KR200326254Y1

KR200326254Y1 - 왕복동 압축기의 피스톤 센터유지장치

Info

Publication number: KR200326254Y1
Application number: KR20-2003-0020204U
Authority: KR
Inventors: 진선구; 이재석
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2003-06-26
Filing date: 2003-06-26
Publication date: 2003-09-13

Abstract

본 고안에 의한 왕복동 압축기의 피스톤 센터유지장치는, 왕복동압축기 실린더의 상부 실린더커버(22)에 장착되며 공기통로(56,58)가 구비된 보조실린더 몸체(50); 상기 실린더의 피스톤(32) 상단면에 일측 단부가 연결되고, 상기 상부 실린더커버(22)를 관통하여 상기 보조실린더 몸체(50) 내측으로 연장되어 상기 피스톤(32)에 연동되는 연결로드(70); 및 상기 연결로드(70)의 타단부에 회동가능하게 결합되고, 외주면에 나선형상의 홈(82)이 형성되어, 상기 홈(82)의 연장방향으로 작용하는 마찰력에 의해 상기 피스톤(32) 상하이동시 회동하며 상하이동되는 센터유지용 피스톤(80)을 포함하여 구성된다. 본 고안에 의하면, 메인 실린더의 피스톤(32)이 센터유지용 피스톤(80)에 의해 지지되면서 상하 왕복운동하게 되므로, 실린더 경사 배치에 의해 가해지는 자중이나 압축기체의 유동에 의해 가해지는 편향력에 의해 피스톤(32)이 편향력을 받아 불링이 편마모되는 것을 방지할 수 있게 된다.

Description

왕복동 압축기의 피스톤 센터유지장치{PISTON CENTERING APPARATUS FOR RECIPROCATING COMPRESSOR}

본 고안은 왕복동 압축기의 피스톤 센터 유지장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 왕복동 압축기의 실린더의 배치 형태에 무관계하게 실린더 내부의 피스톤이 센터를 유지하면서 상하왕복운동하게 하는 왕복동 압축기의 피스톤 센터유지장치에 관한 것이다.

일반적으로, 제철소 산소공장에서는 아르곤 압축기로 왕복동 압축기가 사용되고 있다. 압축기는 기계적 에너지를 압축성 유체의 압축에너지로 변환시키는 장치로서, 왕복동식, 스크롤식, 원심력식 또는 베인식 압축기 등으로 분류된다. 이 중에서 왕복동 압축기는 실리더 내부의 피스톤이 상하 왕복운동하면서 기체를 흡입 압축하여 체적을 줄이므로써 압력을 상승시켜 토출 압송하는 장치이다.

도 1 에는 이러한 종래의 왕복동 압축기가 도시되어 있는 데, 왕복동 압축기는 구동원으로부터의 동력을 전달받는 몸체부와, 이 몸체부로부터 동력을 전달받아 기체를 압축하는 실린더부로 구분된다.

몸체부는 크랭크 케이스(12)와, 크랭크 케이스(12)에 의해 지지되며 구동원으로부터 기어 등에 의해 동력을 전달받는 크랭크축(14)과, 크랭크축(14)에 결합되어 크랭크축(14)의 회전운동을 상하 왕복운동으로 변환하는 커넥팅로드(16)와, 커넥팅로드(16)로부터의 스러스트를 지지하며 피스톤로드(28)가 연결되는 크로스 헤드(18)와, 커넥팅로드(16)의 상단부가 일정한 위치에서 상하 왕복하도록 안내하는 가이드(19)를 포함한다. 크랭크 케이스(12)의 바닥은 오일박스의 역활을 한다.

실린더부는 상하부 실린더커버(22, 24)가 결합된 실린더 몸체(26)와, 크로스 헤드(18)에 일측 단부에 연결되며 하부 실린더커버(24)를 관통하여 연장되는 피스톤로드(28)와, 상기 피스톤로드(28)의 다른 단부에 연결되는 피스톤(32)을 포함한다. 실린더 몸체(26)의 상측으로는 기체가 흡입 및 토출되는 흡기밸브(34) 및 토출밸브(36)가 설치되어 있는 데, 상기 밸브들(34,36)은 일반적으로 체크밸브로 이루어진다. 흡기체크밸브(34) 및 토출체크밸브(36)는 피스톤(32)의 상하 왕복운동에 연동되어 작동되는 바, 피스톤(32)이 상사점으로 이동하면서 기체가 압축되어, 토출체크밸브(36)가 열리면서 압축기체는 토출되고, 피스톤(32)이 상사점에서 하사점으로 이동시 실린더 상부 즉, 피스톤(32) 상측의 용적이 커지면서 내압이 감소되며, 흡기체크밸브(34)가 열려 기체가 흡입된다. 흡입된 기체는 피스톤(32)이 다시 상사점으로 이동하면서 압축되어 토출된다. 실린더부는 이러한 피스톤(32)의 반복적인 왕복운동에 의해 기체를 압축토출한다.

이러한 왕복동 압축기는 실린더의 수에 따라 1단, 2단 등으로 분류분되고, 실린더의 배치형태에 따라 V형, 수평형, 직립형, 대향형 등으로 분류되는 데, 도 1 에 도시된 왕복동 압축기는 V 형 왕복동 압축기를 도시한 것이다.

이러한 왕복동 압축기의 피스톤(32)에는 기체가 누설되는 것을 방지하기 위해 적어도 하나 이상의 피스톤 링(42)이 장착되고, 피스톤(32)이 일측으로 편향되지 않도록 피스톤(32) 측면 중앙부에는 불링(44)이 설치된다. 왕복동 압축기에서, 실린더가 V형, 또는 수평형 등의 구조로 배치될 때, 실린더 내부의 피스톤(32)은 자중에 의해 중력방향으로 처지게 하는 힘을 받는다. 또한, 기체가 흡기체크밸브(34)를 통해 유입되어 압축된 후 토출체크밸브(36)를 통해 토출될 때 압축 기체의 유동에 의해 기체 출측으로 힘을 받는다. 불링(44)은 이러한 편향력에의해 피스톤이 편향되지 않고 센터가 일정하게 유지되면서 상하 왕복운동되게 가이드하기 위해 설치되는 것이다.

그러나, 불링(34)은 일반적으로 카본 및 테이프론과 같은 연성재질로 이루어지는 데, 피스톤(32)의 반복적으로 왕복운동에 의해 편향력이 작용하는 측이 쉽게 편마모된다. 이와 같이 불링(32)이 편마모되어 피스톤(32) 센터 지지기능을 상실하여, 피스톤(32)이 실린더 내부에서 일측으로 편향되어 상하 왕복운동하는 경우, 피스톤 링 또한 편마모되고, 실린더 내벽과 피스톤 사이로 기체가 누설되어 압축손실이 발생한다.

이와 같은 이유로, 종래의 왕복동 압축기에서는 왕복동 압축의 가동을 정지하고, 불링을 교체하기 위한 정비작업이 자주 이루어지는데, 이로 인해 압축기 가동률이 저하되며, 불링을 적절한 시기에 교체하지 않는 경우에는 실린더의 내벽을 손상시켜 실린더를 보오링해야하는 문제점까지 있었다.

본 고안은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 왕복동 압축기에서 실린더의 배치형태나 압축기체의 흐름에 의해 가해지는 힘에 무관계하게 왕복동 압추기의 실린더 피스톤이 일측으로 편향되지 않고 중심을 유지하면서 상하 왕복운동할 수 있도록 하는 왕복동 압축기의 피스톤 센터 유지장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1 은 종래의 왕복동 압축기의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 2 는 본 고안에 따른 왕복동 압축기의 피스톤 센터유지장치가 장착된 왕복동 압축기를 도시한 도면이다.

도 3 은 본 고안에 따른 왕복동 압축기의 피스톤 센터유지장치를 도시한 단면도이다.

도 4 는 본 고안에 따른 센터유지용 피스톤의 사시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

22: 상부 실린더커버 32; 피스톤

50 : 보조실린더 몸체 56, 58 : 공기통로

70 : 연결로드 80: 센터유지용 피스톤

82: 나선형상의 홈 84: 관통홀

86: 돌출부 92, 94 : 베어링

본 고안은 상기 목적을 달성하기 위해, 왕복동 압축기의 실린더의 상부 실린더커버에 장착되며 공기통로가 구비된 보조 실린더몸체; 상기 실린더의 피스톤 상단면에 일측 단부가 연결되고, 상기 상부 실린더커버를 관통하여 상기 보조실린더 몸체내로 내측으로 연장되어 상기 피스톤에 연동되는 연결로드; 및 연결로드의 타단부에 회동가능하게 결합되고, 외주면에 나선형상의 홈이 형성되어, 상기 홈의 연장방향으로 작용하는 마찰력에 의해 상기 피스톤 상하이동시, 회동하며 상하이동되는 센터유지용 피스톤을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 센터유지용 피스톤에는 중앙부에 길이방향으로 돌출부를 가진 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀의 상기 돌출부 양측면에는 상기 센터유지용 피스톤을 상기 연결로드에 회동가능하게 결합시키는 베어링이 설치된다.

이하 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2 내지 도 4 는 본 고안의 바람직한 실시예를 도시한 도면으로, 도 2 에는 본 고안에 따른 피스톤 센터 유지장치가 장착된 왕복동 압축기를 도시되어 있으며, 도 3 에는 왕복동 압축기의 피스톤 센터 유지장치가 도시되어 있으며, 도 4 에는 센터유지용 피스톤의 외주면 형상을 보여주는 사시도가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 본 고안에 따른 왕복동 압축기의 피스톤 센터유지장치는, 보조실린더 몸체(50)와, 상기 보조실린더 몸체 내에서 메인실린더의 피스톤과 연동되어 상하왕복운동하면서 회동하는 센터유지용 피스톤(80)과, 메인실린더의 피스톤과 센터유지용 피스톤의 연동시키는 연결로드(70)를 포함한다.

보조실린더 몸체(50)는 메인 실린더의 상부 실린더커버(22) 상단면에 장착되며, 중공의 원통형 몸체(52)와, 상하부 커버(53, 54)로 이루어진다. 원통형 몸체 (52)측면의 상 하측에는 공기통로(56, 58)가 마련되어 센터유지용 피스톤(80)의 상하 왕복운동시 공기가 유입 및 유출된다. 원통형 몸체(52)의 측벽 내부에는 냉각수가 유동되는 공간(60)이 형성되어 원통형 몸체(52) 외측면에 형성된 연결구(62,64)를 통해 냉각수가 유입 및 유출되면서 냉각작용을 한다. 또한, 원통형 몸체(52)의 측면 중앙부에는 측벽을 관통하여 윤활유 주입장치(66)가 설치되어 보조실린더 몸체(50) 내부에 윤활유를 공급한다.

연결로드(70)는, 메인 실린더의 피스톤(32) 상단면에 일측 단부가 결합되어 상부 실린더커버(22) 및 보조실린더 몸체의 하부 커버(54)를 관통하여 연장되어 있다. 연결로드(70)의 타측 단부에는 센터유지용 피스톤(80)이 회동가능하게 결합된다. 연결로드(70)에 의해 메인 실린더의 피스톤(32)이 상하 왕복운동시 센터유지용 피스톤(80)이 연동하여 상하왕복운동을 하게 된다. 연결로드(70)가 관통하는 하부커버(54)의 홀에는 밀봉을 위한 실링(68)이 장착된다.

센터유지용 피스톤(80)은 외주면에는 나선형상의 홈(82)이 형성되고, 중앙부에는 길이방향으로 양단이 개방된 관통홀(84)이 형성된 원통형 형상을 구비한다. 관통홀(84)의 중앙부에는 내측을 향해 돌출된 돌출부(86)가 구비된다. 연결로드(70)는 센터유지용 피스톤(80)의 관통홀(84) 통해 삽입되어, 센터유지용 피스톤(80)과 회동가능하게 결합되는 데, 돌출부(86)의 양단으로 상하측 베어링(92,94)이 삽입설치되고, 연결로드(70)의 끝단에는 너트(72)가 체결된다. 연결로드(70)의 상측부는 단차부(74)가 형성되어 있는 바, 하측으로 위치하는베어링(94)은 연결로드의 단차부(74)와 돌출부(86)에 의해 양측이 지지되며, 상측 베어링(92)은 돌출부(86)와 너트(72)에 양측이 지지된다. 상하측 베어링(92,94) 사이에는 베어링 간격을 일정하게 유지시키며 센터유지용 피스톤이 일정하게 회동하도록 상하측 베어링(92, 94)을 지지하는 부시(96)가 삽입된다.

이와 같은 구성으로 인해 센터유지용 피스톤(80)은 연결로드(70)의 타측에 회동가능하게 결합된다. 따라서, 메인 실린더의 피스톤(32)이 상하왕복시 연결로드(70)에 의해 센터유지용 피스톤(80)이 함께 상하 왕복하면서 회동하게 된다. 즉, 센터유지용 피스톤(80)에는, 상하왕복운동시 외주면이 보조실린더 몸체(50)의 내측면과 접촉하면서, 나선형 홈(82)의 연장방향으로 마찰력이 작용하게 되는 바, 상하왕복운동과 함께 나선형 홈(82) 방향으로 회동하게 되는 것이다. 센터유지용 피스톤(80)은 마찰력에 의해 쉽게 마모되지 아니하도록 내마모성을 지니면서도 가벼운 알루미늄합금이나 플라스틱 재질로 제작되어 지는 것이 바람직할 것이다.

이하 본 고안에 따른 왕복동 압축기의 피스톤 센터유지 장치의 기능을 설명한다.

구동원이 작동하는 경우 크랭크축(14)에 연결된 커넥팅로드(16)에 의해 메인 실린더의 피스톤로드(28)가 상하 이동하면서 피스톤(32)이 왕복운동하여 기체를 압축 토출하는 경우에, 연결로드(70)에 의해 센터유지용 피스톤(80)이 피스톤(32)과 연동하여 함께 상하왕복운동하게 되는 데, 센터유지용 피스톤(80)의 외주면에 형성된 나선형 홈(82) 방향으로 마찰력이 작용하므로, 센터유지용 피스톤(80)은 상하왕복운동과 함꼐 나선형 홈(82) 방향으로 회동하게 된다. 따라서, 메인 실린더의 피스톤(32)이 센터유지용 피스톤(80)에 의해 지지되면서 상하 왕복운동하게 되므로, 메인 실린더의 피스톤(32)이 편향되지 않고 중심을 유지하면서 지속적으로 상하 왕복운동할 수 있게 된다. 센터유지용 피스톤(80)은 불링과 달리 내마모성 재질로 제작가능할 뿐 만아니라, 상하 왕복운동시에 회동운동을 함께 하게 되므로, 일측면만이 마모되는 것이 아니라 외주면 전체에 대해 고르게 마모되므로 마모에 대한 저항성을 지니게 된다. 따라서, 자중이나 압축기체에 의한 편향력에 의해 일측이 편마모되어 피스톤(32)이 편향되는 것을 방지할 수 있게 된다.

본 고안에 의하면, 메인 실린더의 피스톤이 센터유지용 피스톤에 의해 지지되면서 상하 왕복운동하게 되므로, 실린더 경사 배치에 의해 가해지는 자중이나 압축기체의 유동에 의해 가해지는 편향력에 의해 피스톤이 편향력을 받아 불링이 편마모되는 것을 방지할 수 있게 된다. 따라서, 불링의 편마모로 인해 압축기체가 누설되는 것을 방지하며, 잦은 정비로 인한 왕복동압축기의 가동율저하나 정비작업에 관한 작업부담을 해소시키는 것이 가능하게 된다. 따라서, 왕복동 압축기에 의한 아르곤 압축공정이 보다 원활히 진행되는 것이 가능하게 된다.

Claims

왕복동압축기 실린더의 상부 실린더커버(22)에 장착되며 공기통로(56,58)가 구비된 보조실린더 몸체(50);

상기 실린더의 피스톤(32) 상단면에 일측 단부가 연결되고, 상기 상부 실린더커버(22)를 관통하여 상기 보조실린더 몸체(50) 내측으로 연장되어 상기 피스톤(32)에 연동되는 연결로드(70); 및

상기 연결로드(70)의 타단부에 회동가능하게 결합되고, 외주면에 나선형상의 홈(82)이 형성되어, 상기 홈(82)의 연장방향으로 작용하는 마찰력에 의해 상기 피스톤(32) 상하이동시 회동하며 상하이동되는 센터유지용 피스톤(80)을 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복동 압축기의 피스톤 센터유지장치.
제 1 항에 있어서,

상기 센터유지용 피스톤(80)에는 중앙부에 길이방향으로 돌출부(86) 가진 관통홀(84)이 형성되고, 상기 관통홀(84)의 상기 돌출부(86) 양측면에는 상기 센터유지용 피스톤(80)을 연결로드(70)에 회동가능하게 결합시키는 베어링(92,94)이 설치되는 것을 특징으로 하는 왕복동 압축기의 피스톤 센터유지장치.