JP3742164B2

JP3742164B2 - Reciprocating compressor

Info

Publication number: JP3742164B2
Application number: JP32363596A
Authority: JP
Inventors: 信吾三宅; 一成小松
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-11-19
Filing date: 1996-11-19
Publication date: 2006-02-01
Anticipated expiration: 2016-11-19
Also published as: JPH10148178A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば空気等の流体を圧縮するのに好適に用いられる揺動ピストン式の往復動圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、シリンダ内を揺動しつつ往復動する揺動ピストンを備えた往復動圧縮機として、例えば空気等を圧縮する無給油式の往復動圧縮機が知られている。
【０００３】
そこで、この種の従来技術による無給油式の往復動圧縮機を図２および図３を参照して説明する。
【０００４】
図２において、１は円筒状のシリンダを示し、該シリンダ１の上端側にはシリンダヘッド２が設けられ、該シリンダヘッド２内には隔壁３によって吸入室Ａと吐出室Ｂとが画成されている。
【０００５】
４はシリンダ１とシリンダヘッド２との間に設けられた弁板で、該弁板４とシリンダ１との間、および弁板４とシリンダヘッド２との間はガスケット（図示せず）等によって気密にシールされている。また、弁板４と後述する揺動ピストン９との間には圧縮室Ｃが画成されている。
【０００６】
５は弁板４に設けられた吸入ポート、６は弁板４に設けられた吐出ポートをそれぞれ示し、吸入ポート５は吸入室Ａと圧縮室Ｃとを連通させ、吐出ポート６は吐出室Ｂと圧縮室Ｃとを連通させるものである。
【０００７】
７は吸入室Ａと圧縮室Ｃとの間に位置して弁板４に設けられた吸入弁で、該吸入弁７は揺動ピストン９が上死点から下死点に移動するときに開弁し、下死点から上死点に移動するときに閉弁する。
【０００８】
８は吐出室Ｂと圧縮室Ｃとの間に位置して弁板４に設けられた吐出弁で、該吐出弁８は揺動ピストン９が下死点から上死点に移動するときに開弁し、上死点から下死点に移動するときに閉弁する。
【０００９】
９はシリンダ１内に往復動可能に設けられた揺動ピストンを示し、該揺動ピストン９は、クランク軸を介して回転源の出力軸等（いずれも図示せず）に連結されるコネクティングロッド１０と、該コネクティングロッド１０の軸方向一端側に設けられた円板状の取付フランジ１０Ａにボルト等によって締結された円板状のリテーナ１１とからなっている。そして、取付フランジ１０Ａの中央部には、後述のリップリング１２が嵌合する環状段部１０Ｂが設けられている。
【００１０】
１２は揺動ピストン９とシリンダ１との間を気密にシールする環状のリップリングで、該リップリング１２は、シリンダ１との摺動性を高めるためフッ素樹脂等の自己潤滑性および可撓性に優れた樹脂材料によって形成され、その内周側はコネクティングロッド１０の環状段部１０Ｂに嵌合した状態で取付フランジ１０Ａとリテーナ１１との間に挟持されている。
【００１１】
ここで、リップリング１２は図３に示すように、内周側に位置し取付フランジ１０Ａとリテーナ１１との間に挟持される平環状の固定部１２Ａと、該固定部１２Ａの外周側に位置して揺動ピストン９から径方向外向きに突出し、圧縮室Ｃ側に向けて断面Ｌ字状に屈曲した外周側のリップ部１２Ｂとからなり、該リップ部１２Ｂは、シリンダ１の内周面に全周に亘って摺接するようにカップ状に形成されている。
【００１２】
上述の如く構成された往復動圧縮機は、揺動ピストン９がシリンダ１内を揺動しつつ往復動することにより、吸入室Ａから圧縮室Ｃ内に空気を吸入する吸入行程と、圧縮室Ｃ内の空気を圧縮し圧縮空気として吐出室Ｂに吐出する圧縮行程とを繰返す圧縮運転を行う。そして、この圧縮運転が行われている間、リップリング１２のリップ部１２Ｂはシリンダ１の内周面に常時摺接し、揺動ピストン９とシリンダ１との間を気密にシールする。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術では、リップリング１２のリップ部１２Ｂがシリンダ１の内周面に確実に摺接するように、その外径寸法Ｄがシリンダ１の内径寸法Ｅよりも予め大きく（Ｄ＞Ｅ）なるように形成されているから、リップリング１２のリップ部１２Ｂはシリンダ１の内周面に摩擦接触するようになり、例えば圧縮機の起動時等に、モータ等の回転源に大きな負荷を与えるという問題がある。
【００１４】
また、圧縮機の連続運転時においては、圧縮室Ｃからの圧縮熱と摩擦熱等とによってシリンダ１とリップリング１２とは高温状態となり、熱膨張するようになる。この場合、シリンダ１はアルミニウム合金等の金属材料から形成され、リップリング１２は樹脂材料から形成されているので、シリンダ１の熱膨張に比較してリップリング１２の熱膨張がの方が大きくなってしまう。
【００１５】
このため、従来技術では、リップリング１２のリップ部１２Ｂがシリンダ１の内径よりも熱膨張でさらに大きく拡径し、該リップ部１２Ｂが早期に摩耗することがあり、リップリング１２の寿命が低下するという問題がある。
【００１６】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、起動時の負荷を低減できると共に、連続運転時等におけるリップリングの摩耗を抑えることができ、リップリングの寿命を延ばすことができる往復動圧縮機を提供することを目的としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために本発明は、シリンダと、該シリンダ内を揺動しつつ往復動し、該シリンダ内に圧縮室を画成するピストンと、該ピストンと前記シリンダとの間をシールする環状のリップリングとからなる往復動圧縮機に適用される。
【００１８】
そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記リップリングは、内周側に位置し前記ピストンに固定される固定部と、該固定部から前記ピストンの径方向外側へと突出し前記圧縮室に向けて屈曲した外周側のリップ部とからなり、該リップ部はその外径を前記シリンダの内径よりも予め小さく形成し、圧縮運転時には前記圧縮室からの圧力により前記シリンダの内周面に向けて撓み変形する構成としたことにある。
【００１９】
上記の構成によれば、圧縮機の起動初期にはリップリングのリップ部がシリンダの内周面から僅かに離間することにより、シリンダに対するピストンの摺動抵抗を小さくでき、起動時の負荷を低減することができる。そして、圧縮運転により圧縮室内の圧力が高くなってくると、リップリングのリップ部は圧縮室からの圧力によってシリンダの内周面に向けて撓み変形するようになるから、リップリングのリップ部はシリンダの内周面に摺接し、ピストンとシリンダとの間をシールすることができる。
【００２０】
また、請求項２の発明は、前記リップリングのリップ部は、圧縮運転による熱膨張時の最大外径が前記シリンダの最大内径に対して±０．２％の範囲内となるように外径寸法を設定したことにある。
【００２１】
上記の構成によれば、連続運転時にシリンダとリップリングとが高温状態となって熱膨張した場合でも、リップリングのリップ部は熱膨張時の最大外径がシリンダの最大内径に対して±０．２％の範囲内にとどまるから、連続運転時におけるリップ部の摩耗を低減することができる。
【００２２】
さらに、請求項３の発明は、前記リップリングはポリテトラフルオロエチレンを含んだ複合材料により形成し、前記シリンダはアルミニウム合金により形成したことにある。
【００２３】
上記の構成によれば、シリンダの内周面に摺接するリップリングの摺動性および耐熱性を向上でき、連続運転時におけるリップリングの摩耗を一層低減することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１を参照しつつ詳細に説明する。
【００２５】
なお、本実施形態では上述した従来技術と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００２６】
図１において、２１は本実施形態によるシリンダを示し、該シリンダ２１はアルミニウム合金からなる成形品に陽極酸化処理を施すことによって形成され、その熱膨張係数は２．４×１０^-5である。そして、シリンダ２１は、常温下での内径寸法Ｅが６０．０ｍｍとなるように形成され、連続運転により熱膨張したときの最大内径Ｅ′は６０．１ｍｍとなる。
【００２７】
２２は従来技術によるリップリング１２に代えて本実施形態に適用されたリップリングを示し、該リップリング２２は従来技術によるリップリング１２と同様に、内周側に位置し取付フランジ１０Ａとリテーナ１１との間に挟持される平環状の固定部２２Ａと、該固定部２２Ａの外周側に位置して揺動ピストン９から径方向外向きに突出し、圧縮室Ｃ側に向けて屈曲することにより、シリンダ２１の内周面に全周に亘って摺接するカップ状のリップ部２２Ｂとからなっている。
【００２８】
そして、該リップリング２２は摺動性および耐熱性を高めるため、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）をベースとするフッ素樹脂材料に、ＣＦ（炭素繊維）、ＭｏＳ₂ （二硫化モリブデン）等を適宜に混合した複合材料により形成されている。
【００２９】
しかし、本実施形態によるリップリング２２は、常温下でのリップ部２２Ｂの外径寸法Ｄがシリンダ２１の内径寸法Ｅよりも小さく（Ｄ＜Ｅ）、かつ、連続運転による熱膨張時の最大外径Ｄ′が、熱膨張したシリンダ２１の最大内径Ｅ′に対して±０．２％の範囲内となるように設定されている。
【００３０】
本実施形態による往復動圧縮機は、上述の如きリップリング２２を有するもので、その基本的作動については従来技術によるものと格別差異はない。
【００３１】
然るに、本実施形態による往復動圧縮機では、リップリング２２を構成するリップ部２２Ｂの常温下での外径寸法Ｄを、予めシリンダ２１の内径寸法Ｅよりも小さくなるように形成したから、リップリング２２のリップ部２２Ｂとシリンダ２１の内周面との間の摺動抵抗を従来技術に比較して小さくできる。これにより、圧縮機の起動時の負荷を低減することができ、かつリップ部２２Ｂの初期摩耗を低減できる。
【００３２】
この場合、揺動ピストン９が吸入行程にあるときには、リップリング２２のリップ部２２Ｂとシリンダ２１の内周面との間には僅かな隙間が形成されるものの、揺動ピストン９が圧縮行程に移行したときには、リップ部２２Ｂが圧縮室Ｃからの圧力によってシリンダ２１の内周面に向けて撓み変形するようになる。これにより、リップ部２２Ｂがシリンダ２１の内周面に摺接し、揺動ピストン９とシリンダ２１との間が適正にシールされる。
【００３３】
そして、圧縮機の連続運転によってシリンダ２１とリップリング２２が高温状態となってリップリング２２が熱膨張した場合でも、この熱膨張時のリップ部２２Ｂの最大外径Ｄ′は、シリンダ２１の最大内径Ｅ′に対して±０．２％の範囲内にとどまるから、熱膨張時におけるリップ部２２Ｂの摩耗を低減することができ、リップリング２２の長寿命化を図ることができる。
【００３４】
次に、上述のリップリング２２を用いた往復動圧縮機を連続運転し、起動時の負荷、吐出空気量、連続運転後におけるリップ部２２Ｂの摩耗を測定する試験を行った結果について、下記表１を参照して述べる。
【００３５】
まず、本実施形態によるリップリング２２としての３種類の実施品１，２，３と、比較対象となるリップリングとしての２種類の比較品１，２を用意する。
【００３６】
ここで、実施品１のリップリングは、常温下でのリップ部の外径寸法Ｄが５９．６（ｍｍ）となり、熱膨張時のリップ部の最大外径Ｄ′が６０．０（ｍｍ）となるように形成されている。また、実施品２のリップリングは、常温下でのリップ部の外径寸法Ｄが５９．７５（ｍｍ）となり、熱膨張時のリップ部の最大外径Ｄ′が６０．１（ｍｍ）となるように形成されている。さらに、実施品３のリップリングは、常温下でのリップ部の外径寸法Ｄが５９．９（ｍｍ）となり、熱膨張時のリップ部の最大外径Ｄ′が６０．２（ｍｍ）となるように形成されている。
【００３７】
一方、比較品１のリップリングは、例えば上述した従来技術によるリップリング１２に対応するもので、常温下でのリップ部の外径寸法Ｄがシリンダ２１の内径寸法Ｅよりも大きい６０．５（ｍｍ）となり、熱膨張時のリップ部の最大外径Ｄ′が、シリンダ２１の最大内径Ｅ′に対して＋１．３％となる６０．９（ｍｍ）となるように形成されている。
【００３８】
また、比較品２のリップリングは、常温下でのリップ部の外径寸法Ｄがシリンダ２１の内径寸法Ｅよりも小さい５９．３（ｍｍ）となるものの、熱膨張時のリップ部の最大外径Ｄ′が、シリンダ２１の最大内径Ｅ′に対して−０．７％となる５９．７（ｍｍ）となるように形成されている。
【００３９】
そして、上述の５種類のリップリングを０．４ｋｗの往復動圧縮機に用い、この往復動圧縮機を０．７ＭＰａの吐出圧で連続運転したときに、起動時の電流値と、吐出空気の変化量と、１０００時間の連続運転後の各リップ部の摩耗量とを測定した。なお、連続運転時におけるシリンダ２１の温度上昇は７５ｄｅｇである。
【００４０】
【表１】

【００４１】
ここで、往復動圧縮機の起動時の電流値についてみると、従来技術によるリップリング１２に対応する比較品１のリップリングを用いた場合には、起動時の電流値が１２５％に達するのに対し、本実施形態によるリップリング２２に対応する実施品１，２，３のリップリングを用いた場合には、それぞれ起動時の電流値が９５％，１００％，１０１％に減少している。
【００４２】
この結果から、実施品１，２，３のリップリングでは、常温下でのリップ部の外径寸法Ｄがシリンダ２１の内径寸法Ｅよりも小さいため、シリンダ２１の内周面との間での摺動抵抗が減少し、往復動圧縮機の起動時における負荷を低減できることが確認された。
【００４３】
次に、１０００時間の連続運転後におけるリップ部の摩耗量についてみると、比較品１のリップリングの摩耗量が４００μｍであるのに対し、実施品１，２，３のリップリングの摩耗量は、それぞれ８１μｍ，９０μｍ，９６μｍに減少している。
【００４４】
この結果から、実施品１，２，３のリップリングでは、連続運転によって熱膨張を生じたとしても、このときのリップ部の最大外径Ｄ′をシリンダ２１の最大内径Ｅ′に対して±０．２％の範囲内に設定したことにより、シリンダ２１の内周面との間の摩擦力が増大するのを抑えることができ、摩耗を低減できることが確認された。
【００４５】
また、吐出空気の変化量についてみると、実施品２，３のリップリングを用いた場合には、比較品１のリップリングを用いた場合の吐出空気量に対して変化がない。これに対し、実施品１のリップリングを用いた場合の吐出空気量は、比較品１のリップリングを用いた場合の吐出空気量に対して３％だけ低下している。
【００４６】
この結果から、実施品２，３のリップリングでは、従来技術によるリップリング１２を備えた往復動圧縮機と同等の吐出性能を維持できることが確認された。また、実施品１のリップリングを備えた往復動圧縮機では、従来技術による往復動圧縮機に比較して吐出空気量が３％低下するが、この低下分は実用上支障がない許容範囲と考えることができる。
【００４７】
なお、比較品２のリップリングを用いた往復動圧縮機では、起動時の電流値が９０％に減少し、かつ１０００時間の連続運転後のリップリングの摩耗量が７９μｍに減少するものの、吐出空気量が１１％まで低下することが確認された。
【００４８】
このようにして、リップ部の外径寸法Ｄが異なる複数種のリップリングを形成し、このリップリングを用いて上述の試験を繰返した結果、熱膨張時におけるリップ部の最大外径Ｄ′がシリンダ２１の最大内径Ｅ′に対して±０．２％の範囲内となるリップリング２２を用いることにより、従来技術による往復動圧縮機と同等の吐出性能を維持しつつ、起動時の負荷を低減でき、かつリップ部の摩耗を大幅に低減できることが確認された。
【００４９】
かくして、本実施形態による往復動圧縮機によれば、リップリング２２を構成するリップ部の常温下での外径寸法Ｄを、予めシリンダ２１の内径寸法Ｅよりも小さく形成することにより、起動時におけるシリンダ２１の内周面とリップ部２２Ｂとの間での摺動抵抗を小さくでき、往復動圧縮機の起動時の負荷を低減することができる。この場合、揺動ピストン９が吸入行程にあるときには、リップリング２２のリップ部２２Ｂとシリンダ２１の内周面との間には僅かな隙間が形成されるものの、揺動ピストン９が圧縮行程に移行したときには、リップ部２２Ｂが圧縮室Ｃからの圧力によってシリンダ２１の内周面に向けて撓み変形し、該シリンダ２１の内周面に摺接するから、揺動ピストン９とシリンダ２１との間が適正にシールされ、従来技術による往復動圧縮機と同等の吐出性能を維持することができる。
【００５０】
そして、往復動圧縮機の連続運転によってシリンダ２１とリップリング２２とが高温状態となり、リップリング２２が熱膨張を生じた場合でも、この熱膨張時におけるリップ部２２Ｂの最大外径Ｄ′を、シリンダ２１の最大内径Ｅ′に対して±０．２％の範囲内となるように設定したから、熱膨張時にリップリング２２のリップ部２２Ｂとシリンダ２１の内周面との間に生じる摩擦力を低減することができる。これにより、熱膨張時におけるリップ部２２Ｂの摩耗を抑えることができ、リップリング２２の長寿命化を図ることができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１の発明によれば、リップリングに設けたリップ部の外径をシリンダの内径よりも予め小さく形成し、圧縮運転時にはシリンダの圧縮室からの圧力により該リップ部がシリンダの内周面に向けて撓み変形する構成としたから、リップリングとシリンダ内周面との間の摺動抵抗を低減できる。これにより、往復動圧縮機の起動時の負荷を低減することができ、かつリップ部の初期摩耗を低減できる。この場合、リップ部は圧縮運転時においてシリンダ内周面に摺接するようになり、ピストンとシリンダとの間を適正にシールすることができる。
【００５２】
また、請求項２の発明によれば、リップリングのリップ部は、熱膨張時の最大外径がシリンダの最大内径に対して±０．２％の範囲内となるように設定したから、連続運転時にシリンダとリップリングとが高温状態となってリップリングが熱膨張を生じたとしても、リップ部とシリンダ内周面との間に生じる摩擦力を低減することができる。これにより、熱膨張時におけるリップ部の摩耗を抑えることができ、リップリングの長寿命化を図ることができる。
【００５３】
さらに、請求項３の発明によれば、リップリングをポリテトラフルオロエチレンを含んだ複合材料により形成したから、連続運転時の高温下におけるリップリングの摺動性および耐熱性を向上させることができ、リップリングの一層の長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による往復動圧縮機の要部を示す縦断面図である。
【図２】従来技術による往復動圧縮機の要部を示す縦断面図である。
【図３】図２中の揺動ピストン、リップリングをシリンダから取外した状態で示す縦断面図である。
【符号の説明】
９揺動ピストン
２１シリンダ
２２リップリング
２２Ａ固定部
２２Ｂリップ部
Ｄリップリング外径寸法
Ｅシリンダ内径寸法[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an oscillating piston type reciprocating compressor suitably used for compressing a fluid such as air.
[0002]
[Prior art]
In general, an oil-free reciprocating compressor that compresses air or the like is known as a reciprocating compressor including an oscillating piston that reciprocates while oscillating in a cylinder.
[0003]
An oil-free reciprocating compressor of this type according to the prior art will be described with reference to FIGS.
[0004]
In FIG. 2, reference numeral 1 denotes a cylindrical cylinder. A cylinder head 2 is provided on the upper end side of the cylinder 1, and a suction chamber A and a discharge chamber B are defined in the cylinder head 2 by a partition wall 3. ing.
[0005]
Reference numeral 4 denotes a valve plate provided between the cylinder 1 and the cylinder head 2, and a gasket (not shown) or the like is provided between the valve plate 4 and the cylinder 1 and between the valve plate 4 and the cylinder head 2. Airtightly sealed. A compression chamber C is defined between the valve plate 4 and a swing piston 9 described later.
[0006]
Reference numeral 5 denotes a suction port provided in the valve plate 4, reference numeral 6 denotes a discharge port provided in the valve plate 4, the suction port 5 communicates the suction chamber A and the compression chamber C, and the discharge port 6 is a discharge chamber B. And the compression chamber C are communicated with each other.
[0007]
7 is a suction valve provided on the valve plate 4 between the suction chamber A and the compression chamber C. The suction valve 7 is opened when the swing piston 9 moves from the top dead center to the bottom dead center. And closes when moving from bottom dead center to top dead center.
[0008]
8 is a discharge valve provided on the valve plate 4 between the discharge chamber B and the compression chamber C. The discharge valve 8 is opened when the swing piston 9 moves from the bottom dead center to the top dead center. And closes when moving from top dead center to bottom dead center.
[0009]
Reference numeral 9 denotes an oscillating piston provided in the cylinder 1 so as to be capable of reciprocating. The oscillating piston 9 is connected to an output shaft or the like (not shown) of a rotation source via a crankshaft. 10 and a disk-shaped retainer 11 fastened to a disk-shaped mounting flange 10A provided on one end side in the axial direction of the connecting rod 10 by a bolt or the like. And the annular step part 10B with which the below-mentioned lip ring 12 fits is provided in the center part of 10 A of attachment flanges.
[0010]
An annular lip ring 12 hermetically seals between the oscillating piston 9 and the cylinder 1. The lip ring 12 is self-lubricating and flexible, such as a fluororesin, in order to improve slidability with the cylinder 1. The inner peripheral side is sandwiched between the mounting flange 10 </ b> A and the retainer 11 while being fitted to the annular step portion 10 </ b> B of the connecting rod 10.
[0011]
Here, as shown in FIG. 3, the lip ring 12 is located on the inner peripheral side and is positioned on the outer peripheral side of the flat annular fixing portion 12A sandwiched between the mounting flange 10A and the retainer 11 and the fixing portion 12A. The outer peripheral lip portion 12B protrudes radially outward from the swing piston 9 and is bent in an L-shaped cross section toward the compression chamber C. The lip portion 12B is an inner peripheral surface of the cylinder 1. It is formed in a cup shape so as to be in sliding contact with the entire circumference.
[0012]
The reciprocating compressor configured as described above includes a suction stroke in which air is sucked into the compression chamber C from the suction chamber A by the reciprocating motion of the swing piston 9 while swinging in the cylinder 1, and the compression chamber. A compression operation is performed in which the compression process of compressing the air in C and discharging it into the discharge chamber B as compressed air is repeated. During this compression operation, the lip portion 12B of the lip ring 12 is always in sliding contact with the inner peripheral surface of the cylinder 1 and hermetically seals between the swing piston 9 and the cylinder 1.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
In the prior art described above, the outer diameter D is larger than the inner diameter E of the cylinder 1 in advance (D> E) so that the lip portion 12B of the lip ring 12 is in sliding contact with the inner peripheral surface of the cylinder 1 reliably. ), The lip portion 12B of the lip ring 12 comes into frictional contact with the inner peripheral surface of the cylinder 1, and a large load is applied to a rotation source such as a motor when the compressor is started. There is a problem of giving.
[0014]
Further, during the continuous operation of the compressor, the cylinder 1 and the lip ring 12 are in a high temperature state due to the compression heat from the compression chamber C, frictional heat, and the like, so that they thermally expand. In this case, since the cylinder 1 is formed of a metal material such as an aluminum alloy and the lip ring 12 is formed of a resin material, the thermal expansion of the lip ring 12 is larger than the thermal expansion of the cylinder 1. End up.
[0015]
For this reason, in the prior art, the lip portion 12B of the lip ring 12 expands more greatly than the inner diameter of the cylinder 1 due to thermal expansion, and the lip portion 12B may wear out earlier, and the life of the lip ring 12 is reduced. There is a problem of doing.
[0016]
The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and can reduce the load at the time of start-up, can suppress wear of the lip ring during continuous operation, etc., and can extend the life of the lip ring. The purpose is to provide a dynamic compressor.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a cylinder, a piston that reciprocates while swinging in the cylinder, and seals a space between the piston and the cylinder that defines a compression chamber in the cylinder. This is applied to a reciprocating compressor comprising an annular lip ring.
[0018]
The feature of the configuration adopted by the invention of claim 1 is that the lip ring is located on the inner peripheral side and is fixed to the piston, and projects from the fixed portion to the radially outer side of the piston. A lip portion on the outer peripheral side bent toward the compression chamber, the lip portion having an outer diameter smaller than the inner diameter of the cylinder in advance, and the inner periphery of the cylinder by the pressure from the compression chamber during compression operation It is in the structure which bends and deforms toward the surface.
[0019]
According to the above configuration, the lip portion of the lip ring is slightly separated from the inner peripheral surface of the cylinder at the initial start of the compressor, thereby reducing the sliding resistance of the piston with respect to the cylinder and reducing the load at the start. can do. When the pressure in the compression chamber increases due to the compression operation, the lip portion of the lip ring is bent and deformed toward the inner peripheral surface of the cylinder by the pressure from the compression chamber. It can slide in contact with the inner peripheral surface of the cylinder and seal between the piston and the cylinder.
[0020]
According to a second aspect of the present invention, the lip portion of the lip ring has an outer diameter such that the maximum outer diameter during thermal expansion by compression operation is within a range of ± 0.2% with respect to the maximum inner diameter of the cylinder. The dimensions are set.
[0021]
According to the above configuration, even when the cylinder and the lip ring are in a high temperature state and thermally expand during continuous operation, the lip portion of the lip ring has a maximum outer diameter of ± 0 relative to the maximum inner diameter of the cylinder when thermally expanded. Since it remains within the range of 2%, wear of the lip portion during continuous operation can be reduced.
[0022]
Furthermore, the invention of claim 3 is that the lip ring is made of a composite material containing polytetrafluoroethylene, and the cylinder is made of an aluminum alloy.
[0023]
According to said structure, the slidability and heat resistance of the lip ring which is slidably contacted with the internal peripheral surface of a cylinder can be improved, and the wear of a lip ring at the time of continuous operation can be reduced further.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
[0025]
In the present embodiment, the same components as those in the conventional technology described above are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
[0026]
In FIG. 1, reference numeral 21 denotes a cylinder according to the present embodiment. The cylinder 21 is formed by anodizing a molded article made of an aluminum alloy, and its thermal expansion coefficient is 2.4 × 10 ⁻⁵ . The cylinder 21 is formed so that the inner diameter E at normal temperature is 60.0 mm, and the maximum inner diameter E ′ when thermally expanded by continuous operation is 60.1 mm.
[0027]
Reference numeral 22 denotes a lip ring applied to the present embodiment in place of the lip ring 12 according to the prior art, and the lip ring 22 is located on the inner peripheral side, like the lip ring 12 according to the prior art, and the mounting flange 10A and the retainer 11. A flat annular fixed portion 22A sandwiched between the outer peripheral side of the fixed portion 22A, and projecting radially outward from the oscillating piston 9 and bending toward the compression chamber C, It consists of a cup-shaped lip portion 22B that is in sliding contact with the inner peripheral surface of the cylinder 21 over the entire circumference.
[0028]
In order to improve the slidability and heat resistance of the lip ring 22, CF (carbon fiber), MoS ₂ (molybdenum disulfide) or the like is appropriately added to a fluororesin material based on PTFE (polytetrafluoroethylene). It is formed of a mixed composite material.
[0029]
However, in the lip ring 22 according to the present embodiment, the outer diameter D of the lip portion 22B at normal temperature is smaller than the inner diameter E of the cylinder 21 (D <E), and the maximum outer diameter at the time of thermal expansion by continuous operation is large. The diameter D ′ is set to be within a range of ± 0.2% with respect to the maximum inner diameter E ′ of the thermally expanded cylinder 21.
[0030]
The reciprocating compressor according to the present embodiment has the lip ring 22 as described above, and its basic operation is not different from that according to the prior art.
[0031]
However, in the reciprocating compressor according to the present embodiment, the outer diameter D of the lip portion 22B constituting the lip ring 22 is formed in advance so as to be smaller than the inner diameter E of the cylinder 21. The sliding resistance between the lip 22B of the ring 22 and the inner peripheral surface of the cylinder 21 can be reduced as compared with the prior art. Thereby, the load at the time of starting of a compressor can be reduced, and the initial wear of the lip | rip part 22B can be reduced.
[0032]
In this case, when the swing piston 9 is in the suction stroke, a slight gap is formed between the lip portion 22B of the lip ring 22 and the inner peripheral surface of the cylinder 21, but the swing piston 9 is in the compression stroke. When the transition is made, the lip portion 22B is bent and deformed toward the inner peripheral surface of the cylinder 21 by the pressure from the compression chamber C. Thereby, the lip portion 22B comes into sliding contact with the inner peripheral surface of the cylinder 21, and the gap between the swing piston 9 and the cylinder 21 is properly sealed.
[0033]
Even when the cylinder 21 and the lip ring 22 are in a high temperature state due to continuous operation of the compressor and the lip ring 22 is thermally expanded, the maximum outer diameter D ′ of the lip portion 22B at the time of this thermal expansion is the maximum of the cylinder 21. Since it remains within the range of ± 0.2% with respect to the inner diameter E ′, wear of the lip portion 22B during thermal expansion can be reduced, and the life of the lip ring 22 can be extended.
[0034]
Next, the following table shows the results of a test in which the reciprocating compressor using the lip ring 22 is continuously operated and the load at the time of startup, the amount of discharged air, and the wear of the lip portion 22B after the continuous operation are measured. This will be described with reference to FIG.
[0035]
First, three types of

implementation products

1, 2, 3 as the lip ring 22 according to the present embodiment and two types of

comparison products

1, 2 as lip rings to be compared are prepared.
[0036]
Here, in the lip ring of the product 1, the outer diameter D of the lip portion at room temperature is 59.6 (mm), and the maximum outer diameter D ′ of the lip portion during thermal expansion is 60.0 (mm). It is formed to become. In the lip ring of the product 2, the outer diameter D of the lip portion at room temperature is 59.75 (mm), and the maximum outer diameter D ′ of the lip portion during thermal expansion is 60.1 (mm). It is formed to become. Further, in the lip ring of the product 3, the outer diameter D of the lip portion at room temperature is 59.9 (mm), and the maximum outer diameter D ′ of the lip portion during thermal expansion is 60.2 (mm). It is formed to become.
[0037]
On the other hand, the lip ring of the comparative product 1 corresponds to, for example, the lip ring 12 according to the prior art described above, and the outer diameter D of the lip portion at room temperature is 60.5 (60.5 ( mm), and the maximum outer diameter D ′ of the lip portion during thermal expansion is 60.9 (mm), which is + 1.3% with respect to the maximum inner diameter E ′ of the cylinder 21.
[0038]
Further, the lip ring of the comparative product 2 has the outer diameter dimension D of the lip portion at room temperature of 59.3 (mm), which is smaller than the inner diameter dimension E of the cylinder 21, but the maximum outer portion of the lip portion at the time of thermal expansion. The diameter D ′ is formed to be 59.7 (mm) which is −0.7% with respect to the maximum inner diameter E ′ of the cylinder 21.
[0039]
When the above five types of lip rings are used in a 0.4 kW reciprocating compressor, and the reciprocating compressor is continuously operated at a discharge pressure of 0.7 MPa, the current value at startup and the discharge air The amount of change and the amount of wear of each lip after 1000 hours of continuous operation were measured. Note that the temperature rise of the cylinder 21 during continuous operation is 75 deg.
[0040]
[Table 1]

[0041]
Here, regarding the current value at the time of starting the reciprocating compressor, when the lip ring of the comparative product 1 corresponding to the lip ring 12 according to the prior art is used, the current value at the time of starting reaches 125%. On the other hand, when the lip rings of the

implementation products

1, 2, and 3 corresponding to the lip ring 22 according to the present embodiment are used, the current values at the time of activation are reduced to 95%, 100%, and 101%, respectively. .
[0042]
From this result, in the lip rings of the

implementation products

1, 2, and 3, the outer diameter D of the lip portion at room temperature is smaller than the inner diameter E of the cylinder 21, and therefore, between the inner peripheral surface of the cylinder 21 and the lip ring. It was confirmed that the sliding resistance was reduced and the load at the start of the reciprocating compressor could be reduced.
[0043]
Next, regarding the wear amount of the lip part after 1000 hours of continuous operation, the wear amount of the lip ring of the comparative product 1 is 400 μm, whereas the wear amount of the lip ring of the

embodiment products

1, 2, and 3 is Are reduced to 81 μm, 90 μm, and 96 μm, respectively.
[0044]
From this result, in the lip rings of the

practical products

1, 2 and 3, even if thermal expansion occurs due to continuous operation, the maximum outer diameter D ′ of the lip portion at this time is ±± It was confirmed that the frictional force between the cylinder 21 and the inner peripheral surface of the cylinder 21 can be prevented from increasing and the wear can be reduced by setting the ratio within the range of 0.2%.
[0045]
Further, regarding the amount of change in the discharge air, when the lip rings of Examples 2 and 3 are used, there is no change with respect to the amount of discharge air when the lip ring of Comparative Product 1 is used. On the other hand, the discharge air amount when the lip ring of the embodiment product 1 is used is reduced by 3% with respect to the discharge air amount when the lip ring of the comparison product 1 is used.
[0046]
From these results, it was confirmed that the lip rings of the

products

2 and 3 can maintain the same discharge performance as the reciprocating compressor provided with the lip ring 12 according to the prior art. Further, in the reciprocating compressor provided with the lip ring of the embodiment product 1, the discharge air amount is reduced by 3% compared to the reciprocating compressor according to the prior art. Can think.
[0047]
In the reciprocating compressor using the lip ring of the comparative product 2, the current value at the time of start-up is reduced to 90%, and the wear amount of the lip ring after 1000 hours of continuous operation is reduced to 79 μm. It was confirmed that the amount of air decreased to 11%.
[0048]
In this way, a plurality of types of lip rings having different outer diameters D of the lip portions were formed, and the above test was repeated using the lip rings. As a result, the maximum outer diameter D ′ of the lip portion during thermal expansion was By using the lip ring 22 that is within a range of ± 0.2% with respect to the maximum inner diameter E ′ of the cylinder 21, the discharge performance equivalent to that of the reciprocating compressor according to the prior art is maintained and the load at the time of starting is reduced. It was confirmed that the lip portion wear can be significantly reduced.
[0049]
Thus, according to the reciprocating compressor according to the present embodiment, the outer diameter dimension D of the lip portion constituting the lip ring 22 at room temperature is formed in advance smaller than the inner diameter dimension E of the cylinder 21 at the time of start-up. The sliding resistance between the inner peripheral surface of the cylinder 21 and the lip portion 22B can be reduced, and the load at the start of the reciprocating compressor can be reduced. In this case, when the swing piston 9 is in the suction stroke, a slight gap is formed between the lip portion 22B of the lip ring 22 and the inner peripheral surface of the cylinder 21, but the swing piston 9 is in the compression stroke. When the transition is made, the lip portion 22B is bent and deformed toward the inner peripheral surface of the cylinder 21 by the pressure from the compression chamber C, and slidably contacts the inner peripheral surface of the cylinder 21. Is properly sealed, and the discharge performance equivalent to that of a reciprocating compressor according to the prior art can be maintained.
[0050]
Even when the cylinder 21 and the lip ring 22 are in a high temperature state due to continuous operation of the reciprocating compressor and the lip ring 22 is thermally expanded, the maximum outer diameter D ′ of the lip portion 22B at the time of the thermal expansion is The frictional force generated between the lip portion 22B of the lip ring 22 and the inner peripheral surface of the cylinder 21 during thermal expansion is set so as to be within a range of ± 0.2% with respect to the maximum inner diameter E ′ of the cylinder 21. Can be reduced. Thereby, wear of the lip portion 22B during thermal expansion can be suppressed, and the life of the lip ring 22 can be extended.
[0051]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the first aspect of the present invention, the outer diameter of the lip portion provided in the lip ring is formed in advance smaller than the inner diameter of the cylinder, and during the compression operation, the lip is formed by the pressure from the compression chamber of the cylinder. Since the portion is configured to bend and deform toward the inner peripheral surface of the cylinder, the sliding resistance between the lip ring and the inner peripheral surface of the cylinder can be reduced. Thereby, the load at the time of starting of a reciprocating compressor can be reduced, and the initial wear of a lip | rip part can be reduced. In this case, the lip portion comes into sliding contact with the inner circumferential surface of the cylinder during the compression operation, and can properly seal between the piston and the cylinder.
[0052]
According to the invention of claim 2, the lip portion of the lip ring is set so that the maximum outer diameter during thermal expansion is within a range of ± 0.2% with respect to the maximum inner diameter of the cylinder. Even if the cylinder and the lip ring are in a high temperature state during operation and the lip ring undergoes thermal expansion, the frictional force generated between the lip portion and the cylinder inner peripheral surface can be reduced. Thereby, wear of the lip portion during thermal expansion can be suppressed, and the life of the lip ring can be extended.
[0053]
Furthermore, according to the invention of claim 3, since the lip ring is formed of a composite material containing polytetrafluoroethylene, the slidability and heat resistance of the lip ring at high temperatures during continuous operation can be improved. Further, the life of the lip ring can be further extended.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a main part of a reciprocating compressor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a main part of a conventional reciprocating compressor.
3 is a longitudinal sectional view showing a state where a swinging piston and a lip ring in FIG. 2 are removed from a cylinder.
[Explanation of symbols]
9 Oscillating piston 21 Cylinder 22 Lip ring 22A Fixed part 22B Lip part D Lip ring outer diameter E Cylinder inner diameter

Claims

シリンダと、該シリンダ内を揺動しつつ往復動し、該シリンダ内に圧縮室を画成するピストンと、該ピストンと前記シリンダとの間をシールする環状のリップリングとからなる往復動圧縮機において、
前記リップリングは、内周側に位置し前記ピストンに固定される固定部と、該固定部から前記ピストンの径方向外側へと突出し前記圧縮室に向けて屈曲した外周側のリップ部とからなり、該リップ部はその外径を前記シリンダの内径よりも予め小さく形成し、圧縮運転時には前記圧縮室からの圧力により前記シリンダの内周面に向けて撓み変形する構成としたことを特徴とする往復動圧縮機。A reciprocating compressor comprising a cylinder, a piston that reciprocates while swinging in the cylinder, and that defines a compression chamber in the cylinder, and an annular lip ring that seals between the piston and the cylinder In
The lip ring includes a fixed portion that is positioned on the inner peripheral side and is fixed to the piston, and an outer lip portion that protrudes radially outward from the fixed portion and bends toward the compression chamber. The lip portion has an outer diameter formed in advance smaller than the inner diameter of the cylinder, and is configured to bend and deform toward the inner peripheral surface of the cylinder by pressure from the compression chamber during a compression operation. Reciprocating compressor.

前記リップリングのリップ部は、圧縮運転による熱膨張時の最大外径が前記シリンダの最大内径に対して±０．２％の範囲内となるように外径寸法を設定してなる請求項１に記載の往復動圧縮機。The lip portion of the lip ring has an outer diameter dimension set so that a maximum outer diameter during thermal expansion by a compression operation is within a range of ± 0.2% with respect to a maximum inner diameter of the cylinder. The reciprocating compressor described in 1.

前記リップリングはポリテトラフルオロエチレンを含んだ複合材料により形成し、前記シリンダはアルミニウム合金により形成してなる請求項１または２に記載の往復動圧縮機。The reciprocating compressor according to claim 1 or 2, wherein the lip ring is formed of a composite material containing polytetrafluoroethylene, and the cylinder is formed of an aluminum alloy.