JP2011075071A - Packing box casing for reciprocating compressor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a packing box casing for a reciprocating compressor, specifically but not exclusively, a hyper compressor for producing polyethylene polymer and copolymer, which improves operational reliability and durable years of a packing box pack of the compressor in comparison with conventional compressors. <P>SOLUTION: The packing box casing (22) for a cylinder (10) of the reciprocating compressor includes a first outside disk (28) and a second inside disk (30). The second inside disk (30) is concentric with respect to the outside disk (28). At least one seat for a piston (10) sealing element is formed in the interior. At least a portion of the packing box casing (22) is manufactured from a high strength alloy material prepared by the process for improving mechanical characteristics of the packing box casing (22), including a melting step; a following plastic deformation step; and a final heat treatment step. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、排他的ではないが具体的には、エチレンポリマーおよびコポリマーを生成する高圧圧縮機（いわゆる「ハイパー圧縮機」）で用いられるように適合された、往復圧縮機用のパッキン箱ケーシングに関する。   The present invention relates to packing box casings for reciprocating compressors, particularly but not exclusively, adapted for use in high pressure compressors (so-called “hyper compressors”) that produce ethylene polymers and copolymers. .

周知のように、圧縮機は、圧縮可能な（ガス状）流体の圧力を、機械動力を用いて上昇させる機械である。往復圧縮機では、流体は、各シリンダ中で往復駆動される１つまたは複数の可動式ピストンで圧縮される。圧縮する流体は、１つまたは複数の吸込みダクトを通してシリンダ中に吸引され、圧縮された流体は、１つまたは複数の送出ダクトを通してシリンダから排出される。往復圧縮機の１つまたは複数のピストンは通常、電動機、または駆動するクランクシャフトおよび本質的に周知のコネクティングロッド−クランク機構を介して内燃機関によって駆動される。   As is well known, a compressor is a machine that raises the pressure of a compressible (gaseous) fluid using mechanical power. In reciprocating compressors, fluid is compressed with one or more movable pistons that are driven back and forth in each cylinder. The compressing fluid is sucked into the cylinder through one or more suction ducts and the compressed fluid is discharged from the cylinder through one or more delivery ducts. One or more pistons of a reciprocating compressor are usually driven by an internal combustion engine via an electric motor, or a driving crankshaft and an essentially known connecting rod-crank mechanism.

例えば、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）またはエチルビニルアセテート（ＥＶＡ）を生成する、ポリマーおよびコポリマー生成システムで動作する往復圧縮機は、非常に大きい疲労ストレスを受ける。例えば、ポリマーおよびコポリマーを生成するハイパー圧縮機の第２段階では、ガス（ガス状エチレン）を圧縮して圧力を３５００バール以上にすることができる。したがって、動作圧力および吸込みダクトと送出ダクトとの間の圧力変動が非常に大きいので、往復ハイパー圧縮機のシリンダは、高い疲労動作サイクルの疲労ストレスに対して抵抗するように作製しなければならない。   For example, reciprocating compressors operating on polymer and copolymer production systems that produce low density polyethylene (LDPE) or ethyl vinyl acetate (EVA) are subject to very high fatigue stress. For example, in the second stage of the hypercompressor producing polymers and copolymers, the gas (gaseous ethylene) can be compressed to a pressure of 3500 bar or higher. Thus, the operating pressure and pressure fluctuation between the suction and delivery ducts are so great that the cylinder of the reciprocating hypercompressor must be made to resist the fatigue stresses of high fatigue operating cycles.

一般に、往復圧縮機のシリンダは、シーリング要素をそれぞれ含むパッキン箱ケーシング組立体を備え、このケーシング組立体は、通常「パッキン箱パック」と呼ばれる。圧縮機の耐疲労性能を改善するには、各パッキン箱ケーシングはさらに、２つの同心のリングまたはディスク要素を備える。それら同心のリングまたはディスク要素は、ガスの圧力変動によってより大きいストレスを受ける内側ディスクを予め圧縮した状態にするために、締まり嵌めタイプの連結によって互いに組み付けられる。   In general, the cylinders of reciprocating compressors are provided with packing box casing assemblies each containing a sealing element, which casing assembly is usually referred to as a “packing box pack”. To improve the fatigue resistance performance of the compressor, each packing box casing further comprises two concentric rings or disk elements. The concentric rings or disk elements are assembled together by an interference fit type connection to pre-compress the inner disk, which is more stressed by gas pressure fluctuations.

パッキン箱パックが、ハイパー圧縮機のシリンダの信頼性の高い動作に影響を及ぼす通常最も重要な構成要素であることが実験によって分かっている。実際に、この機械の通常の動作中に、パッキン箱ケーシングは、例えば、浸食および磨耗現象がその連結面に影響するので様々な形で破損し、疲労が原因で径方向および円周方向にひび割れが発生することがある。その結果、各圧縮機が破損すると、圧縮機は必要なメンテナンス作業を行うために停止しなければならず、これは、圧縮機のユーザにとって、使用する予備部品が高価であることおよびシステムの生産性が低下することによる経済的な損失を意味する。   Experiments have shown that packing box packs are usually the most important component that affects the reliable operation of hyper compressor cylinders. In fact, during the normal operation of this machine, the packing box casing can be damaged in various ways, for example because erosion and wear phenomena affect its connecting surface, and it cracks radially and circumferentially due to fatigue. May occur. As a result, as each compressor breaks, the compressor must be shut down to perform the necessary maintenance work, which can be expensive for the compressor user and the production of the system. This means an economic loss due to a decline in performance.

現在では、通常弱く合金化された合金製のハイパー圧縮機のパッキン箱ケーシング組立体の強度を向上させるために、様々な方法が用いられる。具体的には、パッキン箱ケーシングの磨耗現象を減らし、疲労動作耐用年数を長くするために、その内側ディスクは、オートフレッテージ、ショットピーニングおよび表面被覆法によって加工しなければならない。しかし、従来のパッキン箱ケーシングの材料の性質および前記パッキン箱ケーシングに加えられる負荷のタイプが原因で、上記で言及した疲労破壊の問題を十分に解決していない。   At present, various methods are used to improve the strength of the packing box casing assembly of a hypercompressor, usually made of a weakly alloyed alloy. Specifically, in order to reduce the wear phenomenon of the packing box casing and prolong the fatigue operation life, the inner disk must be processed by auto-fretage, shot peening and surface coating methods. However, due to the nature of the material of the conventional packing box casing and the type of load applied to the packing box casing, the above-mentioned fatigue failure problem has not been sufficiently solved.

したがって、本発明の主目的は、従来の圧縮機に対して圧縮機のパッキン箱パックの動作の信頼性および耐用年数を改善可能にする、往復圧縮機用、排他的ではないが具体的には、ポリエチレンポリマーおよびコポリマーを生成するハイパー圧縮機用のパッキン箱ケーシングを提供することである。   Therefore, the main object of the present invention is for a reciprocating compressor, specifically but not exclusively, which makes it possible to improve the reliability and service life of the packing box pack of the compressor over the conventional compressor. It is to provide a packing box casing for a hypercompressor that produces polyethylene polymers and copolymers.

本発明によれば、請求項１で請求される往復圧縮機パッキン箱によって上記の目的を達成することができる。   According to the present invention, the above object can be achieved by the reciprocating compressor packing box claimed in claim 1.

本発明のさらなる特徴を、この開示の組み込む部分を構成する従属請求項で説明する。   Further features of the invention are set out in the dependent claims constituting an integral part of this disclosure.

本発明による往復圧縮機パッキン箱ケーシングのさらなる特徴および利点は、本明細書の以下で、添付の概略図面を参照して非限定的な例によって与えられた以下の説明からより明らかになるであろう。   Further features and advantages of the reciprocating compressor packing box casing according to the present invention will become more apparent from the following description given by way of non-limiting example, with reference to the accompanying schematic drawings. Let's go.

本発明による１つまたは複数のパッキン箱ケーシングを使用できる往復ハイパー圧縮機シリンダの部分断面図である。FIG. 2 is a partial cross-sectional view of a reciprocating hyper compressor cylinder that can use one or more packing box casings according to the present invention. 図１に示す往復ハイパー圧縮機のパッキン箱パックの断面図である。It is sectional drawing of the packing box pack of the reciprocating hyper compressor shown in FIG. 本発明による往復圧縮機のパッキン箱ケーシングの斜視図である。It is a perspective view of the packing box casing of the reciprocating compressor by this invention.

図１を参照すると、往復圧縮機のシリンダ１０、具体的には、例えば、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）またはエチルビニルアセテート（ＥＶＡ）コポリマーなど、エチレンポリマーおよびコポリマーを生成するために用いられる往復ハイパー圧縮機の第２段階のシリンダを部分断面図によって本明細書に概略的に示す。   Referring to FIG. 1, a reciprocating compressor cylinder 10, specifically a reciprocating hypercompression used to produce ethylene polymers and copolymers, such as, for example, low density polyethylene (LDPE) or ethyl vinyl acetate (EVA) copolymers. The cylinder of the second stage of the machine is shown schematically here in partial section view.

シリンダ１０は、本質的に、図示していない圧縮機支持フレーム構造に連結するフランジ１２と、ガスを圧縮する吸込みおよび送出バルブ１６を収容するヘッド１４とを備える。このガスは、パッキン箱パック中で往復駆動される円柱形のロッド、いわゆる「プランジャ」を備える特別なピストン１８と、前記ヘッド１４とパッキン箱パックとの間に配置されたスペーサ要素２６とによって圧縮される。   The cylinder 10 essentially comprises a flange 12 connected to a compressor support frame structure (not shown) and a head 14 that houses a suction and delivery valve 16 for compressing gas. This gas is compressed by a special piston 18 with a cylindrical rod, the so-called “plunger”, which is driven back and forth in the packing box pack, and a spacer element 26 arranged between the head 14 and the packing box pack. Is done.

パッキン箱パックは、複数のパッキン箱ケーシング２２を備える（図２）。そのパッキン箱パックの外側に、パッキン箱ケーシング２２の外側で循環する冷却油を保持する構成要素２０、いわゆる「シース」が設けられる。   The packing box pack includes a plurality of packing box casings 22 (FIG. 2). On the outside of the packing box pack, a component 20 that holds the cooling oil circulating outside the packing box casing 22, a so-called “sheath” is provided.

さらに、潤滑および冷却システムは、（本明細書で以下に説明する）シーリング要素とプランジャ１８との間の摩擦を低減し、プランジャの摺動で生成する熱を除去するために、油供給ダクト２４（図１）を通して潤滑油および冷却油をパッキン箱ケーシング２２中に供給する。   Further, the lubrication and cooling system reduces the friction between the sealing element (described hereinbelow) and the plunger 18 and removes the heat generated by the sliding of the plunger to provide oil supply duct 24. Lubricating oil and cooling oil are supplied into the packing box casing 22 through (FIG. 1).

パッキン箱ケーシング２２（図３）はそれぞれ、２つの同心のディスク、すなわち第１の外側ディスク２８と、シーリング要素用のシート）がその中に形成された第２の内側ディスク３０とを備える。それら２つの同心のディスク２８および３０は、締まり嵌めによって互いに組み付けられ、それにより圧縮機の通常の動作条件の下で圧縮により内側ディスク３０に負荷をかける。したがって、そのためには、潤滑ダクトまたはろうそく２４を通して前記シーリング要素を潤滑する潤滑油を供給する、１つまたは複数の軸方向の貫通孔３２が内側ディスク３０を通して形成される。   Each packing box casing 22 (FIG. 3) comprises two concentric discs, a first outer disc 28 and a second inner disc 30 in which a sheet for sealing elements is formed. The two concentric disks 28 and 30 are assembled together by an interference fit, thereby loading the inner disk 30 by compression under the normal operating conditions of the compressor. To that end, one or more axial through-holes 32 are formed through the inner disk 30 for supplying lubricating oil to lubricate the sealing element through a lubrication duct or candle 24.

本発明によれば、各パッキン箱ケーシング２２の少なくとも内側ディスク３０は、前記パッキン箱ケーシング２２が非常に高い信頼性および疲労および磨耗強度の特徴を有するように適合された高強度合金材料から作製される。より具体的には、前記合金材料、典型的には鋼合金材料は、以下の化学組成を有する（値は材料の全重量に基づいた重量割合で表現されている）。   According to the present invention, at least the inner disk 30 of each packing box casing 22 is made from a high strength alloy material adapted such that the packing box casing 22 has very high reliability and fatigue and wear strength characteristics. The More specifically, the alloy material, typically a steel alloy material, has the following chemical composition (values are expressed in weight percentages based on the total weight of the material).

Figure 2011075071
この材料は、最初に真空誘導溶解法（いわゆる「真空誘導溶解」すなわちＶＩＭ）、次に適切なアーク炉、すなわち制御された雰囲気または真空のボルタアーク溶解法で行われる再溶解法（いわゆる「真空アーク再溶解」すなわちＶＡＲ）によって生成され、それにより、存在する可能性のある不純物を最低限まで減少しながら、したがって破損強度が改善された合金材料を生成する。
Figure 2011075071
 This material is firstly reconstituted in a vacuum induction melting method (so-called “vacuum induction melting” or VIM) and then in a suitable arc furnace, ie a controlled atmosphere or vacuum voltaic arc melting method (so-called “vacuum arc”). Produced by re-melting or VAR), thereby producing an alloy material with a minimum of impurities that may be present and thus improved fracture strength.

最終的に、機械的特徴を改善するために合金材料を一連の塑性変形サイクルにかけた後で、前記材料は、合金材料の硬度、靭性および強度の特徴を最大にするために、制御された雰囲気の炉で行われる周期的な熱（高温）処理によってさらに処理される。   Finally, after subjecting the alloy material to a series of plastic deformation cycles to improve the mechanical characteristics, the material is controlled in a controlled atmosphere to maximize the hardness, toughness and strength characteristics of the alloy material. Further processing is performed by periodic thermal (high temperature) processing performed in the furnace.

本発明によるパッキン箱ケーシング２２は、それらが作られた特定の材料およびそれらが受ける冶金処理の結果、同じ使用条件で従来のパッキン箱ケーシングより信頼性係数が４０％高いことが分かっている。   Packing box casings 22 according to the present invention have been found to have a 40% higher reliability factor than conventional packing box casings under the same operating conditions as a result of the specific materials from which they are made and the metallurgical treatment they undergo.

本発明による往復圧縮機用のパッキン箱ケーシングは上記で言及した目的を達成していることも分かった。   It has also been found that the packing box casing for a reciprocating compressor according to the present invention achieves the objectives mentioned above.

上記で開示した本発明の往復圧縮機用のパッキン箱ケーシングは、添付の特許請求の範囲で定義される同じ発明のアイデアおよび範囲内に全て包含される複数の改変および変更が可能であることが明らかなはずである。   The packing box casing for the reciprocating compressor of the present invention disclosed above may be capable of multiple modifications and alterations all encompassed within the same inventive idea and scope as defined in the appended claims. Should be obvious.

１０ シリンダ
１２ フランジ
１４ ヘッド
１６ 吸込みおよび送出バルブ
１８ ピストン
２０ 構成要素、シース
２２ パッキン箱ケーシング
２４ 油供給ダクト
２６ スペーサ要素
２８ 第１の外側ディスク
３０ 第２の内側ディスク DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Cylinder 12 Flange 14 Head 16 Suction and delivery valve 18 Piston 20 Component, sheath 22 Packing box casing 24 Oil supply duct 26 Spacer element 28 First outer disk 30 Second inner disk

Claims (8)

往復圧縮機シリンダ（１０）用のパッキン箱ケーシング（２２）において、第１の外側ディスク（２８）および第２の内側ディスク（３０）を備え、前記第２の内側ディスク（３０）が、前記第１の外側ディスク（２８）に対して同心であり、少なくとも１つのピストン（１８）シーリング要素のためのシートを内部に含む、パッキン箱ケーシング（２２）であって、
前記内側ディスク（３０）または外側ディスク（２８）の少なくとも一方が、それぞれ高強度合金材料の全重量に基づいた重量割合で示した合金元素、
炭素（０．１３％〜０．１７％）、
クロム（１．８０％〜２．２０％）、
ニッケル（９．５０％〜１０．５０％）、
コバルト（１３．５０％〜１４．５０％）、
モリブデン（０．９０％〜１．１０％）
を含む前記合金材料から作製されることを特徴とする、パッキン箱ケーシング（２２）。 A packing box casing (22) for a reciprocating compressor cylinder (10) includes a first outer disk (28) and a second inner disk (30), wherein the second inner disk (30) is the first inner disk (30). A packing box casing (22) concentric to one outer disk (28) and including a seat for at least one piston (18) sealing element therein,
An alloy element in which at least one of the inner disk (30) or the outer disk (28) is represented by a weight percentage based on the total weight of the high-strength alloy material,
Carbon (0.13% -0.17%),
Chromium (1.80% -2.20%),
Nickel (9.50% to 10.50%),
Cobalt (13.50% to 14.50%),
Molybdenum (0.90% to 1.10%)
A packing box casing (22), characterized in that it is made from the alloy material comprising: 前記高強度合金材料が、それぞれ前記合金材料の全重量に基づいた重量割合で示した合金元素、
アルミニウム（０％〜０．０１５％）、
チタン（０％〜０．０１５％）、
マンガン（０％〜０．１０％）、
ケイ素（０％〜０．１０％）、
硫黄（０％〜０．００５％）、
リン（０％〜０．００８％）
をさらに含むことを特徴とする、請求項１記載のパッキン箱ケーシング（２２）。 The high-strength alloy material is an alloy element represented by a weight ratio based on the total weight of the alloy material,
Aluminum (0% to 0.015%),
Titanium (0% to 0.015%),
Manganese (0% -0.10%),
Silicon (0% -0.10%),
Sulfur (0% to 0.005%),
Phosphorus (0% to 0.008%)
The packing box casing (22) according to claim 1, further comprising: 前記高強度合金材料が、真空誘導溶解法および／または制御された雰囲気もしくは真空のボルタアーク溶解法によって生成されることを特徴とする、請求項１または２記載のパッキン箱ケーシング（２２）。 Packing box casing (22) according to claim 1 or 2, characterized in that the high-strength alloy material is produced by a vacuum induction melting method and / or a controlled atmosphere or vacuum voltaic arc melting method. 前記高強度合金材料が、その機械的特徴を改善するために塑性変形サイクルによって生成されることを特徴とする、請求項３記載のパッキン箱ケーシング（２２）。 4. Packing box casing (22) according to claim 3, characterized in that the high strength alloy material is produced by a plastic deformation cycle in order to improve its mechanical characteristics. 前記高強度合金材料が、硬度、靭性および強度の特徴を最大にするために、制御された雰囲気の炉で行われる熱処理サイクルによって生成されることを特徴とする、請求項３または４記載のパッキン箱ケーシング（２２）。 5. Packing according to claim 3 or 4, characterized in that the high strength alloy material is produced by a heat treatment cycle carried out in a controlled atmosphere furnace in order to maximize hardness, toughness and strength characteristics. Box casing (22). 前記２つの同心のディスク（２８、３０）が、締まり嵌めの連結によって組み付けられ、それにより前記内側ディスク（３０）を圧縮よって張力をかけることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項記載のパッキン箱ケーシング（２２）。 6. The method according to claim 1, wherein the two concentric discs (28, 30) are assembled by an interference fit connection, thereby tensioning the inner disc (30) by compression. Packing box casing (22) according to item. 前記内側ディスク（３０）が、前記少なくとも１つのシーリング要素を潤滑する潤滑油のための１つまたは複数の軸方向の貫通孔（３２）を備えることを特徴とする、請求項６記載のパッキン箱ケーシング（２２）。 7. Packing box according to claim 6, characterized in that the inner disk (30) comprises one or more axial through holes (32) for lubricating oil which lubricates the at least one sealing element. Casing (22). 請求項１乃至７のいずれか１項記載の１つまたは複数のパッキン箱ケーシング（２２）を備える往復圧縮機。 A reciprocating compressor comprising one or more packing box casings (22) according to any one of the preceding claims.
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