KR20230124921A - 압축기, 디스크 본체 및 시일 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고정부(20)와, 주축(X)을 따라 진동하는 부분(30)과, 고정부(20)와 진동부(30) 사이에서 축방향으로 연장되는 누출 경로(L)를 갖는 압축기(10)에 관한 것으로 축방향으로 연속하여 배열되며 주축(X) 주위에 환형으로 연장되는 다수의 챔버(50)가 고정부(20)와 진동부(30) 사이에서 정의되며, 누출 경로(L)를 폐쇄하거나 감소시키는 시일(60)이 적어도 하나의 챔버(50)에 배열된다. 압축기(10)는 2개의 챔버(50)를 유체적으로 상호 연결하는 적어도 하나의 바이패스(70, 70a,b,c,d)를 갖는다.

Description

압축기, 디스크 본체 및 시일

본 발명은 압축기(compressor), 디스크 본체(disc body), 시일(seal) 및 이들의 압축기에서의 용도에 관한 것이다.

피스톤 압축기(piston compressor)는 일반적으로 피스톤에 연결된 피스톤 로드(piston rod)를 갖는 피스톤을 포함한다. 피스톤은 슬리브(sleeve) 내에서 진동하며 일반적으로 고압측, 즉 압축 공간을 저압측, 즉 피스톤 로드가 시작되는 곳으로부터 밀봉(seal)하는 시일(밀봉부)(seal) 역할을 하는 여러 개의 피스톤 링을 포함한다.

피스톤 로드 패킹(piston rod packing) 형태의 시일(seal)도 일반적으로 피스톤 로드에 배치된다. 피스톤 로드 패킹은 축방향으로 서로 접하고 챔버(chamber)를 형성하는 다수의 챔버 디스크(chamber disc)를 포함하며, 그 안에 하나 이상의 실링 링(sealing ring)을 갖는 시일이 배열된다. 실링 링은 마찬가지로 압축기 드라이브(compressor drive)가 위치한 저압측으로부터 피스톤이 위치한 고압측을 밀봉한다.

피스톤 로드용 실링 패킹(sealing packing)은 US 3,544,118에서 알려져 있다. DE 91 90 040 U1 및 DE 10 2010 034 870 A1은 연소 엔진 분야의 시일(seal)을 개시한다.

피스톤 압축기는 수소를 압축하는 데 사용할 수 있다. 예를 들어 수소 충전소의 경우 수소 압축이 필요하다. 예를 들어, 필요한 압력은 버스의 경우 400 bar, 승용차의 경우 900 bar일 수 있다.

충전 시 수소의 순도가 특히 중요하다. 윤활유를 사용하면 수소가 오염될 수 있으므로 바람직하지 않다. 따라서 바람직하게는 무윤활 피스톤 압축기가 사용된다(윤활유 없는 드라이 러닝).

그러나 높은 압력 차이와 드라이 러닝(dry running)으로 인해 매우 높은 마모가 발생한다. 이는 피스톤에 배열된 피스톤 링과 피스톤 로드 시일(piston rod seal) 내의 실링 링(sealing ring) 모두에 적용된다. 시일에 사용되는 재료에는 pv 한계(pv limit)라고 하는 것이 있다. 높은 압력 차이(p) 및/또는 높은 속도(v)에서는 한계가 존재하며 그 이상에서는 마모가 불균형적으로 증가한다. 따라서 이 한계를 달성하거나 초과하는 것은 바람직하지 않다.

수소 충전 영역의 높은 압력 차이로 인해 피스톤의 속도가 제한되어 연료 충전 시간이 길어진다.

본 발명의 목적은 높은 압력 차이와 고속에서 가스 압축을 가능하게 하는 옵션을 만드는 것이다.

상기 목적은 청구항 제1항에 따른 압축기에 의해 달성된다.

압축기는 고정부와 주축을 따라 진동하는 부분, 그리고 고정부(stationary part)와 진동부(oscillating part) 사이에서 축방향으로 연장되는 누출 경로(leakage path)를 포함한다. 주축 주위에 환형 방식으로 축방향으로 연속적으로 배열된 다중 챔버는 고정부와 진동부 사이에 정의된다. 누출 경로(leakage path)를 폐쇄하거나 감소시키는, 즉 누출 경로를 따라 누출을 감소시키거나 방지하는 시일(seal)이 적어도 하나의 챔버(chamber)에 배치된다. 압축기는 두 개의 챔버를 유체적으로(fluidically) 상호 연결하는 적어도 하나의 바이패스(bypass)가 제공되는 것을 특징으로 한다.

압축기는 특히 피스톤 압축기이다.

고정 및 진동 부품이 접촉하지 않기 때문에 누출 경로가 일반적으로 존재한다. 시일은 누출 경로를 따라 누출을 줄여주므로 지금까지 개발의 초점은 누출을 점점 더 줄이는 것이었다. 기존의 피스톤 로드 시일(piston rod seal)에서 고압측에서 시작하여 동압 분율(dynamic pressure fraction)의 감소는 주로 제1 시일(first seal)에서 발생하고 정압 분율(static pressure fraction)의 감소는 주로 마지막 시일(last seal)에서 발생한다. 피스톤의 피스톤 링도 비슷한 방식으로 거동한다. 따라서 제1 시일과 마지막 시일은 가장 큰 응력을 받는다.

본 발명자들은 특히 높은 압력차의 경우에, 실링(밀봉) 배열(sealing arrangement), 즉 연속적으로 축방향으로 배열된 다중 챔버 내의 다중 시일(밀봉부) 배열를 통해 개별 시일(밀봉부)에 걸쳐 압력차(고압측과 저압측 사이의 차이)를 보다 균일하게 분배하는 것이 바람직하다는 것을 인식하였다. 결과적으로 제1 시일과 마지막 시일의 시일당 압력차(시일 전후의 압력차)가 감소한다. 그 결과 의도한 대로 사용될 때 시일이 pv 한계에 도달하지 않도록 압축기를 설계할 수 있다. 따라서, 본 발명에서 누출 경로 자체는 여전히 가능한 한 밀봉되며, 동시에 미리 정의된 누설을 가능하게 하는 설계의 틀 내에서 구체적으로 정의된 바이패스(bypass)가 제공된다.

따라서 균일한 압력 분포는 압축기의 개별 챔버들 사이의 바이패스 또는 바이패스들을 통한 목표 누출을 통해 달성된다. 바이패스들은 실링 배열을 통해 균일한 압력 분포가 설정되도록 설계된다.

본 발명은 압축기의 피스톤 로드 패킹(piston rod packing)뿐만 아니라 압축기의 피스톤에 대한 실링 배열(sealing arrangement)에 사용될 수 있다. 따라서 고정부는 슬리브가 될 수 있고 진동부는 피스톤이 될 수 있다. 대안적으로, 고정부는 패킹 하우징(packing housing)일 수 있고 진동부는 피스톤 로드(piston rod)일 수 있다.

균일한 압력 분포를 위해 바이패스가 바로 인접한 2개의 챔버를 유체적으로 상호 연결하는 것이 바람직하다. 그에 따라 인접한 챔버 사이의 각각의 누출이 발생하며 그 결과 압력 차이가 모든 시일에 걸쳐 고르게 분포된다.

누출은 실제로 바람직하지 않기 때문에 미리 정의된 분압 보상(predefined, partial pressure compensation)에 필요한 만큼의 누출만 바이패스를 통해 허용된다. 바이패스를 통한 누설은 특히 바이패스의 최소 단면적, 즉 가장 좁은 지점에서의 단면에 의해 정의된다. M < 2 mm², 특히 M < 1.5 mm²의 최소 단면적은 특히 > 300 bar의 압력 차이에서 적용 영역에서 바람직한 것으로 나타났다. 바람직하게는 최소 단면적은 M > 0.1 mm²이다.

바이패스는 고정부, 특히 패킹 하우징에 제공되거나 진동부, 특히 피스톤 또는 시일에도 제공될 수 있다. 특히 시일에서, 실링 링 또는 지지 링에 보어(bore) 및/또는 밀링(milling)의 도입을 고려할 수 있으며, 따라서 챔버들 사이의 목표 누출을 가능하게 한다. 전술한 바와 같이, 보어 또는 밀링은 누설 경로 영역에 배열되지 않는 것이 바람직하다. 시일에 바이패스가 제공되는 경우, 시일은 목표 누출을 달성하기 위해 단단한(강성) 재료(예: > 5000 MPa의 탄성 계수를 갖는 플라스틱 및/또는 금속)로 만드는 것이 바람직하다.

바이패스는 특히 누출 경로에 더하여 제공된다. 환언하면, 누출 경로의 일부가 형성되지 않은 위치에 바이패스가 제공된다. 예를 들어 실링 링에서 누출 경로의 일부는 반경방향 실링 표면(radial sealing surface)에 형성되는데, 그 이유는 그 위치에서 누출이 거의 없을 수 있기 때문이다. 그러한 경우에, 바이패스는 예를 들어 바람직하게는 실링 링을 통해 횡방향으로 발생할 수 있지만 실링 표면의 영역에서는 발생하지 않을 수 있다.

바이패스는 바람직하게는 적어도 하나의 보어로 형성된다. 보어는 크기 측면에서 정밀하게 조정될 수 있으므로 기본적으로 보어의 직경만으로 최소 단면적, 그리고 따라서 누출을 정의할 수 있다. 동시에, 보어는 비교적 제조하기 쉽기 때문에 압축기의 제조 비용이 크게 증가하지 않는다. 단일 보어는 또한 일반적으로 여러 드릴링 작업에서 형성될 수 있으며, 예를 들어 꼬임을 포함할 수 있다. 따라서 보어가 반드시 직선일 필요는 없다.

피스톤은 조립형 피스톤(built piston) 또는 일체형 피스톤 본체(one-piece piston body)를 갖는 피스톤이라고 하는 것일 수 있다. 조립형 피스톤(built piston)은 피스톤 디스크 형태의 다수의 디스크 본체를 포함하며, 이들은 연속적으로 축방향으로 배열되고 함께, 선택적으로 추가 디스크 본체에 의해 보충되어, 피스톤 본체를 형성한다. 피스톤 본체는 바람직하게는 일체형 및 조립형 모두에서 원통형 코어, 및 코어 주위로 연장되는 복수의 환형 돌출부를 포함하며, 이들 사이에는 시일을 위해 반경 방향 외향으로 향하는 그루브(groove)가 형성된다. 그루브는 슬리브에 의해 부분적으로 밀봉되고 나머지 틈은 누출 경로의 일부를 형성한다. 슬리브와 함께 그루브는 시일을 위한 챔버를 형성한다.

피스톤 로드 패킹은 일반적으로 "제작되며(built)" 축방향으로 연속적으로 배열된 챔버 디스크 형태의 다중 디스크 본체를 포함하며, 각각은 중앙 보어를 포함하고 피스톤 로드가 관통하는 패킹 하우징을 형성한다. 챔버 디스크는 피스톤 로드에 의해 부분적으로 폐쇄되는 여러 개의 반경방향 내향 홈을 형성하고 나머지 틈은 다시 누출 경로의 일부를 형성한다. 피스톤 로드의 원주 표면과 함께 그루브는 이 경우 시일을 위한 챔버를 형성한다.

디스크 본체들은 함께 나사 결합될 수 있다.

따라서, 유리한 실시예에서 피스톤 또는 패킹 하우징은 축방향으로 연속적으로 배열된 다수의 디스크 본체를 포함하고, 디스크 본체는 제1 축방향 표면 및 디스크 본체 반대편에 배열된 제2 축방향 표면, 그리고 반경방향 표면을 포함하고, 보어가 제1 축방향 표면과 반경방향 표면 사이에서 및/또는 제1 축방향 표면과 제2 축방향 표면 사이에서 연장된다. 반경방향 표면은 패킹 하우징의 경우 내부 반경방향 표면이며, 피스톤의 경우 외부 반경방향 표면이다. 반경방향 표면은 또한 형성된 그루브들의 그루브 베이스일 수 있으며, 이는 형성된 챔버들의 챔버 베이스로도 지칭될 수 있다.

다른 구성 요소에 위치한 여러 개의 보어가 제공될 수도 있다.

특히 시일 및 디스크 본체의 경우, 보어의 적어도 일부는 바람직하게는 주축에 평행하게 연장되며, 이것은 보어의 제조를 단순화한다.

피스톤이 원통형 코어 및 코어 주위로 원주방향으로 연장되는 복수의 환형 돌출부를 포함하는 경우, 보어의 적어도 일부는 바람직하게는 코어를 통해 연장된다. 이러한 방식으로, 예를 들어 인접한 챔버들의 2개의 그루브 베이스들은 코어를 통한 드릴링을 통해 서로 연결될 수 있다. 특히 바람직하게는, 보어는 피스톤의 중심을 통해 연장되어 주축을 가로지른다.

일부 실시예에서, 바이패스는 특히 그루브의 형태로 누설 경로의 영역에 직접 제공된다. 이러한 바이패스는 특히 디스크 본체, 특히 바람직하게는 실링 표면 영역에 제공될 수 있다. 실링 표면(sealing surface)은 바람직하게는 평평하고(level) 바이패스는 그루브이다. 바람직하게는, 시일의 대응하는 실링 표면도 평평하다. 바람직하게는 실링 표면(들)은 주축에 수직으로 연장된다. 그루브는 바람직하게는 주축에 수직으로 연장된다. 전술한 바와 같이 컷아웃이 시일에 제공되면 시일의 점진적인 마모로 인해 바이패스가 점점 더 작아지게 된다. 마모가 작은 실링 파트너(디스크 본체)의 그루브는 시간이 지나도 작아지지 않거나 약간만 작아진다. 따라서 누출 경로 영역, 특히 실링 표면의 디스크 본체에 있는 바이패스는 장기간에 걸쳐 사전 정의된 단면을 유지한다. 따라서 그루브는 바이패스의 바람직한 실시예를 나타낸다.

바이패스의 원하는 최소 단면적은 매우 작다. 이러한 단면을 가진 보어를 제조하는 것은 특히 길이와 직경 사이의 비율로 인해 기술적으로 어렵다. 따라서 유리한 실시예에서 제한 장치(restrictor)가 보어 또는 그루브에 배열되며, 이 제한 장치는 바이패스의 최소 단면 M을 정의한다. 이 경우 보어 자체는 특별히 좁을 필요가 없으며 보다 쉽게 생산할 수 있다. 바람직하게는, 제한 장치는 보어의 전체 길이를 연장하지 않으며, 이는 제한 장치에 제공되는 제한장치 보어의 직경에 대한 길이 비율이 보다 유리해져서 미세 기계 방식으로 쉽게 제조될 수 있다. 특히 바람직하게는, 제한 장치는 보어에 나사 결합되는 개구 플레이트를 갖는 나사 연결부 또는 그루브에 삽입되는 개구 플레이트를 갖는 인서트이다. 매우 작은 단면을 가진 구멍은 개구 플레이트에 특히 쉽게 생성될 수 있다.

제한 장치는 또한 다공성 재료를 포함할 수 있다. 다공성 재료와 보어의 직경 또는 그루브의 단면이 함께 형성되어 원하는 최소 단면을 생성한다.

인접한 두 챔버의 압력 차이가 클수록 바이패스는 더 작아야 하는데 그 이유는 더 작은 바이패스라도 더 높은 압력 차이에서 압력 정렬(pressure alignment)에 충분하기 때문이다. 따라서 유리한 실시예는 다수의 바이패스를 제공하며, 이 경우 2개의 인접한 바이패스의 경우 압축기의 고압측에 더 가깝게 배치된 바이패스는 압축기의 저압측에 더 가깝게 배치된 바이패스의 최소 단면적 M보다 작거나 같은 최소 단면적 M을 포함한다. 환언하면, 고압측에서 시작하여 저압측으로 향해 가는 바이패스는 더 커지거나 적어도 동일하게 유지된다. 특히 바람직하게는, 바이패스의 보어는 균일하고 특히 동일하며, 바이패스의 차이는 각각의 경우에 사용되는 제한 장치에 의해 달성된다. 제한 장치는 특히 상이하게 설계되며 특히 상이한 최소 단면적을 포함한다.

본 발명의 목적은 또한 압축기에서 사용하도록 설계되고 제1 축방향 표면, 디스크 본체에 대향하여 배열된 제2 축방향 표면 및 반경방향 표면을 포함하는 디스크 본체에 의해 달성되며, 제1 축방향 표면과 반경방향 표면 사이에서 및/또는 제1 축방향 표면과 제2 축방향 표면 사이에서 연장되는 바이패스를 특징으로 한다. 반경방향 표면은 특히 내부 반경방향 표면 또는 외부 반경방향 표면이다. 바람직하게는, 이 디스크 본체의 바이패스는 보어이다.

본 발명의 목적은 또한 압축기에서 사용하도록 설계되고 내부 반경방향 표면과 외부 반경방향 표면, 내부 반경방향 표면과 외부 반경방향 표면 사이에서 연장되는 바이패스를 포함하는 디스크 본체에 의해 달성된다. 이 디스크 본체의 바이패스는 바람직하게는 그루브이다.

디스크 본체는 압축기와 관련하여 위에서 설명한 방식으로 추가로 더욱 형성될 수 있다.

본 발명의 목적은 또한 제1 축방향 단부면, 제2 축방향 단부면, 반경방향 내측면 및 반경방향 외측면을 갖는 압축기에 사용하도록 설계된 시일에 의해 달성되며, 이를 통해 바이패스가 상기 표면들, 즉 제1 축방향 단부면, 제2 축방향 단부면, 반경방향 내측면 및 반경방향 외측면 중 적어도 2개 사이에서 연장된다.

시일은 압축기에 대해 위에서 설명한 방식으로 더 설계될 수 있다.

본 발명의 목적은 또한 압축기, 바람직하게는 피스톤 압축기, 특히 상기 설명에 따른 압축기에서 상기 설명에 따른 디스크 본체 또는 시일의 사용에 의해 달성된다.

본 발명은 높은 압력 차이와 고속에서 가스 압축을 가능하게 하는 옵션을 만드는 효과가 있다.

본 발명은 이하에서 도면을 참조하여 예를 들어 기술되고 설명된다. 도면에서:
도 1은 압축기의 제1 실시예의 상세 단면도이며;
도 2는 압축기의 제2 실시예의 상세 단면도이며;
도 3은 압축기의 제3 실시예의 상세 단면도이며;
도 3A는 도 3에 도시된 A 상세도이며;
도 4는 압축기용 지지 링의 사시도이며;
도 5는 압축기의 제4 실시예의 상세 단면도이며;
도 6은 디스크 본체의 상세 사시도이다.

도 1에 상세히 도시된 압축기(10)는 고정부(20)로서의 슬리브(120) 및 진동부(30)로서의 피스톤(130)을 포함한다. 피스톤(130)은 의도한 대로 사용될 때 고압측(H)과 저압측(N) 사이에서 슬리브(120)에 대해 주축(X)을 따라 진동한다.

슬리브(120)는 내향 원통형 주변 표면인 슬라이딩 표면(122)을 포함한다.

피스톤(130)은 조립형 피스톤(built piston)(130)으로 지칭되는 것이다. 피스톤(130)은 다수의 디스크 본체(40), 즉 베이스 플레이트(132) 및 연속적으로 축방향으로 배열된 다수의 피스톤 디스크(140)를 포함한다. 피스톤(130)은 피스톤 로드(230)에 연결된다. 베이스 플레이트(132)와 함께, 피스톤 디스크(140)는 피스톤 본체(150)를 형성한다. 피스톤 본체(150)는 원통형 코어(152) 및 코어(152) 둘레에 원주방향으로 연장되는 복수의 환형 돌출부(154)를 포함한다. 복수의 그루브(156)가 돌출부(154) 사이에 형성되고, 각각의 그루브(156)는 2개의 피스톤 디스크(140) 또는 피스톤 디스크(140) 및 베이스 플레이트(132)에 의해 형성된다. 그루브(156)는 슬리브(120)에 의해 부분적으로 밀봉되어 피스톤 본체(150)를 형성하고, 슬리브(120)와 함께 축방향으로 배열된 다수의 연속 챔버(50)가 주축 둘레에서 환형 방식으로 연장된다. 이 경우 슬리브(120)는 피스톤 본체(150)와 접촉하지 않는다. 결과적으로 슬리브(120)와 피스톤(130) 사이에는 축방향 누설 경로(L)가 남는다.

누출 경로(L)를 따른 누출은 일반적으로 바람직하지 않지만 일반적으로 완전히 피할 수는 없다. 그러나 누출을 최소화할 수 있다. 이를 위해, 시일(seal)(60)이 각각의 챔버(50)에 배치되고, 이 시일은 누설 경로(L)를 폐쇄하거나 감소시킨다. 예시된 실시예는 이 경우에 단순화된 방식으로 도시된 시일(60)의 피스톤 링(160)에 관한 것이다. 주어진 시간에 피스톤(130)이 이동하는 방향에 따라, 피스톤 링(160)은 그루브(156)의 고압측 측면 또는 저압측 측면에 접하고 그 위치에서 누출 경로(L)를 밀봉한다.

피스톤 링(160)을 갖는 종래의 실링 배열에서, 고압측(H)에서 시작하여, 제1 시일(60)에서의 동압 분율(dynamic pressure fraction) 및 마지막 시일(60)에서의 정압 분율(static pressure fraction)이 감소된다. 이를 방지하기 위해, 누출 경로(L) 외에 3개의 바이패스(70a,b,c)가 제공된다. 각각의 바이패스(70a,b,c)는 2개의 바로 인접한 챔버(50)를 유체적으로 상호 연결한다.

바이패스(70a,b,c) 각각은 주축(X)에 평행하게 연장되는 보어(72)를 포함한다. 예시된 실시예에서, 바이패스(70a,b,c)는 돌출부(154)를 통해, 즉 피스톤 디스크(140)의 제1 축방향 표면(182)으로부터 대향 배치된 피스톤 디스크(140)의 제2 축방향 표면(184)으로 연장된다. 이에 의해 각각의 보어(72)는 2개의 인접한 챔버(50)를 상호 연결한다. 보어(72)는 실제로 더 작은 직경을 가지며 이 경우 확장된 방식으로 도시된다. 각각의 피스톤 디스크(140)는 외부 반경방향 표면(186)을 더 포함한다.

바이패스(70a,b,c)는 각각의 다음 챔버(50)로 흐르는 방법(길)인 누출 경로(L)에 더하여 고압측으로부터 오는 가스를 제공한다. 이러한 방식으로 고압측(H)와 저압측(N) 사이의 압력 차이가 점차적으로 전반적으로 균일하게 감소한다.

도 2에 상세히 도시된 실시예에서, 피스톤(30)은 일체형 피스톤 본체(150)를 포함한다. 피스톤 본체(150)는 또한 이 경우에 원통형 코어(152), 및 코어(152) 주위에서 원주방향으로 연장되는 복수의 환형 돌출부(154)를 포함한다. 슬리브(20), 피스톤 로드(230) 및 시일(60)의 설계는 도 1에 도시된 실시예와 동일하다.

바이패스(70a,b,c)는 또한 보어(72)에 의해 도 2에 도시된 실시예에서 형성된다. 그러나 보어(72)는 주축(X)에 평행하게 연장되지 않는다. 보어(72)는 오히려 그루브(156)의 그루브 베이스로부터 인접한 그루브(156)의 그루브 베이스로 직선으로 연장된다. 보어(72)는 피스톤 본체(150)의 코어(152)를 통해 완전히 연장된다. 이 경우 보어는 주축(X)을 가로지른다. 결과적으로 인접한 챔버(50)들은 모든 시일(60)에 대해 균일한 압력 분포가 발생하도록 보어(72)를 통해 이 실시예에서 상호 연결된다.

도 3은 고정부(20)로서의 패킹 하우징(220) 및 진동부(30)로서의 피스톤 로드(230)를 갖는 압축기(10)의 상세를 도시한다. 피스톤 로드(230)는 고압측(H)과 저압측(N) 사이에서 주축(X)을 따라 패킹 하우징(220)에 대해 진동한다.

패킹 하우징(220)은 디스크 본체(40)로서의 다수의 챔버 디스크(240), 즉 베이스 플레이트(base plate)(222), 복수의 메인 챔버 디스크(main chamber discs)(223), 커버 플레이트(cover plate)(224) 및 엔드 플레이트(end plate)(226)를 포함하며, 이들은 주축(X)을 따라 상기 순서로 서로 인접하게 배열된다. 챔버 디스크(240)는 각각 중앙 보어를 포함한다. 피스톤 로드(230)는 중앙 보어를 통해 연장된다. 2개의 인접한 챔버 디스크(240) 각각은 반경방향 내측으로 개방된 그루브(228)를 함께 형성한다.

챔버 디스크(240)의 그루브(228)는 피스톤 로드(230)에 의해 부분적으로 밀봉된다. 이러한 방식으로, 챔버 디스크(240) 및 피스톤 로드(230)는 연속적으로 축방향으로 배열되고 주축 주위에 환형으로 연장되는 다수의 챔버(50)를 형성하며, 여기에서 누출 경로(L)는 챔버 디스크(240)와 피스톤 로드(230) 사이에 남아 있다.

챔버 디스크(240)는 각각 제1 축방향 표면(282) 및 피스톤 디스크(240)의 반대편에 배치된 제2 축방향 표면(284)뿐만 아니라 내부 반경방향 표면(286)(도 3a 참조)을 포함한다.

시일(60)은 4개의 챔버(50) 내에 배치된다. 시일(60)은 각각 지지 링(262), 실링 링(264) 및 커버 링(266)을 포함한다(도 3a 참조). 실링 링(264) 및 커버 링(266)은 가터 스프링(garter spring)(270)에 의해 피스톤 로드(230) 상에 지지된다. 다른 실시예에서, 시일(60)은 또한 상이한 구성일 수 있고 더 많거나 더 적은 링을 포함할 수 있다. 지지 링(262)은 의도대로 사용될 때 피스톤 로드(230)에 닿지 않고 피스톤 로드(230)로부터 방사상 거리에 배치된다. 고압측(H)으로부터 오는 압력에 의해, 시일(60)은 저압측(N)에 더 가까이 위치한 챔버 디스크(240)에 대해 가압된다. 지지 링(262)은 챔버 디스크(240) 상에서 축 방향으로 시일(60)을 지지한다.

실링 링(264)은 피스톤 로드(230)와 경계를 이루고 따라서 누출 경로(L)를 밀봉하여 누출 경로(L)를 완전히 또는 부분적으로 폐쇄한다.

누출 경로(L)에 더하여, 4개의 바이패스(70a,b,c,d)가 제공되며, 각각은 2개의 인접한 챔버(50)를 유체적으로 연결한다(도 3 참조). 바이패스(70a,b,c,d)는 보어(72)로부터 형성된다(도 3a 참조). 보어(72)는 제1 축방향 표면(282)과 내부 반경방향 표면(286) 사이에서 연장되어 인접한 챔버(50)를 연결한다.

보어(72)에 나사 결합되는 개구 플레이트(aperture plate)(76)를 갖는 나사 연결 형태의 제한 장치(restrictor)(74)가 각각의 보어(72)에 배열된다. 개구 플레이트(76)는 각각의 바이패스(70a,b,c,d)의 최소 단면을 정의하는 구멍을 포함한다. 고압측(H)에서 시작하여 바이패스(70a,b,c,d)의 개구 플레이트(76)의 구멍은 0.4 mm, 0.4 mm, 0.5 mm 및 0.6 mm의 직경을 갖는다. 따라서 바이패스(70a,b,c,d)에서 바이패스(70a,b,c,d)까지의 최소 단면적은 고압측(H) 쪽으로 항상 작아지거나 동일하게 유지된다.

예를 들어, 도 4에 도시된 지지 링(262)은 도 3에 도시된 피스톤 하우징(220)에 삽입될 수 있다. 지지 링(262)은 제1 축방향 단부면(272), 반대편에 배열된 제2 축방향 단부면(274), 반경방향 내측 표면(276) 및 반경방향 외측 표면(278)을 포함한다.

지지 링(262)은 보어(72) 형태의 바이패스(70)를 더 포함한다. 보어(72)는 반경방향 내측 표면(276)으로부터 반경 방향 외측 표면(278)으로 반경방향으로 연장된다. 의도한 대로 사용될 때, 전술한 바와 같이, 지지 링(262)의 반경방향 내측 표면(276)은 피스톤 로드(230)와 경계를 이루지 않는다. 지지 링(262)도 패킹 하우징(220) 상의 반경방향 외측 표면(278)과 경계를 이루지 않는다. 이러한 방식으로, 지지 링(262)의 바이패스(70)는 또한 2개의 인접한 챔버(50)를 연결한다(도 3a 참조).

도 5는 도 3에 도시된 압축기(10)와 부분적으로 동일한 압축기(10)의 상세도를 도시한다. 압축기(10)는 고정부(20)로서의 패킹 하우징(220)과 진동부(30)로서의 피스톤 로드(230)를 포함한다. 피스톤 로드(230)는 고압측(H)과 저압측(N) 사이에서 주축(X)을 따라 패킹 하우징(220)에 대해 진동한다.

패킹 하우징(220)은 디스크 본체(40)로서의 다수의 챔버 디스크(240), 즉 베이스 플레이트(222), 다수의 메인 챔버 디스크(223), 커버 플레이트(224) 및 엔드 플레이트(226)를 포함하며, 이들은 주축(X)을 따라 상기 순서로 서로 인접하게 배열된다. 챔버 디스크(240)는 각각 중앙 보어를 포함한다. 피스톤 로드(230)는 중앙 보어를 통해 연장된다. 2개의 인접한 챔버 디스크(240) 각각은 반경방향 내측으로 개방된 그루브(228)를 함께 형성한다.

챔버 디스크(240)의 그루브(228)는 피스톤 로드(230)에 의해 부분적으로 밀봉된다. 이러한 방식으로, 챔버 디스크(240) 및 피스톤 로드(230)는 연속적으로 축방향으로 배열되고 주축 주위에 환형으로 연장되는 다수의 챔버(50)를 형성하며, 여기에서 누출 경로(L)는 챔버 디스크(240)와 피스톤 로드(230) 사이에 남아 있다.

챔버 디스크(240)는 각각 제1 축방향 표면(282) 및 피스톤 디스크(240)에 대향하여 배열된 제2 축방향 표면(284)뿐만 아니라 내부 반경방향 표면(286)을 포함한다.

시일(60)은 4개의 챔버(50) 내에 배치된다. 시일(60)은 각각 지지 링(262), 실링 링(264) 및 커버 링(266)을 포함한다(도 3a 참조). 실링 링(264) 및 커버 링(266)은 가터 스프링(270)에 의해 피스톤 로드(230) 상에 지지된다. 다른 실시예에서, 시일(60)은 또한 상이한 구성일 수 있고 더 많거나 더 적은 링을 포함할 수 있다. 지지 링(262)은 의도된 대로 사용될 때 피스톤 로드(230)에 닿지 않지만 피스톤 로드(230)로부터 방사상 거리에 배치된다. 고압측(H)으로부터 오는 압력은 챔버 디스크(240)의 제1 축방향 표면(282)에 대해 시일(60)을 가압한다. 따라서 제1 축방향 표면(282)은 실링 표면(sealing surface)(288)을 형성한다. 지지 링(262)은 챔버 디스크(240) 상에서 축 방향으로 시일(60)을 지지한다.

실링 링(264)은 피스톤 로드(230)와 경계를 이루고(접하고) 따라서 누출 경로(L)를 밀봉하여 누출 경로(L)를 완전히 또는 부분적으로 폐쇄한다.

누출 경로(L)의 영역에는 2개의 인접한 챔버(50)를 유체적으로 상호 연결하는 그루브(78) 형태의 바이패스(70)가 제공된다. 그루브(78)는 동시에 실링 표면(288)인 제1 축방향 표면(282) 내에서 연장된다. 이 경우, 그루브(78)는 실링 표면(288)을 통해 반경방향으로 완전히 연장된다. 시일(밀봉부)(60)의 전체 표면이 실링 표면(288)과 경계를 이루는 경우에도, 그루브(78)는 이러한 방식으로 개방된 상태를 유지하고 바이패스(70)를 형성한다.

도 6에 도시된 디스크 본체(40)는 압축기용 챔버 디스크(240)이다(자세히 도시되지 않음). 챔버 디스크(240)는 구조에 있어서 도 5에 도시된 챔버 디스크(240)와 유사하다.

챔버 디스크(240)는 내부 반경방향 표면(286)에 의해 둘러싸인 중앙 보어를 포함한다. 챔버 디스크(240)는 도시되지 않은 시일을 위한 동시에 실링 표면(288)인 제1 축방향 표면(282)을 더 포함한다. 의도한 대로 사용될 때 시일은 실링 표면(288)과 경계를 이룬다.

실링 표면(288)은 챔버 디스크(240)의 축방향 돌출부에 배치된다. 축방향 돌출부는 외부 반경방향 표면(186)을 포함한다.

챔버 디스크(240)는 그루브(78) 형태의 바이패스(70)를 포함한다. 그루브(78)는 외부 반경방향 표면(186)으로부터 내부 반경방향 표면(286)으로 연장된다. 시일이 실링 표면(288)에 인접하면, 가스는 여전히 시일을 지나 바이패스(70)를 통해 흐를 수 있다. 바이패스(70)의 크기는 미리 결정되어 목표 누출을 달성한다.

그루브(78)는 반경 방향으로, 즉 챔버 디스크(240)의 주축에 수직으로 연장된다.

10 압축기
20 고정부
30 진동부
40 디스크 본체
50 챔버
60 시일
70 바이패스
70a 바이패스
70b 바이패스
70c 바이패스
70d 바이패스
72 보어
74 제한 장치
76 개구 플레이트
78 그루브
120 슬리브
122 실링 표면
130 피스톤
132 베이스 플레이트
140 피스톤 디스크
150 피스톤 본체
152 코어
154 돌출부
156 그루브
160 피스톤 링
182 제1 축방향 표면
184 제2 축방향 표면
186 외부 반경방향 표면
220 패킹 하우징
222 베이스 플레이트
223 메인 챔버 디스크
224 커버 플레이트
226 엔드 플레이트
228 그루브
230 피스톤 로드
240 챔버 디스크
262 지지 링
264 실링 링
266 커버 링
270 가터 스프링
272 제1 축방향 단부면
274 제2 축방향 단부면
276 반경방향 내측 표면
278 반경방향 외측 표면
282 제1 축방향 표면
284 제2 축방향 표면
286 내부 반경방향 표면
288 실링 표면
H 고압측
N 저압측
L 누출 경로
X 주축

Claims (22)

1. 고정부(20)와, 주축(X)을 따라 진동하는 부분(30)과, 고정부(20)와 진동부(30) 사이에서 축방향으로 연장되는 누출 경로(L)를 갖는 압축기(10)로서,
   축방향으로 연속하여 배열되며 주축(X) 주위에 환형으로 연장되는 다수의 챔버(50)가 고정부(20)와 진동부(30) 사이에서 정의되며,
   누출 경로(L)를 폐쇄하거나 감소시키는 시일(60)이 적어도 하나의 챔버(50)에 배열되는 압축기(10)에 있어서,
   2개의 챔버(50)를 유체적으로 상호 연결하는 적어도 하나의 바이패스(70, 70a,b,c,d)가 제공되는 것을 특징으로 하는 압축기(10).
2. 제1항에 있어서,
   고정부(20)는 슬리브(120)이고 진동부(30)는 피스톤(130)이며, 또는 고정부(20)는 패킹 하우징(220)이고 진동부(30)는 피스톤 로드(230)인 것을 특징으로 하는 압축기(10).
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   바이패스(70, 70a,b,c,d)는 2개의 바로 인접한 챔버(50)를 유체적으로 상호 연결하는 것을 특징으로 하는 압축기(10).
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   바이패스(70, 70a,b,c,d)는 최소 단면적 M < 2 mm²을 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기(10).
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   바이패스(70, 70a,b,c,d)는 고정부(20) 또는 진동부(30) 또는 실(60)에 제공되는 것을 특징으로 하는 압축기(10).
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   바이패스(70, 70a,b,c,d)는 누출 경로(L)에 더하여 제공되는 것을 특징으로 하는 압축기(10).
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   바이패스(70, 70a,b,c,d)는 적어도 하나의 보어(72)로 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기(10).
8. 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   피스톤(130) 또는 패킹 하우징(220)은 축방향으로 연속적으로 배열된 다수의 디스크 본체(40)를 포함하고, 디스크 본체(40)는 제1 축방향 표면(182, 282) 및 디스크 본체(40) 반대편에 배열된 제2 축방향 표면(184, 284) 그리고 반경방향 표면(186, 286)을 포함하며, 보어(72)는 제1 축방향 표면(182, 282)과 반경방향 표면(186, 286) 사이에서 및/또는 제1 축방향 표면(182, 282)과 제2 축방향 표면(184, 284) 사이에서 연장되는 것을 특징으로 하는 압축기(10).
9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
   보어(72)의 적어도 일부는 주축(X)에 평행하게 연장되는 것을 특징으로 하는 압축기(10).
10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    피스톤(130)은 원통형 코어(152) 및 코어(152) 주위에서 원주방향으로 연장되는 복수의 환형 돌출부(154)를 포함하고, 보어(72)의 적어도 일부는 코어(152)를 통해 연장되는 것을 특징으로 하는 압축기(10).
11. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    바이패스(70, 70a,b,c,d)는 누출 경로(L) 영역에 제공되는 것을 특징으로 하는 압축기(10).
12. 제11항에 있어서,
    바이패스(70, 70a,b,c,d)는 그루브(78)인 것을 특징으로 하는 압축기(10).
13. 제12항에 있어서,
    피스톤(130) 또는 패킹 하우징(220)은 연속적으로 축방향으로 배열된 다수의 디스크 본체(40)를 포함하고, 디스크 본체(40)는 실링 표면(288)을 포함하고, 그루브(78)는 실링 표면(288) 내에서 연장되는 것을 특징으로 하는 압축기(10).
14. 제7항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    제한 장치(74)는 보어(72) 또는 그루브(78)에 배열되며, 제한 장치는 바이패스(70,70a,b,c,d)의 최소 단면 M을 정의하는 것을 특징으로 하는 압축기(10).
15. 제14항에 있어서,
    제한 장치(74)는 보어(72)에 나사 결합되는 개구 플레이트(76)를 갖는 나사 연결부이거나 또는 제한 장치(74)는 그루브(78)에 삽입되는 개구 플레이트(76)를 갖는 인서트인 것을 특징으로 하는 압축기(10).
16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    제한 장치(74)는 다공성 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기(10).
17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    다수의 바이패스(70,70a,b,c,d)가 제공되며, 인접한 2개의 바이패스(70,70a,b,c,d) 중 압축기(10)의 고압측(H)에 더 가깝게 배치된 바이패스(70,70a,b,c,d)는 압축기(10)의 저압측(N)에 더 가깝게 배치된 바이패스(70,70a,b,c,d)의 최소 단면적 M보다 작거나 같은 최소 단면적 M을 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기(10).
18. 제1 축방향 표면(182, 282)과 디스크 본체(40) 반대편에 배치된 제2 축방향 표면(184, 284) 및 반경방향 표면(186, 286)을 갖는 압축기(10)에 사용하도록 설계된 디스크 본체(40)에 있어서,
    제1 축방향 표면(182, 282)과 반경방향 표면(186, 286) 사이에서 및/또는 제1 축방향 표면(182, 282)과 제2 축방향 표면(184, 284) 사이에서 연장되는 바이패스(70,70a,b,c,d)를 특징으로 하는 디스크 본체(40).
19. 제18항에 있어서,
    반경방향 표면(186, 286)은 내부 반경방향 표면(286) 또는 외부 반경방향 표면(186)인 것을 특징으로 하는 디스크 본체(40).
20. 내부 반경방향 표면(286) 및 외부 반경방향 표면(186)을 갖는 압축기(10)에 사용하도록 설계된 디스크 본체(40)에 있어서,
    내부 반경방향 표면(286)과 외부 반경방향 표면(186) 사이에서 연장되는 바이패스(70, 70a,b,c,d)를 특징으로 하는 디스크 본체(40).
21. 제1 축방향 단부면(272), 제2 축방향 단부면(274), 반경방향 내측 표면(276) 및 반경방향 외측 표면(278)을 갖는, 압축기(10)에 사용하도록 설계된 시일(60)에 있어서,
    적어도 2개의 표면(272, 274, 276, 278) 사이에서 연장되는 바이패스(70, 70a,b,c,d)를 특징으로 시일(60).
22. 압축기(10)에서 제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 따른 디스크 본체(40) 또는 제21항에 따른 시일(60)의 용도.