往復動ガス圧縮機

【課題】
往復動ガス圧縮機に於いて、簡単な構成で、各段のピストンリングの面圧を均等化し、高圧側のピストンリングが局部的に摩耗する等の不具合を解消し、ピストンリングの長寿命化を図り、更に往復動ガス圧縮機のメンテナンスコストの低減を図る。
【解決手段】
シリンダ内をピストン１８が往復動してガスの圧縮を行う高圧ガス圧縮機に於いて、前記ピストンにピストンリング２３が多段に嵌装され、該ピストンリングは一部が欠切されて隙間を形成し、該隙間は高圧側で大きく、低圧側に向って小さくなっている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガスを高圧に圧縮する為の往復動ガス圧縮機、特に天然ガス等のガスを圧縮する無給油往復動圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
天然ガス等のガスを高圧に圧縮する圧縮機として、シリンダが複数段連設され、各段のシリンダ毎に順次圧縮圧を高めて、所望の高圧を得るものがある。
【０００３】
斯かる高圧ガス圧縮機として、例えば図５に示されるものがある。
【０００４】
クランクケース１にクロスヘッドガイド２が複数放射状に設けられ、該クロスヘッドガイド２の先端に該クロスヘッドガイド２と同心にシリンダ３が設けられている。前記クロスヘッドガイド２にはクロスヘッド４が摺動自在に設けられ、前記シリンダ３にはピストン５が摺動自在に設けられ、該ピストン５と前記クロスヘッド４とはピストンロッド９を介して同心に連結されている。
【０００５】
前記クランクケース１にはクランク軸６が回転自在に設けられ、該クランク軸６に連結ロッド７を介して前記クロスヘッド４が連結され、前記クランク軸６は図示しないモータに連結されている。
【０００６】
前記シリンダ３のシリンダヘッドには吸排気弁ユニット８が設けられ、該吸排気弁ユニット８には吸気排気用の配管（図示せず）が連結されている。又、前記吸排気弁ユニット８，８間はクーラ（図示せず）を介して前記配管により連結されており、低圧側のシリンダ３からの排気ガスは前記クーラにより冷却されて高圧側のシリンダ３の吸気口に導かれる様になっている。
【０００７】
図示しないモータにより前記クランク軸６を回転することで、前記連結ロッド７、前記クロスヘッド４を介して前記ピストン５を往復動し、吸気、圧縮を行い、更に各シリンダ３で複数段で昇圧することで、最終的に高圧ガスを排気する様になっている。
【０００８】
前記ピストン５にはシリンダ内を気密室とする為、ピストンリングが設けられている。又、高圧化するガスが天然ガス等の場合、潤滑油が混入するのは好ましくなく、従って、前記ピストンリングは、自己潤滑性を有し、無給油で運転可能な合成樹脂製のものが使用される。
【０００９】
図６は、従来のピストン５及び該ピストン５に嵌装されたピストンリング群１１を示している。
【００１０】
前記ピストンロッド９の先端部に前記ピストン５が設けられ、該ピストン５に前記ピストンリング群１１が設けられる。
【００１１】
前記ピストン５には所定間隔でリング溝１２が所要段刻設され、該リング溝１２にピストンリング１３がそれぞれ嵌設され、該ピストンリング１３によって多段（図６では１２段）の前記ピストンリング群１１が構成される。
【００１２】
前記ピストンリング１３はリングの１箇所が切断されており、若干直径が縮小された状態で嵌設され、前記切断箇所には一定の間隙が形成される様になっている。運転状態では、前記ピストンリング１３には高圧ガスにより面圧が作用し、該ピストンリング１３は前記シリンダ３の内面（シリンダライナ）に所要の面圧で摺接する様になっている。前記ピストンリング１３は合成樹脂で形成され、自己潤滑性を有し、無給油で耐摩耗性・シール性を有している。
【００１３】
ここで、前記ピストンリング１３と前記シリンダライナ間に作用する面圧は、前記ピストンリング１３を挾んで、高圧側と低圧側の圧力差によって決定され、前記ピストンリング１３を多段に設け、それぞれを前記シリンダライナに摺接させることで、前記ピストンリング１３の各段毎に圧力が降下し、高圧力差がシールされる様になっている。
【００１４】
従来のピストンリング群１１に於ける、リング間に形成されるリング間隙１４の圧力を解析した結果が図７に示される。
【００１５】
高圧側から１段目のリング間隙１４-1、２段目のリング間隙１４-2、３段目のリング間隙１４-3、４段目のリング間隙１４-4、…、１１段目のリング間隙１４-11 とし、図７中で各間隙の圧力を示す曲線に同様の参照符号を付している。尚、図７に於いて、縦軸は圧力、横軸はクランク角度を示している。
【００１６】
解析結果によれば、１段目のリング間隙１４-1、２段目のリング間隙１４-2、３段目のリング間隙１４-3と大きく圧力が降下し、４段目以降については、大きな圧力降下は見られない結果となっている。
【００１７】
上記した様に、前記ピストンリング１３と前記シリンダライナ間に作用する面圧は、高圧側と低圧側の圧力差によって決定されるので、１段目のピストンリング１３と、２段目のピストンリング１３には大きな面圧が作用する様になっている。この為、１段目のピストンリング１３、２段目のピストンリング１３の負担が大きく、摩耗が進行すると考えられ、前記ピストンリング群１１としての寿命も１段目のピストンリング１３、２段目のピストンリング１３の摩耗状態に影響される。
【００１８】
実際に運転した場合の前記ピストンリング１３の摩耗状態も、１段目、２段目のピストンリング１３の摩耗が著しく、１段目、２段目のピストンリング１３の摩耗によって前記ピストンリング群１１の寿命が決定され、保守期間も前記１段目、２段目等、高圧側の複数のピストンリング１３の摩耗によって決定されていた。
【００１９】
尚、前記ピストン５に前記リング溝１２と圧縮室とを連通する通路を穿設し、前記ピストンリング１３の内周面に圧縮ガスによる背圧を作用させ、背圧により前記ピストンリング１３と前記シリンダライナ間に作用する面圧を軽減することが特許文献１に示されている。
【００２０】
然し乍ら、ピストン内部に多数の通路を穿設することは、面倒であり、又背圧を段階的に減少させる為には、通路の径を変える等、更に面倒である。
【００２１】
【特許文献１】特開平８−２７０５５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明は斯かる実情に鑑み、簡単な構成で、リング間に形成される間隙の圧力を漸次減少させ、各段のピストンリングの面圧を均等化し、高圧側のピストンリングが局部的に摩耗する等の不具合を解消し、ピストンリングの長寿命化を図り、更に往復動ガス圧縮機のメンテナンスコストの低減を図るものである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明は、シリンダ内をピストンが往復動してガスの圧縮を行う高圧ガス圧縮機に於いて、前記ピストンにピストンリングが多段に嵌装され、該ピストンリングは一部が欠切されて隙間を形成し、該隙間は高圧側で大きく、低圧側に向って小さくなっている往復動ガス圧縮機に係るものである。
【００２４】
又本発明は、前記隙間は低圧側に向って減少している往復動ガス圧縮機に係り、又前記隙間はリング間圧力が各段毎に降下し、降下圧力量が均等、又は略均等になる様に設定される往復動ガス圧縮機に係るものである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、シリンダ内をピストンが往復動してガスの圧縮を行う高圧ガス圧縮機に於いて、前記ピストンにピストンリングが多段に嵌装され、該ピストンリングは一部が欠切されて隙間を形成し、該隙間は高圧側で大きく、低圧側に向って小さくなっているので、高圧側のピストンリングが局部的に摩耗することが防止され、ピストンリングの長寿命化が図れる。又、ピストンに加工は必要なく、ピストンリングの隙間のみ変更すればよいので、製作コストの低減が図れ、既存の往復動ガス圧縮機に対しても実施可能である。
【００２６】
又本発明によれば、前記隙間は低圧側に向って減少しているので、或は前記隙間はリング間圧力が各段毎に降下し、降下圧力量が均等、又は略均等になる様に設定されるので、リング間圧力が均等化され、全段でのピストンリングの面圧が平均化されると共にピストンリングの摩耗も平均化され、ピストンリングの長寿命化が図れ、更に往復動ガス圧縮機のメンテナンスコストの低減が図れる等の優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。
【００２８】
図１は、本発明が適用されるピストンを示している。尚、本発明が実施される往復動ガス圧縮機は、図５に例示した往復動ガス圧縮機と同様であるので説明を省略する。又、図１中、図５中で示したものと同等のものには同符号を付してある。
【００２９】
ピストンロッド９よりピストン芯軸１５がシリンダヘッド側に延出し、該ピストン芯軸１５に基端（クランク軸６側端、図５参照）側から、ピストン座金１６、基部ライダリング１７、ピストン１８、先端部ライダリング１９が順次嵌装され、ナット２１が前記ピストン芯軸１５の先端（シリンダヘッド側端）に螺着される。
【００３０】
尚、前記ナット２１を締込み、前記ピストン芯軸１５に初期張力を発生させておけば、温度膨張時の締付け力の低下を防止でき、或は見かけ上の剛性を増大させることができる。
【００３１】
前記ピストン１８に所定間隔でリング溝２２が多段（図示では１７段）に刻設され、該リング溝２２にピストンリング２３がそれぞれ嵌設され、該ピストンリング２３によって多段のピストンリング群２４が構成される。前記ピストンリング２３の材質としては、潤滑性を有する合成樹脂、例えば４弗化樹脂（ＰＴＦＥ）が用いられる。尚、前記基部ライダリング１７、前記先端部ライダリング１９は前記ピストンリング群２４のガイド機能を有し、前記ピストンリング２３が摩耗した場合も、シリンダ３の内面（シリンダライナ）に前記ピストン１８が接触しない様になっている。
【００３２】
前記ピストンリング２３は、図２に示される様にリングの一箇所が切断されており、前記リング溝２２に前記ピストンリング２３が嵌設された状態で、切断箇所に隙間２５が形成される様になっている。
【００３３】
又、前記ピストンリング２３は嵌設される溝の位置で、前記隙間２５の大きさが異なる様になっている。該隙間２５の大きさは、嵌設した状態で高圧側から低圧側に向って漸次小さくなる様に設定されている。
【００３４】
前記リング溝２２に嵌設されるピストンリングを高圧側からピストンリング２３-1 ，２３-2 ，２３-3 ，２３-4 ，…，２３-17とすると、前記隙間２５の大きさは、例えば図３に示される様に、漸次減少させる。
【００３５】
尚、図３で示される前記隙間２５の値は平均値を示すものであり、又一例を示している。前記隙間２５は、前記ピストンリング２３を境に降下する圧力が、各段のピストンリング２３について均等、略均等になる様に設定される。
【００３６】
図４は、前記ピストンリング２３の前記隙間２５を高圧側から低圧側に向って、漸次小さくしていった場合の、リング間隙２６-1，２６-2，…の圧力を示している。図４中、縦軸は圧力、横軸はクランク角度を示している。
【００３７】
高圧側から１段目のピストンリング２３と２段目のピストンリング２３間のリング間隙２６-1、２段目のピストンリング２３と３段目のピストンリング２３間のリング間隙２６-2、３段目のピストンリング２３と４段目のピストンリング２３間のリング間隙２６-3、…とし、図４中で各段の間隙の圧力を示す曲線に間隙と同様の参照符号を付している。
【００３８】
図４に示される様に、前記隙間２５を高圧側から低圧側に向って、漸次小さくしていった場合の圧力降下は、各段ピストンリング２３によって分散され、各段毎の圧力降下は、略均等となっている。特に、圧力降下量は最大圧力時で均等、略均等になっていることが好ましい。
【００３９】
この為、前記ピストンリング２３とシリンダライナ間の面圧も、各段毎に均等化され、前記ピストンリング２３の摩耗も全段に分散され、長寿命化が図れる。
【００４０】
特に、高圧側の前記ピストンリング２３の前記隙間２５を、低圧側に対して大きくすることで、高圧側のピストンリング２３の面圧が低減し、高圧側のピストンリング２３が局部的に摩耗するということが避けられる。
【００４１】
尚、低圧側については、シール性を高める為に、１つのリング溝２２に２つのピストンリング２３を嵌設しても良い。
【００４２】
本発明では、前記ピストンリング２３の前記隙間２５を、設けられる位置に対応させ変更するだけで、全段のピストンリング２３の面圧を平均化でき、加工、製作が容易である。又、ピストンに加工が必要ないので、既存の往復動ガス圧縮機に対しても実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係る往復動ガス圧縮機に用いられるピストン、ピストンリングを示す断面図である。
【図２】（Ａ）該ピストンリングの正面図、（Ｂ）該ピストンリングの側面図である。
【図３】ピストンリングの位置と該ピストンリングに形成される隙間との関係を示す図である。
【図４】本発明に係るリング間圧力を示す線図である。
【図５】往復動ガス圧縮機を示す断面図である。
【図６】従来のピストン、ピストンリングを示す断面図である。
【図７】従来の往復動ガス圧縮機に於けるリング間圧力を示す線図である。
【符号の説明】
【００４４】
３シリンダ
９ピストンロッド
１５ピストン芯軸
１８ピストン
２２リング溝
２３ピストンリング
２５隙間

【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内をピストンが往復動してガスの圧縮を行う高圧ガス圧縮機に於いて、前記ピストンにピストンリングが多段に嵌装され、該ピストンリングは一部が欠切されて隙間を形成し、該隙間は高圧側で大きく、低圧側に向って小さくなっていることを特徴とする往復動ガス圧縮機。
【請求項２】
前記隙間は低圧側に向って減少している請求項１の往復動ガス圧縮機。
【請求項３】
前記隙間はリング間圧力が各段毎に降下し、降下圧力量が均等、又は略均等になる様に設定される請求項１の往復動ガス圧縮機。

【図１】