KR20200036760A - 왕복동 압축기용 밀봉 조립체 - Google Patents

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Abstract

압축기가 셧 다운된 경우 가스 누출을 방지하기 위한 왕복동 압축기의 왕복동 로드용 밀봉 조립체, 밀봉 조립체를 갖는 왕복동 압축기, 및 밀봉 조립체를 갖는 왕복동 압축기를 작동시키는 방법. 정적 밀봉부의 대향 측면들 사이의 압력 차이는 정상 작동 동안에 낮게 유지되어 정적 밀봉부의 마모를 줄인다. 압축기가 셧 다운될 때, 정적 밀봉부의 대향 측면들 사이의 높은 압력 차는 밀봉을 돕는다.

Description

왕복동 압축기용 밀봉 조립체{SEAL ASSEMBLY FOR RECIPROCATING COMPRESSOR}
압축기(compressor) 및 다른 왕복동 펌프(reciprocating pump)는 일반적으로 높은(또는 낮은) 압력 시스템 안팎으로 이동하는 피스톤 로드(piston rod)를 가지고 있다. 피스톤 로드가 따라가는 경로는 실린더 안팎으로 유체(가스 또는 액체)가 자연 누출되는 경로를 제공한다. 통상적으로, 로드 패킹은 압축기의 고압 챔버를 밀봉하도록 디자인되지만, 이러한 밀봉 시스템의 세그먼트화된 디자인으로 인해 약간의 누출이 발생한다.
그러나 압축기 또는 펌프가 작동하지 않으면, 피스톤 로드가 정지하거나 움직이지 않는다. 그러나 압축기, 펌프 또는 밸브가 특정 실시예에서는 작동 압력에서 셧 다운될 때, 로드 패킹은 적절하게 밀봉되지 않을 수 있다. 예를 들어 공기 또는 천연 가스와 같은 유체가 로드 패킹의 패킹 링을 지나 대기로 누출될 수 있다. 기껏해야, 누출은, 비효율성으로 귀결되는 대체되어야만 하는 시스템 손실로 귀결된다. 최악의 경우, 누출은 정부 기관에 의해 규제되는 환경 오염 위험을 초래한다.
압축기가 셧 다운 후 대기 중으로 누출되는 것을 허용하는 데에는 많은 문제가 있다. 한 가지 문제는 기계의 가스 압력이 대기압으로 떨어지면 공기 진입의 가능성을 생각한다. 기계에 압력이 가해지지 않으면, 미세한 누출 경로는 공기가 압축기 내부 및 프로세스 스트림으로 들어가서 압축기 또는 압축기의 다운스트림에서 폭발 가능성이 있는 대기를 생성할 수 있는 가능성을 갖는다. 셧 다운동안 기계에 유입될 수 있는 물은 프로세스 흐름에서 오염 물질을 생성시킬 수 있는 또 다른 문제이다. 제품의 손실은 일반적으로 작지만 누출되는 가스가 인화성, 부식성 또는 그렇지 않으면 대기 중으로 배출되는 문제인 경우 특히 다른 문제이다. 일반적으로, 셧 다운 후 가스가 압축기에서 누출되는 것은 해당 가스가 공기인 경우에만 허용된다.
셧 다운 중에 대기로의 누출을 막을 수 있는 일종의 밀봉 문제는 해결하기가 더 어려운 문제 중 하나이다. 정성적으로 프로세스 가스가 대기로 누출되는 것을 방지하는 패킹은 정상 작동하에서 어느 정도 누출될 수 있는데, 이는 이들 세그먼트들 사이에 약간의 누출을 허용하는 다수의 세그먼트로 이루어지기 때문이다. 그것들은 작동 수명 동안 상당한 마모를 허용하는 세그먼트로 만들어진다. 서로에 관하여 움직일 수 있는 세그먼트가 없다면, 밀봉부가 "마모"되기 전에 견딜 수 있는 마모 정도는 극히 적다. 그러나 누출을 완전히 막으려면, O-링과 같이 밀봉부를 단일 부품으로 만들어야 한다. 그러나, 이 구성은 정상 작동 상태에서 패킹을 통해 발생할 수 있는 모든 누출을 막는 문제를 일으키고, 밀봉부는 빠르게 마모된다.
이러한 문제를 극복하기 위해, 샤프트가 움직이지 않아 마모를 피할 수 있을 때까지 셧 다운 밀봉부가 샤프트에 컨택하지 않도록 하는 것이 일반적 개념이다.
셧 다운 동안에 압축기 샤프트로부터의 누출을 방지하는 해결책은 압축기를 차단하고 압력이 제로로 떨어지는 것을 허용하고 시스템을 셧 다운 동안에만 사용되는 밀봉부 유형을 제공하는 것이다.
정적 밀봉 조립체는 예를 들어, U.S. 특허 제 4,469,017 호 및 EP 3 330 538 A1에 개시되어 있다.
산업계는 개선된 정적 밀봉 조립체(static sealing assembly)를 원한다.
산업계는 압축기가 셧 다운되면 누출 방지 밀봉부를 제공하면서 비용을 최소화하고 간단한 정적 밀봉 조립체를 원한다.
본 발명은 왕복동 압축기의 왕복동 로드를 위한 밀봉 조립체, 상기 밀봉 조립체를 갖는 왕복동 압축기, 및 상기 밀봉 조립체를 갖는 왕복동 압축기를 작동 방법에 관한 것이다.
이하에 개략되는 본 발명의 몇몇 양태들이 있다. 괄호 안에 있는 도면 번호 및 표현은 도면을 참조하여 이하에서 추가로 설명되는 예시적인 실시예에 관련된다. 그러나, 도면 번호 및 표현은 단지 예시적인 것이고 예시적인 실시예의 임의의 특정 컴포넌트 또는 피처에 본 양태를 한정하지 않는다. 양태는 괄호 안에 있는 도면 번호 및 표현이 생략되거나 적절한 다른 것으로 대체되는 청구 범위로 공식화될 수 있다.
양태 1. 왕복동 압축기의 왕복동 로드(20)를 위한 밀봉 조립체(10)로서, 상기 밀봉 조립체는 제 1 단부(11) 및 제 2 단부(12)를 갖고, 상기 밀봉 조립체의 제 1 단부(11)는 왕복동 로드의 실린더 단부를 향해 배치되고, 상기 밀봉 조립체의 제 2 단부(12)는 왕복동 로드(20)의 크랭크 케이스 단부를 향해 배치되고, 상기 왕복동 로드(20)는 종축(21)을 가지며, 상기 밀봉 조립체는,
하나 이상의 패킹 리테이너들(30)(일명 "패킹 컵들")로서, 상기 하나 이상의 패킹 리테이너(30)들의 각각은 상기 왕복동 로드(20)와 컨택하도록 구성된 개별 패킹(32)을 함유하는, 상기 패킹 리테이너들;
상기 왕복동 로드(20)와 밀봉 계면을 형성하도록 구성된 세그먼트화되지 않은 밀봉부(40)로서, 상기 세그먼트화되지 않은 밀봉부(40)는 상기 하나 이상의 패킹 리테이너(30)의 축 위치에 대해 상기 밀봉 조립체의 제 2 단부(12)에 더 가까운 축 위치에 배열되고, 상기 축 위치는 상기 왕복동 로드(20)의 종축(21)에 대해 정의되는, 상기 세그먼트화되지 않은 밀봉부;
제 1 단부(51) 및 제 2 단부(52)를 갖는 유체 통로(50)로서, 상기 제 1 단부(51)는 상기 세그먼트화되지 않은 밀봉부(40)와 상기 하나 이상의 패킹 리테이너들(30)의 적어도 하나의 개별 패킹(32) 사이의 축 위치에 위치되고, 상기 유체 통로(50)의 제 1 단부(51)의 축 위치는 상기 왕복동 로드(20)의 종축(21)에 대하여 정의되고, 상기 유체 통로(50)는 적어도 하나의 개별 패킹(32)을 통과하여 누출되는 유체를 벤트하도록 작동 가능하게 구성되는, 상기 유체 통로; 및
상기 유체 통로(50)의 상기 제 2 단부(52)와 유체 연통하는 밸브(60)를 포함한다.
양태 2. 양태 1에 따른 밀봉 조립체에 있어서, 상기 세그먼트화되지 않은 밀봉부(40)의 내경은 상기 왕복동 로드(20)의 외경과 동일하다.
양태 3. 양태 1 또는 양태 2에 따른 밀봉 조립체에 있어서, 상기 벤트 부재(70)("벤트 컵"라고도 알려진)를 더 포함하고, 상기 유체 통로(50)는 상기 벤트 부재(70)를 통과한다.
양태 4. 양태 3에 따른 밀봉 조립체에 있어서, 상기 벤트 부재(70)는 개별 패킹(72)을 함유한다.
양태 5. 양태 1 내지 양태 4 중 어느 하나에 따른 밀봉 조립체에 있어서, 상기 하나 이상의 패킹 리테이너(30) 각각에 함유된 패킹(32)은 세그먼트화된 패킹이다.
양태 6. 양태 1 내지 양태 4 중 어느 하나에 따른 밀봉 조립체에 있어서, 하나 이상의 패킹 리테이너(30) 각각에 함유된 패킹(32)은 로프 패킹이다.
양태 7. 양태 1 내지 양태 6 중 어느 하나에 따른 밀봉 조립체에 있어서, 상기 왕복동 로드(20)용 부싱(80)을 더 포함하고, 상기 부싱(80)은 상기 세그먼트화되지 않은 밀봉부(40)상에 압축 하중을 감소시키는데 효율적인 위치에 있다.
양태 8. 양태 1 내지 양태 7 중 어느 하나에 따른 밀봉 조립체에 있어서, 상기 하나 이상의 패킹 리테이너(30)에 고정된 이격 관계에 밀봉 캐리어(45)를 더 포함하고, 상기 밀봉 캐리어(45)는 상기 세그먼트화되지 않은 밀봉부(40)를 유지하기 위한 것이다.
양태 9. 양태 8에 따른 밀봉 조립체에 있어서, 상기 밀봉 캐리어(45)는 세그먼트화되지 않은 밀봉부(40)가 방사상으로(왕복동 로드(20)의 방사상 움직임에 응답하여) 이동할 수 있도록 구성된다.
양태 10. 양태 1 내지 양태 9 중 어느 하나에 따른 밀봉 조립체에 있어서, 상기 유체 통로(50)의 제 2 단부(52)와 상기 밸브(60) 사이의 이송 라인의 압력을 감지하도록 작동 가능하게 배치된 압력 트랜스듀서(100)를 더 포함한다.
양태 11. 왕복동 압축기에 있어서,
왕복동 로드(20); 및
양태 1 내지 양태 10 중 어느 하나에 따른 밀봉 조립체(10)를 포함한다.
양태 12. 양태 11에 따른 왕복동 압축기를 작동시키는 방법에 있어서, 상기 적어도 하나의 개별 패킹(32)을 지나 누출되는 임의의 유체는 상기 왕복동 압축기가 작동할 때 상기 밸브(60)를 통해 벤트되고; 및 상기 밸브(60)는 상기 왕복동 압축기가 정지될 때, 폐쇄된다.
도 1은 포트가 플랜지에 내장(built)된 경우 누출 가스를 배출하기 위한 포트를 갖는 부싱 및 유체 통로를 갖는 밀봉 조립체를 도시한다.
도 2는 포트가 벤트 컵에 내장된 경우 누출 가스를 배출하기 위한 포트를 갖는 부싱 및 유체 통로를 갖는 밀봉 조립체를 도시한다.
도 3은 플로팅 유형 밀봉부를 갖는 밀봉 캐리어 및 포트가 벤트 컵에 내장된 경우 누출 가스를 배출하기 위한 포트를 갖는 유체 통로를 갖는 밀봉 조립체를 도시한다.
도 4a는 세그먼트화되지 않은 밀봉부(unsegmented seal)(40)가 스프링 보강된(spring-energized) U-컵 밀봉부인 경우의 밀봉 조립체를 도시한다.
도 4b는 세그먼트화되지 않은 밀봉부(40)가 스프링 보강되지 않은 U-컵 밀봉부인 경우의 밀봉 조립체를 도시한다.
도 5는 세그먼트화되지 않은 밀봉부(40)가 플라스틱 갭(40b)을 갖는 O-링(40a)를 포함하는 두 개의 부분 밀봉부를 갖는 경우의 밀봉 조립체를 도시한다.
후속 상세한 설명은 단지 예시적인 바람직한 실시예를 제공하며, 본 발명의 범위, 적용 가능성, 또는 구성을 제한하도록 의도되지 않는다. 오히려, 바람직한 예시적인 실시예들의 후속 상세한 설명은 본 발명의 바람직한 예시적인 실시예를 구현하기 위한 가능한 설명을 당업자에게 제공할 것이며, 청구 범위에 의해 정의된 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않은 요소들의 기능 및 배열에 다양한 변화들이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다.
본 출원에서 사용된 관사 "a” 및 "an"는 명세서 및 청구 범위에 기재된 본 발명의 실시예에서 임의의 피처에 적용될 때 하나 이상을 의미한다. "a"와 "an"의 사용은 그러한 제한이 구체적으로 명시되지 않는 한 의미를 단일 피처로 제한하지 않는다. 단수 명사 또는 복수 명사 또는 명사구 앞의 관사 "the"는 특정 지정된 피처 또는 특정 지정된 피처들을 나타내며, 사용된 문맥에 따라 단수 또는 복수의 의미를 가질 수 있다.
형용사 "임의의(any)"는 어떤 양이든 차별없이 하나, 일부 또는 모두를 의미한다.
제 1 엔티티와 제 2 엔티티 사이에 배치되는 용어 “및/또는" 는 (1) 단지 제 1 엔티티, (2) 단지 제 2 엔티티, 및 (3) 제 1 엔티티 및 제 2 엔티티 중 임의의 의미를 포함한다. 3 개 이상의 엔티티의 리스트 중 마지막 두 개의 엔티티 사이에 있는 용어 “ 및/또는"는 이 리스트의 엔티티의 임의의 특정 조합을 포함하여 리스트의 엔티티 중 적어도 하나를 의미한다. 예를 들어 "A, B 및/또는 C"는 "A 및/또는 B 및/또는 C"와 동일한 의미를 가지며 A, B 및 C의 다음 조합을 포함한다 : (1) 단지 A 만, (2) 단지 B 만, (3) 단지 C 만, (4) A와 B 그리고 C는 아니고, (5) A와 C 그리고 B는 아니고, (6) B와 C 그리고 A는 아니고, (7) A와 B 및 C.
피처 또는 엔티티의 리스트에 선행하는 어구 "적어도 하나"는 엔티티 리스트 내의 하나 이상의 피처 또는 엔티티를 의미하지만 엔티티 리스트 내에 구체적으로 나열된 각각의 모든 엔티티 중 적어도 하나를 반드시 포함하지는 않으며, 엔티티 리스트의 엔티티 임의의 조합을 배제하지 않는다. 예를 들어, "A, B 또는 C 중 적어도 하나"(또는 동등하게 "A, B 및 C 중 적어도 하나"또는 동등하게 "A, B 및/또는 C 중 적어도 하나")는 "A 및/또는 B 및/또는 C"와 동일한 의미를 가지면, A, B 및 C의 다음 조합을 포함한다 : (1) 단지 A 만, (2) 단지 B 만, (3) 단지 C 만, (4) A 및 B 그리고 C는 아니고, (5) A 및 C 그리고 B는 아니고, (6) B 및 C 그리고 A는 아니고, (7) A 및 B 및 C.
용어 "복수"는 "2 개 또는 2 개 이상"을 의미한다.
본 발명은 왕복동 압축기의 왕복동 로드를 위한 밀봉 조립체, 상기 밀봉 조립체를 갖는 왕복동 압축기, 및 상기 밀봉 조립체를 갖는 왕복동 압축기를 작동 방법에 관한 것이다.
밀봉 조립체는 도면을 참조하여 설명되며, 여기서 동일한 도면 번호는 도면에서 같은 요소를 지칭한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 왕복동 압축기의 왕복동 로드(20)를 위한 밀봉 조립체(10)는 제 1 단부(11) 및 제 2 단부(12)를 갖는다. 밀봉 조립체의 제 1 단부(11)는 왕복동 로드의 실린더 단부를 향해 배치되고, 밀봉 조립체의 제 2 단부(12)는 왕복동 로드(20)의 크랭크 케이스 단부를 향해 배치된다. 왕복동 로드(20)는 종축(21)을 갖는다.
밀봉 조립체는 당업자에 의해 소위 "패킹 컵(packing cups)"인 하나 이상의 패킹 리테이너(packing retainer)(30)를 포함한다. 하나 이상의 포장 리테이너(30)의 각각은 왕복동 로드(20)에 컨택하고, 유체의 누출을 방지하기 위한 밀봉부를 제공하도록 구성된 개별 패킹(32)을 함유한다. 하나 이상의 포장 리테이너(30)의 각각에 함유된 패킹(32)은 세그먼트화된 패킹, 로프 패킹(rope packing), 또는 관련 기술 분야에 공지된 다른 유형의 패킹일 수 있다.
패킹 리테이너(30)는 플랜지(110)에 장착된다. 패킹 리테이너(30)와 플랜지 사이에는 O-링 밀봉부(90)에 의해 밀봉부가 제공될 수 있다.
개별 O-링 밀봉부(90)는 각각의 패킹 리테이너(30) 사이를 밀봉할 수 있다.
밀봉 조립체는 왕복동 로드(20)와의 연속적인 밀봉 계면을 형성하도록 구성된 세그먼트화되지 않은 밀봉부(40)를 포함한다. 세그먼트화되지 않은 밀봉부(40)는 하나 이상의 패킹 리테이너(30)의 축 위치에 관하여 밀봉 조립체의 제 2 단부(12)에 더 가까운 축 위치에 배열된다. 축 위치는 왕복동 로드(20)의 종축(21)에 대하여 정의된다. 세그먼트화되지 않은 밀봉부(40)는 왕복동 로드(20)의 외경과 동일할 수 있다. 세그먼트화되지 않은 밀봉부는 왕복동 로드(20)의 둘레 주위에 연속 밀봉부이고, 둘레 주위에 다수의 세그먼트들로 형성되지 않는다.
세그먼트화되지 않은 밀봉부(40)는 U-컵 밀봉부일 수 있으며, 이는 도 4a에 도시된 바와 같이 스프링 보강될 수 있거나 또는 도 4b에 도시된 바와 같이 스프링 보강되지 않는다.
세그먼트화되지 않은 밀봉부는 O-링 밀봉부일 수 있다.
세그먼트화되지 않은 밀봉부(40)는 도 5에 도시된 플라스틱 캡(40b)을 갖는 O-링(40a)을 포함하는 두 개의 부분 밀봉부일 수 있다. 플라스틱 캡은 밀봉부의 수명을 향상시킨다. 플라스틱 캡(40b)은 슬라이딩 표면(즉, 왕복동 로드(20))에 맞닿아 위치되므로, O-링(40a)이 아닌 플라스틱 캡(40b)이 마모된다.
세그먼트화되지 않은 밀봉부(40)는 임의의 원하는 플라스틱 또는 탄성중합체로 제조될 수 있다. 플라스틱 밀봉부가 스프링 보강되고 탄성중합체 밀봉부가 스프링 보강되지 않는 것이 더 일반적이다.
플라스틱 또는 탄성중합체가 압축기에서 압축을 위한 유체와 호환 가능하도록 선택될 수 있다.
세그먼트화되지 않은 밀봉부(40)는 누출 경로를 제공할 어떠한 채널도 가지지 않는다.
세그먼트화되지 않은 밀봉부(40)는 채널 스루(channel-through) 다공성을 갖지 않는다.
세그먼트화되지 않은 밀봉부(40)는 로프 패킹이 아니다.
밀봉 조립체는 제 1 단부(51)와 제 2 단부(52)를 갖는 유체 통로(50)를 포함한다. 제 1 단부(51)는 세그먼트화되지 않은 밀봉부(40)와 하나 이상의 패킹 리테이너(30)의 적어도 하나의 개별 패킹(32) 사이의 축 위치에 위치된다. 유체 통로(50)의 제 1 단부(51)의 축 위치는, 왕복동 로드(20)의 종축(21)에 대하여 정의된다. 유체 통로(50)는 적어도 하나의 개별 패킹(32)을 지나 유체 누출을 배출하도록 작동 가능하게 구성된다.
도 1은 플랜지(110) 내에 형성된 유체 통로(50)의 제 1 단부(51)에서의 포트를 도시한다.
밀봉 조립체는 유체 통로(50)의 제 2 단부(52)와 유체 연통하는 밸브(60)를 포함한다. 밸브(60)는 유체 통로(50)의 제 2 단부(52)에 작동 가능하게 연결되어 유체 통로(50)를 통한 흐름을 허용 또는 방지한다.
밀봉 조립체는 유체 통로(50)가 벤트 부재(70)를 통과하는 소위 "벤트 컵(vent cup)"인 벤트 부재(70)를 포함할 수 있다. 유체 통로의 적어도 일부는 벤트 부재 내에 형성된다. 벤트 부재는 개별 패킹(72)을 함유할 수 있다.
도 2 및 도 3은 벤트 부재(70) 내에 형성된 유체 통로(50)의 제 1 단부(51)에서의 포트를 도시한다.
유체 통로(50) 및 밸브(60)의 사용을 통해, 세그먼트화되지 않은 밀봉부(40)의 양측상의 압력 차이는 작다. 왕복동 로드(20)가 세그먼트화되지 않은 밀봉부(40) 상에 일정하게 타고 있는 동안, 낮은 압력 차 때문에, 컨택 압력은 비교적 낮고 운동은 매우 낮은 컨택 압력으로 인해 급속한 마모를 일으키지 않는다.
왕복동 압축기상의 왕복동 로드(20)는 전형적으로 주축 방향에 추가하여 방사상으로 매우 약간 이동한다. 이러한 방사상 운동은 세그먼트화되지 않은 밀봉부(40)를 일 측상에서 우선적으로 압축하는 경향이 있으며, 이는 잠재적으로 증가된 컨택 하중으로 인해 세그먼트화되지 않은 밀봉부(40) 상에 마모를 일으킬 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 밀봉 조립체는 왕복동 로드(20)를 위한 부싱(busing)(80)을 포함할 수 있다. 부싱(80)이 존재한다면, 세그먼트화되지 않은 밀봉부(40)상의 압축 하중을 감소시키는데 효율적인 위치에 있다. 부싱(80)은, 존재한다면, 세그먼트화되지 않는 밀봉부(40) 다음에 위치되어 왕복동 로드(20)를 중심에 유지하고 세그먼트화되지 않은 밀봉부(40)에 과도한 압축 하중을 방지한다.
밀봉 조립체는 하나 이상의 패킹 리테이너(30)에 고정된 이격 관계에 있는 밀봉 캐리어(45)를 포함할 수 있다. 밀봉 캐리어(45)는 세그먼트화되지 않은 밀봉부(40)를 보유한다. 밀봉 캐리어(45)는 장착 플랜지(110)에 고정식으로 부착될 수 있다.
도 3에 도시된 밀봉 캐리어(45)는 왕복동 로드(20)의 방사상 이동에 응답하여 방사상으로 이동하는 세그먼트화되지 않은 밀봉부(40)을 허용하도록 구성된다. 세그먼트화되지 않은 밀봉부(40)가 왕복동 로드(20)의 방사상 움직임을 갖는 방사상으로 이동이 허용되도록 세그먼트화되지 않은 밀봉부(40)는 밀봉 캐리어(45) 내에 유지될 수 있다.
밀봉 조립체는 유체 통로(50)의 제 2 단부(52)와 밸브(60) 사이의 이송 라인 내의 압력을 감지하도록 작동 가능하게 배치된 압력 트랜스듀서(100)를 포함할 수 있다. 압력 트랜스듀서(100)와 이송 라인의 압력을 모니터링함으로써, 밀봉부의 적절한 작동이 확인될 수 있고, 패킹을 통한 누출이 모니터링 되어서, 패킹이 마모된 때 대체될 수 있다.
본 발명은 또한 전술한 바와 같은 밀봉 조립체를 갖는 왕복동 압축기에 관한 것이다. 왕복동 압축기는 전술한 바와 같이 왕복동 로드(20)와 밀봉 조립체(10)를 포함한다. 왕복동 압축기의 다른 컴포넌트는 당업계에 공지된 것일 수 있다.
본 발명은 또한 전술한 밀봉 조립체를 갖는 왕복동 압축기를 작동시키는 방법에 관한 것이다. 방법은 왕복동 압축기가 작동할 때 밸브(60)를 통해 패킹(32)을 통과하여 누출되는 유체를 벤팅하는 단계 및 밸브를 폐쇄하고 왕복동 압축기가 정지될 때 밸브를 폐쇄 상태로 유지하는 단계를 포함한다.
예제
밀봉부는 그것들의 유용한 수명 내내 마모되고 재료가 너무 많이 소모되면 누출되기 시작한다. 작동 중에 손실되는 재료의 양은 컨택 압력과 밀봉부가 이동한 총 거리의 함수이다. 컨택 압력이 높을수록 총 슬라이딩 거리가 길수록 재료의 총 손실이 커진다. 이 재료의 손실로 인하여 결국에는 밀봉부가 '마모된다'. 슬라이딩 거리는 슬라이딩 속도에 총 시간을 곱한 것과 같으므로 단위 시간당 작동 중에 손실되는 재료의 총량은 컨택 압력(P)과 속도(V)에 선형적으로 연관된다. PV가 높을수록 밀봉부가 빨리 마모될 것이다.
밀봉부가 서비스 상태에 있을 수 있는 시간의 양을 증가시키기 위해, 속도가 감소될 수 있고, 이는 특정 애플리케이션에 대하여는 가능하지 않을 수 있거나, 또는 컨택 압력이 감소될 수 있다. 컨택 압력은 주로 밀봉부를 가로 지르는 압력 차의 함수이므로, 압력 차가 높을수록, 밀봉부는 더 빨리 마모될 것이다.
본 발명에서, 밀봉부가 슬라이딩에 노출될 때 정상 작동 동안에 최소 컨택 압력을 제공함으로써 세그먼트화되지 않은 밀봉부의 수명은 증가된다.
본 출원에 설명된 것과 같은 세그먼트화되지 않은 밀봉부는 통상 내마모성 재료로 제조되며, 정상 속도로 동작하는 690 kPa로(100 psi) 차동 압력하에서 동시에 약 1000 시간 지속될 수 있다. 그러나, 690 kPa(100 psi)의 압력 차이는 수소 연료를 공급하기 위해 수소를 압축하는 것과 같이 이 밀봉 조립체에서 고려된 애플리케이션들 보다 훨씬 적다.
만약 차압 밀봉 압력이 6900 kPa(1,000 psi)로 증가하면 마모 수명이 10 배 감소하여 약 100 시간의 밀봉 수명으로 귀결된다.
100 시간의 밀봉 수명은 실제 사용에 대하여는 너무 짧다. 그러나 밀봉부에서 압력 차이를 제거함으로써, 샤프트 위로 밀봉부가 신장될 때에 만 발생하는 나머지 밀봉부 압력은 매우 낮아진다. 압력 차가 없는 밀봉부의 컨택 압력 및 샤프트를 통한 밀봉부의 신장으로 인한 압력 만이 알려진 밀봉부 보다 5 내지 10 배 더 낮아서 밀봉 수명이 해당 양만큼 증가할 것이다.
작동 동안에 제거되는 밀봉 재료의 비율은 컨택 압력 및 슬라이딩 속도에 선형으로 비례한다. 작동 동안에 밀봉부에 걸친 압력 차이를 근본적으로 제거하여 컨택 압력을 낮추면 밀봉 수명이 5000 시간 내지 10,000 시간으로 증가할 것으로 예상된다.

Claims (11)

  1. 왕복동 압축기(reciprocating compressor)의 왕복동 로드의 밀봉 조립체에 있어서, 상기 밀봉 조립체는 제 1 단부 및 제 2 단부를 가지며, 상기 밀봉 조립체의 제 1 단부는 상기 왕복동 로드의 실린더 단부를 향해 배치되고, 상기 밀봉 조립체의 제 2 단부는 상기 왕복동 로드의 크랭크 케이스 단부(crank case end)를 향해 배치되고, 상기 왕복동 로드는 종축(longitudinal axis)을 갖고, 상기 밀봉 조립체는,
    하나 이상의 패킹 리테이너(packing retainer)들로서, 상기 하나 이상의 패킹 리테이너의 각각은 상기 왕복동 로드와 컨택하도록 구성된 개별 패킹을 함유하는, 상기 하나 이상의 패킹 리테이너들;
    상기 왕복동 로드와 밀봉 계면을 형성하도록 구성된 세그먼트화되지 않은 밀봉부(unsegmented seal)로서, 상기 세그먼트화되지 않은 밀봉부는 상기 하나 이상의 패킹 리테이너들의 축 위치(axial position)에 대해 상기 밀봉 조립체의 제 2 단부에 더 가까운 축 위치에 배열되고, 상기 축 위치는 상기 왕복동 로드의 종축에 대해 정의되는, 상기 세그먼트화되지 않은 밀봉부;
    제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는 유체 통로로서, 상기 제 1 단부는 상기 세그먼트화되지 않은 밀봉부와 상기 하나 이상의 패킹 리테이너들의 적어도 하나의 개별 패킹 사이의 축 위치에 위치되고, 상기 유체 통로의 제 1 단부의 축 위치는 상기 왕복동 로드의 종축에 대하여 정의되고, 상기 유체 통로는 적어도 하나의 개별 패킹을 통과하여 누출되는 유체를 벤트하도록 작동 가능하게 구성되는, 상기 유체 통로; 및
    상기 유체 통로의 제 2 단부와 유체 연통하는 밸브를 포함하는, 밀봉 조립체.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 세그먼트화되지 않은 밀봉부의 내경은 상기 왕복동 로드의 외경과 동일한, 밀봉 조립체.
  3. 청구항 1에 있어서,
    벤트 부재(vent member)를 더 포함하고, 상기 유체 통로는 상기 벤트 부재를 통과하는, 밀봉 조립체.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 벤트 부재는 개별 패킹을 함유하는, 밀봉 조립체.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 하나 이상의 패킹 리테이너들 각각에 함유된 상기 패킹은 세그먼트화된 패킹 또는 로프 패킹(rope packing)인, 밀봉 조립체.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 왕복동 로드에 대한 부싱(bushing)을 더 포함하되, 상기 부싱은 상기 세그먼트화되지 않은 밀봉부에 대한 압축 하중을 감소시키는데 효율적인 위치에 있는, 밀봉 조립체.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 하나 이상의 패킹 리테이너에 대해 고정된 간격 관계에 있는 밀봉 캐리어(seal carrier)를 더 포함하되, 상기 밀봉 캐리어는 상기 세그먼트화되지 않은 밀봉부를 보유하기 위한 것인, 밀봉 조립체.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 밀봉 캐리어는 상기 세그먼트화되지 않은 밀봉부가 방사상으로 움직이도록 구성된, 밀봉 조립체.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 유체 통로의 제 2 단부와 상기 밸브 사이의 이송 라인(transfer line)내의 압력을 감지하도록 작동 가능하게 배치된 압력 트랜스듀서(pressure transducer)를 더 포함하는, 밀봉 조립체.
  10. 왕복동 압축기에 있어서,
    왕복동 로드; 및
    청구항 1에 따른 밀봉 조립체를 포함하는, 왕복동 압축기.
  11. 청구항 10에 따른 왕복동 압축기를 작동시키는 방법에 있어서,
    상기 적어도 하나의 개별 패킹을 지나 누출되는 임의의 유체는 상기 왕복동 압축기가 작동할 때 상기 밸브를 통해 벤트되고; 및
    상기 밸브는 상기 왕복동 압축기가 정지될 때, 폐쇄되는, 방법.
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