KR102078095B1 - 왕복동 압축기 - Google Patents

왕복동 압축기 Download PDF

Info

Publication number
KR102078095B1
KR102078095B1 KR1020190010360A KR20190010360A KR102078095B1 KR 102078095 B1 KR102078095 B1 KR 102078095B1 KR 1020190010360 A KR1020190010360 A KR 1020190010360A KR 20190010360 A KR20190010360 A KR 20190010360A KR 102078095 B1 KR102078095 B1 KR 102078095B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
rod
piston
rear head
circumferential surface
piston rod
Prior art date
Application number
KR1020190010360A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190093139A (ko
Inventor
도모히로 오오츠카
료스케 야마사키
Original Assignee
가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 filed Critical 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Publication of KR20190093139A publication Critical patent/KR20190093139A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102078095B1 publication Critical patent/KR102078095B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/14—Pistons, piston-rods or piston-rod connections
    • F04B53/143—Sealing provided on the piston
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/0005—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00 adaptations of pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/04—Measures to avoid lubricant contaminating the pumped fluid
    • F04B39/041—Measures to avoid lubricant contaminating the pumped fluid sealing for a reciprocating rod
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/0005—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00 adaptations of pistons
    • F04B39/0022—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00 adaptations of pistons piston rods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/06—Cooling; Heating; Prevention of freezing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/12—Casings; Cylinders; Cylinder heads; Fluid connections
    • F04B39/121—Casings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/12—Casings; Cylinders; Cylinder heads; Fluid connections
    • F04B39/122—Cylinder block
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/14—Pistons, piston-rods or piston-rod connections
    • F04B53/144—Adaptation of piston-rods
    • F04B53/146—Piston-rod guiding arrangements
    • 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
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/164—Sealings between relatively-moving surfaces the sealing action depending on movements; pressure difference, temperature or presence of leaking fluid
    • 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
    • F16J15/56—Other sealings for reciprocating rods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/57—Seals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05B2260/201—Heat transfer, e.g. cooling by impingement of a fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/55—Seals

Abstract

본 출원은, 실린더의 단부에 형성된 개구부와 교차하는 소정의 중심축을 따라 연장 설치되어, 구동력을 크랭크 기구로부터 피스톤에 전달하도록 피스톤과 크랭크 기구에 연결된 피스톤 로드와, 피스톤 로드에 의해 관통되고, 또한, 실린더의 개구부를 폐쇄하는 리어 헤드와, 실린더 내의 가스가 리어 헤드와 피스톤 로드 사이의 공극으로부터 누출되는 것을 방지하는 로드 링부를 구비한 왕복동 압축기를 개시한다. 피스톤 로드는, 피스톤 로드의 중심축을 둘러싸는 환형 홈부가 형성된 외주면을 갖는다. 로드 링부는, 홈부에 끼워 맞춰진 내주부와, 리어 헤드의 내주면에 미끄럼 접촉되는 외주부를 포함한다.

Description

왕복동 압축기 {RECIPROCATING COMPRESSOR}
본 발명은, 가스를 압축하는 왕복동 압축기에 관한 것이다.
왕복동 압축기(이하 「압축기」라고 칭해진다)는, 피스톤을 실린더 내에서 왕복동시켜 실린더 내의 가스를 압축한다. 피스톤을 왕복동시키는 힘으로서 크랭크샤프트의 회전력을 피스톤에 전달하는 피스톤 로드는, 실린더의 하단에 형성된 개구부를 폐쇄하는 리어 헤드를 관통하고 있다. 일반적으로, 피스톤 로드와 리어 헤드 사이의 경계 공간을 통한 가스의 누출은 환형 로드 패킹에 의해 방지된다(일본 특허 공개 제2000-65693호 공보 및 일본 특허 공개 제2015-40519호 공보를 참조). 로드 패킹의 내주부가 피스톤 로드의 외주면에 가압할 수 있도록 로드 패킹이 형성되어 있다. 로드 패킹의 내주부는 피스톤 로드의 외주면에 압접되므로, 실린더 내의 가스가 로드 패킹의 내주부와 피스톤 로드의 외주면 사이의 경계를 통하여 누출되는 것이 방지된다.
로드 패킹의 내주부와 피스톤 로드의 외주면 사이에 약간의 공극이 발생하는 경우가 있다. 이 경우 가스는 로드 패킹의 내주부와 피스톤 로드의 외주면 사이의 근소한 공극에 들어가, 로드 패킹을 벌리려고 한다. 실린더 내의 가스의 압력이 높으면, 로드 패킹을 벌리려고 하는 힘은 강해져 로드 패킹의 내주부가 피스톤 로드의 외주면으로부터 약간 이격되어 버리는 경우도 있다. 이 경우 실린더 내의 고압의 가스는, 로드 패킹의 내주부와 피스톤 로드의 외주면 사이에 형성된 미소한 간극을 통하여 실린더의 내부 공간으로부터 리어 헤드에 의해 구획된 인접 공간으로 누출되어 버리는 경우도 있다.
다수의 로드 패킹이 피스톤 로드에 따라 연속 설치되어 있으면, 실린더로부터의 가스 누출의 리스크가 낮아진다. 이 경우, 다수의 로드 패킹이 배치되는 영역이 압축기 내에 형성될 것이 필요해지므로 압축기는 피스톤 로드의 연장 설치 방향으로 커지기 쉽다.
본 발명은, 피스톤 로드와 리어 헤드 사이의 경계를 통한 가스 누출의 리스크를 저감하는 구조를 갖는 소형의 왕복동 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 하나의 국면에 관한 왕복동 압축기는 피스톤을 실린더 내에서 왕복동시키는 구동력을 생성하는 크랭크 기구를 갖고, 상기 실린더 내에 유입된 가스를 상기 실린더 내에서 왕복동하는 상기 피스톤을 사용하여 압축한다. 왕복동 압축기는 상기 실린더의 단부에 형성된 개구부와 교차하는 소정의 중심축을 따라 연장 설치되어, 상기 구동력을 상기 크랭크 기구로부터 상기 피스톤에 전달하도록 상기 피스톤과 상기 크랭크 기구에 연결된 피스톤 로드와, 상기 피스톤 로드에 의해 관통되고 또한 상기 실린더의 상기 개구부를 폐쇄하는 리어 헤드와, 상기 실린더 내의 상기 가스가 상기 리어 헤드와 상기 피스톤 로드 사이의 공극으로부터 누출되는 것을 방지하는 로드 링부를 구비하고 있다. 상기 피스톤 로드는, 상기 피스톤 로드의 중심축을 둘러싸는 환형 홈부가 형성된 외주면을 갖는다. 상기 로드 링부는 상기 홈부에 끼워 맞춰진 내주부와, 상기 피스톤 로드가 상기 피스톤과 함께 상기 중심축의 연장 설치 방향으로 왕복동하고 있는 동안 상기 리어 헤드의 내주면에 미끄럼 접촉되는 외주부를 포함하고 있다.
상술한 기술은, 설계자가 피스톤 로드와 리어 헤드 사이의 경계를 통한 가스 누출의 리스크를 저감하는 구조를 갖는 소형의 왕복동 압축기를 설계하는 것을 가능하게 한다.
상술한 왕복동 압축기의 목적, 특징 및 이점은, 이하의 상세한 설명과 첨부 도면에 의해, 보다 명백해진다.
도 1은, 제1 실시 형태의 왕복동 압축기의 개략적인 단면도이다.
도 2는, 일반적인 로드 패킹의 개략적인 사시도이다.
도 3은, 로드 링 둘레의 왕복동 압축기의 개략적인 확대 단면도이다.
도 4는, 제2 실시 형태의 왕복동 압축기의 개략적인 단면도이다.
<제1 실시 형태>
도 1은, 제1 실시 형태의 왕복동 압축기(이하, 「압축기(100)」라고 칭해진다)의 개략적인 단면도이다. 도 1을 참조하여, 압축기(100)가 설명된다.
압축기(100)는 압축 처리 대상의 가스가 흐르는 흡인 유로(도시하지 않음)에 연결되어, 압축기(100) 내에 유입된 가스를 압축한다. 압축기(100)는 그 후, 압축된 가스를 축적하는 축압기나 압축된 가스를 이용하는 소정의 장치에 연결된 토출 유로에 압축 처리 후의 가스를 토출한다.
도 1은, 압축기(100)의 일부로서 실린더(110)를 나타낸다. 추가로 도 1은, 연직 방향으로 연장되는 연직 축선 VAX를 나타낸다. 실린더(110)는, 연직 축선 VAX에 대략 일치하는 중심축을 갖는 대략 원통 형상의 부위이다. 연직 축선 VAX는, 실린더(110)의 단부(상단 및 하단)에 형성된 개구부에 직교하는 가상적인 직선이다. 상술한 흡인 유로에 연결된 흡인구(111, 112) 및 상술한 토출 유로에 연결된 토출구(113, 114)는, 실린더(110)에 형성되어 있다. 실린더(110)의 내부 공간은, 흡인구(111, 112)를 통하여 유입된 가스를 압축하기 위하여 이용된다.
도 1은 압축기(100)의 일부로서, 피스톤(120)과 두 리어 헤드(131, 132)를 추가로 나타낸다. 실린더(110), 피스톤(120) 및 리어 헤드(131, 132)는, 흡인구(111, 112)를 통하여 실린더(110) 내에 유입된 가스가 갇히는 공간을 형성하고 있다. 피스톤(120)은, 가스가 갇힌 공간 내에서 왕복동하여 가스를 압축한다. 압축된 가스는, 토출구(113, 114)를 통하여 상술한 토출 유로로 송출된다.
피스톤(120)은, 실린더(110) 내에 배치되고 또한 연직 축선 VAX에 대략 일치하는 중심축을 갖는 원기둥 형상의 부위이다. 피스톤(120)은, 실린더(110) 내에서 연직 축선 VAX의 연장 설치 방향에 있어서 왕복동한다. 리어 헤드(131)는, 실린더(110)의 하단에 형성된 개구부를 폐쇄하고 있다. 리어 헤드(132)는, 실린더(110)의 상단 개구부를 폐쇄하고 있다. 따라서 실린더(110) 및 리어 헤드(131, 132)는, 흡인구(111, 112) 및 토출구(113, 114)를 제외하고 폐쇄된 공간을 형성하고 있다. 도 1에 도시되는 것처럼, 실린더(110)의 내주면과 피스톤(120)의 하면과 리어 헤드(131)의 상면에 의해 둘러싸인 용적 변동 공간(115)이 실린더(110) 내에 형성되어 있다. 흡인구(111) 및 토출구(113)는 용적 변동 공간(115)에 연통되어 있다. 가스는 흡인구(111)를 통하여 용적 변동 공간(115)에 유입된다. 피스톤(120)은 도 1에 도시되는 위치로부터 하방으로 이동하여 용적 변동 공간(115)을 축소시켜, 용적 변동 공간(115) 내의 가스를 압축한다. 압축된 가스는, 토출구(113)를 통하여 상술한 토출 유로로 배출된다. 본 실시 형태에 대해서, 용적 변동 공간(115)은 가스를 압축하기 위한 압축실로서 이용된다.
도 1은 압축기(100)의 일부로서, 크랭크 기구(140)와 피스톤 로드(150)를 추가로 나타낸다. 크랭크 기구(140)는, 실린더(110) 내에서 피스톤(120)을 왕복동시키기 위한 구동력을 생성한다. 피스톤 로드(150)는, 크랭크 기구(140)가 생성한 구동력을 피스톤(120)에 전달한다.
크랭크 기구(140)는, 피스톤(120)의 하방에 배치되어 있다. 크랭크 기구(140)는 크랭크샤프트와, 커넥팅 로드와, 크로스헤드와, 통상의 헤드 케이스를 포함하고 있다. 크랭크샤프트는, 연직 축선 VAX에 직교하는 회전축 주위로 회전한다. 커넥팅 로드는, 크랭크샤프트와 헤드 케이스 내에 배치된 크로스헤드에 연결된다. 크로스헤드는, 연직 축선 VAX에 대략 일치하는 중심축을 갖는 기둥체이다. 헤드 케이스는 연직 축선 VAX를 따르는 방향의 크로스헤드 변위만을 허용하는 한편, 수평 방향의 크로스헤드 변위를 허용하지 않는다. 크랭크샤프트가 회전하는 동안, 커넥팅 로드는 수평 방향의 크랭크샤프트 변위 성분을 흡수하도록 자세를 바꾼다. 따라서 크랭크샤프트의 회전 운동은, 커넥팅 로드와 크로스헤드와 헤드 케이스에 의해 크로스헤드의 왕복동으로 변환된다. 피스톤 로드(150)는 피스톤(120)의 하면으로부터 하방으로 연장되고, 크로스헤드의 상면에 연결된다. 따라서 크로스헤드의 왕복동은, 피스톤 로드(150)를 통하여 피스톤(120)에 전달된다. 이 결과, 피스톤(120)은 상술한 바와 같이 연직 축선 VAX를 따라 왕복동할 수 있다.
피스톤 로드(150)의 중심축은 연직 축선 VAX에 대략 일치하고 있다. 연직 축선 VAX를 따라 뚫어서 형성된 관통 구멍이, 실린더(110)의 하단 개구부를 폐쇄하는 리어 헤드(131)에 형성되어 있다. 실린더(110)의 하단 개구부에 직교하는 연직 축선 VAX를 따라 연장 설치된 피스톤 로드(150)는 리어 헤드(131)의 관통 구멍에 삽입 관통되어, 크랭크 기구(140)의 크로스헤드와 피스톤(120)에 연결되어 있다.
피스톤 로드(150)가 리어 헤드(131)의 관통 구멍에 삽입 관통되는 결과, 환형 경계가 피스톤 로드(150)의 외주면과 리어 헤드(131)의 내주면 사이에 형성되어 있다. 크랭크 기구(140)의 크랭크샤프트가 상사점에 있을 때, 피스톤(120)은 도 1에 도시되는 위치에 도달한다. 크랭크샤프트가 그 후 상사점으로부터 하사점으로 이동하면, 피스톤(120)은 리어 헤드(131)를 향하여 하방으로 변위한다. 이때 용적 변동 공간(115)은 작아지므로, 용적 변동 공간(115) 내의 가스가 압축된다. 이 결과, 용적 변동 공간(115) 내의 가스의 일부는 피스톤 로드(150)의 외주면과 리어 헤드(131)의 내주면 사이의 경계에 형성된 얇은 환형 공극으로 밀려난다. 종래의 왕복동 압축기에 관해서, 피스톤 로드(150)의 외주면과 리어 헤드(131)의 내주면 사이의 경계의 공극을 통하여 밀어나오려는 가스를 가두기 위해 환형 로드 패킹이 사용되고 있다.
상술한 압축기(100)의 구조에 종래의 로드 패킹이 사용된다면, 로드 패킹의 외주부는 리어 헤드(131)의 내주면에 고정되는 한편 로드 패킹의 내주부는 피스톤 로드(150)의 외주면에 압접된다. 즉 피스톤 로드(150)가 피스톤(120)과 함께 왕복동하고 있는 동안, 로드 패킹은 리어 헤드(131)에 대하여 상대적으로 변위하지 않는 한편 피스톤 로드(150)에 대하여 상대적으로 변위하여 피스톤 로드(150)의 외주면에 미끄럼 접촉된다.
<로드 패킹이 갖는 과제>
도 2는, 일반적인 로드 패킹(200)의 개략적인 사시도이다. 도 2를 참조하여, 로드 패킹(200)이 갖는 과제가 설명된다.
로드 패킹(200)은, 패킹 링(210)과 코일 스프링(220)을 포함하고 있다. 코일 스프링(220)은 패킹 링(210)의 외주 전체에 걸쳐서 패킹 링(210)의 외주연을 따라서 연장 설치되어, 패킹 링(210)의 내경이 저감되도록 패킹 링(210)을 변형시키는 힘을 패킹 링(210)에 부여한다. 따라서 피스톤 로드가 로드 패킹(200)에 삽입 관통되면, 패킹 링(210)의 내주부는 피스톤 로드의 외주면에 압접된다. 그러나 패킹 링(210)의 가공 정밀도나 다른 원인에 의해, 패킹 링(210)의 내주부가 피스톤 로드의 외주면으로부터 떨어져 패킹 링(210)의 내주부와 피스톤 로드의 외주면 사이의 공극에 가스가 유입되는 경우가 있다. 일단 패킹 링(210)의 내주부와 피스톤 로드의 외주면 사이의 경계에 가스가 유입되면, 가스는 패킹 링(210)의 내주부를 벌리도록 작용한다. 이 결과 패킹 링(210)의 내주부와 피스톤 로드의 외주면 사이의 공극은 점점 넓어지고, 가스의 누출량은 더욱 증대된다. 따라서, 종래의 로드 패킹을 사용한 실링 기술은 고압 가스를 생성하는 왕복동 압축기에 부적합하다.
가스 누출의 리스크를 저감하기 위해서, 다수의 로드 패킹이 왕복동 압축기 내의 피스톤 로드를 따라 연속 설치되는 경우도 있다. 이 경우, 다수의 로드 패킹을 연속 설치하기 위한 공간이 왕복동 압축기에 필요해진다. 이 결과, 왕복동 압축기는 피스톤 로드의 연장 설치 방향에 있어서 커진다.
<로드 링부를 갖는 왕복동 압축기>
도 1에 도시되는 것처럼 압축기(100)는 가스의 높은 압력 하에서도 높은 시일 성능을 발휘하고, 용적 변동 공간(115) 내의 고압 가스가 피스톤 로드(150)의 외주면과 리어 헤드(131)의 내주면 사이의 공극으로부터 누출되는 것을 방지하는 로드 링부(160)를 구비하고 있다. 도 1은 로드 링부(160)로서, 세 로드 링(161)을 나타낸다. 그러나 로드 링부(160)는 셋 미만의 로드 링(161)이어도 되고, 셋을 초과하는 로드 링(161)이어도 된다.
세 로드 링(161) 각각은 원환형으로 만곡된 가늘고 긴 선형 부재이고, 로드 링(161)의 직경이 커지는 방향으로의 가압력을 발휘하도록 형성되어 있다.
피스톤 로드(150)는, 제1 로드부(151)와 제2 로드부(152)를 포함한다. 제1 로드부(151)는, 크랭크 기구(140)의 크로스헤드로부터 상방으로 연장 설치되어 있다. 제2 로드부(152)는 로드 링부(160)를 피스톤 로드(150)에 고정하기 위한 홈부(153)가 형성된 부위이고, 제1 로드부(151)의 상방에 위치하고 있다. 즉 제2 로드부(152)는, 제1 로드부(151)와 피스톤(120) 사이에서 연직 축선 VAX를 따라 연장 설치되어 있다. 제2 로드부(152)는 제1 로드부(151)와 동일한 직경이므로, 피스톤 로드(150)는 용이하게 제조된다.
도 1은, 홈부(153)로서 제2 로드부(152)의 외주면에 오목 형성된 세 환형 홈(154)을 나타낸다. 세 환형 홈(154) 각각은, 연직 축선 VAX를 둘러싸도록 형성되어 있다. 세 로드 링(161)은 세 환형 홈(154)에 각각 끼워 맞춰져 있다. 세 환형 홈(154)은, 연직 축선 VAX의 연장 설치 방향에 있어서 소정의 간격을 두고 형성되어 있다. 따라서, 세 환형 홈(154)에 각각 끼워 맞춰진 세 로드 링(161)은 연직 축선 VAX의 연장 설치 방향에 있어서 소정의 간격을 두고 배열되어 있다. 세 환형 홈(154)의 간격(즉, 세 로드 링(161)의 간격)은, 피스톤 로드(150)의 기계적 강도에 기초하여 결정되어도 된다.
세 로드 링(161)의 내주부는 피스톤 로드(150)에 형성된 세 환형 홈(154)에 각각 끼워 맞춰져 있으므로, 피스톤 로드(150)가 연직 축선 VAX를 따라 왕복동하고 있는 동안 세 로드 링(161)은 피스톤 로드(150)와 함께 왕복동한다. 즉, 세 로드 링(161)은 피스톤 로드(150)에 대하여 상대적으로 변위하지 않는다. 한편 피스톤 로드(150)가 피스톤(120)과 함께 연직 축선 VAX를 따라 왕복동하고 있는 동안, 세 로드 링(161)은 리어 헤드(131)에 대하여 상대적으로 변위한다.
세 로드 링(161) 각각의 외주부는 제2 로드부(152)의 외주면으로부터 제2 로드부(152)의 반경 방향에 있어서 외측에 위치하고, 리어 헤드(131)의 내주면에 압접되어 있다. 피스톤 로드(150)가 피스톤(120)과 함께 연직 축선 VAX를 따라 왕복동하고 있는 동안, 세 로드 링(161) 각각의 외주부는 리어 헤드(131)의 내주면에 미끄럼 접촉된다.
도 3은, 로드 링(161) 둘레의 압축기(100)의 개략적인 확대 단면도이다. 도 3은 로드 링(161)으로의 힘이 가해지는 방법을 설명하기 위해서, 로드 링(161) 및 피스톤 로드(150)를 모식적으로 도시하고 있다. 도 1 내지 도 3을 참조하여, 로드 링(161)이 설명된다.
코일 스프링(210)에 의해 내향 가압력을 발휘하는 로드 패킹(200)과는 상이하게, 로드 링(161)은 외향 가압력을 발휘하도록 형성되어 있다. 따라서 로드 링(161)이 피스톤 로드(150)에 설치되면, 로드 링(161)의 외주부는 로드 링(161)을 둘러싸고 있는 리어 헤드(131)에 강한 힘으로 밀어붙여진다.
환형 홈(154)을 형성하고 있는 피스톤 로드(150)의 벽면과 로드 링(161)의 표면 사이의 접촉력은, 로드 링(161)의 외주부와 리어 헤드(131)의 내주면 사이의 압접력보다도 약하다. 따라서 고압의 가스는 로드 링(161)의 외주부와 리어 헤드(131)의 내주면 사이의 경계보다도 오히려, 로드 링(161)의 외주부와 리어 헤드(131)의 내주면 사이의 경계에 들어가기 쉽다. 이 결과, 도 3에 도시된 바와 같이 가스의 높은 압력은 로드 링(161)의 내주부에 대하여 외측 방향으로 작용한다. 로드 링(161)의 내주부에 대하여 작용하는 외측 방향의 힘은, 로드 링(161)의 외경을 크게 한다. 로드 링(161)의 외경이 커지도록 로드 링(161)이 변형되면, 로드 링(161)의 외주부는 로드 링(161)을 둘러싸는 리어 헤드(131)에 더욱 강한 힘으로 밀어붙여진다.
가스의 압력이 실링 대상(즉, 피스톤 로드)에 대한 압접력을 약화시키도록 작용하는 로드 패킹(200)과는 반대로, 가스의 압력은 실링 대상(즉, 리어 헤드(131))으로의 로드 링(161)의 압접력을 강화한다. 이 결과 로드 링부(160)를 갖는 압축기(100)는 높은 압력의 가스를 발생시키고 있는 동안에도, 우수한 실링 성능을 유지할 수 있다.
(추가적인 로드 패킹을 갖는 왕복동 압축기)
피스톤 로드(150)의 가로 어긋남(연직 축선 VAX로부터 어긋나는 방향으로의 만곡)을 방지하기 위해서, 리어 헤드(131)의 내주면은 연직 축선 VAX의 연장 설치 방향에 있어서 소정 구간에 걸쳐서 피스톤 로드(150)의 외주면에 근접되어 있다. 복수의 로드 링(161)은, 리어 헤드(131)의 내주면이 피스톤 로드(150)의 외주면에 근접된 구간에 있어서 연직 축선 VAX의 연장 설치 방향에 있어서 배열되어 있다. 복수의 로드 링(161)이 배열되는 구간 길이는, 피스톤(120)의 스트로크 길이 및 리어 헤드(131)의 내주면이 피스톤 로드(150)의 외주면에 근접된 구간의 길이를 고려하여 결정되어 있다. 결정된 구간 길이에 몇개의 로드 링(161)이 배치되는지는, 피스톤 로드(150)의 기계적 강도를 고려하여 결정되어도 된다.
로드 링(161)이 피스톤 로드(150)에 설치되어 있으므로 리어 헤드(131)의 내주면측에 미끄럼 이동면을 확보해야만 한다. 다수의 로드 링(161)이 피스톤 로드(150)에 장착되면 미끄럼 이동면의 축 길이가 길어져, 도리어 압축기(100)의 구조가 커져버린다. 그래서 도 1에 도시되는 것처럼, 연직 축선 VAX를 따라 연속 설치된 복수의 로드 패킹(171)(도 1은 두 로드 패킹(171)을 나타냄) 또는 연직 축선 VAX와 대략 동축의 1개의 로드 패킹(171)을 갖는 로드 패킹부(170)가 추가적으로 설치되어도 된다. 로드 패킹(171)이 피스톤 로드(150)의 외주면에 미끄럼 접촉하고 있기 때문에 로드 링(161)처럼 리어 헤드(131)에 미끄럼 이동면을 별도 설치할 필요가 없어, 압축기(100)의 대형화가 방지된다. 이렇게 요구되는 시일 성능 및 로드 링(161)의 과도한 설치에 의한 압축기의 대형화를 방지하는 것이라고 하는 두 관점에 기초하여, 로드 패킹(171)이 부가적으로 선택되어도 된다.
도 1에 도시되는 두 로드 패킹(171) 각각은, 도 2를 참조하여 설명된 로드 패킹(200)과 동일한 구조를 가져도 된다. 따라서 로드 패킹(200)의 설명은, 두 로드 패킹(171) 각각에 원용된다.
로드 패킹부(170)는, 로드 링부(160)가 설치된 제2 로드부(152)의 하방에 배치되어 있다. 로드 패킹부(170)는 제2 로드부(152)와 크랭크 기구(140) 사이에 위치하고, 제2 로드부(152)로부터 크랭크 기구(140)에 하방으로 연장되는 제1 로드부(151)에 의해 관통되어 있다. 따라서 피스톤 로드(150)가 피스톤(120)과 함께 연직 축선 VAX를 따라 왕복동하고 있는 동안, 두 로드 패킹(171) 각각의 내주연은 제1 로드부(151)의 외주면에 미끄럼 접촉된다.
상술한 바와 같이 로드 링부(160)는 높은 시일 성능을 갖고 있으므로, 로드 링부(160)를 넘어 제1 로드부(151)와 리어 헤드(131) 사이에 형성된 공극에 유입되는 가스는 미량이다. 따라서, 로드 패킹부(170)는 과도하게 높은 가스의 압력에 노출되지 않고, 도 2를 참조하여 설명된 로드 패킹(200)의 결점은 무시되어도 된다.
과도하게 높은 가스압은 제1 로드부(151)와 리어 헤드(131) 사이에 형성된 공극에 발생하지 않으므로, 로드 링부(160)에 요구되는 것과 같은 높은 시일 성능은 로드 패킹부(170)에는 요구되지 않는다. 따라서 로드 패킹부(170)로서 사용되는 로드 패킹(171)은, 로드 링부(160)로서 사용되는 로드 링(161)보다도 소수여도 된다(본 실시 형태에 대해서 두 로드 패킹(171)이 로드 패킹부(170)로서 사용되고 있는 데 비해, 세 로드 링(161)이 로드 링부(160)로서 사용되고 있음).
도 1에 도시되는 것처럼, 압축기(100)는 유지 판부(181)와 어댑터 통(182)을 구비하고 있다. 유지 판부(181)는, 어댑터 통(182)과 리어 헤드(131) 사이에 배치되어 있다. 로드 패킹부(170)는, 유지 판부(181)에 의해 유지되고 있다. 유지 판부(181)는, 리어 헤드(131)의 내주면과 제1 로드부(151)의 외주면 사이에서 형성된 공극을 어댑터 통(182)에 의해 둘러싸인 공간으로부터 이격되어 있다. 로드 링부(160)를 넘어선 가스는 리어 헤드(131)의 내주면과 제1 로드부(151)의 외주면 사이에 형성된 공극에 유입되지만, 유지판부(181)에 의해 유지된 로드 패킹부(170)는 리어 헤드(131)의 내주면과 제1 로드부(151)의 외주면 사이에서 형성된 공극으로부터 어댑터 통(182)에 의해 둘러싸인 공간으로의 누출을 방지한다. 따라서, 가스가 어댑터 통(182)에 의해 둘러싸인 공간으로 누출될 리스크가 저감된다. 어댑터 통(182)은, 유지 판부(181)를 개재하여 리어 헤드(131)에 고정되어 있다. 마모나 파손이 로드 패킹부(170) 및 로드 링부(160)에 발생하면, 가스가 어댑터 통(182)과 유지 판부(181)에 의해 둘러싸인 공간에 유입되는 경우가 있다. 어댑터 통(182) 내로 누출된 가스를 배출하기 위한 불연성 퍼지 가스(예를 들어, 질소 가스)를 어댑터 통(182)의 내부 공간에 송입하기 위한 관 부재(도시하지 않음) 및 어댑터 통(182) 내의 가스 및 퍼지 가스를 배출하기 위한 관 부재(도시하지 않음)가, 어댑터 통(182)에 설치되어 있다. 어댑터 통(182)에 설치된 관 부재는 로드 패킹부(170)를 초과하여 누출된 가스 및 퍼지 가스의 배출을 허용하므로, 어댑터 통(182) 내의 누출 가스 및 퍼지 가스의 대부분은 어댑터 통(182)에 설치된 관 부재를 통하여 압축기(100)의 외부로 배출된다. 이 결과, 헤드 케이스로의 누출 가스 및 퍼지 가스의 유입 리스크가 매우 낮아진다. 따라서 누출 가스가 가연성이어도, 크랭크 기구(140)는 안전하게 동작할 수 있다.
로드 패킹부(170)가 유지 판부(181)에 설치되어 있으므로, 유지 판부(181)에 대하여 상대적으로 이동하지 않는다. 한편, 로드 패킹부(170)는 피스톤 로드(150)에 대하여 상대적으로 이동할 수 있다. 따라서 로드 링부(160)과는 달리, 설계자는 스트로크 길이를 고려하는 일 없이 로드 패킹부(170)를 유지 판부(181)에 배치할 수 있다.
설계자는 피스톤 로드(150)의 스트로크 길이, 연직 축선 VAX의 연장 설치 방향에 있어서의 리어 헤드(131)의 길이 및 유지 판부(181)의 두께를 고려하여 몇개의 로드 링(161)을 로드 링부(160)로서 사용하고, 몇개의 로드 패킹(171)을 로드 패킹부(170)로서 사용할지를 결정할 수 있다. 예를 들어 설계자는, 연직 축선 VAX의 연장 설치 방향에 있어서의 압축기(100)의 길이가 짧아지도록 로드 링(161) 및 로드 패킹(171)의 수를 결정해도 된다.
(냉각 기구)
로드 링부(160)는 리어 헤드(131)의 내주면에 미끄럼 접촉되므로, 마찰열이 로드 링부(160)와 리어 헤드(131)의 내주면 사이에서 발생한다. 따라서 마찰열을 소실시키는 냉각 기술이, 압축기(100)에 내장되는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에 대해서, 마찰열을 소실시키는 냉각 매체(예를 들어, 물)를 송출하는 송출 장치(190)가 압축기(100)에 내장되어 있다. 송출 장치(190)는 일반적인 펌프여도 되고, 냉각 매체를 송출할 수 있는 다른 장치여도 된다.
도 1에 도시되는 것처럼, 유로(133)가 로드 링부(160)의 스트로크 구간에 있어서 리어 헤드(131)에 형성되어 있다. 송출 장치(190)는, 관 부재(도시하지 않음)에 의해 유로(133)에 연결되어 있다. 송출 장치(190)는 냉각 매체를, 관 부재를 통하여 유로(133)로 송출한다. 냉각 매체는 리어 헤드(131)로부터 열을 빼앗고, 열을 빼앗은 냉각 매체는 소정의 냉각 장치(도시하지 않음)를 경유하여 송출 장치(190)로 되돌아간다. 이 결과 로드 링부(160)와 리어 헤드(131)의 내주면 사이의 마찰에 기인하는 마찰열은 냉각 매체의 저온에 의해 상쇄되어, 리어 헤드(131)의 과도한 승온은 발생하지 않는다. 냉각 매체의 냉각 효과는 리어 헤드(131)의 내주면을 통하여 로드 링부(160)에도 전달되므로, 로드 링부(160)의 과도한 승온도 발생하지 않는다. 리어 헤드(131) 및 로드 링부(160)의 과도한 승온이 방지되므로, 이들의 열 변형의 리스크도 저감된다. 리어 헤드(131) 및 로드 링부(160)의 열 변형 방지의 결과 이들 사이에 간극이 발생하거나, 로드 링부(160)가 리어 헤드(131)에 과도하게 강하게 압박되어 이들이 과도하게 마모되거나 한다고 하는 좋지 못한 현상의 리스크가 저감된다.
본 실시 형태에 대하여 송출 장치(190), 리어 헤드(131)에 형성된 유로(133) 및 냉각 매체를 냉각하는 냉각 장치는, 리어 헤드(131) 및 로드 링부(160)를 냉각하는 냉각 기구로서 사용되고 있다. 그러나 냉각 기구는, 로드 링부(160)의 스트로크 구간에 대응하는 위치에 있어서 리어 헤드(131)의 외주면에 공기를 분사하는 송풍 장치(도시하지 않음)여도 된다. 이 경우, 리어 헤드(131)의 외주면과 내주면 사이에 급한 온도 구배가 형성된다. 따라서 리어 헤드(131)의 내주면에서 발생한 마찰열은 리어 헤드(131)의 외주면에 전도되어, 송풍 장치로부터의 공기 흐름에 의해 소실된다.
(압력차에 의한 역류 가스의 방지 기술)
로드 링부(160) 및 로드 패킹부(170)는 압축기(100)의 내부 공간을 구획하므로, 압력차가 이들에 의해 구획된 공간 사이에서 발생한다. 어댑터 통(182) 내의 가스가 용적 변동 공간(115)으로 향하는 역류는, 압축기(100) 내에서 발생한 압력차에 의해 방지된다.
용적 변동 공간(115)은 피스톤(120)의 변위에 의해 커지거나 작아지거나 하므로, 피스톤(120)의 하면, 리어 헤드(131)의 상면, 실린더(110) 및 제2 로드부(152)의 외주면에 의해 형성된 공간 내의 압력은 예를 들어 0.7MPa로부터 2MPa까지의 압력 범위에서 변동한다. 로드 링부(160)는 제1 로드부(151)의 외주면, 리어 헤드(131)의 내주면 및 유지 판부(181)의 상면에 의해 둘러싸인 공간을 용적 변동 공간(115)으로부터 이격하고 있으므로, 용적 변동 공간(115) 내에서의 압력 변동은 제1 로드부(151)의 외주면, 리어 헤드(131)의 내주면 및 유지 판부(181)의 상면에 의해 둘러싸인 공간으로 전달되지 않는다. 본 실시 형태에 관하여 제1 로드부(151)의 외주면, 리어 헤드(131)의 내주면 및 유지 판부(181)의 상면에 의해 둘러싸인 공간 내의 압력이 약 0.7MPa로 유지되도록, 압축기(100)가 설계되어 있다. 제1 로드부(151)의 외주면, 리어 헤드(131)의 내주면 및 유지 판부(181)의 상면에 의해 둘러싸인 공간 내의 압력은 용적 변동 공간(115) 내의 압력을 하회하고 있으므로, 제1 로드부(151)의 외주면, 리어 헤드(131)의 내주면 및 유지 판부(181)의 상면에 의해 둘러싸인 공간 내의 가스는 용적 변동 공간(115)에 유입되지 않는다.
어댑터 통(182)의 내부 공간은 제1 로드부(151)의 외주면, 리어 헤드(131)의 내주면 및 유지 판부(181)의 상면에 의해 둘러싸인 공간으로부터 로드 패킹부(170)에 의해 구획되어 있으므로, 제1 로드부(151)의 외주면, 리어 헤드(131)의 내주면 및 유지 판부(181)의 상면에 의해 둘러싸인 공간보다도 낮은 압력으로 로드 패킹부(170)에 의해 설정된다. 본 실시 형태에 대하여 어댑터 통(182)의 내부 공간 내의 압력이 약 0.4MPa로 유지되도록, 어댑터 통(182) 내로의 퍼지 가스의 유입량이 조정된다. 어댑터 통(182)의 내부 공간 내의 압력은 제1 로드부(151)의 외주면, 리어 헤드(131)의 내주면 및 유지 판부(181)의 상면에 의해 둘러싸인 공간의 압력보다도 낮으므로, 어댑터 통(182) 내에 공급된 퍼지 가스는 제1 로드부(151)의 외주면, 리어 헤드(131)의 내주면 및 유지 판부(181)의 상면에 의해 둘러싸인 공간에 유입되지 않는다.
<제2 실시 형태>
도 4는, 제2 실시 형태의 왕복동 압축기(이하, 「압축기(100A)」라고 칭해진다)의 개략적인 단면도이다. 도 1 및 도 4를 참조하여, 압축기(100A)가 설명된다.
압축기(100A)는, 피스톤 로드의 형상에 있어서 압축기(100)(도 1을 참조)와는 상이하다. 압축기(100A)의 다른 부위는 압축기(100)와 동일하다. 따라서, 제1 실시 형태의 설명은 피스톤 로드 이외의 부위에 원용된다.
압축기(100A)는, 제1 실시 형태에 관련하여 설명된 압축기(100)의 피스톤 로드(150)와는 형상에 있어서 상이한 피스톤 로드(150A)를 구비하고 있다. 제1 실시 형태의 피스톤 로드(150)의 제1 로드부(151) 및 제2 로드부(152)는 동일한 직경인 데 비해, 피스톤 로드(150A)는 홈부(153)가 형성된 부위(이하, 「제2 로드부(152A)」라고 칭해진다)와 제2 로드부(152A)보다도 세밀한 제1 로드부(151A)를 갖고 있다. 제1 실시 형태의 제1 로드부(151)와 마찬가지로, 제1 로드부(151A)는 크랭크 기구(140)의 크로스헤드부터 상방으로 연장 설치되어 있다. 제1 실시 형태의 제2 로드부(152)와 마찬가지로 제2 로드부(152A)는, 제1 로드부(151A)와 피스톤(120) 사이에서 연직 축선 VAX를 따라 연장 설치되어 있다.
제2 로드부(152A)는 제1 로드부(151A)보다도 굵으므로, 제2 로드부(152A)의 외주면에 홈부(153)가 형성되어도 높은 기계적 강도를 가질 수 있다. 따라서, 세 환형 홈(154)의 간격은 짧아도 된다. 혹은, 홈부(153)로서 다수의 환형 홈이 제2 로드부(152A)의 외주면에 오목 형성되어도 된다.
상술한 실시 형태에 관하여 용적 변동 공간(115)은, 가스를 압축하기 위한 압축실로서 이용된다. 그러나, 용적 변동 공간(115)은 압축실이 아니어도 된다. 예를 들어, 역지 밸브가 딸린 관 부재가 토출구(113)와 흡인구(111)에 연결되어도 된다.
상술한 실시 형태에 관하여 압축기(100)는, 로드 패킹부(170)를 갖고 있다. 그러나 왕복동 압축기는, 로드 패킹부(170)를 갖지 않아도 된다.
상술한 실시 형태에 관하여 압축기(100)는, 냉각 기구(즉, 유로(133)나 송출 장치(190))를 갖고 있다. 그러나 왕복동 압축기는, 냉각 기구를 갖지 않아도 된다.
금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며, 제한적인 것은 아니라고 해석되어야 한다. 본 발명의 범위는, 상기한 설명은 아니고 특허 청구 범위에 의해 나타나고, 특허 청구 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
상술된 실시 형태에는, 주로, 이하의 구성을 갖는 왕복동 압축기가 포함된다.
상술한 실시 형태의 하나의 국면에 관한 왕복동 압축기는 피스톤을 실린더 내에서 왕복동시키는 구동력을 생성하는 크랭크 기구를 갖고, 상기 실린더 내에 유입된 가스를 상기 실린더 내에서 왕복동하는 상기 피스톤을 사용하여 압축한다. 왕복동 압축기는 상기 실린더의 단부에 형성된 개구부와 교차하는 소정의 중심축을 따라 연장 설치되어 상기 구동력을 상기 크랭크 기구로부터 상기 피스톤에 전달하도록 상기 피스톤과 상기 크랭크 기구에 연결된 피스톤 로드와, 상기 피스톤 로드에 의해 관통되고 또한 상기 실린더의 상기 개구부를 폐쇄하는 리어 헤드와, 상기 실린더 내의 상기 가스가 상기 리어 헤드와 상기 피스톤 로드 사이의 공극으로부터 누출되는 것을 방지하는 로드 링부를 구비하고 있다. 상기 피스톤 로드는, 상기 피스톤 로드의 중심축을 둘러싸는 환형 홈부가 형성된 외주면을 갖고 있다. 상기 로드 링부는 상기 홈부에 끼워 맞춰진 내주부와, 상기 피스톤 로드가 상기 피스톤과 함께 상기 중심축의 연장 설치 방향으로 왕복동하고 있는 동안 상기 리어 헤드의 내주면에 미끄럼 접촉되는 외주부를 포함하고 있다.
상기 구성에 의하면 로드 링부는, 실린더 내의 가스가 리어 헤드와 피스톤 로드 사이의 공극으로부터 누출되는 것을 방지하기 위하여 사용된다. 로드 링부는 피스톤 로드의 외주면에 형성된 홈부에 끼워 맞춰진 내주부를 포함하고 있으므로, 로드 링부와 피스톤 로드 사이의 간극이 홈부 내에서 형성된다. 실린더 내에서의 피스톤의 왕복동에 의해 고압화된 가스는 홈부 내의 경계에 들어가고, 로드 링부를 벌리도록 작용한다. 이 결과 로드 링부의 외주부는, 리어 헤드의 내주면에 강하게 밀어대어진다.
로드 링부의 내주부는 피스톤 로드의 외주면에 형성된 환형 홈부에 끼워 맞춰져 있으므로, 피스톤 로드가 피스톤과 함께 왕복동하고 있는 동안 로드 링부는 피스톤 로드와 함께 왕복동하다. 이 사이, 로드 링부의 외주부는 리어 헤드의 내주면에 미끄럼 접촉된다. 상술한 바와 같이 로드 링의 외주부는 강한 힘으로 리어 헤드의 내주면에 밀어붙여지므로, 피스톤 로드와 함께 왕복동하는 로드 링부의 외주부가 리어 헤드의 내주면에 미끄럼 접촉되고 있는 동안에도 로드 링부는 실린더 내의 가스가 리어 헤드와 피스톤 로드 사이의 공극으로부터 누출되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 피스톤 로드와 리어 헤드 사이의 경계를 통한 가스 누출의 리스크가 매우 작아진다.
피스톤 로드의 중심축을 향하는 힘에 의해 가스의 누출을 방지하는 종래의 로드 패킹과는 달리 실린더 내의 가스의 압력이 높을수록 로드 링부의 외주부로부터 리어 헤드의 내주면으로 작용하는 압접력은 강해지므로, 실린더 내의 가스의 압력이 높아도 로드 링부는 실린더 내의 가스가 리어 헤드와 피스톤 로드 사이의 공극으로부터 누출되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 피스톤 로드를 따라 연속 설치된 다수의 로드 패킹을 요하지 않고, 실린더로부터의 가스의 누출이 방지된다. 다수의 로드 패킹을 배치하기 위한 공간은 왕복동 압축기에 요구되지 않으므로, 왕복동 압축기는 피스톤 로드의 연장 설치 방향에 있어서 작은 치수를 가질 수 있다.
상술한 구성에 관하여 상기 피스톤 로드는 제1 로드부와, 상기 제1 로드부와 상기 피스톤 사이에 연장 설치되어 있음과 함께 상기 제1 로드부와 동일한 직경의 제2 로드부를 포함하고 있어도 된다. 상기 홈부는, 상기 제2 로드부에 형성되어 있어도 된다.
상기 구성에 의하면 홈부가 형성된 제2 로드부는 제1 로드부와 동일한 직경이므로, 피스톤 로드는 용이하게 제조된다.
상기 구성에 대하여 왕복동 압축기는, 상기 피스톤과 함께 왕복동하는 상기 피스톤 로드의 상기 제1 로드부의 외주면에 미끄럼 접촉되는 내주연을 갖는 환형 로드 패킹부를 더 구비하고 있어도 된다.
로드 링부는 피스톤 로드에 설치되어 있기 때문에, 리어 헤드의 내주면측에 미끄럼 이동면을 확보해야만 한다. 로드 링부로서 로드 링을 너무 많이 달면 리어 헤드가 축 길이 방향으로 길어져, 도리어 왕복동 압축기의 구조가 커져버린다. 상기 구성에 의하면 제1 로드부의 외주면에 미끄럼 접촉되는 내주부를 갖는 환형 로드 패킹부가 추가적으로 설치되어 있기 때문에, 리어 헤드의 축 길이를 길게 하고 리어 헤드 상의 미끄럼 이동면을 별도로 길게 한다고 하는 문제를 발생시키지 않아 왕복동 압축기의 대형화가 방지된다. 이와 같이, 요구되는 시일 성능 및 로드 링의 과도한 설치에 의한 왕복동 압축기의 대형화를 방지하는 것이라고 하는 두 관점에 기초하여 로드 패킹이 부가적으로 선택되어도 된다.
상기 구성에 관해서, 상기 로드 링부는 상기 중심축의 상기 연장 설치 방향에 있어서 간격을 두고 배열된 복수의 로드 링을 포함하고 있어도 된다. 상기 홈부는, 상기 복수의 로드 링에 각각 대응하여 상기 피스톤 로드의 상기 외주면에 형성된 복수의 환형 홈을 포함하고 있어도 된다. 상기 로드 패킹부는, 상기 복수의 로드 링보다도 소수이고 또한 상기 제1 로드부를 따라 배열된 로드 패킹을 포함하고 있어도 된다.
상기 구성에 의하면 로드 링부는 피스톤 로드의 연장 설치 방향에 있어서 간격을 두고 배열된 복수의 로드 링을 포함하고 또한 홈부는 복수의 로드 링에 각각 대응하여 피스톤 로드의 외주면에 형성된 복수의 환형 홈을 포함하고 있으므로, 복수의 로드 링은 복수의 환형 홈에 끼워 맞춰진다. 이 결과 리어 헤드의 내주면은, 피스톤 로드의 연장 설치 방향에 있어서 다른 위치에 있어서 복수의 로드 링의 외주부에 의해 압접된다. 따라서, 실린더로부터의 가스 누출의 리스크는 매우 낮아진다. 복수의 로드 링이 가스의 누출을 방지하기 위한 높은 능력을 발휘하므로, 로드 패킹부는 복수의 로드 링보다도 소수의 로드 패킹을 포함하고 있어도 된다.
제1 로드부를 따라 배열된 소수의 로드 패킹은 피스톤 로드의 제1 로드부의 외주면에 미끄럼 접촉되므로, 피스톤 로드가 피스톤과 함께 왕복동하고 있는 동안에도 변위하지 않는다. 따라서, 소수의 로드 패킹을 배치하기 위한 배치 영역은 작아도 된다. 즉 왕복동 압축기는, 피스톤 로드의 연장 설치 방향에 있어서 작은 치수를 가질 수 있다.
상기 구성에 관하여 상기 피스톤은, 상기 피스톤 로드보다도 직경에 있어서 커도 된다. 상기 로드 링부는, 상기 실린더, 상기 피스톤 및 상기 리어 헤드에 의해 둘러싸인 용적 변동 공간으로부터 상기 피스톤 로드와 상기 리어 헤드 사이의 공극으로의 상기 가스의 누출을 방지해도 된다.
상기 구성에 의하면 피스톤은 피스톤 로드보다도 직경에 있어서 크므로, 실린더, 피스톤 및 리어 헤드에 의해 둘러싸인 용적 변동 공간이 형성된다. 피스톤이 상사점을 향할 때 용적 변동 공간이 넓어지는 한편, 피스톤이 하사점을 향할 때 용적 변동 공간은 좁아진다. 용적 변동 공간 내의 가스는 하사점을 향하는 피스톤에 의해, 피스톤 로드의 외주면과 리어 헤드의 내주면 사이의 공극으로 압출되려고 한다. 그러나 로드 링부가 피스톤 로드에 설치되어 있으므로, 용적 변동 공간으로부터 피스톤 로드의 외주면과 리어 헤드의 내주면 사이의 공극으로의 가스의 누출은 로드 링부에 의해 방지된다.
상기 구성에 관하여 왕복동 압축기는, 상기 피스톤과 함께 왕복동하는 상기 로드 링부의 스트로크 구간에 있어서 상기 리어 헤드의 상기 내주면을 냉각하는 냉각 기구를 더 구비하고 있어도 된다.
상술한 바와 같이 로드 링부는 피스톤과 함께 왕복동하는 피스톤 로드에 설치되어 있으므로, 로드 링부도 피스톤과 함께 왕복동한다. 이 사이 로드 링부의 외주부는 리어 헤드의 내주면에 미끄럼 접촉되므로, 리어 헤드 및 로드 링부에 마찰열이 발생한다. 상기 구성에 의하면 왕복동 압축기는 피스톤과 함께 왕복동하는 로드 링부의 스트로크 구간에 있어서 리어 헤드의 내주면을 냉각하는 냉각 기구를 구비하고 있으므로, 로드 링부의 스트로크 구간에 있어서의 리어 헤드 및 로드 링부의 과도한 승온은 발생하지 않는다. 이 결과, 리어 헤드 및 로드 링부의 열 변형의 리스크도 저감된다. 리어 헤드 및 로드 링부의 열 변형이 없는 상태에서 로드 링부의 외주면은 리어 헤드의 내주면에 미끄럼 접촉되므로, 리어 헤드의 내주면과 로드 링부의 외주부 사이의 높은 시일 성능은 유지된다.
상기 구성에 관하여 상기 냉각 기구는 상기 리어 헤드를 냉각하는 냉각 매체를, 상기 스트로크 구간에 있어서 상기 리어 헤드에 형성된 유로로 송출하는 송출 장치를 포함하고 있어도 된다.
상기 구성에 의하면 송출 장치는 리어 헤드를 냉각하는 냉각 매체를 스트로크 구간에 있어서 리어 헤드에 형성된 유로로 송출하므로, 리어 헤드는 냉각 매체에 의해 냉각된다. 로드 링부의 외주부는 스트로크 구간에 있어서 실린더의 내주면에 접촉하고 있으므로, 로드 링부도 냉각 매체에 의해 간접적으로 냉각된다. 따라서, 로드 링부의 스트로크 구간에 있어서의 리어 헤드 및 로드 링부의 과도한 승온은 발생하지 않는다.
상술한 왕복동 압축기는, 압축된 가스가 필요한 여러가지 기술 분야에 적합하게 이용된다.

Claims (7)

  1. 피스톤을 실린더 내에서 왕복동시키는 구동력을 생성하는 크랭크 기구를 갖고, 상기 실린더 내에 유입된 가스를 상기 실린더 내에서 왕복동하는 상기 피스톤을 사용하여 압축하는 왕복동 압축기이며,
    상기 실린더의 단부에 형성된 개구부와 교차하는 소정의 중심축을 따라 연장 설치되어, 상기 구동력을 상기 크랭크 기구로부터 상기 피스톤에 전달하도록 상기 피스톤과 상기 크랭크 기구에 연결된 피스톤 로드와,
    상기 피스톤 로드에 의해 관통되고, 또한, 상기 실린더의 상기 개구부를 폐쇄하는 리어 헤드와,
    상기 실린더 내의 상기 가스가 상기 리어 헤드와 상기 피스톤 로드 사이의 공극으로부터 누출하는 것을 방지하는 로드 링부를 구비하고,
    상기 피스톤 로드는, 상기 피스톤 로드의 중심축을 둘러싸는 환형 홈부가 형성된 외주면을 갖고,
    상기 로드 링부는, 상기 홈부에 끼워 맞춰진 내주부와, 상기 피스톤 로드가 상기 피스톤과 함께 상기 중심축의 연장 설치 방향으로 왕복동하고 있는 동안, 상기 리어 헤드의 내주면에 미끄럼 접촉되는 외주부를 포함하는
    왕복동 압축기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 피스톤 로드는, 제1 로드부와, 상기 제1 로드부와 상기 피스톤 사이에 연장 설치되어 있음과 함께 상기 제1 로드부와 동일한 직경의 제2 로드부를 포함하고,
    상기 홈부는, 상기 제2 로드부에 형성되어 있는
    왕복동 압축기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 피스톤과 함께 왕복동하는 상기 피스톤 로드의 상기 제1 로드부의 외주면에 미끄럼 접촉되는 내주연을 갖는 환형 로드 패킹부를 더 구비하는
    왕복동 압축기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 로드 링부는, 상기 중심축의 상기 연장 설치 방향에 있어서 간격을 두고 배열된 복수의 로드 링을 포함하고,
    상기 홈부는, 상기 복수의 로드 링에 각각 대응하여 상기 피스톤 로드의 상기 외주면에 형성된 복수의 환형 홈을 포함하고,
    상기 로드 패킹부는, 상기 복수의 로드 링보다도 소수이고, 또한, 상기 제1 로드부에 따라 배열된 로드 패킹을 포함하는
    왕복동 압축기.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피스톤은, 상기 피스톤 로드보다도 직경에 있어서 크고,
    상기 로드 링부는, 상기 실린더, 상기 피스톤 및 상기 리어 헤드에 의해 둘러싸인 용적 변동 공간으로부터 상기 피스톤 로드와 상기 리어 헤드 사이의 공극으로의 상기 가스의 누출을 방지하는
    왕복동 압축기.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피스톤과 함께 왕복동하는 상기 로드 링부의 스트로크 구간에 있어서 상기 리어 헤드의 상기 내주면을 냉각하는 냉각 기구를 더 구비하는
    왕복동 압축기.
  7. 제6항에 있어서, 상기 냉각 기구는, 상기 리어 헤드를 냉각하는 냉각 매체를, 상기 스트로크 구간에 있어서 상기 리어 헤드에 형성된 유로로 송출하는 송출 장치를 포함하는
    왕복동 압축기.
KR1020190010360A 2018-01-31 2019-01-28 왕복동 압축기 KR102078095B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018015129A JP7009238B2 (ja) 2018-01-31 2018-01-31 往復動圧縮機
JPJP-P-2018-015129 2018-01-31

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190093139A KR20190093139A (ko) 2019-08-08
KR102078095B1 true KR102078095B1 (ko) 2020-02-17

Family

ID=65023741

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190010360A KR102078095B1 (ko) 2018-01-31 2019-01-28 왕복동 압축기

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10837441B2 (ko)
EP (1) EP3521618B1 (ko)
JP (1) JP7009238B2 (ko)
KR (1) KR102078095B1 (ko)
CN (1) CN110094323B (ko)
CA (1) CA3031119C (ko)
DK (1) DK3521618T3 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6625783B1 (ja) * 2019-08-23 2019-12-25 株式会社神戸製鋼所 圧縮機ユニット
GR1009944B (el) * 2020-04-02 2021-03-01 Kabushiki Kaisha Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) Μοναδα συμπιεστη και μεθοδος κρατησης μοναδας συμπιεστη
CN113915335A (zh) * 2021-10-14 2022-01-11 安瑞科(蚌埠)压缩机有限公司 一种活塞式压缩机无泄漏密封装置
DE102022125508A1 (de) 2022-10-04 2024-04-04 Technische Universität Dresden, Körperschaft des öffentlichen Rechts Dichtsystem für eine Vorrichtung zum Verdichten eines Fluids und Vorrichtung zum Verdichten eines Fluids mit dem Dichtsystem
CN116753137B (zh) * 2023-05-30 2024-04-23 烟台东德氢能技术有限公司 一种循环液封压缩气缸总成
CN116538052B (zh) * 2023-05-30 2024-04-19 烟台东德氢能技术有限公司 一种带进排气阀的双作用循环液封压缩气缸总成

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011111978A (ja) 2009-11-26 2011-06-09 Mayekawa Mfg Co Ltd 往復圧縮機
JP2012036813A (ja) 2010-08-06 2012-02-23 Ihi Corp 往復動式圧縮機
JP2017089751A (ja) 2015-11-10 2017-05-25 聖 丘野 ピストンリング

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1019432B (de) * 1954-02-08 1957-11-14 Burckhardt Ag Maschf Einrichtung zur Beeinflussung des Druckes auf die Kolbenstangendichtungsringe von Kolbenkompressoren
US3194568A (en) * 1961-06-16 1965-07-13 Dresser Ind Stuffing box with cooling and vent means
US3282218A (en) * 1964-01-15 1966-11-01 Hoover Ball & Bearing Co Metering pump
NL6601181A (ko) * 1966-01-31 1967-08-01
US3481255A (en) * 1966-04-23 1969-12-02 Basf Ag Piston for high-pressure compressors
US4173433A (en) * 1978-02-06 1979-11-06 Anderson John M Two-stage gas compressor
TW305915B (ko) * 1995-06-14 1997-05-21 Burckhardt Ag Maschf
JP3208355B2 (ja) * 1997-07-16 2001-09-10 三洋電機株式会社 ガス圧縮膨張機
AT405981B (de) 1998-07-31 2000-01-25 Hoerbiger Ventilwerke Gmbh Verschleissmonitor
DE102004011410B4 (de) * 2004-03-06 2007-11-22 Compart Compressor Technology Gmbh & Co. Kg Kolbenstangendichtung
CN100357595C (zh) * 2005-11-19 2007-12-26 无锡压缩机股份有限公司 活塞式压缩机活塞杆通油冷却结构
US7966925B2 (en) * 2007-02-09 2011-06-28 Honeywell International Inc Combination mismatched metal-to-metal seal and O-ring seal with vent hole in between for high temperature and high pressure environment
CN201636331U (zh) * 2010-04-01 2010-11-17 四川空分设备(集团)有限责任公司 组合冷却式填料组件
US20130186365A1 (en) 2011-09-06 2013-07-25 Mahle Koenig Kommanditgesellschaft Gmbh & Co Kg Piston, cylinder and engine with crown precision cooling
JP5435245B2 (ja) 2012-07-18 2014-03-05 株式会社加地テック 往復圧縮機
JP6082310B2 (ja) * 2013-04-26 2017-02-15 株式会社神戸製鋼所 往復動圧縮機
JP6098880B2 (ja) * 2013-05-07 2017-03-22 Smc株式会社 流体圧シリンダ
JP2015040519A (ja) 2013-08-22 2015-03-02 株式会社Ihi ピストン及びレシプロ圧縮機
ITFI20130296A1 (it) * 2013-12-09 2015-06-10 Nuovo Pignone Srl "reciprocating compressor with composite material components"
CN203742940U (zh) * 2014-01-27 2014-07-30 苏州市铂恒电器有限公司 往复式压缩机的新型填料冷却装置
DE102014201473A1 (de) * 2014-01-28 2015-07-30 Neuman & Esser Gmbh & Co. Kg Kolbenstange für kolbenkompressoren und kolbenkompressor
JP6042921B2 (ja) * 2015-02-20 2016-12-14 株式会社神戸製鋼所 往復動圧縮機、圧縮部ユニット及び往復動圧縮機のメンテナンス方法
US10626994B2 (en) * 2015-07-24 2020-04-21 Saint-Gobain Performance Plastics Corporation Scraper ring
CN204984782U (zh) * 2015-08-12 2016-01-20 上海东方压缩机厂有限公司 一种新型卸荷器装置
CN205533096U (zh) * 2016-04-28 2016-08-31 四川金星清洁能源装备股份有限公司 压缩机空气冷却填料
JP6550020B2 (ja) 2016-07-26 2019-07-24 株式会社三共 遊技機

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011111978A (ja) 2009-11-26 2011-06-09 Mayekawa Mfg Co Ltd 往復圧縮機
JP2012036813A (ja) 2010-08-06 2012-02-23 Ihi Corp 往復動式圧縮機
JP2017089751A (ja) 2015-11-10 2017-05-25 聖 丘野 ピストンリング

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019132191A (ja) 2019-08-08
KR20190093139A (ko) 2019-08-08
EP3521618A1 (en) 2019-08-07
US20190234402A1 (en) 2019-08-01
DK3521618T3 (da) 2020-06-29
CA3031119C (en) 2021-04-27
JP7009238B2 (ja) 2022-01-25
CA3031119A1 (en) 2019-07-31
CN110094323B (zh) 2020-10-30
US10837441B2 (en) 2020-11-17
EP3521618B1 (en) 2020-04-01
CN110094323A (zh) 2019-08-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102078095B1 (ko) 왕복동 압축기
US9677548B2 (en) Pump
US6688854B2 (en) Compression apparatus
JP5774384B2 (ja) 低温の液体のためのピストンポンプ
KR101874679B1 (ko) 압축기
US6305265B1 (en) Method and apparatus for pressurizing vaporous fluids
US11761441B1 (en) Spring controlling valve
RU2737059C1 (ru) Поршневое кольцо для поршневого компрессора и поршневой компрессор
KR101533124B1 (ko) 의료용 진공펌프로서 이용하기 위한 피스톤 장치
EP3449116B1 (en) High pressure fuel pump
KR20090028458A (ko) 가이드를 구비한 가스 스프링
JP3234332U (ja) 直接噴射システム用燃料ポンプ
WO2016153785A1 (en) Dual-stage cryogenic pump
CN112814893B (zh) 液压活塞机
JP4922794B2 (ja) 流体ポンプ及び高圧燃料供給ポンプ
JP2007146862A5 (ko)
JP2017529485A (ja) 内燃機関の、特に燃料噴射装置のための高圧燃料ポンプ
US20220120264A1 (en) Compressor and hydrogen station
GB2563263B (en) HP pump for diesel injection systems
US11719207B2 (en) Pump plunger assembly for improved pump efficiency
JP6497594B2 (ja) 燃料噴射ポンプのオイルタンクピストン
US10036383B2 (en) Pump piston having variable diameter
RU2806862C1 (ru) Поршневой компрессор с рубашкой вокруг поршневого штока
JP2019090454A (ja) ピストンリング

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant