KR20240068770A - 피스톤 링 및 승압 펌프 - Google Patents

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KR20240068770A
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모토시 하라다
겐지 나카미치
유이치 기하라
기미히코 미츠다
히데아키 아사이
준 후카다
다이스케 히라야마
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엠에이치아이 엔에스 엔지니어링 가부시키가이샤
가부시끼가이샤 리켄
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Abstract

저압측 합구(21a)를 갖는 저압측 링(21)과, 고압측 합구(22a)를 갖는 고압측 링(22)을 구비하고, 저압측 링(21) 및 고압측 링(22)은, 고압측 링(22)이 압축되는 유체에 근접하도록 축선(X)을 따른 방향으로 중첩되어 배치되고, 저압측 링(21)에는, 피스톤에 대한 둘레 방향(CD)의 회전을 규제하는 저압측 회전 규제부가 형성되어 있고, 고압측 링(22)에는, 피스톤에 대한 둘레 방향(CD)의 회전을 규제하는 고압측 회전 규제부(22b)와, 저압측 링(21)을 향하여 돌출됨과 함께 저압측 합구(21a)에 삽입되는 저압측 돌출부(22c)가 형성되어 있고, 저압측 돌출부(22c)는, 둘레 방향(CD)의 양측에 있어서 저압측 링(21)과의 사이에 간극을 마련한 상태에서 저압측 합구(21a)에 삽입되는 피스톤 링(20)을 제공한다.

Description

피스톤 링 및 승압 펌프
본 개시는 유체를 압축하는 피스톤에 설치되는 피스톤 링 및 승압 펌프에 관한 것이다.
종래, 왕복동식의 펌프 등에 사용되는 피스톤에 설치되는 피스톤 링으로서, 피스톤이 왕복동하는 방향으로 저압측 링과 고압측 링을 2단으로 중첩하여 배치한 것이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 특허문헌 1에 개시되는 피스톤 링은, 저압측 링의 합구(合口)에 고압측 링의 볼록부가 삽입되고, 고압측 링의 합구에 저압측 링의 볼록부가 삽입된다. 특허문헌 1에 개시되는 피스톤 링에 의하면, 합구에 볼록부가 들어가기 때문에, 합구로부터의 유체의 누출을 억제하여, 피스톤 링의 기밀성이 향상된다.
일본 특허 공개 제2012-117393호 공보
특허문헌 1에 개시되는 피스톤 링에 있어서, 고압측 링과 저압측 링은, 각각 피스톤 링의 둘레 방향으로 이동 가능하게 링 홈에 설치된다. 그 때문에, 고압측 링의 볼록부가, 저압측 링의 합구의 둘레 방향의 한쪽측으로 치우쳐서 배치될 가능성이 있고, 그 경우에는 저압측 링의 합구의 둘레 방향의 다른 쪽 측에 형성되는 간극이 커진다. 이 간극에 배치되는 고압측 링의 영역에 있어서는, 피스톤에 의해 압축되는 유체의 압력이 작용하면, 작용한 압력을 저압측 링에 전달할 수 없기 때문에, 응력이 집중되어 피로 파괴에 이를 가능성이 있다.
본 개시는, 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 저압측 링의 저압측 합구에 삽입되는 고압측 링의 저압측 돌출부가 둘레 방향의 한쪽측으로 치우쳐서 배치되어, 고압측 링의 일부 영역에 응력이 집중되어 피로 파괴에 이르는 것을 방지하는 것이 가능한 피스톤 링 및 승압 펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 일 양태에 관한 피스톤 링은, 축선을 따라 원통상으로 형성됨과 함께 상기 축선을 따라 왕복동하여 유체를 압축하는 피스톤에 설치되는 피스톤 링이며, 상기 피스톤의 외주면에 형성된 홈부에 삽입되고, 상기 축선에 대하여 둘레 방향으로 연장되는 원환상으로 형성됨과 함께 저압측 합구를 갖는 저압측 링과, 상기 홈부에 삽입되고, 상기 둘레 방향으로 연장되는 원환상으로 형성됨과 함께 고압측 합구를 갖는 고압측 링을 구비하고, 상기 저압측 링 및 상기 고압측 링은, 상기 고압측 링이 압축되는 유체에 근접하도록 상기 축선을 따른 방향으로 중첩되어 배치되고, 상기 저압측 링에는, 상기 피스톤에 대한 상기 둘레 방향의 회전을 규제하는 저압측 회전 규제부가 형성되어 있고, 상기 고압측 링에는, 상기 피스톤에 대한 상기 둘레 방향의 회전을 규제하는 고압측 회전 규제부와, 상기 저압측 링을 향하여 돌출됨과 함께 상기 저압측 합구에 삽입되는 저압측 돌출부가 형성되어 있고, 상기 저압측 돌출부는, 상기 둘레 방향의 양측에 있어서 상기 저압측 링과의 사이에 간극을 마련한 상태에서 상기 저압측 합구에 삽입된다.
본 개시에 의하면, 저압측 링의 저압측 합구에 삽입되는 고압측 링의 저압측 돌출부가 둘레 방향의 한쪽측으로 치우쳐서 배치되어, 고압측 링의 일부 영역에 응력이 집중되어 피로 파괴에 이르는 것을 방지하는 것이 가능한 피스톤 링 및 승압 펌프를 제공할 수 있다.
도 1은 본 개시의 제1 실시 형태에 관한 승압 펌프를 도시하는 종단면도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 피스톤 링을 고압측 링측에서 본 사시도이다.
도 3은 도 2에 나타내는 피스톤 링의 분해 사시도이다.
도 4는 도 2에 나타내는 피스톤 링을 고압측 링측에서 본 평면도이다.
도 5는 도 2에 나타내는 피스톤 링을 저압측 링측에서 본 평면도이다.
도 6은 도 4에 나타내는 A 부분을 피스톤 링의 직경 방향을 따라 본 도면이다.
도 7은 도 6에 나타내는 피스톤 링의 D-D 화살표 방향에서 본 단면도이다.
도 8은 도 4에 나타내는 B 부분을 피스톤 링의 직경 방향을 따라 본 도면이다.
도 9는 도 8에 나타내는 피스톤 링의 E-E 화살표 방향에서 본 단면도이다.
도 10은 도 4에 나타내는 C 부분을 피스톤 링의 직경 방향을 따라 본 도면이다.
도 11은 도 10에 나타내는 피스톤 링의 F-F 화살표 방향에서 본 단면도이다.
도 12는 본 개시의 제2 실시 형태에 관한 피스톤 링을 고압측 링측에서 본 평면도이다.
도 13은 본 개시의 제2 실시 형태에 관한 피스톤 링을 저압측 링측에서 본 평면도이다.
도 14는 본 개시의 제3 실시 형태에 관한 피스톤 링을 직경 방향을 따라 본 도면이다.
도 15는 도 14에 나타내는 피스톤 링의 G-G 화살표 방향에서 본 단면도이다.
도 16은 본 개시의 제4 실시 형태에 관한 피스톤 링을 직경 방향을 따라 본 도면이다.
도 17은 도 16에 나타내는 피스톤 링의 H-H 화살표 방향에서 본 단면도이다.
〔제1 실시 형태〕
이하, 본 개시의 제1 실시 형태에 관한 승압 펌프(100)에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 실시 형태에 관한 승압 펌프(100)를 도시하는 종단면도이다. 본 실시 형태의 승압 펌프(100)는, 저온(예를 들어, -253℃ 내지 -100℃)의 유체(예를 들어, 액체 수소, 액체 질소, 액체 아르곤, 액화 천연가스 등)를 압축하여 승압시키는 장치이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 승압 펌프(100)는, 피스톤(10)과, 피스톤 링(20)과, 피스톤 로드(30)와, 실린더 블록(40)과, 역지 밸브(50)와, 역지 밸브(60)를 구비한다.
피스톤(10)은, 실린더 블록(40)의 내부에 형성된 실린더(CL)의 내부에 있어서, 축선 X를 따라 왕복동하여 유체를 압축하는 부재이다. 피스톤(10)은, 축선 X를 따라 연장되도록 원통상으로 형성된다. 피스톤(10)은, 단부면(10a)과 실린더(CL)에 의해 획정되는 압축실(CS)을 축소함으로써 저온 유체를 압축한다.
피스톤 링(20)은, 실린더(CL)의 내주면과 대향하는 피스톤(10)의 외주면(10b)에 형성되는 복수개의 홈부(11)에 삽입되는 부재이다. 피스톤 링(20)은, 축선 X 주위의 둘레 방향을 따라 연장되는 원환상으로 형성된다. 피스톤 링(20)은, 실린더(CL)의 내주면과의 사이에 원환상의 시일 영역을 형성하고, 피스톤(10)이 왕복동할 때, 압축된 저온 유체가 고압측(압축실(CS)측)으로부터 저압측(피스톤 로드(30)측)으로 누출되는 것을 방지한다. 피스톤 링(20)의 상세한 구조에 대해서는, 후술한다.
피스톤 로드(30)는, 원형의 단면 형상을 갖는 막대 형상 부재이며, 일단부가 피스톤(10)에 연결되고, 타단부가 구동부(도시 생략)에 연결된다. 구동부는, 구동원으로부터의 동력에 의해 피스톤 로드(30)를 축선 X를 따라 직선적으로 왕복동시킨다.
실린더 블록(40)은, 그 내부에 중공 원통형의 실린더(CL)를 갖는 부재이다. 실린더(CL)의 압축실(CS)에는, 대기압 상태에 가까운 저온 유체가 유입되는 유입구(41)와, 압축실(CS)에서 압축된 저온 유체가 유출되는 유출구(42)가 마련되어 있다. 유입구(41)에는, 도 1 중에 나타내는 유입 방향(압축실(CS)을 향한 방향)으로의 저온 유체의 유통을 허용하고, 역방향으로의 유통을 방해하는 역지 밸브(50)가 마련되어 있다. 유출구(42)에는, 도 1 중에 나타내는 유출 방향(압축실(CS)로부터 멀어지는 방향)으로의 저온 유체의 유통을 허용하고, 역방향으로의 유통을 방해하는 역지 밸브(60)가 마련되어 있다.
본 실시 형태의 승압 펌프(100)는, 구동부에 의해 구동되어 왕복동하는 피스톤 로드(30)에 설치된 피스톤(10)에 의해, 유입구(41)로부터 유입되는 저온 유체를 압축실(CS)에서 압축하고, 압축한 저온 유체를 유출구(42)로부터 외부에 공급한다.
다음으로, 피스톤 링(20)의 상세한 구조에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다. 도 2는 도 1에 나타내는 피스톤 링(20)을 고압측 링(22)측에서 본 사시도이다. 도 3은 도 2에 나타내는 피스톤 링(20)의 분해 사시도이다. 도 4는 도 2에 나타내는 피스톤 링(20)을 고압측 링(22)측에서 본 평면도이다. 도 5는 도 2에 나타내는 피스톤 링(20)을 저압측 링(21)측에서 본 평면도이다.
도 6은 도 4에 나타내는 A 부분을 피스톤 링(20)의 직경 방향(RDa)을 따라 본 도면이다. 도 7은 도 6에 나타내는 피스톤 링(20)의 D-D 화살표 방향에서 본 단면도이다. 도 8은 도 4에 나타내는 B 부분을 피스톤 링(20)의 직경 방향(RDb)을 따라 본 도면이다. 도 9는 도 8에 나타내는 피스톤 링(20)의 E-E 화살표 방향에서 본 단면도이다.
도 10은 도 4에 나타내는 C 부분을 피스톤 링(20)의 직경 방향(RDc)을 따라 본 도면이다. 도 11은 도 10에 나타내는 피스톤 링(20)의 F-F 화살표 방향에서 본 단면도이다. 도 7, 도 9, 도 11의 단면도에 나타내는 화살표는, 압축실(CS)로부터 홈부(11)로 유입되는 유체의 유입 방향을 나타내고 있다. 후술하는 도 15 및 도 17의 단면도에 나타내는 화살표도, 압축실(CS)로부터 홈부(11)로 유입되는 유체의 유입 방향을 나타내고 있다.
도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 피스톤 링(20)은, 피스톤(10)의 홈부(11)에 설치되는 것이며, 저압측 링(21)과, 고압측 링(22)과, 내측 링(23)과, 백업 링(24)을 구비한다. 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 피스톤 링(20)은, 저압측 링(21)과 고압측 링(22)을 축선 X를 따라 중첩시킨 것을 외주측에 배치하고, 그 내측에 내측 링(23)을 배치하고, 내측 링(23)의 더 내측에 백업 링(24)을 배치하여 일체화한 것이다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 저압측 링(21)과 고압측 링(22)은, 축선 X를 따른 방향으로 중첩되어 배치된다. 고압측 링(22)은, 압축된 유체에 근접하도록, 저압측 링(21)보다도 압축실(CS)에 근접한 측에 배치된다. 도 5에 나타내는 저압측 링(21)의 외경 D1은, 도 4에 나타내는 고압측 링(22)의 외경 D2와 일치하고 있다.
저압측 링(21)과 고압측 링(22)과 내측 링(23)은 PEEK(폴리에테르에테르케톤)이나 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌) 등의 수지 재료에 의해 형성되어 있다. 백업 링(24)은, 스테인리스 등의 금속 재료에 의해 형성되어 있다.
저압측 링(21)은, 피스톤(10)의 외주면(10b)에 형성된 홈부(11)에 삽입되고, 축선 X에 대하여 둘레 방향 CD로 연장되는 원환상으로 형성되는 부재이다. 피스톤(10)의 홈부(11)는, 축선 X 주위에 환상으로 형성된다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 홈부(11)는, 고압측 측면(11a)과, 저압측 측면(11b)과, 저면(11c)을 갖는다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 저압측 링(21)은, 둘레 방향 CD에 있어서 이격된 한 쌍의 단부가 간극을 두고 대향하여 배치되는 저압측 합구(21a)를 갖는다. 저압측 링(21)은, 내측 링(23)으로부터 직경 방향의 외측을 향한 가압력을 받아, 실린더(CL)의 내주면에 접촉한다.
도 3 및 도 5에 도시한 바와 같이, 저압측 링(21)에는, 피스톤(10)에 대한 둘레 방향 CD의 회전을 규제하는 저압측 회전 규제부(21b)가 형성되어 있다. 저압측 회전 규제부(21b)는, 저압측 링(21)의 내주면으로부터 내측 링(23)의 외주면을 향하여 돌출되는 형상을 갖고, 내측 링(23)의 외주면에 형성되는 오목부(23c)에 걸림 결합한다. 도 5에 도시한 바와 같이, 저압측 회전 규제부(21b)는, 둘레 방향 CD에 있어서, 저압측 합구(21a)로부터 180도 이격된 위치에 배치된다.
후술하는 바와 같이, 내측 링(23)은, 피스톤(10)에 대하여 축선 X 둘레로 회전하지 않도록 배치된다. 그 때문에, 저압측 회전 규제부(21b)가 내측 링(23)의 오목부(23c)에 걸림 결합하면, 저압측 링(21)이 피스톤(10)에 대하여 축선 X 주위의 둘레 방향 CD로 회전하지 않도록 규제된다. 이에 의해, 피스톤(10)에 대하여 저압측 링(21)의 둘레 방향 CD의 위치가 고정된다.
고압측 링(22)은, 피스톤(10)의 외주면(10b)에 형성된 홈부(11)에 삽입되고, 축선 X에 대하여 둘레 방향 CD로 연장되는 원환상으로 형성되는 부재이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 고압측 링(22)은, 둘레 방향 CD에 있어서 이격된 한 쌍의 단부가 간극을 두고 대향하여 배치되는 고압측 합구(22a)를 갖는다. 고압측 링(22)은, 내측 링(23)으로부터 직경 방향의 외측을 향한 가압력을 받아, 실린더(CL)의 내주면에 접촉한다.
도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 고압측 링(22)에는, 피스톤(10)에 대한 둘레 방향 CD의 회전을 규제하는 고압측 회전 규제부(22b)가 형성되어 있다. 도 8 및 도 9에 나타내는 바와 같이, 고압측 회전 규제부(22b)는, 피스톤(10)의 외주면에 형성되는 홈부(11)의 고압측 측면(11a)을 향하여 돌출되는 형상을 갖는다.
고압측 회전 규제부(22b)는, 고압측 측면(11a)에 형성되는 고압측 회전 규제 홈(11d)에 걸림 결합한다. 이에 의해, 피스톤(10)에 대하여, 고압측 링(22)의 둘레 방향 CD의 회전이 규제된다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 고압측 회전 규제부(22b)는, 둘레 방향 CD에 있어서, 고압측 합구(22a)로부터 180도 이격된 위치에 배치된다.
도 3 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 고압측 링(22)에는, 저압측 링(21)을 향하여 돌출됨과 함께 저압측 합구(21a)에 삽입되는 저압측 돌출부(22c)가 형성되어 있다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 저압측 돌출부(22c)는, 둘레 방향 CD의 양측에 있어서, 저압측 링(21)과의 사이에 각각 길이 L1의 간극을 마련한 상태에서, 저압측 합구(21a)에 삽입된다.
저압측 링(21) 및 고압측 링(22) 각각은, 피스톤(10)에 대하여 둘레 방향 CD의 회전이 규제되어 있다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 피스톤(10)이 왕복동을 반복해도, 저압측 돌출부(22c)와 저압측 링(21)은, 각각 길이 L1의 간극을 마련한 상태로 유지된다.
여기서, 본 실시 형태의 비교예에 대하여 설명한다. 본 실시 형태의 비교예의 피스톤 링은, 저압측 회전 규제부(21b) 및 고압측 회전 규제부(22b) 중 적어도 어느 것을 구비하고 있지 않아, 저압측 링(21) 또는 고압측 링(22) 중 어느 한쪽의 둘레 방향 CD의 회전이 규제되어 있지 않은 것으로 한다.
비교예의 피스톤 링은, 저압측 링(21) 또는 고압측 링(22) 중 어느 한쪽의 둘레 방향 CD의 회전이 규제되어 있지 않기 때문에, 피스톤(10)이 왕복동을 반복하면, 도 8에 파선으로 나타낸 바와 같이, 저압측 돌출부(22c)의 둘레 방향의 한쪽측 단부와 저압측 링(21)이 접촉한 상태가 되는 경우가 있다. 이 경우, 저압측 돌출부(22c)의 둘레 방향 CD의 한쪽측의 단부와 저압측 링(21) 사이의 간극이 길이 L1의 2배의 길이 L2가 되어버린다.
비교예의 피스톤 링에 있어서, 저압측 돌출부(22c)의 둘레 방향 CD의 한쪽측의 단부와 저압측 링(21) 사이의 간극이 길어지면, 간극의 위치에 배치되는 고압측 링(22)에 작용하는 응력이 증대되어 버린다. 이것은, 간극의 부분에 저압측 링(21)이 존재하지 않아, 압축된 유체의 압력이 간극의 위치에 배치되는 고압측 링(22)에 걸리기 때문이다. 그것에 비하여, 본 실시 형태의 피스톤 링(20)은, 저압측 링(21) 및 고압측 링(22)의 둘레 방향 CD의 회전이 규제되기 때문에, 간극의 길이가 길이 L1로 유지된다.
내측 링(23)은, 피스톤(10)의 외주면(10b)에 형성된 홈부(11)에 삽입되고, 축선 X에 대하여 둘레 방향 CD로 연장되는 원환상으로 형성되는 부재이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 내측 링(23)은, 둘레 방향 CD에 있어서 이격된 한 쌍의 단부가 간극을 두고 대향하여 배치되는 내측 합구(23a)를 갖는다.
도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 내측 링(23)은, 저압측 링(21)의 내주면 및 고압측 링(22)의 내주면에 접촉하여 배치되는 외주면을 갖는다. 내측 링(23)은, 백업 링(24)으로부터 부여되는 직경 방향의 외측을 향한 가압력을 저압측 링(21) 및 고압측 링(22)의 양쪽에, 둘레 방향 CD의 각 위치에 있어서 균등하게 전달한다.
도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 내측 링(23)에는, 피스톤(10)에 대한 둘레 방향 CD의 회전을 규제하는 내측 회전 규제부(23b)가 형성되어 있다. 도 10 및 도 11에 나타내는 바와 같이, 내측 회전 규제부(23b)는, 피스톤(10)의 외주면에 형성되는 홈부(11)의 고압측 측면(11a)을 향하여 돌출되는 형상을 갖고, 고압측 측면(11a)에 형성되는 내측 회전 규제 홈(11e)에 걸림 결합한다. 이에 의해, 피스톤(10)에 대하여 내측 링(23)의 둘레 방향 CD의 회전이 규제된다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 내측 회전 규제부(23b)는, 둘레 방향 CD에 있어서, 내측 합구(23a)로부터 180도 이격된 위치에 배치된다.
도 5 및 도 11에 나타내는 바와 같이, 내측 링(23)의 외주면에는, 직경 방향의 내측을 향하여 오목해지는 오목부(23c)가 형성되어 있다. 오목부(23c)에는, 저압측 링(21)의 저압측 회전 규제부(21b)가 걸림 결합된다. 오목부(23c)에 걸림 결합되는 저압측 링(21)은, 내측 링(23)에 대하여 둘레 방향 CD의 회전이 규제된다.
백업 링(24)은, 피스톤(10)의 외주면(10b)에 형성된 홈부(11)에 삽입되고, 축선 X에 대하여 둘레 방향 CD로 연장되는 원환상으로 형성되는 부재이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 백업 링(24)은, 둘레 방향 CD에 있어서 이격된 한 쌍의 단부가 간극을 두고 대향하여 배치되는 합구(24a)를 갖는다.
도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 백업 링(24)은, 내측 링(23)의 내주면에 접촉하여 배치되는 외주면을 갖는다. 백업 링(24)은, 금속 재료에 의해 탄성 변형 가능하게 형성되어 있으며, 둘레 방향 CD의 각 위치에 있어서 직경 방향의 외측을 향한 가압력을 내측 링(23)에 부여한다.
이상 설명한 본 실시 형태의 피스톤 링(20)이 발휘하는 작용 및 효과에 대하여 설명한다.
본 실시 형태의 피스톤 링(20)에 의하면, 저압측 회전 규제부(21b)에 의해 저압측 링(21)의 피스톤(10)에 대한 둘레 방향 CD의 회전이 규제되고, 고압측 회전 규제부(22b)에 의해 고압측 링(22)의 피스톤(10)에 대한 둘레 방향 CD의 회전이 규제된다. 그 때문에, 피스톤(10)의 왕복동을 반복해도, 저압측 링(21) 및 고압측 링(22)의 둘레 방향 CD의 위치를 유지할 수 있다.
저압측 링(21) 및 고압측 링(22)의 둘레 방향 CD의 위치가 유지되기 때문에, 피스톤(10)의 왕복동을 반복해도, 고압측 링(22)이 갖는 저압측 돌출부(22c)가 둘레 방향의 CD 양측에 있어서 저압측 링(21)과의 사이에 간극을 둔 상태가 유지된다. 따라서, 저압측 링(21)의 저압측 합구(21a)에 삽입되는 고압측 링(22)의 저압측 돌출부(22c)가 둘레 방향 CD의 한쪽측에 치우쳐서 배치되어, 고압측 링(22)의 일부 영역에 응력이 집중되어 피로 파괴에 이르는 것을 방지할 수 있다.
본 실시 형태의 피스톤 링(20)에 의하면, 내측 회전 규제부(23b)에 의해 내측 링(23)의 피스톤(10)에 대한 둘레 방향 CD의 회전이 규제된다. 그 때문에, 내측 링(23)의 외주면에 형성되는 오목부(23c)에 저압측 회전 규제부(21b)를 걸림 결합시킴으로써 저압측 링(21)의 피스톤(10)에 대한 둘레 방향 CD의 회전을 규제할 수 있다.
〔제2 실시 형태〕
다음으로, 본 개시의 제2 실시 형태에 관한 승압 펌프에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시 형태는, 제1 실시 형태의 변형예이며, 이하에서 특별히 설명하는 경우를 제외하고, 제1 실시 형태와 마찬가지인 것으로 하고, 이하에서의 설명을 생략한다.
제1 실시 형태의 승압 펌프(100)가 구비하는 피스톤 링(20)은, 저압측 링(21)이 단일의 저압측 합구(21a)를 갖는 단일의 부재에 의해 형성되고, 고압측 링(22)이 단일의 고압측 합구(22a)를 갖는 단일의 부재에 의해 형성되는 것이었다. 그것에 비하여, 본 실시 형태의 승압 펌프가 구비하는 피스톤 링(20A)은, 저압측 링(21)이 2개의 저압측 합구(21a)에 의해 분할된 2개의 부재에 의해 형성되고, 고압측 링(22)이 2개의 고압측 합구(22a)에 의해 분할된 2개의 부재에 의해 형성되고, 내측 링(23)이 2개의 내측 합구(23a)에 의해 분할된 2개의 부재로 형성된다.
도 12는 본 개시의 본 실시 형태에 관한 피스톤 링(20A)을 고압측 링(22)측에서 본 평면도이다. 도 13은 본 실시 형태에 관한 피스톤 링(20A)을 저압측 링(21)측에서 본 평면도이다.
도 12에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 고압측 링(22)은, 둘레 방향 CD를 따라 180도의 간격을 두고 배치되는 2개의 고압측 합구(22a)에 의해 2개의 고압측 부재(22A1, 22A2)로 분할되어 있다. 도 12 및 도 13에 나타내는 바와 같이, 고압측 부재(22A1)와 고압측 부재(22A2) 각각에는, 고압측 회전 규제부(22b)와 저압측 돌출부(22c)가 형성되어 있다.
도 12 및 도 13에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 내측 링(23)은, 둘레 방향 CD를 따라 180도의 간격을 두고 배치되는 2개의 내측 합구(23a)에 의해 2개의 내측 부재(23A1, 23A2)로 분할되어 있다. 내측 부재(23A1)와 내측 부재(23A2) 각각에는, 내측 회전 규제부(23b)와 오목부(23c)가 형성되어 있다.
도 13에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 저압측 링(21)은, 둘레 방향 CD를 따라 180도의 간격을 두고 배치되는 2개의 저압측 합구(21a)에 의해 2개의 저압측 부재(21A1, 21A2)로 분할되어 있다. 저압측 부재(21A1)와 저압측 부재(21A2) 각각에는, 저압측 회전 규제부(21b)가 형성되어 있다.
1개의 저압측 링(21)에 마련하는 저압측 합구(21a)의 둘레 방향 CD의 길이(간극)는, 저온 유체에 의한 수축량 등을 고려하여, 일정한 길이로 정해진다. 제1 실시 형태의 저압측 링(21)은, 저압측 합구(21a)를 1개만 갖지만, 본 실시 형태의 저압측 링(21)은 저압측 합구(21a)를 2개 갖는다. 그 때문에, 본 실시 형태의 저압측 링(21)의 저압측 합구(21a)의 둘레 방향 CD의 길이는, 제1 실시 형태의 저압측 링(21)의 저압측 합구(21a)의 둘레 방향 CD의 길이의 절반으로 할 수 있다.
본 실시 형태에 의하면, 제1 실시 형태에 비하여, 저압측 링(21)의 저압측 합구(21a)의 둘레 방향 CD의 길이를 짧게 할 수 있다. 그 때문에, 제1 실시 형태의 저압측 링(21)보다도, 저압측 합구(21a)에 배치되는 고압측 링(22)에 작용하는 저압 유체의 압력에 의한 응력을 저감할 수 있다.
이상의 설명에 있어서, 피스톤 링(20A)은, 저압측 링(21)이 2개의 저압측 합구(21a)에 의해 분할된 2개의 부재에 의해 형성되고, 고압측 링(22)이 2개의 고압측 합구(22a)에 의해 분할된 2개의 부재에 의해 형성되고, 내측 링(23)이 2개의 내측 합구(23a)에 의해 분할된 2개의 부재로 형성되어 있는 것으로 했지만, 다른 양태여도 된다.
예를 들어, 피스톤 링(20A)은, 저압측 링(21)이 2 이상의 소정 수의 저압측 합구(21a)에 의해 분할된 소정 수의 저압측 부재에 의해 형성되고, 고압측 링(22)이 소정 수의 고압측 합구(22a)에 의해 분할된 소정 수의 고압측 부재에 의해 형성되고, 내측 링(23)이 소정 수의 내측 합구(23a)에 의해 분할된 소정 수의 내측 부재로 형성되어 있어도 된다.
이 경우, 소정 수의 고압측 부재 각각에는, 고압측 회전 규제부(22b)와 저압측 돌출부(22c)가 형성된다. 또한, 소정 수의 내측 부재 각각에는, 내측 회전 규제부(23b)와 오목부(23c)가 형성된다. 또한, 소정 수의 저압측 부재 각각에는, 저압측 회전 규제부(21b)가 형성된다.
〔제3 실시 형태〕
다음으로, 본 개시의 제3 실시 형태에 관한 승압 펌프에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시 형태는, 제1 실시 형태의 변형예이며, 이하에서 특별히 설명하는 경우를 제외하고, 제1 실시 형태와 마찬가지인 것으로 하고, 이하에서의 설명을 생략한다.
제1 실시 형태의 승압 펌프(100)가 구비하는 피스톤 링(20)은, 고압측 회전 규제부(22b)에 의해 고압측 링(22)의 둘레 방향 CD의 회전을 규제하는 것이었다. 그것에 비하여, 본 실시 형태의 승압 펌프가 구비하는 피스톤 링(20B)은, 고압측 회전 규제부(22b)와 저압측 돌출부(22c)의 양쪽에 의해, 고압측 링(22)의 둘레 방향 CD의 회전을 규제하는 것이다.
도 14는 본 실시 형태에 관한 피스톤 링(20B)을 직경 방향을 따라 본 도면이다. 도 15는 도 14에 나타내는 피스톤 링의 G-G 화살표 방향에서 본 단면도이다. 도 14 및 도 15에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 피스톤 링(20B)이 구비하는 고압측 링(22)의 저압측 돌출부(22c)는, 홈부(11)의 저압측 측면(11b)에 형성되는 저압측 회전 규제 홈(11f)에 걸림 결합하는 형상을 갖는다. 저압측 회전 규제 홈(11f)은, 저압측 링(21)과 대향하는 저압측 측면(11b)에 형성되고, 축선 X에 직교하는 직경 방향으로 연장되도록 형성된다.
본 실시 형태의 피스톤 링(20B)에 의하면, 고압측 링(22)의 저압측 돌출부(22c)를 저압측 측면(11b)에 형성되는 저압측 회전 규제 홈(11f)에 걸림 결합시킴으로써, 고압측 링(22)이 둘레 방향 CD로 회전하는 것을 규제할 수 있다. 고압측 회전 규제부(22b)와 저압측 돌출부(22c)의 양쪽에 의해 고압측 링(22)이 둘레 방향 CD로 회전하는 것이 규제되기 때문에, 고압측 회전 규제부(22b)만으로 규제하는 경우에 비해, 고압측 회전 규제부(22b)에 발생하는 응력을 저감할 수 있다.
〔제4 실시 형태〕
다음으로, 본 개시의 제4 실시 형태에 관한 승압 펌프에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시 형태는, 제1 실시 형태의 변형예이며, 이하에서 특별히 설명하는 경우를 제외하고, 제1 실시 형태와 마찬가지인 것으로 하고, 이하에서의 설명을 생략한다.
제1 실시 형태의 승압 펌프(100)가 구비하는 피스톤 링(20)은, 홈부(11)의 고압측 링(22)과 대향하는 고압측 측면(11a)을 향하여 돌출되는 형상을 갖는 고압측 회전 규제부(22b)를 구비하는 것이었다. 그것에 비하여, 본 실시 형태의 승압 펌프가 구비하는 피스톤 링(20C)은, 홈부(11)의 저압측 측면(11b)을 향하여 오목한 형상을 갖는 고압측 회전 규제부(22d)를 구비하는 것이다.
도 16은 본 실시 형태에 관한 피스톤 링(20C)을 직경 방향을 따라 본 도면이다. 도 17은 도 16에 나타내는 피스톤 링의 H-H 화살표 방향에서 본 단면도이다. 도 16 및 도 17에 나타내는 바와 같이, 피스톤 링(20C)은, 홈부(11)의 저압측 측면(11b)을 향하여 오목한 형상을 갖는 고압측 회전 규제부(22d)를 구비한다. 고압측 회전 규제부(22d)는, 홈부(11)의 고압측 측면(11a)으로부터 고압측 링(22)을 향하여 돌출되는 돌출부(11g)에 걸림 결합되도록 배치된다. 돌출부(11g)는, 축선 X에 직교하는 직경 방향으로 연장되도록 형성된다.
고압측 링(22)은, 고압측 회전 규제부(22d)를 돌출부(11g)에 걸림 결합시킴으로써, 둘레 방향 CD의 회전이 규제된다. 그 때문에, 피스톤(10)의 왕복동을 반복해도, 저압측 링(21) 및 고압측 링(22)의 둘레 방향 CD의 위치를 유지할 수 있다.
이상 설명한 본 실시 형태에 기재된 피스톤 링은, 예를 들어 이하와 같이 파악된다.
본 개시에 관한 피스톤 링(100)은, 축선 X를 따라 원통상으로 형성되는 피스톤(20)의 외주면에 형성된 홈부(11)에 삽입되고, 상기 축선에 대하여 둘레 방향 CD로 연장되는 원환상으로 형성됨과 함께 저압측 합구(21a)를 갖는 저압측 링(21)과, 상기 홈부에 삽입되고, 상기 둘레 방향으로 연장되는 원환상으로 형성됨과 함께 고압측 합구(22a)를 갖는 고압측 링(22)을 구비하고, 상기 저압측 링 및 상기 고압측 링은, 상기 고압측 링이 압축되는 유체에 근접하도록 상기 축선에 따른 방향에 중첩되어 배치되고, 상기 저압측 링에는, 상기 피스톤에 대한 상기 둘레 방향의 회전을 규제하는 저압측 회전 규제부(21b)가 형성되어 있고, 상기 고압측 링에는, 상기 피스톤에 대한 상기 둘레 방향의 회전을 규제하는 고압측 회전 규제부(22b)와, 상기 저압측 링을 향하여 돌출됨과 함께 상기 저압측 합구에 삽입되는 저압측 돌출부(22c)가 형성되어 있으며, 상기 저압측 돌출부는, 상기 둘레 방향의 양측에 있어서 상기 저압측 링과의 사이에 간극을 둔 상태에서 상기 저압측 합구에 삽입된다.
본 개시에 관한 피스톤 링에 의하면, 저압측 회전 규제부에 의해 저압측 링의 피스톤에 대한 둘레 방향의 회전이 규제되고, 고압측 회전 규제부에 의해 고압측 링의 피스톤에 대한 둘레 방향의 회전이 규제된다. 그 때문에, 피스톤의 왕복동을 반복해도, 저압측 링 및 고압측 링의 둘레 방향 위치가 유지된다. 저압측 링 및 고압측 링의 둘레 방향 위치가 유지되기 때문에, 피스톤의 왕복동을 반복해도, 고압측 링이 갖는 저압측 돌출부가, 둘레 방향의 양측에 있어서 저압측 링과의 사이에 간극을 둔 상태가 유지된다. 따라서, 저압측 링의 저압측 합구에 삽입되는 고압측 링의 저압측 돌출부가 둘레 방향의 한쪽측에 치우쳐서 배치되어, 고압측 링의 일부 영역에 응력이 집중되어 피로 파괴에 이르는 것을 방지할 수 있다.
본 개시에 관한 피스톤 링에 있어서, 상기 고압측 회전 규제부는, 상기 홈부의 상기 고압측 링과 대향하는 고압측 측면(11a)을 향하여 돌출되는 형상을 갖고, 상기 고압측 측면에 형성됨과 함께 상기 축선 X에 직교하는 직경 방향(RD)으로 연장되는 고압측 회전 규제 홈(11d)에 걸림 결합하는 구성으로 해도 된다.
본 구성의 피스톤 링에 의하면, 피스톤에 형성된 홈부의 고압측 측면을 향하여 돌출되는 형상을 갖는 고압측 회전 규제부를, 고압측 측면에 형성되는 고압측 회전 규제 홈에 걸림 결합시킴으로써, 고압측 링이 둘레 방향으로 회전하는 것을 규제할 수 있다.
상기 구성의 피스톤 링에 있어서, 상기 저압측 돌출부는, 상기 홈부의 상기 저압측 링과 대향하는 저압측 측면(11b)에 형성됨과 함께 상기 축선에 직교하는 직경 방향(RD)으로 연장되는 저압측 회전 규제 홈(11f)에 걸림 결합되는 구성으로 해도 된다.
본 구성의 피스톤 링에 의하면, 고압측 링의 저압측 돌출부를, 저압측 측면에 형성되는 저압측 회전 규제 홈에 걸림 결합시킴으로써, 고압측 링이 둘레 방향으로 회전하는 것을 규제할 수 있다. 고압측 회전 규제부와 저압측 돌출부의 양쪽에 의해 고압측 링이 둘레 방향으로 회전하는 것이 규제되기 때문에, 고압측 회전 규제부만으로 규제하는 경우에 비해, 고압측 회전 규제부에 발생하는 응력을 저감할 수 있다.
본 개시에 관한 피스톤 링에 있어서는, 상기 축선에 대하여 상기 둘레 방향으로 연장되는 원환상으로 형성됨과 함께 상기 저압측 링의 내주면 및 상기 고압측 링의 내주면에 접촉하여 배치되는 외주면을 갖는 내측 링(23)을 갖고, 상기 내측 링에는, 상기 피스톤에 대한 상기 둘레 방향의 회전을 규제하는 내측 회전 규제부(23b)가 형성되어 있고, 상기 내측 링의 외주면에는, 오목부(23c)가 형성되어 있어, 상기 저압측 회전 규제부는, 상기 내측 링의 외주면을 향하여 돌출되는 형상을 갖고, 상기 오목부에 걸림 결합되는 구성으로 해도 된다.
본 구성의 피스톤 링에 의하면, 내측 회전 규제부에 의해 내측 링의 피스톤에 대한 둘레 방향의 회전이 규제되기 때문에, 내측 링의 외주면에 형성되는 오목부에 저압측 회전 규제부를 걸림 결합시킴으로써 저압측 링의 피스톤에 대한 둘레 방향의 회전을 규제할 수 있다.
상기 구성의 피스톤 링에 있어서, 상기 내측 회전 규제부는, 상기 홈부의 상기 고압측 링과 대향하는 고압측 측면을 향하여 돌출되는 형상을 갖고, 상기 고압측 측면에 형성됨과 함께 상기 축선에 직교하는 직경 방향으로 연장되는 내측 회전 규제 홈(11e)에 걸림 결합되는 구성으로 해도 된다.
본 구성의 피스톤 링에 의하면, 피스톤에 형성된 홈부의 고압측 측면을 향하여 돌출되는 형상을 갖는 내측 회전 규제부를, 고압측 측면에 형성되는 내측 회전 규제 홈에 걸림 결합시킴으로써, 내측 링이 둘레 방향으로 회전하는 것을 규제할 수 있다.
본 개시에 관한 피스톤 링에 있어서, 상기 저압측 링(10)은, 2 이상의 소정 수의 상기 저압측 합구에 의해 상기 소정 수의 저압측 부재(21A1, 21A2)로 분할되어 있으며, 상기 소정 수의 상기 저압측 부재의 각각에 상기 저압측 회전 규제부가 형성되어 있고, 상기 고압측 링에는, 상기 소정 수의 상기 저압측 돌출부가 형성되어 있는 구성으로 해도 된다.
본 구성의 피스톤 링에 의하면, 저압측 링에 2 이상의 소정 수의 저압측 합구가 마련되기 때문에, 저압측 합구를 단일로 하는 경우에 비해, 열 수축에 의한 합구의 둘레 방향의 간극의 길이(개방량)를 짧게 할 수 있다. 이에 의해, 저압측 링의 간극에 배치되는 고압측 링의 영역이 좁아져, 고압측 링에 부분적으로 작용하는 응력을 감소시킬 수 있다.
이상 설명한 실시 형태에 기재된 승압 펌프는, 예를 들어 이하와 같이 파악된다.
본 개시에 관한 승압 펌프는, 축선을 따라 원통상으로 형성됨과 함께 상기 축선을 따라 왕복동하여 유체를 압축하는 피스톤(10)과, 상기 피스톤의 외주면에 형성된 홈부에 삽입되는 상기의 어느 것에 기재된 피스톤 링(20)을 구비한다.
본 개시에 관한 승압 펌프에 의하면, 저압측 회전 규제부에 의해 저압측 링의 피스톤에 대한 둘레 방향의 회전이 규제되고, 고압측 회전 규제부에 의해 고압측 링의 피스톤에 대한 둘레 방향의 회전이 규제된다. 그 때문에, 피스톤의 왕복동을 반복해도, 저압측 링 및 고압측 링의 둘레 방향의 위치가 유지된다. 저압측 링 및 고압측 링의 둘레 방향의 위치가 유지되기 때문에, 피스톤의 왕복동을 반복해도, 고압측 링이 갖는 저압측 돌출부가, 둘레 방향의 양측에 있어서 저압측 링과의 사이에 간극을 둔 상태가 유지된다. 따라서, 저압측 링의 저압측 합구에 삽입되는 고압측 링의 저압측 돌출부가 둘레 방향의 한쪽측에 치우쳐서 배치되어, 고압측 링의 일부 영역에 응력이 집중되어 피로 파괴에 이르는 것을 방지할 수 있다.
10: 피스톤
10b: 외주면
11: 홈부
11a: 고압측 측면
11b: 저압측 측면
11c: 저면
11d: 고압측 회전 규제 홈
11e: 내측 회전 규제 홈
11f: 저압측 회전 규제 홈
11g: 돌출부
20, 20A, 20B, 20C: 피스톤 링
21: 저압측 링
21A1, 21A2: 저압측 부재
21a: 저압측 합구
21b: 저압측 회전 규제부
22: 고압측 링
22A1, 22A2: 고압측 부재
22a: 고압측 합구
22b: 고압측 회전 규제부
22c: 저압측 돌출부
22d: 고압측 회전 규제부
23: 내측 링
23a: 내측 합구
23b: 내측 회전 규제부
23c: 오목부
24: 백업 링
24a: 합구
30: 피스톤 로드
40: 실린더 블록
100: 승압 펌프
CD: 둘레 방향
CL: 실린더
CS: 압축실
RDa, RDb, RDc: 직경 방향
X: 축선

Claims (7)

  1. 축선을 따라 원통상으로 형성됨과 함께 상기 축선을 따라 왕복동하여 유체를 압축하는 피스톤에 설치되는 피스톤 링이며,
    상기 피스톤의 외주면에 형성된 홈부에 삽입되고, 상기 축선에 대하여 둘레 방향으로 연장되는 원환상으로 형성됨과 함께 저압측 합구를 갖는 저압측 링과,
    상기 홈부에 삽입되고, 상기 둘레 방향으로 연장되는 원환상으로 형성됨과 함께 고압측 합구를 갖는 고압측 링을 구비하고,
    상기 저압측 링 및 상기 고압측 링은, 상기 고압측 링이 압축되는 유체에 근접하도록 상기 축선을 따른 방향으로 중첩되어 배치되고,
    상기 저압측 링에는, 상기 피스톤에 대한 상기 둘레 방향의 회전을 규제하는 저압측 회전 규제부가 형성되어 있고,
    상기 고압측 링에는, 상기 피스톤에 대한 상기 둘레 방향의 회전을 규제하는 고압측 회전 규제부와, 상기 저압측 링을 향하여 돌출됨과 함께 상기 저압측 합구에 삽입되는 저압측 돌출부가 형성되어 있고,
    상기 저압측 돌출부는, 상기 둘레 방향의 양측에 있어서 상기 저압측 링과의 사이에 간극을 마련한 상태에서 상기 저압측 합구에 삽입되는, 피스톤 링.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고압측 회전 규제부는, 상기 홈부의 상기 고압측 링과 대향하는 고압측 측면을 향하여 돌출되는 형상을 갖고, 상기 고압측 측면에 형성됨과 함께 상기 축선에 직교하는 직경 방향으로 연장되는 고압측 회전 규제 홈에 걸림 결합하는, 피스톤 링.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 저압측 돌출부는, 상기 홈부의 상기 저압측 링과 대향하는 저압측 측면에 형성됨과 함께 상기 축선에 직교하는 직경 방향으로 연장되는 저압측 회전 규제 홈에 걸림 결합하는, 피스톤 링.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 축선에 대하여 상기 둘레 방향으로 연장되는 원환상으로 형성됨과 함께 상기 저압측 링의 내주면 및 상기 고압측 링의 내주면에 접촉하여 배치되는 외주면을 갖는 내측 링을 갖고,
    상기 내측 링에는, 상기 피스톤에 대한 상기 둘레 방향의 회전을 규제하는 내측 회전 규제부가 형성되어 있고,
    상기 내측 링의 외주면에는, 오목부가 형성되어 있고,
    상기 저압측 회전 규제부는, 상기 내측 링의 외주면을 향하여 돌출되는 형상을 갖고, 상기 오목부에 걸림 결합하는, 피스톤 링.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 내측 회전 규제부는, 상기 홈부의 상기 고압측 링과 대향하는 고압측 측면을 향하여 돌출되는 형상을 갖고, 상기 고압측 측면에 형성됨과 함께 상기 축선에 직교하는 직경 방향으로 연장되는 내측 회전 규제 홈에 걸림 결합하는, 피스톤 링.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저압측 링은, 2 이상의 소정 수의 상기 저압측 합구에 의해 상기 소정 수의 저압측 부재로 분할되어 있고,
    상기 소정 수의 상기 저압측 부재의 각각에 상기 저압측 회전 규제부가 형성되어 있고,
    상기 고압측 링에는, 상기 소정 수의 상기 저압측 돌출부가 형성되어 있는, 피스톤 링.
  7. 축선을 따라 원통상으로 형성됨과 함께 상기 축선을 따라 왕복동하여 유체를 압축하는 피스톤과,
    상기 피스톤의 외주면에 형성된 홈부에 삽입되는 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 피스톤 링을, 구비하는 승압 펌프.
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