JP5437298B2 - 往復動圧縮機のクリアランスポケット - Google Patents

Description

本発明は、往復動圧縮機のクリアランスポケットに関し、特に、クリアランスピストンのロッドに螺合するナットを、ばね部材を介して係合する二体のナット部とし、一方のみ又は両方のナット部にグリス溜りを設け、ロッドのおねじとナット間の潤滑を行うための新規な改良に関する。

一般に、往復動圧縮機の容量制御の方法の１つとして、クリアランスポケットがある。圧縮機の容量を減少させたいとき、シリンダ内に接続されたクリアランスポケットを開くことにより、シリンダの隙間容積を増加させる。往復動圧縮機では、吐出行程が終わり吸入行程に入ってもシリンダ内の隙間容積部に残った圧縮ガスが膨張するため、シリンダ内の圧力が吸入圧力より低くなるまでガスの吸入は行われない。隙間容積を大きくすると、吸入行程で膨張ガスが占める体積が増加し、その分吸入量が減少する。この容積制御方式では、機械が圧縮するガス量そのものが減るため消費動力も節減ができるので、遠隔操作で連続的にこの容量制御を行えば、大きな省エネ効果が得られる。
そこで、アクチュエータを用いてクリアランスポケットの容積を遠隔操作でできるように構成し、吐出圧力などのプロセス条件に応じた測定値を用いて制御装置を介して自動で必要量を吐出するよう制御する装置が考案されており、この装置を組み込んだクリアランスポケットを自動可変容量クリアランスポケットという。
また、自動可変容量クリアランスポケットは、一般的に油圧を利用した方法が多く使用されている。これは油圧シリンダが小さなアクチュエータで大きな力を
出すことが可能なことと作動油は圧縮性が非常に小さいため、シリンダ内の圧力変動が容量調節ピストンに作用することで起きる変動荷重による振動を起こさないことである。
一方、油の混入による発火が考えられる酸素ガスやガスの清浄度が厳しいガスの場合には油を使用することができないので、エアモータなどの計装空気を用いたアクチュエータが使用される。
従来、用いられているクリアランスポケットの代表的な構成として、特許文献１に開示された構成を図４として挙げることができる。
すなわち、図４において、クリアランスポケット６と、第２シリンダ体６０に第２ピストン体７を摺動自在に嵌合させてバランス室６１が区画され、連通路６２によって圧力室２ａとバランス室６１とが連通されると共に、第２ピストン体７が第１連結棒５によって第１ピストン体４に連結されて、バランス室６１に、圧力室２ａ内のガス圧力が調節室３１と対向させて導かれるバランス装置３と、第１ピストン体４を所定位置に移動させて調節室３１の容積を増減化させる作動装置８とを有すると共に、アクチュエータとしては油圧手段８が用いられている。また、圧縮機の容量を減少させたいとき、シリンダ１内に接続されたクリアランスポケット６を開くことにより、シリンダ１の隙間容積を増加させる。往復動圧縮機では、吐出行程が終わり吸入行程に入ってもシリンダ１内の隙間容積部に残った圧縮ガスが膨張するため、シリンダ１内の圧力が吸入圧力より低くなるまでガスの吸入は行われない。隙間容積を大きくすると、吸入行程で膨張ガスが占める体積が増加し、その分吸入量が減少する。この容量制御方式では、ピストン２が圧縮するガス量そのものが減るため消費動力も節減できる。

また、可変容量型のクリアランスポケットの構成例として、特許文献２に開示された構成を図５として挙げることができる。
すなわち、図５は往復動圧縮機の要部のクリアランスポケットを示す断面図であり、隙間調整ロッド４３が、先端側のテーパロッド部４３ｔがピストンを収容するシリンダ４０を閉蓋するクリアランスポケット４１ａを有するシリンダカバー４１の隔壁４１ｂに設けられ、クリアランスポケット４１ａとシリンダ４０のヘッド側ガス圧縮室４１ｈとを連通させるテーパ孔状のガス通過孔４１ｃ内に位置するように、基端側のねじロッド部４３ｓのおねじをシリンダカバー４１を閉蓋する外壁４２に固着されているロッド支持金具４４のめねじを螺着して支持し、隙間調整ロッド４３のロッド支持金具４４からの突出端をステッピングモーター４５の出力軸に連結して、この隙間調整ロッド４３を正逆自在に回転させることにより長手方向に往復動させる構成としている。
従って、隙間容積を遠隔操作で連続的に変化させれば、圧縮機の吸入量も連続的に変化するため、プロセスで必要となるガス量が時々刻々と変わる場合でも必要ガス量のみを圧縮することで大きな省エネ効果が得られる。このためアクチュエータを用いてクリアランスポケットの容積を遠隔操作できるように構成し、突出圧力などのプロセス条件に応じて測定値を用いて制御装置を介して自動で必要量を吐出するよう制御する装置が用いられている。

特開平１１−８２３１４号公報 特開平１０−１２２１３８号公報

一般に、クリアランスポケットのメンテナンスはクリアランスポケットを設置している往復動圧縮機のメンテナンスと合わせて行う、この往復動圧縮機のメンテナンスは往復動圧縮機が圧縮するガスや圧縮機の設置環境によって大きく異なるが、一般的には１年間に１回程度行われる。つまり、クリアランスポケットのメンテナンスも年１回程度であり、このメンテナンス間隔で容量調節を行い続けることができる構造にしておく必要がある。
このような長期運転の際に起きやすい問題として、ねじのかみ合い部の潤滑不足が挙げられる。油圧式可変容量クリアランスポケットの場合では、ロッドを動かす動作源が油であるため、潤滑不足はおきない。しかし、ねじ式可変容量クリアランスポケットにおいて、動作を頻繁に行う場合には、ねじのかみ合い部の潤滑不足が起きる。潤滑不足が起きた場合、おねじとめねじの直接接触による異音、またはめねじとおねじの接触時の摩擦力が大きくなるため、クリアランスポケットの稼働に必要な動力が増加する等の問題が起きていた。

本発明による往復動圧縮機のクリアランスポケットは、吸入口と吐出口が形成されピストンが内設されたシリンダと、前記シリンダ内に前記ピストンにより分割された上側ガス圧縮室及び下側ガス圧縮室と、前記シリンダの上部に設けられ前記上側ガス圧縮室と連通すると共にポケット室とポケット背圧室とを有するクリアランスポケット本体と、前記クリアランスポケット本体内のクリアランスピストンと、前記クリアランスピストンを摺動させるための駆動体とを備え、前記クリアランスピストンの摺動により、前記上側ガス圧縮室と連通する前記ポケット室の容積を可変とするようにした往復動圧縮機のクリアランスポケットにおいて、前記クリアランスピストンに設けられおねじを有すると共に廻り止めにより非回転状態に保持されたロッドと、前記おねじに螺合するナットと、前記ナットを形成し、ばね部材を介して互いに逆方向に付勢されて係合する第１、第２ナット部と、前記各ナット部のうち、一方のみ又は両方に形成され潤滑剤を溜めるための溜め部とを有し、前記潤滑剤が前記おねじに供給される構成であり、また、前記溜め部は、前記第１ナット部の上部に位置する第１グリス溜りを有する構成であり、また、前記溜め部は、前記第１ナット部と第２ナット部のかみ合い部に形成された第２グリス溜りを有する構成であり、また、前記第２ナット部には、前記第２グリス溜りにグリスを充填するためのグリス充填通路及びグリス充填口が設けられている構成であり、また、前記第１ナット部の筒状下部は、前記第２ナット部の筒状上部の内側に挿入されている構成である。

本発明による往復動圧縮機のクリアランスポケットは、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、吸入口と吐出口が形成されピストンが内設されたシリンダと、前記シリンダ内に前記ピストンにより分割された上側ガス圧縮室及び下側ガス圧縮室と、前記シリンダの上部に設けられ前記上側ガス圧縮室と連通すると共にポケット室とポケット背圧室とを有するクリアランスポケット本体と、前記クリアランスポケット本体内のクリアランスピストンと、前記クリアランスピストンを摺動させるための駆動体とを備え、前記クリアランスピストンの摺動により、前記上側ガス圧縮室と連通する前記ポケット室の容積を可変とするようにした往復動圧縮機のクリアランスポケットにおいて、前記クリアランスピストンに設けられおねじを有すると共に廻り止めにより非回転状態に保持されたロッドと、前記おねじに螺合するナットと、前記ナットを形成し、ばね部材を介して互いに逆方向に付勢されて係合する第１、第２ナット部と、前記各ナット部のうち、一方のみ又は両方に形成され潤滑剤を溜めるための溜め部とを有し、前記潤滑剤が前記おねじに供給される構成としたことにより、ロッドの稼働と共にグリス溜りのグリスがロッドのおねじとナット部のめねじに供給され、潤滑不足による異音、又は、クリアランスポケットの稼働に必要な動力の増加を防止することが可能となる。
また、前記溜め部は、前記第１ナット部の上部に位置する第１グリス溜りを有することにより、おねじの上部へのグリスの供給が可能となる。
前記溜め部は、前記第１ナット部と第２ナット部のかみ合い部に形成された第２グリス溜りを有することにより、おねじの下部にグリスの供給が可能となる。
また、前記第２ナット部には、前記第２グリス溜りにグリスを充填するためのグリス充填通路及びグリス充填口が設けられていることにより、クリアランスポケットを分解することなく、グリス溜りへのグリスの供給を容易に行うことができる。

本発明による往復動圧縮機のクリアランスポケットの全体構成図である。 図１の要部を示す拡大断面図である。 図２の要部を示す拡大断面図である。 第１従来例を示す断面構成図である。 第２従来例を示す断面構成図である。

本発明は、クリアランスピストンのロッドに螺合するナットを、ばね部材を介して係合する二体のナット部とし、一方のみ又は両方のナット部にグリス溜りを設け、ロッドのおねじとナット間の潤滑を円滑に行うようにした往復動圧縮機のクリアランスポケットを提供することを目的とする。

以下、図面と共に本発明による往復動圧縮機のクリアランスポケットの好適な実施の形態について説明する。
尚、図４の従来例と同一又は同等部分については、同一符号を付して説明する。
図１において、圧縮機のフレーム１Ａ上にシリンダ１が設置され、ピストン棒２ｃを介して駆動されるピストン２はシリンダ１内で往復動される。このシリンダ１はピストン２の上面と下面の両側でガスを圧縮するダブルアクティング式であり、上側ガス圧縮室２ａおよび下側ガス圧縮室２ｂにはそれぞれ吸入弁１２ａ，１２ｂおよび吐出弁１４ａ，１４ｂが設置されている。これらシリンダ弁（吸入弁１２ａ，１２ｂと吐出弁１４ａ，１４ｂ）は前後の差圧により受動的に開閉する逆止弁となっている。
前記シリンダ１の上部にはクリアランスポケット６が設けてあり、クリアランスポケット６の容積はクリアランスポケットの駆動部８で変更可能に構成されている。

前記シリンダ１の前記各吸入弁１２ａ，１２ｂ側には、吸入ガスＡを吸入するための吸入口１３ａが形成され、各吐出弁１４ａ，１４ｂ側には、吐出ガスＢを吐出するための吐出口１３ｂが形成されている。
前記クリアランスポケット６のクリアランスポケット本体６０の両側には一対の取付フランジ部５０が設けられ、前記吸入ガスＡの吸入口１３ａと前記ポケット背圧室５１との間は、第１導圧配管５５によって連通されている。

図２は、図１のクリアランスポケット６の詳細拡大図であり、前記クリアランスポケット本体６０内には、スリッパーリング５６及びライダーリング５７からなるクリアランスピストン５８が上下方向に摺動自在に設けられている。

前記クリアランスピストン５８に設けられたロッド５９は、前記クリアランスポケット本体６０の上面に設けられたカバー７０のシール７２ａとシール固定蓋７２を介して上方へ延設され、このポケット背圧室５１内のガスをクリアランスポケット本体６０とカバー７０外には漏らさないように構成されている。
前記ロッド５９の上部には、おねじ５９ａが形成され、このおねじ５９ａの外周には、おねじ５９ａに螺合するめねじ７３を有するナット７４が設けられている。

前記ナット７４は、めねじ７３を有する上ねじとしての第１ナット部７５とめねじ７３を有する下ねじとしての第２ナット部７６とからなり、各ナット部７５，７６は、例えば、皿ばね等からなるばね部材７７を介して逆方向に付勢される状態で、設置されている。

前記各ナット部７５，７６は、ばね部材７７によるばね力が最適となり、おねじ５９ａとめねじ７３間にバックラッシュがない状態となった時点で、止めねじ７８が、第２ナット部７６の外側から挿入されて各ナット部７５，７６の位置関係が固定されるように構成されている。

前記カバー７０上には、複数の棒状体等からなるサポート部７９が植立した状態で設けられており、前記ロッド５９に設けられた廻り止め８４の端部８４ａは、前記サポート部７９に対して上下動自在に案内され、前記ロッド５９が正の荷重方向Ｃ及び負の荷重方向Ｄに沿って上下動するのみで回転しないように構成されている。

前記サポート部７９の上部には、台状の機械台９０が固定されており、この機械台９０には、一対の軸受９１を介して前記ナット７４が回転自在に保持されており、このナット７４の一方の前記第２ナット部７６の外周には、キー９２を介して第１歯車９３が固定して設けられている。

前記機械台９０の上部には、エアモータ等からなる駆動体９４が設けられ、この駆動体９４の回転軸９５に設けられた第２歯車９６は前記第１歯車９３と噛合している。
従って、駆動体９４の駆動により、各歯車９３，９６を介してナット７４が回転することにより、クリアランスピストン５８が上下動すると共に、駆動体９４のエアの供給ポート（図示せず）を切り替えることにより、ナット７４の正転・逆転ができるように構成されている。従って、図１のクリアランスポケット駆動部８は、前述のおねじ５９ａ，ナット７４、各歯車９３，９６、機械台９０、サポート部７９及び駆動体９４等により構成されている。

前記第１ナット部７５と第２ナット部７６は、図３で示されるように、第１ナット部７５の筒状下部７５ａが前記第２ナット部７６の筒状上部７６ａの内側に挿入され、各ナット部７５，７６は前記ばね部材７７の伸び力により互いに逆方向に付勢されるように構成されている。

前記第１ナット部７５の上端面７５ｂ側には、上方開放形の第１輪状段部７５ｃが形成され、この第１輪状段部７５ｃ内には潤滑剤であるグリスが溜められた第１グリス溜り１００が形成され、この第１グリス溜り１００のグリスは前記ロッド５９のおねじ５９ａに直接接している。
前記第２ナット部７６の軸方向中央位置の内側に形成された第２輪状段部７６ｂと前記第１ナット部７５の輪状下端部７５ｄとの間に軸方向に沿って形成された輪状空隙７６ｃ内には、前記グリスが充填されて第２グリス溜り１０１が形成されている。
従って、前記各グリス溜り１００，１０１により溜め部１１０が形成されていると共に、各ナット部７５，７６の一方のみ又は両方にグリス溜り１００，１０１を設けておねじ５９ａに対するグリスの供給を行うことができる。

前記第２グリス溜り１０１は、前記各ナット部７５，７６のかみ合い部に形成されており、この第２グリス溜り１０１には、前記第２ナット部７６内に形成されたグリス充填通路１０２及びグリス充填口１０３を介して外部からグリスを充填し、プラグ１０３ａにて閉栓することができるように構成されている。
従って、前記各グリス溜り１００，１０１に対してグリスを供給する場合は、クリアランスポケット６を分解することなく、第１グリス溜り１００は上部開放型であるため、その上部から供給することができ、さらに、第２グリス溜り１０１には外部に露出した前記グリス充填口１０３からグリス充填通路１０２を介してグリスを充填することができる。
尚、前記各グリス溜り１００，１０１に対して供給する潤滑剤としてのグリスは、グリスのみに限ることはなく、グリスに相当する他の材料を供給して用いることができる。

次に、動作について述べる。前述のように駆動体９４を駆動し、各歯車９３，９６を介してナット７４を回転させる場合、ナット７４を構成するための各ナット部７５，７６がばね部材７７を介して互いに逆方向に付勢されているため、めねじ７３に予め荷重（予荷重）がかかり、前記クリアランスピストン５８にかかるガス圧力と前記予荷重のために、ナット７４を回転させるには比較的大きいトルクが必要となるが、第１歯車９３の直径が第２歯車９６の直径よりｎ倍大きくしてあることにより、大きい減速比による大きいトルクによって容易にナット７４が回転され、バックラッシュのないおねじ５９ａとめねじ７３の噛合回転によって高精度にクリアランスピストン５８を上下動させて、ガス圧調整用のポケット室３１の容積を可変とすることができる。

前述の場合、第１グリス溜り１００内のグリスは、第１ナット部７５の回転によってロッド５９のおねじ５９ａに供給されてグリスの潤滑が十分に行われる。
また、第２グリス溜り１０１内のグリスは、第１、第２ナット部７５，７６のかみ合い部に接触・付着することによって前記おねじ５９ａへのグリスの潤滑が行われる。
従って、互いに軸方向に沿って離間して配設された前記各グリス溜り１００，１０１からのグリスが前記おねじ５９ａに供給されることにより、前記ロッド５９のおねじ５９ａ全体にわたり十分なグリスの潤滑が行われ、クリアランスポケット６の長寿命化、及び、メンテナンスの簡略化を達成することができる。

また、前述の場合、クリアランスピストン５８を移動させたとき、ポケット背圧室５１の容積が変わりガス圧縮・膨張される。これを避けるための方法として、図１のようにシリンダ１の吸入ガスＡのの吸入口１３ａまたは吸入弁室１２Ａとポケット背圧室５１を第１導圧配管５５で介して接続する。この場合、クリアランスピストン５８には概略で吸入／吐出圧力差分の荷重が正方向Ｃにのみ間欠的に作用する。

本発明による往復動圧縮機のクリアランスポケットは、例えば、化学プラント等のガス圧縮等の容量可変動作を遠隔操作で簡単に行うことができる。

１ シリンダ
１Ａ フレーム
２ ピストン
２ａ 上側ガス圧縮室
２ｂ 下側ガス圧縮室
２ｃ ピストン棒
Ａ 吸入ガス
Ｂ 吐出ガス
Ｃ 正の荷重方向
Ｄ 負の荷重方向
６ クリアランスポケット
８ クリアランスポケットの駆動部
１２ａ，１２ｂ 吸入弁
１２Ａ 吸入弁室
１３ａ 吸入口
１３ｂ 吐出口
１４ａ．１４ｂ 吐出弁
３１ ポケット室
５０ 取付フランジ部
５１ ポケット背圧室
５５ 第１導圧配管
５６ スリッパーリング
５７ ライダーリング
５８ クリアランスピストン
５９ ロッド
５９ａ おねじ
６０ クリアランスポケット本体
７０ カバー
７１ Ｏリング
７２ シール固定蓋
７２ａ シール
７３ めねじ
７４ ナット
７５ 第１ナット部（上ねじ）
７５ａ 筒状下部
７５ｂ 上端面
７５ｃ 第１輪状段部
７５ｄ 輪状下端部
７６ 第２ナット部（下ねじ）
７６ａ 筒状上部
７６ｂ 第２輪状段部
７６ｃ 輪状空隙
７７ ばね部材（皿ばね）
７８ 止めねじ
７９ サポート部
８４ 廻り止め
９０ 機械台
９１ 軸受
９２ キー
９３ 第１歯車
９４ 駆動体
９６ 第２歯車
１００ 第１グリス溜り
１０１ 第２グリス溜り
１０２ グリス充填通路
１０３ グリス充填口
１０３ａ プラグ
１１０ 溜め部

Claims (5)

1. 吸入口(13a)と吐出口(13b)が形成されピストン(2)が内設されたシリンダ(1)と、前記シリンダ(1)内に前記ピストン(2)により分割された上側ガス圧縮室(2a)及び下側ガス圧縮室(2b)と、前記シリンダ(1)の上部に設けられ前記上側ガス圧縮室(2a)と連通すると共にポケット室(31)とポケット背圧室(51)とを有するクリアランスポケット本体(60)と、前記クリアランスポケット本体(60)内のクリアランスピストン(58)と、前記クリアランスピストン(58)を摺動させるための駆動体(94)とを備え、
   前記クリアランスピストン(58)の摺動により、前記上側ガス圧縮室(2a)と連通する前記ポケット室(31)の容積を可変とするようにした往復動圧縮機のクリアランスポケットにおいて、
   前記クリアランスピストン(58)に設けられおねじ(59a)を有すると共に廻り止め(84)により非回転状態に保持されたロッド(59)と、前記おねじ(59a)に螺合するナット(74)と、前記ナット(74)を形成し、ばね部材(77)を介して互いに逆方向に付勢されて係合する第１、第２ナット部(75,76)と、前記各ナット部(75,76)のうち、一方のみ又は両方に形成され潤滑剤を溜めるための溜め部(110)とを有し、前記潤滑剤が前記おねじ(59a)に供給される構成としたことを特徴とする往復動圧縮機クリアランスポケット。
2. 前記溜め部(110)は、前記第１ナット部(75)の上部に位置する第１グリス溜り(100)を有することを特徴とする請求項１記載の往復動圧縮機のクリアランスポケット。
3. 前記溜め部(110)は、前記第１ナット部(75)と第２ナット部(76)のかみ合い部に形成された第２グリス溜り(101)を有することを特徴とする請求項１記載の往復動圧縮機のクリアランスポケット。
4. 前記第２ナット部(76)には、前記第２グリス溜り(101)にグリスを充填するためのグリス充填通路(102)及びグリス充填口(103)が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の往復動圧縮機のクリアランスポケット。
5. 前記第１ナット部(75)の筒状下部(75a)は、前記第２ナット部(76)の筒状上部(76a)の内側に挿入されていることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の往復動圧縮機のクリアランスポケット。

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