KR20240058914A - 버트 밀봉부를 갖는 압축 링 및 방법(compression ring having butt seal, and method) - Google Patents
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Abstract
압축 링이 개시되며, 이러한 압축 링은 제1 버트 단부 영역 상의 링 주행 표면(2); 제2 버트 단부 영역 상의 링 주행 표면(2'); 링 내부 표면(4); 상단 링 측면 표면(6); 및 하단 링 측면 표면(8)을 포함하고, 링은 중첩되는 버트 단부 영역들을 가지고, 제1 버트 단부 영역은 원주방향으로 적어도 하나의 돌출부(10)를 가지고, 제2 버트 단부 영역은 원주방향으로 적어도 하나의 함몰부(12)를 가지며, 적어도 하나의 돌출부(10)는 적어도 하나의 축방향 및/또는 반경방향 중첩 표면을 형성하고, 적어도 하나의 함몰부(12)는 적어도 하나의 평행 표면을 형성하고, 이러한 평행 표면은 축방향 및/또는 반경방향 중첩 표면에 적어도 부분적으로 대향되게 놓여 버트 유극의 변화에 반응하여 서로 평행하게 이동하며, 서로 평행하게 이동될 수 있는 표면들 중 적어도 하나는 축방향 마모 요소(14) 및/또는 반경방향 마모 요소(14')를 구비한다.
Description
본 발명은 특히 대형 디젤 엔진 피스톤 구동부용 압축 링에 관한 것이다.
오늘날의 2행정 크로스헤드 엔진에는 일반적으로, 소위 기밀 버트(gas-tight butt)를 갖는 압축 링이 장착되어 있다. 버트라는 용어는 잘못 이해되고 있는데, 그 이유는 연소 가스가 버트의 축방향 및 반경방향 갭을 통해서 제1 압축 링과 제2 압축 링 사이의 공간에 도달하기 때문이다. 고온 연소 가스는 연소로부터의 입자를 운반한다. 축방향 및 반경방향 간극이 0을 초과하는 경우, 2개의 버트 단부의 밀봉 표면에 큰 연마성 마모가 발생하여, 하류에서 주행 표면 층(running surface layer)의 해제(release)로 이어지고, 이는 시스템의 고장으로 이어질 수 있다. 따라서, 축방향 및 반경방향 갭을 가능한 한 작게 설계하는 것이 중요하다.
이러한 유형의 압축 링은, 연삭 공정 중에 링이 왜곡되고 축방향 및 반경방향 간극의 특징에 대한 불합격률이 높기 때문에, 기계적 생산이 복잡하다. 특히, 동작 중에 링 및 실린더의 열팽창을 또한 고려할 필요가 있고, 그에 따라 예를 들어 버트가 없는 압축 링을 사용할 수 없다.
버트 상의 돌출부 및 절취부(cut-out)의 부분적인 중첩에 의해서 사실상 기밀한 압축 링 버트를 획득하는 방법에 대한 다양한 접근 방식이 이미 공지되어 있다. 그러나, 이러한 실시형태의 경우, 문제는 각 단차부와 각 접촉 표면이 매우 정밀하게 제조되어야 하고, 시동 및 부하 변화 중에 나타나는 열 팽창으로 인해 마모가 증가하거나 또는 심지어 존재하는 밀봉 구조의 파괴로 이어지지 않아야 한다는 것이다. 이러한 유형의 밀봉 구조가 예를 들어 오스트리아 특허 출원 AT 85885 B 또는 유럽 특허 출원 EP 3 096 044 A1에 공지되어 있다.
제1 양태에 따라, 본 발명은 압축 링에 관한 것으로서, 제1 버트 단부 영역 상의 링 주행 표면; 제2 버트 단부 영역 상의 링 주행 표면; 링 내부 표면; 상단 링 측면 표면; 및 하단 링 측면 표면을 포함하고, 링은 중첩되는 버트 단부 영역들을 가지고, 제1 버트 단부 영역은 원주방향으로 적어도 하나의 돌출부를 가지고, 제2 버트 단부 영역은 원주방향으로 적어도 하나의 함몰부를 가지며, 적어도 하나의 돌출부는 적어도 하나의 축방향 및/또는 반경방향 중첩 표면을 형성하고, 적어도 하나의 함몰부는 적어도 하나의 평행 표면을 형성하고, 이러한 평행 표면은 축방향 및/또는 반경방향 중첩 표면에 적어도 부분적으로 대향되게 놓여 버트 유극(butt play)의 변화에 반응하여 서로 평행하게 이동하며, 서로 평행하게 이동될 수 있는 표면들 중 적어도 하나는 축방향 마모 요소 및/또는 반경방향 마모 요소를 구비한다.
이러한 아이디어는 마모 요소를 버트의 영역 내에서 압축 링의 축방향 및/또는 반경방향 갭 내에 도입하는 것이고, 돌출부의 축방향 및/또는 반경방향 중첩 표면은 축방향 및/또는 반경방향 중첩 표면의 돌출부에 적어도 부분적으로 대향되게 놓이고, 그에 따라 이들은 버트 유극의 변화에 반응하여 서로 평행하게 이동한다. 축방향 및/또는 반경방향 갭을 밀봉하기 위한 적어도 하나의 마모 요소는, 서로 평행하게 이동할 수 있는 이러한 표면들 중 적어도 하나에 적용되고, 서로 평행하게 이동할 수 있는 표면들은 버트 유극의 변화에 응답하여 본질적으로 서로 평행하게 이동하도록 구성되고, 그에 따라 마모가 최소화된다.
링은 공칭 직경 내에서 중첩 버트 단부 영역들을 가지는 것이 바람직하다.
서로 평행하게 이동할 수 있는 표면들은 공칭 직경 내에서 서로 적어도 부분적으로 대향되게 놓이는 것이 바람직하다.
공칭 직경 또는 공칭 크기는 각각 링의 설치를 위해서 제공되는 이론적 크기이다.
마모 요소는 0.005 mm의 최소 두께를 가지는 것이 바람직하다.
마모 요소는, 상이한 재료들을 포함하는, 서로 상하로 배열되는 상이한 마모 층들을 갖는 것이 바람직하다.
마모 요소의 재료는 링의 기본 재료보다 작은 내마모성을 갖는 것이 바람직하다.
마모 요소는, 예를 들어 구리, 주석, 청동 또는 합금 등과 같은 작은 내마모성의 내열성 재료로 제조된다. 이러한 재료의 연성화 온도는 엔진 동작 중에 가장 높이 도달할 수 있는 온도를 견뎌야 한다.
마모 요소는, 마모 요소가 위에 배열되는 표면의 10 내지 100%에서 각각 중첩되거나 덮는 것이 바람직하다.
마모 요소가 위에 배열되는 표면의 연부로부터 소정 거리에서 마모 요소가 축방향 및/또는 반경방향으로 배열되는 것이 바람직하다.
버트 단부 영역들은 하나의 단차부를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.
버트 단부 영역들은 2개의 단차부를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.
버트 단부 영역들은 계단 형상 방식으로 형성되는 것이 바람직하다.
평면 내에 놓이고, 링 축방향 및 링 반경방향으로 걸쳐지고, 제2 버트 단부 영역 내에 배열되는 적어도 하나의 표면은, 적어도 하나의 표면과 결합되고, 하나의 평면 내에 놓이고, 링 축방향 및 링 반경방향으로 걸쳐지고, 제1 버트 단부 영역 내에 배열되는 제1 구조물을 갖는 것이 바람직하다.
그에 따라, 축방향 링 갭의 추가적인 밀봉부가 생성된다. 구조물들은, 서로 교차하고/하거나 예를 들어 직선형, 아치형 또는 편평한 방식으로 오프셋되는 것과 같이 순서 없이 정렬될 수 있고, 0.2 내지 12.5 ㎛, 바람직하게는 0.4 내지 10 ㎛, 특히 바람직하게는 0.8 내지 6.3 ㎛의 조도(Ra)를 갖는다.
마모 요소의 강도가 압축 링의 강도보다 1 내지 80%, 바람직하게는 1 내지 40%, 특히 바람직하게는 1 내지 20% 낮은 것이 바람직하다.
추가적인 양태에 따라, 본 발명은 압축 링에서 연삭하기 위한 방법에 관한 것으로서, 이러한 방법은 홈 내로의 와이어 롤링, 레이저 재용융, 레이저 금속 침착(laser metal deposition), 침착 용접, 용사(thermal spraying), 및/또는 갈바닉 또는 화학적 침착 또는 소결로 마모 요소를 적용하는 단계; 및 압축 링의 축방향 및/또는 반경방향 공칭 크기에 도달할 때까지, 버트 단부 영역들을 서로에 대해 이동시켜 마모 요소의 마모를 생성하는 단계를 포함한다.
엔진 작동 중에, 링의 버트는 온도를 통한 직경 변화 및 행정에 걸친 온도 의존적 직경 변화에 따라 원주방향으로 주기적인 개방 및 폐쇄 이동을 수행하고, 그에 따라 간극 내로 돌출하는 재료를 연삭할 것이다. 마모 요소의 마모는 체계적으로 이루어져야 하고, 다시 말해서 마모 요소는 축방향 및 반경방향으로 링의 공칭 크기에 도달할 때까지 연삭된다.
도입되는 재료는 실제 제조 공정이 끝날 때 도입되고, 이어서 재료 마모가 없는 상태에서 측정된 축 방향 간극을 0.05 mm 이상 초과해야 한다.
아래 도면을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시형태에 대해 이하에서 보다 구체적으로 설명할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 압축 링의 축방향 버트 밀봉부를 갖는 버트 단부 영역을 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 압축 링의 축방향 및 반경방향 버트 밀봉부를 갖는 버트 단부 영역을 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 압축 링의 축방향 버트 밀봉부를 갖는 버트 단부 영역을 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 압축 링의 축방향 및 반경방향 버트 밀봉부를 갖는 버트 단부 영역을 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 압축 링의 축방향 버트 밀봉부를 갖는 버트 단부 영역을 도시한다. 압축 링은 제1 버트 단부 영역 상의 링 주행 표면(2), 제2 버트 단부 영역 상의 링 주행 표면(2'), 링 내부 표면(4), 상단 링 측면 표면(6), 및 하단 링 측면 표면(8)을 포함한다. 제1 버트 단부 영역은 원주방향으로 입방체형 돌출부(10)를 가지며, 제2 버트 단부 영역은 마찬가지 원주방향으로 매칭되는 입방체형 함몰부(12)를 갖는다. 돌출부(10) 및 함몰부(12)는 축방향 및 반경방향으로 동일한 배향을 갖는 2개의 각각 대향되는 표면들의 중첩 영역을 형성한다. 적어도 각각의 공칭 직경 또는 공칭 크기 내에서, 즉 링의 설치를 위해서 제공되는 이론적 크기 내에서, 서로 대향되게 놓이는 표면들은 서로 적어도 부분적으로 대향되게 놓인다. 마모 요소가 적용되는 표면을 완전히 덮지 않는, 그리고 반경방향으로 중심에 그리고 원주방향을 따라 링 갭의 방향으로 오프셋되어 배열되는 마모 요소(14)는, 축방향에 직각인 함몰부(12) 내의 표면 상에 배열된다. 마모 요소(14)는 또한, 마모 요소가 적용되는 표면의 연부로부터 이격되어 배열된다.
양 버트 단부 영역들은 2개의 단차부를 가지고 형성되며, 돌출부(10)의 반경방향 치수는 압축 링의 반경방향 공칭 크기의 약 2/3에 해당하고, 돌출부(10)의 축방향 치수는 압축 링의 축방향 공칭 크기의 약 3/4에 해당한다는 것을 도 1에서 더 확인할 수 있다. 제1 버트 단부 영역은, 돌출부(10)의 가장 높은 지점에 해당하고, 링의 축방향 및 링의 반경방향이 걸쳐지는 평면 내에 위치되는, 제1 버트 단부를 갖는다. 제2 버트 단부 영역은, 마찬가지로 링의 축방향 및 링의 반경방향이 걸쳐지는 평면 내에 위치되나 함몰부(12)의 가장 낮은 지점에 해당하는 표면을 갖는다. 제1 버트 단부와 표면은 서로 대향되게 놓인다.
이하의 표면들이 도 1에서 표면 접촉될 수 있다: 축방향에 직각인 돌출부(10) 상의 표면이 축방향에 직각인 함몰부(12) 상의 표면과 접촉될 수 있고, 반경방향에 직각인 돌출부(10) 상의 표면이 반경방향에 직각인 함몰부(12) 상의 표면과 접촉될 수 있고, 원주방향에 직각이고 돌출부(10)의 가장 높은 지점에 해당하는 돌출부(10) 상의 표면이 원주방향에 직각이고 함몰부(12)의 가장 늦은 지점에 해당하는 함몰부(12) 상의 표면과 접촉될 수 있다. 함몰부(12)의 가장 높은 지점은 제2 버트 단부를 형성하고 제1 버트 단부 영역 내의 대향 표면과 표면 접촉될 수 없는데, 그 이유는 상기 표면이 곡률을 가지기 때문이다.
도 2는 본 발명에 따른 압축 링의 축방향 및 반경방향 버트 밀봉부를 갖는 버트 단부 영역을 도시한다. 압축 링은 제1 버트 단부 영역 상의 링 주행 표면(2), 제2 버트 단부 영역 상의 링 주행 표면(2'), 링 내부 표면(4), 상단 링 측면 표면(6), 및 하단 링 측면 표면(8)을 포함한다. 제1 버트 단부 영역은 원주방향으로 입방체형 돌출부(10)를 가지며, 제2 버트 단부 영역은 마찬가지 원주방향으로 매칭되는 입방체형 함몰부(12)를 갖는다. 돌출부(10) 및 함몰부(12)는 축방향 및 반경방향으로 동일한 배향을 갖는 2개의 각각 대향되는 표면들의 중첩 영역을 형성한다. 적어도 각각의 공칭 직경 또는 공칭 크기 내에서, 즉 링의 설치를 위해서 제공되는 이론적 크기 내에서, 서로 대향되게 놓이는 표면들은 서로 적어도 부분적으로 대향되게 놓인다. 축방향 마모 요소(14)가, 축방향에 직각인 함몰부(12) 내의 표면 상에 배열되고, 반경방향 마모 요소(14')가, 반경방향에 직각인 함몰부(12) 내의 표면 상에 배열된다. 양 마모 요소(14, 14')는 이러한 마모 요소들이 적용되는 표면을 완전히 덮지 않고, 각각의 적용 표면 상에서 각각 반경방향 또는 축방향으로 그리고 원주방향으로 이러한 표면의 중앙에 배열된다. 마모 요소(14, 14')는 또한, 마모 요소들이 적용되는 표면의 연부로부터 이격되어 배열된다.
양 버트 단부 영역들은 2개의 단차부로 형성되고, 돌출부(10)의 반경방향 치수는 압축 링의 반경방향 공칭 크기의 약 2/3에 해당하고, 돌출부(10)의 축방향 치수는 압축 링의 축방향 공칭 크기의 약 3/4에 해당한다는 것을 도 2에서 더 확인할 수 있다. 제1 버트 단부 영역은, 돌출부(10)의 가장 높은 지점에 해당하고 링의 축방향 및 링의 반경방향이 걸쳐지는 평면 내에 위치되는, 제1 버트 단부를 갖는다. 제2 버트 단부 영역은, 마찬가지로 링의 축방향 및 링의 반경방향이 걸쳐지는 평면이 위치되는 그러나 함몰부(12)의 가장 낮은 지점에 해당하는, 표면을 갖는다. 제1 버트 단부와 표면은 서로 대향되게 놓인다.
이하의 표면들이 도 2에서 표면 접촉될 수 있다: 축방향에 직각인 돌출부(10) 상의 표면이 축방향에 직각인 함몰부(12) 상의 표면과 접촉될 수 있고, 반경방향에 직각인 돌출부(10) 상의 표면이 반경방향에 직각인 함몰부(12) 상의 표면과 접촉될 수 있고, 원주방향에 직각이고 돌출부(10)의 가장 높은 지점에 해당하는 돌출부(10) 상의 표면이 원주방향에 직각이고 함몰부(12)의 가장 늦은 지점에 해당하는 함몰부(12) 상의 표면과 접촉될 수 있다. 함몰부(12)의 가장 높은 지점은 제2 버트 단부를 형성하고 제1 버트 단부 영역 내의 대향 표면과 표면 접촉될 수 없는데, 그 이유는 상기 표면이 곡률을 가지기 때문이다.
2
제1 버트 단부 영역 상의 링 주행 표면
2' 제2 버트 단부 영역 상의 링 주행 표면
4 링 내부 표면
6 상단 링 측면 표면
8 하단 링 측면 표면
10 돌출부
12 함몰부
14 축방향 마모 요소
14' 반경방향 마모 요소
2' 제2 버트 단부 영역 상의 링 주행 표면
4 링 내부 표면
6 상단 링 측면 표면
8 하단 링 측면 표면
10 돌출부
12 함몰부
14 축방향 마모 요소
14' 반경방향 마모 요소
Claims (15)
- 압축 링으로서,
제1 버트(butt) 단부 영역 상의 링 주행 표면(2);
제2 버트 단부 영역 상의 링 주행 표면(2');
링 내부 표면(4);
상단 링 측면(flank) 표면(6); 및
하단 링 측면 표면(8)
을 포함하고,
상기 링은 중첩되는 버트 단부 영역들을 가지고,
상기 제1 버트 단부 영역은 원주방향으로 적어도 하나의 돌출부(10)를 가지고, 상기 제2 버트 단부 영역은 원주방향으로 적어도 하나의 함몰부(12)를 가지며,
상기 적어도 하나의 돌출부(10)는 축방향 또는 반경방향 중 적어도 한 방향의 중첩 표면을 형성하고, 상기 적어도 하나의 함몰부(12)는 적어도 하나의 평행 표면을 형성하고, 상기 평행 표면은 상기 축방향 또는 반경방향 중 적어도 한 방향의 중첩 표면에 적어도 부분적으로 대향되게 놓여 버트 유극의 변화에 반응하여 서로 평행하게 이동하며,
서로 평행하게 이동될 수 있는 표면들 중 적어도 하나는 축방향 마모 요소(14) 또는 반경방향 마모 요소(14') 중 적어도 하나를 구비하고,
상기 마모 요소(14, 14')는 내열성 금속 재료로 제조되고,
상기 마모 요소(14, 14')의 재료는 상기 압축 링의 재료보다 작은 내마모성을 가지는,
압축 링. - 제1항에 있어서,
상기 링은 공칭(nominal) 직경 내에서 상기 중첩 버트 단부 영역들을 갖는,
압축 링. - 제1항에 있어서,
서로 평행하게 이동할 수 있는 상기 표면들은 적어도 공칭 직경 내에서 서로 부분적으로 대향되게 놓이는,
압축 링. - 제1항에 있어서,
상기 마모 요소(14, 14')는 0.005 mm의 최소 두께를 가지는,
압축 링. - 제1항에 있어서,
상기 마모 요소(14, 14')는,
상이한 재료들을 포함하는, 서로 상하로 배열되는 상이한 마모 층들을 갖는,
압축 링. - 제1항에 있어서,
상기 마모 요소(14, 14')는,
상기 마모 요소(14, 14')가 위에 배열되는 상기 표면의 10% 내지 100%에서 각각 중첩되거나 덮는,
압축 링. - 제1항에 있어서,
상기 마모 요소(14, 14')가 위에 배열되는 상기 표면의 연부로부터 소정 거리에서 상기 마모 요소(14, 14')가 축방향 또는 반경방향 중 적어도 한 방향으로 배열되는,
압축 링. - 제1항에 있어서,
상기 버트 단부 영역들은 하나의 단차부를 갖도록 형성되는,
압축 링. - 제1항에 있어서,
상기 버트 단부 영역들은 2개의 단차부를 갖도록 형성되는,
압축 링. - 제1항에 있어서,
상기 버트 단부 영역들은 계단 형상 방식으로 형성되는,
압축 링. - 제1항에 있어서,
평면 내에 놓이고, 링 축방향 및 링 반경방향으로 걸쳐지고, 상기 제2 버트 단부 영역 내에 배열되는 적어도 하나의 표면이, 적어도 하나의 표면과 결합되고, 하나의 평면 내에 놓이고, 링 축방향 및 링 반경방향으로 걸쳐지고, 상기 제1 버트 단부 영역 내에 배열되는 제1 구조물을 갖는,
압축 링. - 제1항에 있어서,
상기 마모 요소(14, 14')의 강도는 상기 압축 링의 강도보다 1 내지 80% 낮은,
압축 링. - 제1항에 있어서,
상기 마모 요소(14, 14')의 강도는 상기 압축 링의 강도보다 1 내지 40% 낮은,
압축 링. - 제1항에 있어서,
상기 마모 요소(14, 14')의 강도는 상기 압축 링의 강도보다 1 내지 20% 낮은,
압축 링. - 제1항 내지 제14항에 따른 압축 링을 카운터싱크 가공(countersinking)하기 위한 방법으로서,
홈 내로의 와이어 롤링, 레이저 재용융, 레이저 금속 침착, 침착 용접, 용사, 또는 갈바닉 또는 화학적 침착 또는 소결 중 적어도 하나로 마모 요소(14, 14')를 적용하는 단계; 및
상기 압축 링의 축방향 또는 반경방향 중 적어도 한 방향의 공칭 크기에 도달할 때까지, 상기 버트 단부 영역들을 서로에 대해 이동시켜 상기 마모 요소(14, 14')의 마모를 생성하는 단계
를 포함하는,
방법.
Applications Claiming Priority (3)
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