하여 반경 방향으로 이동된다.
본 발명의 이러한 목적 및 그 외 다른 목적 및 특징은 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명을 통해 보다 명확해 질 것이다.
본 발명으로서 주요 요지는 특히 본 명세서의 결론부의 특허청구범위에 지적되고 명백하게 청구된다. 본 발명의 전술한 목적, 특징 및 이점과 그 외 다른 목적, 특징 및 이점은 첨부 도면과 관련하여 설명된 이하의 상세한 설명을 통해 보다 명백하게 된다.
이하의 상세한 설명은 도면을 참조하여 예시적인 방법으로 이점 및 특징과 함께 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1을 참조하면, 피스톤-실린더 액추에이터(유체식 액추에이터 조립체)(10)는 실린더(14) 내부에 적어도 부분적으로 배치되는 피스톤(12)을 포함한다. 피스톤(12)은 상기 피스톤(12)의 원주 둘레에 하나 이상의 피스톤 링 홈(16)를 형성하며, 상기 홈 내에 하나 이상의 피스톤 링(20)이 조립된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 피스톤 링(20)은 각각의 피스톤 링 홈(16)의 저압면(24)에 대해 하나 이상의 피스톤 링 홈(16)에 위치되며, 하나 이상의 피스톤 링(20)의 고압측 상의 각각의 피스톤 링 홈(16)에 웨이브 스프링(22)을 삽입함으로써 저압면(24)에 대해 예압된다. 각각의 피스톤 링 홈(16)의 저압면(24)에 대해 하나 이상의 피스톤 링(20)을 예압하기 위해 웨이브 스프링(20)을 사용함으로써, 하나 이상의 피스톤 링(20)과 저압면(24) 사이에 밀봉부를 생성하여 액추에이터(10)의 고압측(42)으로부터 상기 액추에이터(10)의 저압측(44)으로의 누설을 방지한다.
이와 달리 도 3에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 피스톤 링 홈(16)은 실린더(14)에 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 하나 이상의 피스톤 링(20)은 각각의 피스톤 링 홈(16)의 저압면에 대해 하나 이상의 피스톤 링 홈(16)에 위치되며, 하나 이상의 피스톤 링(20)의 고압측상에 각각의 피스톤 링 홈(16) 내에 웨이브 스프링(22)을 삽입함으로써 저압면(24)에 대해 예압된다.
다시 도 2를 참조하면, 재료, 수량, 두께 및 반경 방향 폭과 같은 하나 이상의 피스톤 링(20)의 매개변수는 상기 하나 이상의 피스톤 링(20)이 실린더(14)의 내경(32)에 순응하여, 보다 용이하게 교체 가능한 하나 이상의 피스톤 링(20)에 대한 마모를 편향시키는 한편 액추에이터(10)를 효과적으로 밀봉하도록 선택된다. 예를 들어, 얇은 다중 피스톤 링(20)의 적층체를 사용하는 것은 동일한 액추에이터(10)에 있어서 상대적으로 두꺼운 하나의 피스톤 링(20)을 사용하는 것보다 바람직할 수 있는데, 이는 얇은 피스톤 링(20)의 적층체의 피스톤(12)의 축선에 대해 평행한 방향으로 복합된 축방향 강성이 하나의 두꺼운 피스톤 링(20)의 강성과 동일하고, 상기 얇은 피스톤 링(20)은 피스톤의 축선에 직교하는 방향에 있어서의 보다 낮은 강성으로 인해 실린더(14)의 내경(32)에 보다 잘 순응하기 때문이다.
각각의 피스톤 링(20)은 피스톤(12)의 직경보다 작지만 하나 이상의 피스톤 링 홈(16)의 직경(30)보다 큰 내경(26)과, 액추에이터(10)가 내부적으로 가압될 때, 실린더의 내경(32)과 밀봉하기에 충분히 큰 외경(40)을 갖는다. 도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 피스톤 링(20)은 피스톤 링(20)의 각각의 단부(36)가 서로 떨어져 분리되고, 피스톤 링(20)이 피스톤 링 홈(16) 내에 설치되도록 하기 위해 스플릿(34)을 포함한다.
액추에이터(10)의 고압측(42)으로부터 액추에이터(10)의 저압측(44)으로의 누설을 감소시키기 위해, 각각의 피스톤 링(20)의 스플릿(34)은 도 4에 도시된 바와 같이 겹 이음(lap-joint)으로서 구성되어, 피스톤 링(20)이 피스톤(12) 상에 설치될 때, 작고 꼬인 각각의 피스톤 링(20)의 단부(36) 사이의 누설 경로를 남긴다. 또한, 다중 피스톤 링(20)이 각각의 피스톤 링 홈(16) 내로 삽입되는 경우에, 피스톤 링(20)은 각각의 스플릿(34)이 그에 인접한 피스톤 링(20)의 스플릿(34)으로부터 원주 방향으로 180도로 배치되도록 조립시 적층된다. 예를 들어, 만약 3개의 피스톤 링(20)의 적층체에서 제 1 피스톤 링(20)의 스플릿(34)이 대략 0도에 배치되고, 제 2 피스톤 링(20)의 스플릿(34)은 대략 180도에 배치되며, 제 3 피스톤 링(20)의 스플릿(34)은 대략 0도에 배치된다. 이러한 방식으로 각각의 피스톤 링(20)의 스플릿(34)의 배향은 피스톤 링 스플릿(34) 각각으로부터 각각의 다른 피스톤 링 스플릿(34)으로의 꾸불꾸불한 제 2 누설 경로를 형성하여, 고압측(42)으로부터 저압측(44)으로의 누설을 최소화한다.
웨이브 스프링(22)은 액추에이터(10)의 고압측(42)에서 하나 이상의 피스톤 링 홈(16) 각각에 삽입된다. 웨이브 스프링(22)은 원주 둘레에 웨이브 형상을 갖는다. 도 5에 도시된 바와 같이, 웨이브 스프링(22)은 웨이브 스프링(22)이 피스톤 링 홈(16) 내로 삽입시, 웨이브 스프링(22)과 인접하는 피스톤 링(20) 사이 및 웨이브 스프링(22)과 피스톤 링 홈(16)의 고압면(46) 사이에 간극을 생성한다. 본 발명은 피스톤 링 홈(16) 각각에 삽입되는 웨이브 스프링(22)을 사용하는 것에 한정되지 않는다. 다른 스프링 유형, 예를 들어 도 7에 도시된 바와 같은 헬리컬 스 프링(84) 또는 원주 둘레에 배열되는 도 5에도 도시된 판 스프링 세그먼트가 사용될 수도 있다.
웨이브 스프링(22)은 하나 이상의 피스톤 링 홈(16) 각각의 저압면(24)에 대해 피스톤 링(20)을 예압하도록 작용하여, 액추에이터(10)의 고압측(42)으로부터 액추에이터(10)의 저압측(44)으로의 누설을 최소화한다. 웨이브 스프링(22)은 유사한 각각의 피스톤 링(20)으로 분리되어, 하나 이상의 피스톤 링 홈(16)으로의 조립을 용이하게 한다. 누설을 한층 최소화하기 위해, 웨이브 스프링(22)은 상기 웨이브 스프링(22) 내의 스플릿이 인접한 피스톤 링(20)의 대향 스플릿(34)에 대략 180도를 이루도록 피스톤 링 홈(16) 내로 삽입된다. 따라서, 피스톤 링(20)은 피스톤 링 홈(16)의 면(24)에 대해 예압되어, 액추에이터(10)가 가압되기 전에 초기 밀봉을 제공한다.
일 실시예에서, 실린더(14)는 피스톤(12)보다 큰 내경(32)을 가지며, 피스톤(12)은 그 내부에 배치된다. 또한, 실린더(14)의 베이스(50)는 절두 원추형이다. 실린더(14)의 베이스(50)의 중심에 보다 두꺼운 두께를 갖는 절두 원추형은 큰 변형 또는 파단 없이 고 작동액압에 견디는 보다 큰 능력을 실린더(14)에 부여하는 실린더(14)의 강도 및 강성을 증가시킨다. 도 1에 도시된 바와 같이, 실린더(14)는 상기 실린더(14)의 외측으로부터 실린더(14)의 내측으로의 작동액의 도입을 허용하는 입력 포트(52)를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 실린더(14)는 실린더(14)의 내측 내경(32)의 베이스에 유동 균일성 홈(54)를 더 포함할 수 있다. 상기 유동 균일성 홈(54)는 제 위치에 서 액추에이터(10)의 초기 가압시 실린더(14)의 원주 둘레의 압력을 동등하게 한다. 초기에 피스톤(12)이 완전히 수축되어, 실린더(14)의 베이스(50)에 안착된다. 작동액이 입력 포트(52)를 통해 실린더(14) 내로 유입될 때, 작동액은 먼저 전체 원주 둘레에 유동 균일성 홈(54)를 충전하고, 그후에 피스톤(12)이 상승된다. 유동 균일성 그루부(54)의 존재로 인해 실린더(14)의 원주 둘레에 있어서의 동등화된 압력은 피스톤(12)의 초기 거동이 실린더(14)의 내경(32)에 대해 보다 더 평행하도록 한다. 이는 잠재적인 마모를 감소시키고 액추에이터의 잠재적 작동 생산 능력을 증가시킨다.
또 다른 실시예에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 액추에이터(10)의 작동 동안 실린더(14)에 대해 상대적인 피스톤(12)의 회전을 방지하기 위해, 실린더(14)는 베이스(50) 내에 클로킹 슬롯(clocking slot; 58)을 더 포함한다. 피스톤(12)의 바닥면(62) 상의 대응 위치로서 피스톤으로부터 돌출하는 위치에는 클로킹 핀(clocking pin; 60)이 있다. 피스톤(12)이 실린더(14) 내에서 작동되기 때문에, 클로킹 핀(60)은 클로킹 슬롯(58) 내부에 위치되도록 유지되고, 이에 따라 피스톤(12)은 실린더(14)에 대해 상대적으로 회전하는 것이 방지된다.
피스톤(12) 및 하나 이상의 피스톤 링(20)은 액추에이터(10)의 작동 동안, 피스톤(12), 하나 이상의 피스톤 링(20) 및 실린더(14)의 내경(32) 사이의 밀봉을 강화하는 특수한 방식을 제공한다. 액추에이터(10)가 초기에 실린더(14)의 입력 포트(52)를 통해 내부로 유동하는 작동액에 의해 가압될 때, 작동액은 웨이브 스프링(22)과 피스톤 링 홈(16) 사이의 간극, 웨이브 스프링(22)과 인접한 피스톤 링(20) 사이의 간극 및 하나 이상의 피스톤 링(20)의 내경(26)과 피스톤 링 홈(16)의 직경(30) 사이의 공간(64)을 충전한다. 공간(64) 내의 작동액의 압력은 하나 이상의 피스톤 링(20) 상에 반경 방향 외측으로 힘을 가하고, 이로써 하나 이상의 피스톤 링(20)과 실린더(14)의 내경(32) 사이의 밀봉이 보강된다. 액추에이터(10)의 개선된 밀봉은 액추에이터(10) 내부의 보다 높은 압력을 허용하여 결과적으로 보다 높은 작동력을 가능하게 한다.
일 실시예에서, 실린더(14)는 하나 이상의 피스톤 링(20)보다 큰 내마모 특성을 갖는 재료로 제조된다. 따라서, 액추에이터(10)가 장시간 기능함에 따라, 상기 하나 이상의 피스톤 링(20)의 형상은 실린더(14)의 내경(32)에 순응할 것이다. 따라서, 하나 이상의 피스톤 링(20)과 실린더(14)의 내경(32) 사이의 밀봉은 보다 개선될 것이다.
또 다른 관점은 전술한 피스톤-링 밀봉식 액추에이터를 사용하여 조정 가능한 밀봉부를 작동하는 개선된 방법이다. 도 6은 이와 관련된 하나의 방법을 도시한다. 이러한 경우에, 작동력(82)은 반경 방향 대신에 우선 축선 방향으로 작용한다. 일단, 축선 방향으로 부하된 힘(80)이 극복되고, 1차 밀봉면(76)에 대한 접촉이 깨지면, 공동(74)으로부터 고압액은 새나가고, 이에 따라 조정 가능한 밀봉(70) 주위에 압력 분포가 균등하게 된다. 따라서, 조정 가능한 밀봉(70)의 반경 방향 작동이 실행될 때, 요구되는 작동력은 보다 작으며, 조절 가능한 밀봉부(70)에 작용하는 힘은 광범위하게 변경되지 않으며, 조절 가능한 밀봉부(70)의 운동은 보다 정확하게 제어될 수 있다. 또한, 이러한 공정은 조절 가능한 밀봉부(70)가 반경 방향 작동 동안, 더 이상 1차 밀봉면(76)과 접촉하지 않기 때문에, 요구되는 액추에이터의 크기 및 개수를 감소시키는데 도움이 된다. 따라서, 반경 방향 압력 부하에 있어서의 큰 감소 및 계면 마찰력의 제거로 인해, 필요한 작동력이 현저하게 감소된다.
이와 달리, 조절 가능한 밀봉부(70)의 축선 방향 작동이 1차 밀봉면(76)으로부터 2차 밀봉면(78)으로 밀봉면을 이동시킬 수 있는 작동 방법이 실행될 수 있다. 이는 조절 가능한 밀봉부(70) 상에 저압을 형성하고, 이에 따라 반경 방향으로 조절 가능한 밀봉부(70)를 이동시키기 위해 필요한 힘은 현저하게 감소된다. 결과적으로, 조절 가능한 밀봉부(70)에 요구되는 액추에이터의 개수 및 크기는 감소될 수 있다.
본 발명의 실시예가 전술되었지만, 현재 및 장래의 당업자는 이하의 특허청구범위의 범위 내에 부합하는 다양한 개선예 및 보강예를 도출해 낼 수 있음을 이해할 것이다. 이러한 특허청구범위는 전술된 발명에 대한 적합한 보호범위를 유지하도록 구성되어야 한다.
도 1은 피스톤 링을 포함하는 피스톤-실린더 액추에이터의 단면도,
도 2는 도 1의 원형 부분(A)의 확대도,
도 3은 피스톤 링을 포함하는 피스톤-실린더 액추에이터의 대안 실시예에 대한 도면,
도 4는 피스톤 링에 대한 도면,
도 5는 설치시의 피스톤 링 및 웨이브 스프링 또는 판 스프링의 부분 내측도,
도 6은 조절 가능한 밀봉부의 단면도,
도 7은 설치된 피스톤 링 및 헬리컬 스프링의 부분 내측도.

Claims (10)

  1. 유체식 액추에이터 조립체에 있어서,
    입력 포트를 갖는 실린더와,
    상기 실린더 내에 적어도 부분적으로 배치되는 피스톤으로서, 상기 피스톤은 직경을 갖고, 또한 상기 피스톤의 원주의 둘레에 피스톤 링 홈을 포함하고, 상기 피스톤 링 홈은 액추에이터의 저압측에 위치하는 저압면과 상기 액추에이터의 고압측에 위치하는 고압면을 갖는, 상기 피스톤과,
    피스톤 링의 내경과 상기 피스톤 링 홈 사이에 공간이 존재하도록, 상기 피스톤 링 홈의 상기 저압면에 대해 위치되는 피스톤 링으로서, 상기 피스톤 링은 상기 피스톤의 상기 직경보다도 큰 외경을 구비하여, 상기 액추에이터가 가압된 때에 상기 피스톤 링과 상기 실린더 사이를 밀봉하는, 상기 피스톤 링과,
    스프링의 내경과 상기 피스톤 링 홈 사이에 간극이 존재하도록, 상기 피스톤 링 홈 내에 상기 피스톤 링에 인접해서 위치하고, 또한 상기 피스톤 링 홈의 상기 고압면에 대해 위치하는 스프링을 포함하며,
    상기 스프링은, 상기 피스톤 링과 상기 피스톤 링 홈의 상기 저압면 사이를 밀봉하도록 상기 피스톤 링에 사전 부하를 부여해서, 상기 액추에이터의 고압측과 상기 액추에이터의 저압측 사이의 누설을 방지하고,
    상기 액추에이터가 가압된 때에, 상기 스프링과 상기 피스톤 링 홈 사이의 상기 간극 및 상기 피스톤 링과 상기 피스톤 링 홈 사이의 상기 공간을 작동액으로 충전해서, 상기 피스톤 링에 반경방향 외측의 힘을 가하는 것에 의해, 상기 피스톤 링과 상기 실린더 사이의 밀봉을 강화하고,
    상기 피스톤 링은, 상기 피스톤 링을 상기 피스톤 링 홈에 삽입하는 것을 용이하게 하도록, 상기 내경으로부터 상기 외경까지 분할되며,
    복수의 피스톤 링이 상기 피스톤 링 홈 내에 삽입되며, 상기 복수의 피스톤 링 중 적어도 하나는, 상기 피스톤 링의 분할의 각도 위치가 인접한 피스톤 링의 분할의 각도 위치와 상이하도록, 상기 피스톤 링 홈 내에 조립되는
    유체식 액추에이터 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스프링은 웨이브 스프링인
    유체식 액추에이터 조립체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스프링은 헬리컬 스프링인
    유체식 액추에이터 조립체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 스프링은 하나 이상의 판 스프링 세그먼트인
    유체식 액추에이터 조립체.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 실린더는 상기 피스톤 링보다 큰 내마모성 재료로 이루어지는
    유체식 액추에이터 조립체.
  9. 삭제
  10. 삭제
KR1020070107893A 2006-10-27 2007-10-25 유체식 액추에이터 조립체 KR101431263B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/588,952 2006-10-27
US11/588,952 US8327752B2 (en) 2006-10-27 2006-10-27 Fluidic actuator for application inside turbomachinery

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20080038039A KR20080038039A (ko) 2008-05-02
KR101431263B1 true KR101431263B1 (ko) 2014-08-20

Family

ID=39244624

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070107893A KR101431263B1 (ko) 2006-10-27 2007-10-25 유체식 액추에이터 조립체

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8327752B2 (ko)
JP (1) JP5330670B2 (ko)
KR (1) KR101431263B1 (ko)
DE (1) DE102007051414A1 (ko)
RU (1) RU2486350C2 (ko)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5168638B2 (ja) 2008-04-22 2013-03-21 株式会社ニコン レンズ系及びこれを搭載する光学機器
WO2010096644A1 (en) * 2009-02-19 2010-08-26 Stolle Machinery Company, Llc Ram bearing assembly, seal assembly therefor and associated method
JP5479938B2 (ja) * 2010-02-15 2014-04-23 カヤバ工業株式会社 流体圧シリンダ
GB2498202A (en) * 2012-01-06 2013-07-10 Dodson Motorsport Clutch hydraulic actuator sealing ring
JP6170341B2 (ja) * 2013-05-21 2017-07-26 三菱日立パワーシステムズ株式会社 再生型ガスタービン燃焼器
US9587501B2 (en) 2013-11-11 2017-03-07 General Electric Company Rotary machine secondary sealing assembly and method of assembling the same
US10094472B2 (en) 2015-06-17 2018-10-09 Hamilton Sundstrand Corporation Piston ring sealing for pneumatic actuator
DE102016225875A1 (de) * 2016-12-21 2018-06-21 MTU Aero Engines AG Turbomaschinen-Dichtungsanordnung

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1646143A (en) * 1926-01-05 1927-10-18 Forster Merle Piston ring
JPH10274157A (ja) * 1997-03-27 1998-10-13 Sanyo Electric Co Ltd 圧縮装置
KR19990027629A (ko) * 1997-09-30 1999-04-15 정몽규 피스톤링
US20020145259A1 (en) * 2001-04-04 2002-10-10 Chalk David Jonathan Directional, low-leakage seal assembly

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU83116A1 (ru) * 1946-07-18 1949-11-30 Д.И. Соловьев Поршень дл двигателей внутреннего сгорани
FR1355976A (fr) * 1962-04-25 1964-03-20 Nat Res Dev Dispositifs perfectionnés de joint étanche aux fluides, notamment pour un axe ou arbre animé d'un mouvement
US3520542A (en) * 1966-02-16 1970-07-14 Pneumo Dynamics Corp Double wedge seal
FR2317532A1 (fr) * 1975-07-07 1977-02-04 Gratzmuller Jean Louis Verin hydraulique a amortisseur incorpore avec realimentation de la chambre d'amortissement
US4058084A (en) * 1976-04-10 1977-11-15 Toyota Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha Sealing and adjusting means in a disk brake
US4207800A (en) * 1978-11-02 1980-06-17 Homuth Kenneth C Single directional sealing piston ring
RU1820112C (ru) * 1991-12-26 1993-06-07 Новочеркасский Политехнический Институт Им.Серго Орджоникидзе Уплотнение пары поршень-цилиндр двигател внутреннего сгорани
RU2089742C1 (ru) * 1994-07-04 1997-09-10 Борис Исмаилович Галимов Цилиндропоршневая группа двигателя внутреннего сгорания
US5560278A (en) * 1994-10-11 1996-10-01 Caterpillar Inc. Hydraulic cylinder with an electrical contacting and sealing ring
RU2118682C1 (ru) * 1996-02-08 1998-09-10 Владимир Иванович Чернов Составное герметичное уплотнение
US5974948A (en) * 1998-01-29 1999-11-02 Zaytran, Inc. Linear actuator
EP1243756A1 (de) * 2001-03-23 2002-09-25 Siemens Aktiengesellschaft Turbine
US6786487B2 (en) 2001-12-05 2004-09-07 General Electric Company Actuated brush seal
US6502823B1 (en) 2001-12-07 2003-01-07 General Electric Company Actuating seal carrier for a turbine and method of retrofitting
US6572115B1 (en) 2001-12-21 2003-06-03 General Electric Company Actuating seal for a rotary machine and method of retrofitting
RU2219385C2 (ru) * 2001-12-25 2003-12-20 Закрытое акционерное общество "Национальная компания Уралтерминалмаш" Гидроцилиндр
US6655696B1 (en) 2002-06-28 2003-12-02 General Electric Company Seal carrier for a rotary machine and method of retrofitting

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1646143A (en) * 1926-01-05 1927-10-18 Forster Merle Piston ring
JPH10274157A (ja) * 1997-03-27 1998-10-13 Sanyo Electric Co Ltd 圧縮装置
KR19990027629A (ko) * 1997-09-30 1999-04-15 정몽규 피스톤링
US20020145259A1 (en) * 2001-04-04 2002-10-10 Chalk David Jonathan Directional, low-leakage seal assembly

Also Published As

Publication number Publication date
KR20080038039A (ko) 2008-05-02
US8327752B2 (en) 2012-12-11
RU2486350C2 (ru) 2013-06-27
JP2008111553A (ja) 2008-05-15
US20080098884A1 (en) 2008-05-01
JP5330670B2 (ja) 2013-10-30
RU2007139702A (ru) 2009-05-10
DE102007051414A1 (de) 2008-04-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101431263B1 (ko) 유체식 액추에이터 조립체
EP0502409B1 (en) Pressure relieving slipper seal system
JP5411990B2 (ja) シール構造体
CN101443583B (zh) 能够相对于彼此平移移动的机器部件
US10184563B2 (en) Single seal ring stuffing box
US5442993A (en) Self-aligning piston
CN103917809B (zh) 液压缸组件
CN106051167B (zh) 密封件以及制造和/或使用密封件的方法
KR102621505B1 (ko) 래버린스 밀봉 장치
US11746904B2 (en) Reinforced sealing rings
CA3043867A1 (en) Piston ring for a piston compressor, and piston compressor
CN103429936B (zh) 活塞具有金属密封环的轴向活塞泵
CA3072555A1 (en) Reinforced sealing rings
US3426654A (en) Shaft mounting and sealing construction for rotary actuators
US6595524B1 (en) Pressure regulating buffer seal
US6588763B1 (en) Seal arrangement providing a seal between a bore and a rod moveable in the bore
US20170045143A1 (en) Seal
US6098987A (en) Machinery seal
JP2008128377A (ja) 密封装置
US20170356547A1 (en) Piston ring assembly
US20210033192A1 (en) Axially preloaded packing ring sets
RU2546380C1 (ru) Уплотнительный узел штока силового цилиндра
EP2770166B1 (en) Damper for compressor blade feet
KR20200139828A (ko) 플로팅 링 실
EP0752551A2 (en) An improved seal arrangement

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170728

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180801

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190801

Year of fee payment: 6