WO2023042852A1 - 圧縮機用複合シール材 - Google Patents

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WO2023042852A1
WO2023042852A1 PCT/JP2022/034400 JP2022034400W WO2023042852A1 WO 2023042852 A1 WO2023042852 A1 WO 2023042852A1 JP 2022034400 W JP2022034400 W JP 2022034400W WO 2023042852 A1 WO2023042852 A1 WO 2023042852A1
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WO
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annular
support member
supports
pressure side
seal group
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暢 南
彰 上田
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株式会社バルカー
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/06Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction using separate springs or elastic elements expanding the rings; Springs therefor ; Expansion by wedging

Definitions

  • the present disclosure relates to a composite sealing material for compressors.
  • Patent Document 1 there is known a technique for ensuring airtightness by a piston ring group provided on the outer peripheral surface of a piston used in a reciprocating compressor that compresses gas to a high pressure (see Patent Document 1).
  • a piston ring group such as that used in the reciprocating compressor described in Patent Document 1 must have multiple stages in order to improve the sealing performance, and requires a long space in the axial direction. Further, in a piston ring group such as that used in the reciprocating compressor described in Patent Document 1, the wear of the piston ring directly affects the sealing performance, resulting in a shortened service life.
  • An object of the present disclosure is to provide a composite sealing material for a compressor that enables space saving and long life.
  • the composite seal material for a compressor of the present disclosure is mounted in an annular groove of a piston arranged at the tip of a piston rod used in a reciprocating compressor, and divides the inside of the cylinder into a high-pressure side and a low-pressure side. It is wood.
  • the composite seal material for a compressor includes a first annular seal group mounted in the annular groove of the piston and the annular groove on the low pressure side with respect to the first annular seal group along the axial direction of the piston rod. a second annular seal group mounted on the .
  • the first annular seal group includes a first annular sliding member, a first annular inner supporting member that supports the first annular sliding member from the radially inner side of the first annular sliding member, and the first a first annular side support member for supporting the annular sliding member and the first annular inner support member from the low pressure side; a first annular support member that supports the first annular side surface support member from the radially inner side of the first annular side surface support member and supports the first annular side surface support member from the low pressure side.
  • the second annular seal group includes a second annular sliding member, a second annular inner supporting member that supports the second annular sliding member from the radially inner side of the second annular sliding member, and the second annular sliding member. a second annular side support member that supports the annular sliding member and the second annular inner support member from the low pressure side; and a second annular support member that supports the second annular side support member from the low pressure side. .
  • the rigidity of the first annular side support member is lower than the rigidity of the first annular support member, and the rigidity of the second annular side support member is lower than the rigidity of the second annular support member.
  • the radial collapse rate of the first annular inner support member is lower than the radial collapse rate of the second annular inner support member.
  • the annular groove has a first groove portion having a first depth in the radial direction and a second groove portion which is on the low pressure side of the first groove portion and shallower than the first depth.
  • the first annular seal group is fitted in the first groove, and the second annular seal group is fitted in the second groove.
  • the compressor composite seal further includes a third annular seal group between the first annular seal group and the second annular seal group along the axial direction of the piston rod.
  • the third annular seal group includes a third annular sliding member, a third annular inner support member that supports the third annular sliding member from the radially inner side of the third annular sliding member, and the third annular sliding member.
  • a third annular side support member that supports the annular sliding member and the third annular inner support member from the low pressure side; and a third annular inner support member that supports the third annular inner support member from a radially inner side of the third annular inner support member; a third annular support member that supports the third annular side surface support member from the radially inner side of the third annular side surface support member and supports the third annular side surface support member from the low pressure side.
  • the third annular seal group is fitted in the first groove.
  • FIG. 2 is a piping system diagram of the two-stage reciprocating compressor in Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a diagram showing a composite sealing material for a compressor according to Embodiment 1 attached to a piston;
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the III-III portion of FIG. 2;
  • FIG. 1 is a perspective view of a composite sealing material for a compressor according to Embodiment 1.
  • FIG. 10 is a diagram showing a composite sealing material for a compressor according to a second embodiment attached to a piston; 6 is an enlarged cross-sectional view of the VI-VI portion of FIG. 5;
  • FIG. FIG. 7 is a perspective view of a composite sealing material for a compressor according to Embodiment 2;
  • FIG. 1 is a piping system diagram of a two-stage reciprocating compressor according to Embodiment 1.
  • FIG. As shown in FIG.
  • Reciprocating compressor 100 in the present embodiment includes low-stage compression section 110 and high-stage compression section 120 .
  • Compression section 110 and compression section 120 are driven by the same or separate drive section 130 .
  • the low-stage compression section 110 includes a cylinder 112 having a compression chamber 111 and a piston 113 arranged in the cylinder 112 so as to be reciprocally slidable.
  • the compression section 110 on the low stage draws gas into the compression chamber 111 of the cylinder 112 by reciprocating sliding of the piston 113 and compresses it to a predetermined pressure.
  • the gas compressed by the compression section 110 on the low stage side is stored in the tank 115 through the communication passage 114 and maintained at a predetermined pressure (for example, 35 MPa).
  • the high-stage compression section 120 includes a cylinder 122 having a compression chamber 121 that communicates with the tank 115 via a communication passage 116, and a piston 10 and a piston 123 that are reciprocally slidably arranged in the cylinder 122. .
  • the piston 10 is provided at the tip of the piston rod 51 .
  • the piston 123 is provided at the tip of the piston rod 131 .
  • the piston rod 51 and the piston rod 131 are connected via the piston 123 .
  • the high-stage compression section 120 sucks the compressed gas discharged from the low-stage compression section 110 and stored in the tank 115 into the compression chamber 121 of the cylinder 122 by reciprocating sliding of the piston 10, thereby increasing the pressure by one stage (for example, It is configured to compress to 100 MPa).
  • Compressed gas compressed in the high pressure side compression section 120 is delivered through the delivery passage 124 .
  • a cooler 125 for cooling the compressed gas compressed in the compression section 120 is provided in the delivery passage 124 .
  • Compressed gas having a predetermined pressure (for example, 30 MPa) lower than the compressed gas sucked into the compression chamber 121 is introduced into the gap between the piston 10 and the piston 123 through the gas introduction passage 156 . Thereby, the pressing force against the inner surface of the cylinder 122 can be uniformly adjusted.
  • the drive unit 130 includes a piston rod 131 having one end connected to the base end of the piston 123, a cross head 133 having the other end connected to the piston rod 131 and arranged reciprocally slidably in the guide cylinder 132, a cross A connecting rod 134 having one end connected to a head 133, a crankshaft 136 having the other end connected to the connecting rod 134 and rotatably supported by a crankcase 135, and power transmission consisting of a pulley and a belt to the crankshaft 136. and a drive motor 138 power-transmittably coupled through mechanism 137 .
  • Drive unit 130 causes rotation of crankshaft 136 and reciprocating sliding of crosshead 133 within guide cylinder 132 by rotational force of driving motor 138 , and finally reciprocating sliding of piston 10 and piston 123 within cylinder 122 . are designed to provoke movement.
  • a cylinder 122 is mounted inside the crankcase 135 via a distance piece (not shown). Compressed gas that has leaked from the cylinder 122 into the distance piece is returned to the suction side of the low-stage compression section 110 through the return passage 147 from the return port provided in the distance piece.
  • a filter 148 is arranged in the return passage 147 .
  • FIG. 2 is a view showing the composite seal material 1 for a compressor according to Embodiment 1 attached to the piston 10
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the III-III portion of FIG. 2
  • FIG. 1 is a perspective view of a composite sealing material 1 for a compressor according to Embodiment 1.
  • the direction along the axis of the piston rod 51 is called the axial direction, and the direction from the axis of the piston rod 51 toward the outer surface of the composite sealing material 1 for a compressor is called the radial direction.
  • the tip portion 54 side of the piston rod 51 having the compression chamber 111 is called the high pressure side, and the side opposite to the high pressure side is called the low pressure side.
  • the composite sealing material 1 for a compressor partitions the interior of the cylinder 122 into a high pressure side and a low pressure side.
  • the piston 10 includes a compressor composite sealing material 1 arranged at a tip portion 54 of the piston rod 51, a washer 52, and a nut 53.
  • Compressor composite sealing material 1 is fixed to tip end portion 54 of piston rod 51 by tightening nut 53 via washer 52 .
  • the composite sealing material 1 for compressor is attached to the annular groove of the piston 10 arranged at the tip of the piston rod 51 used in the reciprocating compressor 100 .
  • the composite seal material 1 for a compressor includes a first annular seal group 1a mounted in a first groove portion 51a provided radially with a first depth and a second radially shallower depth than the first depth. and a second annular seal group 1b mounted in the second groove portion 51b.
  • the second annular seal group 1b is located on the lower pressure side than the first annular seal group 1a in the axial direction.
  • the first annular seal group 1 a has a first annular sliding member 16 , a first annular inner support member 18 , a first annular side surface support member 15 and a first annular support member 14 .
  • the first annular sliding member 16 is a member that slides on the inner surface of the cylinder 112 when the piston 10 reciprocates.
  • the first annular sliding member 16 is made of, for example, polytetrafluoroethylene (hereinafter referred to as PTFE).
  • the first annular inner support member 18 supports the first annular sliding member 16 from the radially inner side of the first annular sliding member 16 .
  • the first annular sliding member 16 is made of, for example, fluororubber (hereinafter referred to as FKM).
  • FKM fluororubber
  • the first annular sliding member 16 is called an O-ring.
  • a seal material combining the first annular sliding member 16 and the first annular inner support member 18 is called a slipper seal. Frictional resistance can be reduced by using a slipper seal.
  • the first annular side support member 15 supports the first annular sliding member 16 and the first annular inner support member 18 from the low pressure side.
  • the first annular side support member 15 is made of, for example, polyetheretherketone (hereinafter referred to as PEEK).
  • PEEK polyetheretherketone
  • Other resin such as PTFE, POM (polyacetal), or the like may be used for the first annular side support member 15 .
  • the first annular support member 14 supports the first annular inner support member 18 from the radially inner side of the first annular inner support member 18 and supports the first annular side support member 18 from the radially inner side of the first annular side support member 15 . 15 and supports the first annular side support member 15 from the low pressure side.
  • the first annular support member 14 is constructed, for example, from CAC603, which is a lead bronze casting. As the material of the first annular support member 14, other materials such as CAC603 may be used as long as the metal has a relatively low hardness.
  • the first annular support member 14 has an L-shaped cross section.
  • the first annular support member 14 has a long outer peripheral surface in the axial direction. Thereby, the first annular support member 14 also functions as a bearing. Therefore, there is no need to separately install a wear ring used as a bearing.
  • the first annular support member 14 supports the first annular sliding member 16, which is a slipper seal, and the first annular inner support member 18.
  • the resin first annular side support member 15 is made of a metal material to support the low pressure side. supported by.
  • the rigidity of the first annular side support member 15 made of resin is lower than the rigidity of the first annular support member 14 made of metal.
  • the first annular seal group 1a has high rigidity on the low pressure side, and the mechanism is excellent in pressure resistance.
  • the second annular seal group 1b is located on the lower pressure side than the first annular seal group 1a.
  • the second annular seal group 1 b has a second annular slide member 13 , a second annular inner support member 17 , a second annular side surface support member 12 and a second annular support member 11 .
  • the second annular sliding member 13 is a member that slides on the inner surface of the cylinder 112 when the piston 10 reciprocates.
  • the second annular sliding member 13 is made of PTFE, for example.
  • the second annular inner support member 17 supports the second annular sliding member 13 from the radially inner side of the second annular sliding member 13 .
  • the second annular inner support member 17 is made of FKM, for example.
  • the second annular sliding member 13 is called an O-ring.
  • a seal material combining the second annular sliding member 13 and the second annular inner support member 17 is called a slipper seal. Frictional resistance can be reduced by using a slipper seal.
  • the second annular side support member 12 supports the second annular sliding member 13 and the second annular inner support member 17 from the low pressure side.
  • the second annular side support member 12 is made of PEEK, for example. Other resins such as PTFE and POM may be used for the second annular side support member 12 .
  • the second annular support member 11 supports the second annular side surface support member 12 from the low pressure side.
  • the second annular support member 11 is made of CAC703, which is an aluminum bronze casting, for example.
  • CAC703 As the material of the second annular support member 11, other materials such as CAC703 may be used as long as they are relatively low in hardness.
  • the second annular support member 11 has a rectangular cross section.
  • the second annular support member 11 supports the second annular sliding member 13, which is a slipper seal, and the second annular inner support member 17.
  • the resin second annular side support member 12 is made of a metal material to support the low pressure side. supported by.
  • the rigidity of the second annular side support member 12 made of resin is lower than the rigidity of the second annular support member 11 made of metal.
  • the second annular seal group 1b has high rigidity on the low pressure side, and the mechanism is excellent in pressure resistance.
  • the annular groove provided in the piston rod 51 has a first groove portion 51a provided with a first depth in the radial direction and a second groove portion 51b which is on the low pressure side of the first groove portion 51a and shallower than the first depth.
  • the first annular seal group 1a is fitted in the first groove portion 51a.
  • the second annular seal group 1b is fitted in the second groove portion 51b. Since the annular groove of the piston rod 51 has a multistage structure that becomes shallower toward the tip portion 54, it can be easily processed by a lathe or the like.
  • the composite seal material 1 for a compressor includes a first annular sliding member 16 having a slipper seal structure and a first annular inner support member 18 arranged in a first groove portion 51a, and a second annular sliding member having a slipper seal structure.
  • the moving member 13 and the second annular inner support member 17 are arranged in the second groove portion 51b.
  • the radial compression rate of the first annular inner support member 18 is set lower than the radial compression rate of the second annular inner support member 17 .
  • the compression margin indicates the distance that the O-ring is compressed in the groove.
  • the radial compression rate of the first annular inner support member 18 is set between 0% and 3%
  • the radial compression rate of the second annular inner support member 17 is set between 10% and 20%. .
  • the high pressure side slipper seal structure can have a decompression effect.
  • the sealing performance on the low pressure side higher than that on the high pressure side, the sealing performance of the slipper seal structure on the low pressure side can be enhanced.
  • the composite sealing material 1 for compressors maintains sealing performance even when compressing hydrogen gas or the like, which requires high pressure and high speed, and relieves the pressure applied to the low pressure side, thereby prolonging the life of the composite sealing material 1 for compressors. can do.
  • the composite seal material 1 for a compressor has a shape that takes into consideration the arrangement and material of each member of the first annular seal group 1a and the second annular seal group 1b. For this reason, the composite seal material 1 for a compressor is a seal with low sliding under high pressure, and can be space-saving by shortening the length in the axial direction.
  • FIG. 5 is a view showing a composite seal material 1A for a compressor according to Embodiment 2 attached to a piston 10A
  • FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view taken along the line VI-VI in FIG. 5
  • FIG. 10 is a perspective view of a composite sealing material 1 for a compressor according to Embodiment 2;
  • the composite seal material 1A for a compressor according to the second embodiment has a first annular seal group 1a and a second annular seal group 1a along the axial direction of the piston rod 51.
  • the difference is that a third annular seal group 1c is arranged between the seal group 1b.
  • the configurations of the first annular seal group 1a and the second annular seal group 1b are the same as those of the compressor composite seal member 1 of the first embodiment. is omitted.
  • the third annular seal group 1 c has a third annular sliding member 26 , a third annular inner support member 28 , a third annular side surface support member 25 and a third annular support member 24 .
  • the third annular sliding member 26 is a member that slides on the inner surface of the cylinder 112 when the piston 10A reciprocates.
  • the third annular sliding member 26 is made of PTFE, for example.
  • the third annular inner support member 28 supports the third annular sliding member 26 from the radially inner side of the third annular sliding member 26 .
  • the third annular sliding member 26 is made of FKM, for example.
  • the third annular sliding member 26 is called an O-ring.
  • a seal material combining the third annular sliding member 26 and the third annular inner support member 28 is called a slipper seal. Frictional resistance can be reduced by using a slipper seal.
  • the third annular side support member 25 supports the third annular sliding member 26 and the third annular inner support member 28 from the low pressure side.
  • the third annular side support member 25 is made of PEEK, for example. Other resin such as PTFE, POM, or the like may be used for the third annular side support member 25 .
  • the third annular support member 24 supports the third annular inner support member 28 from the radially inner side of the third annular inner support member 28 and supports the third annular side support member 28 from the radially inner side of the third annular side support member 25 . 25 and supports the third annular side support member 25 from the low pressure side.
  • the third annular support member 24 is composed of CAC 603, for example. As the material of the third annular support member 24, other materials such as CAC603 may be used as long as the metal has relatively low hardness.
  • the third annular support member 24 has an L-shaped cross section.
  • the third annular support member 24 is a third annular side support member 25 made of resin, which supports a third annular sliding member 26, which is a slipper seal, and a third annular inner support member 28.
  • the third annular side support member 25 is made of a metal material to support the low pressure side. supported by.
  • the rigidity of the third annular side support member 25 made of resin is lower than the rigidity of the third annular support member 24 made of metal.
  • the third annular seal group 1c has high rigidity on the low pressure side, and the mechanism is excellent in pressure resistance.
  • the third annular seal group 1c is fitted into the first groove portion 51a in the same manner as the first annular seal group 1a. Since the annular groove of the piston rod 51 has a multistage structure that becomes shallower toward the tip portion 54, it can be easily processed by a lathe or the like. By making the mounting groove of the slipper seal into a split groove, the composite seal material 1A for a compressor can be easily assembled to the piston rod 51. FIG. Since the composite sealing material 1A for a compressor is provided with a slipper seal structure in multiple stages, it is possible to improve the sealing performance.
  • the radial collapse rate of the third annular inner support member 28 is between the radial collapse rate of the first annular inner support member 18 and the radial collapse rate of the second annular inner support member 17. May be set. As a result, it is possible to achieve both a longer service life by giving a decompression effect to the slipper seal structure on the high-pressure side and a higher sealing performance from the high-pressure side to the low-pressure side.
  • the composite sealing material for a compressor using only the first annular seal group 1a may be used.
  • the composite sealing material for a compressor may be composed of four or more stages of annular seal groups.
  • the second annular support member 11 was composed of CAC703, and the first annular support member 14 and the third annular support member 24 were composed of CAC603.
  • CAC703 is a stiffer material than CAC603.
  • the first annular support member 14, the second annular support member 11, and the third annular support member 24 may be made of the same material. Materials having higher rigidity in order of the first annular support member 14, the third annular support member 24, and the second annular support member 11 arranged from the high pressure side to the low pressure side may be used.

Abstract

圧縮機用複合シール材(1)は、ピストン(10)の環状溝に装着される第1環状シール群(1a)と、第2環状シール群(1b)と、を含む。第1環状シール群(1a)は、第1環状摺動部材(16)と、第1環状摺動部材(16)の半径方向の内側から第1環状摺動部材(16)を支持する第1環状内側支持部材(18)と、第1環状摺動部材(16)および第1環状内側支持部材(18)を低圧側から支持する第1環状側面支持部材(15)と、第1環状内側支持部材(18)の半径方向の内側から第1環状内側支持部材(18)を支持し、第1環状側面支持部材(15)の半径方向の内側から第1環状側面支持部材(15)を支持するとともに第1環状側面支持部材(15)を低圧側から支持する第1環状支持部材(14)と、を有する。

Description

圧縮機用複合シール材
 本開示は、圧縮機用複合シール材に関する。
 従来、ガスを高圧に圧縮する往復圧縮機に用いられるピストンの外周面に設けたピストンリング群により気密性を確保する技術が知られている(特許文献1参照)。
特許第5435245号公報
 水素ステーションに用いられる水素ガス等は、高圧に圧縮する必要がある。このため、水素ガス等の圧縮には、高いシール性が求められる。ここで、特許文献1に記載の往復圧縮機に用いられるようなピストンリング群では、シール性を良くするために多段にしなければならず軸方向に長いスペースが必要になる。また、特許文献1に記載の往復圧縮機に用いられるようなピストンリング群では、ピストンリングの摩耗が直接シール性に影響をおよぼすため、寿命が短くなってしまう。
 本開示の目的は、省スペース化と長寿命化とを可能にする圧縮機用複合シール材を提供することである。
 本開示の圧縮機用複合シール材は、往復圧縮機に用いられるピストンロッドの先端に配置されるピストンの環状溝に装着され、シリンダの中を高圧側と低圧側とに仕切る圧縮機用複合シール材である。圧縮機用複合シール材は、上記ピストンの上記環状溝に装着される第1環状シール群と、上記ピストンロッドの軸方向に沿って上記第1環状シール群に対して上記低圧側の上記環状溝に装着される第2環状シール群と、を含む。上記第1環状シール群は、第1環状摺動部材と、上記第1環状摺動部材の半径方向の内側から上記第1環状摺動部材を支持する第1環状内側支持部材と、上記第1環状摺動部材および上記第1環状内側支持部材を上記低圧側から支持する第1環状側面支持部材と、上記第1環状内側支持部材の半径方向の内側から上記第1環状内側支持部材支持し、上記第1環状側面支持部材の半径方向の内側から上記第1環状側面支持部材を支持するとともに上記第1環状側面支持部材を上記低圧側から支持する第1環状支持部材と、を有する。
 上記第2環状シール群は、第2環状摺動部材と、上記第2環状摺動部材の半径方向の内側から上記第2環状摺動部材を支持する第2環状内側支持部材と、上記第2環状摺動部材および上記第2環状内側支持部材を上記低圧側から支持する第2環状側面支持部材と、上記第2環状側面支持部材を上記低圧側から支持する第2環状支持部材と、を有する。
 上記第1環状側面支持部材の剛性は、上記第1環状支持部材の剛性よりも低く、上記第2環状側面支持部材の剛性は、上記第2環状支持部材の剛性よりも低い。
 上記第1環状内側支持部材の半径方向のつぶし率は、上記第2環状内側支持部材の半径方向のつぶし率よりも低い。
 上記環状溝は、半径方向に第1深さで設けられる第1溝部および上記第1溝部よりも上記低圧側であって、上記第1深さよりも浅い第2溝部を有する。上記第1環状シール群は、上記第1溝部に嵌合され、上記第2環状シール群は、上記第2溝部に嵌合されている。
 圧縮機用複合シール材は、上記ピストンロッドの軸方向に沿って、上記第1環状シール群と上記第2環状シール群との間に、第3環状シール群をさらに含む。上記第3環状シール群は、第3環状摺動部材と、上記第3環状摺動部材の半径方向の内側から上記第3環状摺動部材を支持する第3環状内側支持部材と、上記第3環状摺動部材および上記第3環状内側支持部材を上記低圧側から支持する第3環状側面支持部材と、上記第3環状内側支持部材の半径方向の内側から上記第3環状内側支持部材支持し、上記第3環状側面支持部材の半径方向の内側から上記第3環状側面支持部材を支持するとともに上記第3環状側面支持部材を上記低圧側から支持する第3環状支持部材と、を有する。上記第3環状シール群は、上記第1溝部に嵌合されている。
 この開示によれば、省スペース化と長寿命化とを可能にする圧縮機用複合シール材を提供することができる。
実施の形態1における2段式往復圧縮機の配管系統図である。 ピストンに装着される実施の形態1の圧縮機用複合シール材を示す図である。 図2のIII-III部分の拡大断面図である。 実施の形態1の圧縮機用複合シール材の斜視図である。 ピストンに装着される実施の形態2の圧縮機用複合シール材を示す図である。 図5のVI-VI部分の拡大断面図である。 実施の形態2の圧縮機用複合シール材の斜視図である。
 本開示に基づいた各実施の形態の吸脱着部材の取付構造について、以下、図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本開示の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。実施の形態における構成を適宜組み合わせて用いることは当初から予定されていることである。
 [実施の形態1]
 図1は、実施の形態1における2段式往復圧縮機の配管系統図である。図1に示すように。本実施の形態における往復圧縮機100は、低段側の圧縮部110と、高段側の圧縮部120とを備えている。圧縮部110および圧縮部120は、同一または別々の駆動部130により駆動される。
 低段側の圧縮部110は、圧縮室111を有するシリンダ112と、シリンダ112内に往復摺動可能に配置されたピストン113とを備える。低段側の圧縮部110は、ピストン113の往復摺動によりシリンダ112の圧縮室111内にガスを吸い込んで所定圧に圧縮する。低段側の圧縮部110で圧縮されたガスは、連絡通路114を通してタンク115内に貯留され、所定圧(例えば35MPa)に維持される。
 高段側の圧縮部120は、タンク115に連絡通路116を介して連通された圧縮室121を有するシリンダ122と、シリンダ122内に往復摺動可能に配置されたピストン10およびピストン123とを備える。ピストン10は、ピストンロッド51の先端部に設けられている。ピストン123は、ピストンロッド131の先端部に設けられている。ピストンロッド51とピストンロッド131とは、ピストン123を介して連結されている。
 高段側の圧縮部120は、低段側の圧縮部110から吐出されタンク115内に貯留された圧縮ガスをピストン10の往復摺動によりシリンダ122の圧縮室121内に吸い込んで一段高圧(例えば100MPa)に圧縮するように構成されている。高圧側の圧縮部120で圧縮された圧縮ガスは、送出通路124を通して送出される。送出通路124には、圧縮部120で圧縮された圧縮ガスを冷却するためのクーラ125が設けられている。
 ピストン10とピストン123との隙間には、ガス導入通路156により圧縮室121に吸入される圧縮ガスよりも低い所定圧(例えば30MPa)の圧縮ガスが導入される。これにより、シリンダ122内面に対する押圧力を均等に調整することができる。
 駆動部130は、ピストン123の基端に一端が連結されたピストンロッド131と、ピストンロッド131の他端が連結されかつガイドシリンダ132内に往復摺動可能に配置されたクロスヘッド133と、クロスヘッド133に一端が連結された連接棒134と、連接棒134の他端が連結されかつクランクケース135に回転自在に支持されたクランクシャフト136と、クランクシャフト136にプーリとベルトとからなる動力伝達機構137を通して動力伝達可能に連結された駆動モータ138とを備える。駆動部130は、駆動モータ138の回転力によりクランクシャフト136の回転およびガイドシリンダ132内でのクロスヘッド133の往復摺動を引き起こし、最終的にシリンダ122内でのピストン10およびピストン123の往復摺動を引き起こすようになっている。
 クランクケース135内には、ディスタンスピース(図示省略)を介してシリンダ122が取付けられている。シリンダ122からディスタンスピース内に漏れた圧縮ガスは、ディスタンスピースに設けられる戻し口から戻し通路147を通して低段側の圧縮部110の吸い込み側へ戻される。戻し通路147には、フィルタ148が配置されている。
 以下では、ピストン10の先端部54に取付けられる圧縮機用複合シール材1の詳細な構造について説明する。図2は、ピストン10に装着される実施の形態1の圧縮機用複合シール材1を示す図であり、図3は、図2のIII-III部分の拡大断面図であり、図4は、実施の形態1の圧縮機用複合シール材1の斜視図である。
 図2に示すように、ピストンロッド51の軸に沿う方向を軸方向、ピストンロッド51の軸から圧縮機用複合シール材1の外面に向かう方向を半径方向と称する。図2に示すように、圧縮室111のあるピストンロッド51の先端部54側を高圧側、高圧側とは反対側を低圧側と称する。圧縮機用複合シール材1は、シリンダ122内を高圧側と低圧側とに仕切っている。
 図2から図4に示すように、ピストン10は、ピストンロッド51の先端部54に配置される圧縮機用複合シール材1と、ワッシャー52と、ナット53とを備える。圧縮機用複合シール材1は、ワッシャー52を介してナット53を締め付けることによりピストンロッド51の先端部54に固定される。
 圧縮機用複合シール材1は、往復圧縮機100に用いられるピストンロッド51の先端に配置されるピストン10の環状溝に装着される。圧縮機用複合シール材1は、半径方向に第1深さで設けられる第1溝部51aに装着される第1環状シール群1aと、半径方向に第1深さよりも浅い第2深さで設けられる第2溝部51bに装着される第2環状シール群1bとを含む。第2環状シール群1bは、軸方向に対し第1環状シール群1aよりも低圧側に位置する。
 第1環状シール群1aは、第1環状摺動部材16と、第1環状内側支持部材18と、第1環状側面支持部材15と、第1環状支持部材14とを有する。第1環状摺動部材16は、ピストン10が往復運動するときにシリンダ112の内面に摺動する部材である。第1環状摺動部材16は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(以下、PTFEと称する)により構成される。
 第1環状内側支持部材18は、第1環状摺動部材16の半径方向の内側から第1環状摺動部材16を支持する。第1環状摺動部材16は、例えば、フッ素ゴム(以下、FKMと称する)により構成される。第1環状摺動部材16は、Oリングと称される。第1環状摺動部材16と第1環状内側支持部材18とを組合せたシール材は、スリッパーシールと称される。スリッパーシールを用いることにより摩擦抵抗を小さくすることができる。
 第1環状側面支持部材15は、第1環状摺動部材16および第1環状内側支持部材18を低圧側から支持する。第1環状側面支持部材15は、例えば、ポリエーテルエーテルケトン(以下、PEEKと称する)により構成される。第1環状側面支持部材15は、他の樹脂であるPTFE、POM(ポリアセタール)等を用いてもよい。
 第1環状支持部材14は、第1環状内側支持部材18の半径方向の内側から第1環状内側支持部材18支持し、第1環状側面支持部材15の半径方向の内側から第1環状側面支持部材15を支持するとともに第1環状側面支持部材15を低圧側から支持する。第1環状支持部材14は、例えば、鉛青銅鋳物であるCAC603により構成される。第1環状支持部材14の材質は、CAC603のような比較的硬度の低い金属であればその他の材質のものを用いてもよい。第1環状支持部材14は、断面がL字型である。
 第1環状支持部材14は、外周面の軸方向の寸法が長く取られている。これにより、第1環状支持部材14は、軸受としても機能する。このため、軸受として用いるウエアリングを別途設置する必要が無い。
 第1環状支持部材14は、スリッパーシールである第1環状摺動部材16と第1環状内側支持部材18とを支持する樹脂製の第1環状側面支持部材15を金属製の材質により低圧側から支持している。ここで、樹脂製の第1環状側面支持部材15の剛性は、金属製の第1環状支持部材14の剛性よりも低い。これにより、第1環状シール群1aは、低圧側の剛性が高くなり、耐圧性にすぐれた機構となる。
 第2環状シール群1bは、第1環状シール群1aよりも低圧側に位置している。第2環状シール群1bは、第2環状摺動部材13と、第2環状内側支持部材17と、第2環状側面支持部材12と、第2環状支持部材11とを有する。第2環状摺動部材13は、ピストン10が往復運動するときにシリンダ112の内面に摺動する部材である。第2環状摺動部材13は、例えば、PTFEにより構成される。
 第2環状内側支持部材17は、第2環状摺動部材13の半径方向の内側から第2環状摺動部材13を支持する。第2環状内側支持部材17は、例えば、FKMにより構成される。第2環状摺動部材13は、Oリングと称される。第2環状摺動部材13と第2環状内側支持部材17とを組合せたシール材は、スリッパーシールと称される。スリッパーシールを用いることにより摩擦抵抗を小さくすることができる。
 第2環状側面支持部材12は、第2環状摺動部材13および第2環状内側支持部材17を低圧側から支持する。第2環状側面支持部材12は、例えば、PEEKにより構成される。第2環状側面支持部材12は、他の樹脂であるPTFE、POM等を用いてもよい。
 第2環状支持部材11は、第2環状側面支持部材12を低圧側から支持する。第2環状支持部材11は、例えば、アルミニウム青銅鋳物であるCAC703により構成される。第2環状支持部材11の材質は、CAC703のような比較的硬度の低い金属であればその他の材質のものを用いてもよい。第2環状支持部材11は、断面が長方形である。
 第2環状支持部材11は、スリッパーシールである第2環状摺動部材13と第2環状内側支持部材17とを支持する樹脂製の第2環状側面支持部材12を金属製の材質により低圧側から支持している。ここで、樹脂製の第2環状側面支持部材12の剛性は、金属製の第2環状支持部材11の剛性よりも低い。これにより、第2環状シール群1bは、低圧側の剛性が高くなり、耐圧性にすぐれた機構となる。
 ピストンロッド51に設けられる環状溝は、半径方向に第1深さで設けられる第1溝部51aおよび第1溝部51aよりも低圧側であって、第1深さよりも浅い第2溝部51bを有する。第1環状シール群1aは、第1溝部51aに嵌合されている。第2環状シール群1bは、第2溝部51bに嵌合されている。ピストンロッド51の環状溝は、先端部54に側ほど浅くなる多段式の構造であるため旋盤等による加工が容易である。
 圧縮機用複合シール材1は、スリッパーシール構造を持つ第1環状摺動部材16と第1環状内側支持部材18とが第1溝部51aに配置され、スリッパーシール構造を持つ第2環状摺動部材13と第2環状内側支持部材17とが第2溝部51bに配置される。このようにスリッパーシールの装着溝を分割溝とすることにより圧縮機用複合シール材1がピストンロッド51に組み付けやすくなる。圧縮機用複合シール材1は、スリッパーシール構造が多段に設けられるため、シール性を向上させることができる。
 第1環状内側支持部材18の半径方向のつぶし率は、第2環状内側支持部材17の半径方向のつぶし率よりも低く設定されている。つぶし率とは、Oリング線径に対してどれだけ圧縮させたかを表す値である。つぶし率=つぶし代÷Oリング線径×100となる。つぶし代とは、Oリングを溝に装着した状態で圧縮させた距離を示す。例えば、第1環状内側支持部材18の半径方向のつぶし率は、0%~3%に設定され、第2環状内側支持部材17の半径方向のつぶし率は、10%~20%に設定される。
 高圧側のシール性を低圧側のシール性よりも低下させることにより高圧側のスリッパーシール構造に減圧効果を持たせることができる。低圧側のシール性を高圧側のシール性よりも上昇させることにより低圧側のスリッパーシール構造のシール性を高めることができる。これらにより、圧縮機用複合シール材1は、高圧、高速が求められる水素ガス等の圧縮においても、シール性を保ちつつ低圧側へ掛かる圧力を緩和し圧縮機用複合シール材1を長寿命化することができる。
 圧縮機用複合シール材1は、第1環状シール群1aおよび第2環状シール群1bによる、各部材の配置および材質を考慮した形状である。このため、圧縮機用複合シール材1は、高圧下において低摺動なシールでありつつも軸方向長さを短くすることにより省スペース化することができる。
 [実施の形態2]
 以下では、実施の形態2のピストン10Aの先端部に取付けられる圧縮機用複合シール材1Aの詳細な構造について説明する。図5は、ピストン10Aに装着される実施の形態2の圧縮機用複合シール材1Aを示す図であり、図6は、図5のVI-VI部分の拡大断面図であり、図7は、実施の形態2の圧縮機用複合シール材1の斜視図である。
 実施の形態2の圧縮機用複合シール材1Aは、実施の形態1の圧縮機用複合シール材1と比較し、ピストンロッド51の軸方向に沿って、第1環状シール群1aと第2環状シール群1bとの間に、第3環状シール群1cが配置される点が異なっている。実施の形態2の圧縮機用複合シール材1Aにおいて、第1環状シール群1aと第2環状シール群1bとの構成は、実施の形態1の圧縮機用複合シール材1と同様であるため説明を省略する。
 第3環状シール群1cは、第3環状摺動部材26と、第3環状内側支持部材28と、第3環状側面支持部材25と、第3環状支持部材24とを有する。第3環状摺動部材26は、ピストン10Aが往復運動するときにシリンダ112の内面に摺動する部材である。第3環状摺動部材26は、例えば、PTFEにより構成される。
 第3環状内側支持部材28は、第3環状摺動部材26の半径方向の内側から第3環状摺動部材26を支持する。第3環状摺動部材26は、例えば、FKMにより構成される。第3環状摺動部材26は、Oリングと称される。第3環状摺動部材26と第3環状内側支持部材28とを組合せたシール材は、スリッパーシールと称される。スリッパーシールを用いることにより摩擦抵抗を小さくすることができる。
 第3環状側面支持部材25は、第3環状摺動部材26および第3環状内側支持部材28を低圧側から支持する。第3環状側面支持部材25は、例えば、PEEKにより構成される。第3環状側面支持部材25は、他の樹脂であるPTFE、POM等を用いてもよい。
 第3環状支持部材24は、第3環状内側支持部材28の半径方向の内側から第3環状内側支持部材28支持し、第3環状側面支持部材25の半径方向の内側から第3環状側面支持部材25を支持するとともに第3環状側面支持部材25を低圧側から支持する。第3環状支持部材24は、例えば、CAC603により構成される。第3環状支持部材24の材質は、CAC603のような比較的硬度の低い金属であればその他の材質のものを用いてもよい。第3環状支持部材24は、断面がL字型である。
 第3環状支持部材24は、スリッパーシールである第3環状摺動部材26と第3環状内側支持部材28とを支持する樹脂製の第3環状側面支持部材25を金属製の材質により低圧側から支持している。ここで、樹脂製の第3環状側面支持部材25の剛性は、金属製の第3環状支持部材24の剛性よりも低い。これにより、第3環状シール群1cは、低圧側の剛性が高くなり、耐圧性にすぐれた機構となる。
 第3環状シール群1cは、第1環状シール群1aと同様に、第1溝部51aに嵌合されている。ピストンロッド51の環状溝は、先端部54に側ほど浅くなる多段式の構造であるため旋盤等による加工が容易である。スリッパーシールの装着溝を分割溝とすることにより圧縮機用複合シール材1Aがピストンロッド51に組み付けやすくなる。圧縮機用複合シール材1Aは、スリッパーシール構造が多段に設けられるため、シール性を向上させることができる。
 第3環状内側支持部材28の半径方向のつぶし率は、第1環状内側支持部材18の半径方向のつぶし率と、第2環状内側支持部材17の半径方向のつぶし率との間となるように設定してもよい。これにより、高圧側のスリッパーシール構造に減圧効果を持たせることによる長寿命化と、高圧側から低圧側にかけてシール性を高くすることとを両立することができる。
 [他の実施の形態]
 上記実施の形態において、第1環状シール群1aのみを用いた圧縮機用複合シール材としてもよい。上記実施の形態において、圧縮機用複合シール材を4段以上の環状シール群により構成してもよい。
 上記実施の形態において、第2環状支持部材11は、CAC703により構成され、第1環状支持部材14および第3環状支持部材24は、CAC603により構成されていた。CAC703は、CAC603よりも剛性が高い材料である。第1環状支持部材14、第2環状支持部材11、第3環状支持部材24は、同一の材料で構成してもよい。高圧側から低圧側に並ぶ第1環状支持部材14、第3環状支持部材24、第2環状支持部材11の順に剛性が高い材料を用いてもよい。
 今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
 1,1A 圧縮機用複合シール材、1a 第1環状シール群、1b 第2環状シール群、1c 第3環状シール群、10,10A,113,123 ピストン、11 第2環状支持部材、12 第2環状側面支持部材、13 第2環状摺動部材、14 第1環状支持部材、15 第1環状側面支持部材、16 第1環状摺動部材、17 第2環状内側支持部材、18 第1環状内側支持部材、24 第3環状支持部材、25 第3環状側面支持部材、26 第3環状摺動部材、28 第3環状内側支持部材、51,131 ピストンロッド、51a 第1溝部、51b 第2溝部、52 ワッシャー、53 ナット、54 先端部、100 往復圧縮機、110,120 圧縮部、111,121 圧縮室、112,122 シリンダ。

Claims (6)

  1.  往復圧縮機に用いられるピストンロッドの先端に配置されるピストンの環状溝に装着され、シリンダの中を高圧側と低圧側とに仕切る圧縮機用複合シール材であって、
     前記ピストンの前記環状溝に装着される第1環状シール群と、
     前記ピストンロッドの軸方向に沿って前記第1環状シール群に対して前記低圧側の前記環状溝に装着される第2環状シール群と、を含み、
     前記第1環状シール群は、
     第1環状摺動部材と、
     前記第1環状摺動部材の半径方向の内側から前記第1環状摺動部材を支持する第1環状内側支持部材と、
     前記第1環状摺動部材および前記第1環状内側支持部材を前記低圧側から支持する第1環状側面支持部材と、
     前記第1環状内側支持部材の半径方向の内側から前記第1環状内側支持部材を支持し、前記第1環状側面支持部材の半径方向の内側から前記第1環状側面支持部材を支持するとともに前記第1環状側面支持部材を前記低圧側から支持する第1環状支持部材と、を有する、圧縮機用複合シール材。
  2.  前記第2環状シール群は、
     第2環状摺動部材と、
     前記第2環状摺動部材の半径方向の内側から前記第2環状摺動部材を支持する第2環状内側支持部材と、
     前記第2環状摺動部材および前記第2環状内側支持部材を前記低圧側から支持する第2環状側面支持部材と、
     前記第2環状側面支持部材を前記低圧側から支持する第2環状支持部材と、を有する、請求項1に記載の圧縮機用複合シール材。
  3.  前記第1環状側面支持部材の剛性は、前記第1環状支持部材の剛性よりも低く、前記第2環状側面支持部材の剛性は、前記第2環状支持部材の剛性よりも低い、請求項2に記載の圧縮機用複合シール材。
  4.  前記第1環状内側支持部材の半径方向のつぶし率は、前記第2環状内側支持部材の半径方向のつぶし率よりも低い、請求項2から請求項3のいずれか1項に記載の圧縮機用複合シール材。
  5.  前記環状溝は、半径方向に第1深さで設けられる第1溝部および前記第1溝部よりも前記低圧側であって、前記第1深さよりも浅い第2溝部を有し、
     前記第1環状シール群は、前記第1溝部に嵌合され、
     前記第2環状シール群は、前記第2溝部に嵌合されている、
     請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の圧縮機用複合シール材。
  6.  前記ピストンロッドの軸方向に沿って、前記第1環状シール群と前記第2環状シール群との間に、第3環状シール群をさらに含み、
     前記第3環状シール群は、
     第3環状摺動部材と、
     前記第3環状摺動部材の半径方向の内側から前記第3環状摺動部材を支持する第3環状内側支持部材と、
     前記第3環状摺動部材および前記第3環状内側支持部材を前記低圧側から支持する第3環状側面支持部材と、
     前記第3環状内側支持部材の半径方向の内側から前記第3環状内側支持部材を支持し、前記第3環状側面支持部材の半径方向の内側から前記第3環状側面支持部材を支持するとともに前記第3環状側面支持部材を前記低圧側から支持する第3環状支持部材と、を有し、
     前記第3環状シール群は、前記第1溝部に嵌合されている、請求項5に記載の圧縮機用複合シール材。
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