JP5685103B2 - アキュムレータ - Google Patents
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Description
上記したように本発明のアキュムレータではベローズキャップにロッドが設けられるとともにロッドおよびステー間の径方向間隙をシールする径方向シールが設けられているが、アキュムレータの定常作動時、径方向シールはロッドおよびステー間の径方向間隙をシールしていないので、液体室は閉塞されていない。したがって圧力配管からオイルポートを介して液体室へそのときどきの圧力を備える液体が随時導入されるので、ベローズキャップがロッドとともに液体圧および気体圧が均衡するように随時移動する。
機器の運転が停止する等して圧力配管の圧力が極端に低下し気体室の圧力を下回る状態になると、液体室内の液体がオイルポートから徐々に排出され、ベローズキャップがステーに近付く方向へ移動する。ベローズキャップがステーに近付く方向へ移動すると、ロッドがステーの内周空間に挿入され、次いで径方向シールがロッドおよびステー間の径方向間隙をシールして液体室を閉塞する。したがって閉塞された液体室に一部の液体が閉じ込められ、この閉じ込められた液体の圧力と気体室に封入された気体の圧力とが均衡するので、ベローズに過大な応力が作用せずよってベローズに塑性変形が発生するのが抑制される。尚、このとき、ベローズキャップおよびステー間には所定の大きさの軸方向間隔が形成され、すなわちベローズキャップはステーとの間に所定の大きさの軸方向間隔を残した位置で停止するので、ベローズキャップは未だステーに当接していない。したがってベローズキャップはこの停止位置から、ステーから離れる方向へ移動することもできるし、反対にステーに近付く方向へ移動することもできる。
液体室が閉塞された状態で雰囲気温度の上昇等によって液体室に閉じ込められた液体が熱膨張すると、この熱膨張による圧力の増大を受けてベローズキャップがステーから離れる方向に変位し、液体室の容積が拡大し、液体室の圧力が低下する。したがってベローズ内外の液体圧および気体圧が均衡し続けて大きな差圧が発生しないので、ベローズに過大な応力が作用せずよってベローズに塑性変形が発生するのが抑制される。
また、液体室が閉塞された状態で雰囲気温度の下降等によって液体室に閉じ込められた液体が熱収縮すると、この熱収縮による圧力の低下を受けてベローズキャップがステーに近付く方向に変位し、液体室の容積が縮小し、液体室の圧力が増大する。したがってベローズ内外の液体圧および気体圧が均衡し続けて大きな差圧が発生しないので、ベローズに過大な応力が作用せずよってベローズに塑性変形が発生するのが抑制される。
(1)
(1−1)本発明は金属ベローズ型アキュムレータに関する。本発明は金属ベローズ型アキュムレータを使用する分野全般で用いられる。
(1−2)本発明は、外ガスタイプまたは内ガスタイプのアキュムレータにおいて、ゼロダウン時に液体室に閉じ込められた液体と封入ガスが温度変化による膨張もしくは収縮したときに生じる圧力差を吸収させる手段を提案する。
(1−3)本発明は、ステー内周側に設けたシール手段へベローズキャップの液体室側に設けられたロッドが挿入されることにより液体室が閉塞された状態において、熱膨張時には、液体室の体積が膨張するようベローズキャップがステーから離れる方向にロッドが変位することにより、液体圧およびガス圧が均衡を保持する。ある変位のところでロッドがシール手段から外れ、液体が導入孔へ排出される。液体圧とガス圧の均衡が保てるまで液体が排出されたのち、再びロッドが挿入されて液体室が閉塞される。一方、熱収縮時には、液体室の体積が収縮するようベローズキャップがステーに当接する方向にロッドが変位することにより、液体圧とガス圧の均衡を保持する。
(1−4)具体的には以下の構成とする。
(1−4−1)シェルと、前記シェル内に配置され、一端がオイルポートに固着され、他端がベローズキャップにより塞がれることにより前記シェルの内部を気体室と液体室とに分離している金属材製ベローズと、前記ベローズキャップの液体室側に設けられたロッドと、前記液体室に液体を導入する導入孔を取り囲むように配置され、前記金属材製ベローズの収縮限度を規定するステーと、前記ステーの内周側に配置され、前記液体室と前記導入孔との間をシールするシール手段とよりなる金属ベローズ式アキュムレータであって、前記ベローズキャップの液体室側に設けられたロッドが、前記金属ベローズの収縮に伴い前記シール手段に挿入されることによって液体室が閉塞されることを特徴とするアキュムレータ。
(1−4−2)前記ベローズキャップの液体室側に設けられたロッドが、前記シール手段に挿入されることによって液体室が閉塞した状態において、環境温度の上昇によってアキュムレータの温度が上昇し、液体室に閉じ込められた液体の膨張によって、前記金属ベローズの伸長に伴い前記ベローズキャップがステーから離れる方向に変位し、前記ベローズキャップに設けられている前記ロッドが前記シール手段との挿入が解除されることによって、液体圧およびガス圧が均衡になるまで液体を導入孔へ排出することが可能なことを特徴とするアキュムレータ。
(1−4−3)液体室に閉じ込められた液体の膨張によって、前記金属ベローズの伸長に伴い前記ベローズキャップがステーから離れる方向に変位し、前記ベローズキャップに設けられている前記ロッドが前記シール手段との挿入が解除されることによって、液体圧およびガス圧が均衡になるまで液体を導入孔へ排出されたのち、再び前記ロッドが前記シール手段へ挿入され液体室が閉塞されることを特徴とするアキュムレータ。
(1−4−4)前記ベローズキャップの液体室側に設けられたロッドが、前記シール手段に挿入されることによって液体室が閉塞した状態において、環境温度の低下によってアキュムレータの温度が低下し、液体室に閉じ込められた液体と気体室に閉じ込められた気体の収縮により、前記金属ベローズの収縮に伴い前記ベローズキャップが前記ステーに当接する方向に変位することを特徴とするアキュムレータ。
(1−4−5)液体室に閉じ込められた液体が収縮したとき、前記ロッドが液体圧およびガス圧が均衡する方向へ変位したときでも、前記シール手段によって液体室が閉塞されることを特徴とするアキュムレータ。
(1−5)シール手段にはリップシールを用いる。テーパー部を有するステーを用い、システム作動状態からゼロダウンに移る際の、シール挿入性を高める。
(1−6)液体圧力の上昇によってロッドが上昇し、シールリップ部がロッドのテーパー部に差し掛かる。さらにロッドの上昇が進んでシール挿入が解除する方向に移動し、テーパー部においてシールのしめ代が低下して圧力を保持できなくなったとき、シールが失効し、液体の排出が起こる。
(1−7)排出が起こると、液体室の圧力は気体室の圧力に近付くと同時に、ロッドはシール挿入方向へ移動する。シールのしめ代が液体室の圧力を保持するのに有効になった位置でロッドは停止し、同時に排出が終わる。このとき、液体室と気体室の圧力は均衡となる。
(2−1)本発明は金属ベローズ型アキュムレータに関する。本発明は金属ベローズ型アキュムレータを使用する分野全般で用いられる。
(2−2)本発明は、外ガスタイプまたは内ガスタイプのアキュムレータにおいて、ゼロダウン時に液体室に閉じ込められた液体と封入ガスが温度変化による膨張もしくは収縮したときに生じる圧力差を吸収させる手段を提案する。
(2−3)本発明は、ステー内周側に設けたシール手段へベローズキャップの液体室側に設けられたロッドが挿入されることにより液体室が閉塞された状態において、熱膨張時には、液体室の体積が膨張するようベローズキャップがステーから離れる方向にロッドが変位することにより、液体圧およびガス圧が均衡を保持する。ある変位のところでロッドがシール手段から外れ、液体が導入孔へ排出される。液体圧とガス圧の均衡が保てるまで液体が排出されたのち、再びロッドが挿入されて液体室が閉塞される。一方、熱収縮時には、液体室の体積が収縮するようベローズキャップがステーに当接する方向にロッドが変位することにより、液体圧とガス圧の均衡を保持する。
(2−4)具体的には以下の構成とする。
(2−4−1)シェルと、前記シェル内に配置され、一端がオイルポートに固着され、他端がベローズキャップにより塞がれることにより前記シェルの内部を気体室と液体室とに分離している金属ベローズと、液体室に液体を導入する導入孔を取り囲むように配置され、前記金属ベローズの収縮限度を規定するステーと、前記ベローズキャップの液体室側に配置され、液体室と導入孔との間をシールするシール手段とよりなる金属ベローズ式アキュムレータであって、前記シール手段が、前記金属ベローズの収縮に伴い前記ステーの内周側に挿入されることによって液体室が閉塞されることを特徴とするアキュムレータ。
(2−4−2)前記シール手段が、前記ステーに挿入されることによって液体室が閉塞した状態において、環境温度の上昇によってアキュムレータの温度が上昇し、液体室に閉じ込められた液体の膨張により、前記金属ベローズの伸長に伴い前記ベローズキャップがステーから離れる方向に変位して前記シール手段の挿入が解除されることによって、液体圧およびガス圧が均衡になるまで液体を導入孔へ排出することが可能なことを特徴とするアキュムレータ。
(2−4−3)液体室に閉じ込められた液体の膨張によって、前記シール手段の挿入が解除されることによって、液体圧およびガス圧が均衡になるまで液体を導入孔へ排出されたのち、再び前記ステー内周側へ前記シール手段が挿入され液体室が閉塞されることを特徴とするアキュムレータ。
(2−4−4)前記シール手段が、前記ステーに挿入されることによって液体室が閉塞した状態において、環境温度の低下によってアキュムレータの温度が低下し、液体室に閉じ込められた液体の収縮により、前記金属ベローズの収縮に伴い前記ベローズキャップが前記ステーに当接する方向に変位することを特徴とするアキュムレータ。
(2−4−5)液体室に閉じ込められた液体の収縮によって、前記ベローズキャップと前記シール手段が液体圧およびガス圧が均衡する方向へ変位したときでも、前記シール手段によって液体室が閉塞され続けることを特徴とするアキュムレータ。
(2−5)シール手段を外周シールにすることにより、部品数を減らすことができる、シール溝部の加工(部品加工)と寸法検査が容易になる、等の利点がある。
図1は、本発明の第一実施例に係るアキュムレータ1の全体断面を示している。図2ないし図5は同アキュムレータ1の要部拡大断面を示している。各図における作動の状態として、図1および図2は定常作動時、図3は圧力配管の圧力低下時(所謂ゼロダウン時)、図4は液体室7に閉じ込められた液体および気体室8に封入された気体が熱膨張した時の状態、図5は液体室7に閉じ込められた液体および気体室8に封入された気体が熱収縮した時の状態をそれぞれ示している。
上記したように図2はアキュムレータ1の定常作動時の状態を示している。オイルポート4は図示しない機器の圧力配管に接続されている。この定常作動時において、ロッド16はステー14の内周空間に挿入されておらず、リップパッキン15はロッド16およびステー14間の径方向間隙cをシールしていないので、液体室7は閉塞されていない。したがって圧力配管からオイルポート4のポート穴4aを介して液体室7へそのときどきの圧力を備える液体が随時導入されるので、ベローズキャップ6がロッド16とともに液体圧および気体圧が均衡するように随時移動する。
上記(1)の状態から機器の運転が停止する等して圧力配管の圧力が極端に低下し気体室8の圧力を下回る状態になると、液体室7内の液体がオイルポート4のポート穴4aから徐々に排出され、ベローズキャップ6がステー14に近付く方向(下方向)へ移動する。ベローズキャップ6がステー14に近付く方向へ移動すると図3に示すように、ロッド16がステー14の内周空間に挿入され、次いでリップパッキン15のシールリップ15bがロッド16の外周面(円筒面状接触面16b)に摺動自在に密接してロッド16およびステー14間の径方向間隙cをシールし、液体室7を閉塞する。したがって閉塞された液体室7に一部の液体が閉じ込められ、この閉じ込められた液体の圧力と気体室8に封入された気体の圧力とが均衡するので、ベローズ5に過大な応力が作用せず、よってベローズ5に破損や異常変形などの塑性変形が発生するのが抑制される。尚、このとき上記したように、ベローズキャップ6およびステー14間には所定の大きさの軸方向間隔d1が形成され、すなわちベローズキャップ6はステー14との間に所定の大きさの軸方向間隔d1を残した位置で停止するので、ベローズキャップ6は未だステー14に当接していない。したがってベローズキャップ6はこの停止位置から、ステー14から離れる方向へ移動することもできるし、反対にステー14に近付く方向へ移動することもできる。
上記(2)の状態すなわちリップパッキン15によって液体室7が閉塞された状態で、雰囲気温度の上昇等によって液体室7に閉じ込められた液体および気体室8に封入された気体が熱膨張すると、液体のほうが熱膨張量が大きいので、この熱膨張による圧力の増大を受けて図4に示すようにベローズキャップ6がステー14から離れる方向(上方向)に変位し、液体室7の容積が拡大し、液体室7の圧力が低下する。ベローズキャップ6およびステー14間の軸方向間隔としてはd1がd2へと拡大する。また、このとき、リップパッキン15のシールリップ15bはロッド16の外周面に設けられた先細のテーパー面状接触面16aの細い部分に接触するので、シールリップ15bの締め代が小さくなってパッキン15のシール性が暫時喪失され、よって液体室7に閉じ込められた液体の一部がオイルポート4側へ流出(漏出)し、液体室7の圧力の低下が促進される。そしてその後、液体室7の圧力および気体室8の圧力が均衡するに連れてベローズキャップ6はステー14に近付く方向(下方向)へ変位するので、シールリップ15bの締め代が大きくなってパッキン15のシール性が復活し、液体室7が再度閉塞される。ベローズキャップ6およびステー14間の軸方向間隔としてはd1がd2へと拡大し、更にd2がd3(ただしd2>d3>d1)またはd1へと縮小することになる。したがってベローズ5内外の液体圧および気体圧が均衡し続けて大きな差圧が発生しないので、ベローズ5に過大な応力が作用せず、よってベローズ5に塑性変形が発生するのが抑制される。
また、上記(2)の状態すなわちリップパッキン15によって液体室7が閉塞された状態で、雰囲気温度の下降等によって液体室7に閉じ込められた液体および気体室8に封入された気体が熱収縮すると、液体のほうが熱収縮量が大きいので、この熱収縮による圧力の低下を受けて図5に示すようにベローズキャップ6がステー14に近付く方向(下方向)に変位し、液体室7の容積が縮小し、液体室7の圧力が増大する。したがってベローズ5内外の液体圧および気体圧が均衡し続けて大きな差圧が発生しないので、ベローズ5に過大な応力が作用せず、よってベローズ5に塑性変形が発生するのが抑制される。
上記(2)の状態が解消されてオイルポート4のポート穴4aから液体が流入すると、この液体の圧力がロッド16に作用してロッド16およびベローズキャップ6をステー14から離れる方向(上方向)へ移動させる。したがってロッド16がリップパッキン15から離れて上記(1)の状態に復することになる。
上記第一実施例では、径方向シールとしてのリップパッキン15がステー14の内周面14aに保持されてそのシールリップ15bがロッド16の外周面に摺動可能に密接する構造とされているが、これに代えて、径方向シールとしてのリップパッキン15がロッド16の外周面に保持されてそのシールリップ15bがステー14の内周面14aに摺動可能に密接する構造とする。このため図6ないし図9に示す第二実施例では、ロッド16の外周面に装着溝16cが設けられ、この装着溝16cにリップパッキン15が装着され、そのシールリップ15bがステー14の内周面14aに摺動可能に密接する構造とされている。尚、上記第一実施例における図2ないし図5に対応して、図6が定常作動時、図7が圧力配管の圧力低下時(所謂ゼロダウン時)、図8が液体室7に閉じ込められた液体が熱膨張した時、図9が液体室7に閉じ込められた液体が熱収縮した時の状態をそれぞれ示している。またこの第二実施例では、リップパッキン15のシールリップ15bが接触する相手方部材がステー14であるので、その先端部内周面に先太(上方へ向けて広くなる)のテーパー面状をなす接触面14gが設けられている。
(A)上記第一および第二実施例では、(3)熱膨張時、リップパッキン15のシールリップ15bはその締め代の大きさを変えながらもロッド16の外周面またはステー14の内周面に接触し続ける構造とされているが、これに代えて、シールリップ15bは一旦ロッド16の外周面またはステー14の内周面から離れて径方向間隙cをシールしなくなり、この状態で一部の液体を流出させる構造としても良い。
2 ハウジング
3 シェル
4 オイルポート
4a ポート穴
5 ベローズ
6 ベローズキャップ
7 液体室
7a ステー外周側空間
7b ステー内周側空間
8 気体室
9 注入口
10 プラグ
11 六角ナット付ピン
12 制振リング
13 プロテクションリング
14 ステー
14a 筒状内周面
14b,16c 装着溝
14c,14d 分割体
14e 先端面
14f 流路
14g,16a テーパー面状接触面
15 リップパッキン(径方向シール)
15a 取付部
15b シールリップ
16 ロッド
16b 円筒面状接触面
18 液体室圧力調整機構
c 径方向間隙
d1,d2 軸方向間隔
Claims (3)
- 機器の圧力配管に接続されるオイルポートを備えるアキュムレータハウジングと、前記ハウジングの内部に組み込まれて前記ハウジングの内部空間を前記オイルポートに連通する液体室および高圧ガスを封入する気体室に仕切るベローズおよびベローズキャップと、前記ハウジングの内部で前記オイルポート上に設けられた筒状内周面を備えるステーと、前記ベローズキャップにおけるオイルポート側の面に設けられるとともに前記ベローズキャップが前記ステーに近付く方向へ移動したときに前記ステーの内周空間に挿入されるロッドと、前記ロッドが前記ステーの内周空間に挿入されたときに前記ロッドおよび前記ステー間の径方向間隙をシールして前記液体室を閉塞する径方向シールとを有し、
前記圧力配管の圧力が前記気体室の圧力よりも低下した状態では、前記ベローズキャップが前記ステーに近付く方向へ移動し、前記ロッドが前記ステーの内周空間に挿入され、前記径方向シールが前記径方向間隙をシールして前記液体室を閉塞し、前記径方向シールによって閉塞された前記液体室の圧力および前記気体室の圧力が均衡する位置で前記ベローズキャップの移動が停止し、このとき前記ベローズキャップおよび前記ステー間には所定の大きさの軸方向間隔が形成され、前記状態にて前記径方向シールによって閉塞された前記液体室の圧力が熱膨張により高められたときには、前記ベローズキャップが前記ステーから離れる方向へ変位することにより前記液体室の容積を拡大して前記圧力を低下させ、前記状態にて前記径方向シールによって閉塞された前記液体室の圧力が熱収縮により低められたときには、前記ベローズキャップが前記ステーに近付く方向へ変位することにより前記液体室の容積を縮小して前記圧力を増大させる液体室圧力調整機構が設けられ、
前記径方向シールが接触する相手方部材にテーパー面状の接触面が設けられることにより前記ロッドが前記ベローズキャップとともに変位したときに前記径方向シールの締め代が変化する構造を有し、前記状態にて前記径方向シールによって閉塞された前記液体室の圧力が熱膨張により高められて前記ベローズキャップが前記ステーから離れる方向へ変位したときには、前記径方向シールの締め代が小さくなって前記液体室に閉じ込められた液体の一部がオイルポート側へ流出することにより前記圧力の低下が促進され、その後前記液体室の圧力および前記気体室の圧力が均衡するに連れて前記ベローズキャップが前記ステーに近付く方向へ変位することにより前記径方向シールの締め代が大きくなって前記液体室が再度閉塞されることを特徴とするアキュムレータ。 - 請求項1記載のアキュムレータにおいて、
前記状態にて前記径方向シールによって閉塞された前記液体室の圧力が熱収縮により低められて前記ベローズキャップが前記ステーに近付く方向へ変位したときには、前記ベローズキャップが前記ステーに当接することにより前記ベローズキャップの変位が停止する構造を有することを特徴とするアキュムレータ。 - 請求項1または2記載のアキュムレータにおいて、
前記径方向シールは、前記ステーの内周面または前記ロッドの外周面に保持されるリップパッキンを備え、前記リップパッキンのシールリップが前記ロッドの外周面または前記ステーの内周面に摺動可能に密接する構造を有することを特徴とするアキュムレータ。
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