レシプロコンプレッサーは、石油、化学、天然ガス輸送、空気分離、冷凍業界の中核となる電力機器として機能します。の シリンダーブロック は、ガス圧力を直接維持し、圧縮容積を囲む重要な圧力支持コンポーネントです。圧縮機が長期間安定して稼働できるかどうかは、シリンダーブロックの鋳造品質や組立精度によって決まります。
シリンダー ブロックは、複雑な構造、さまざまな壁厚、および絡み合った内部空洞を特徴としています。交互のガス負荷に耐えるだけでなく、信頼性の高い冷却、潤滑、シール機能も確保する必要があります。したがって、鋳造と組み立ての両方において非常に困難な部品として広く認識されています。この記事では、シリンダー ブロック製造における中心的な技術的問題とそれに対応する対策を取り上げ、高品質のシリンダー ブロックの背後にあるプロセスの専門知識を明らかにします。
シリンダーブロックは単なるシェルではありません。内部では、作動室、吸入および吐出バルブのポケットとガス通路、冷却水ジャケット、潤滑油通路、パッキンキャビティなどの複数の機能キャビティが絡み合っています。多段ユニットでは、複数のシリンダを直列にした差動構造が採用されることが多い。 API 618 石油、化学、ガス産業サービス向け往復コンプレッサーなどの国際規格では、シリンダーなどの圧力がかかる部品の材質、耐圧性、検査に厳しい要件が課されています。
この「マルチキャビティ・イン・ワン」構造上の特徴により、シリンダー ブロックの製造では次の 3 つの厳しい要件を同時に満たさなければなりません。
信頼性の高い圧力封じ込め: 高圧の交流負荷がかかっても、シリンダー壁とガス通路に亀裂や漏れが発生しません。
気密性: 鋳造体には壁貫通欠陥がなく、すべての接合面が確実にシールされている必要があります。
耐摩耗精度：ピストンリングと直接擦れ合うシリンダボアは、高い寸法精度と表面品質が要求されます。
シリンダーブロックのウォータージャケットやガス通路などの内部空間はすべて中子で形成されています。コアは多数あり、不規則な形をしています。一部のウォーター ジャケット コアは壁が非常に薄く、典型的な構造では壁の厚さがわずか約 1.8 mm であるため、コアの製造および設定中に破損や変形が発生しやすくなります。型を閉じる際、コアの位置にわずかなずれがあると、低い側で不均一な肉厚が発生したり、厳しい側でコアのブレークスルーやスクラップが発生したりする可能性があります。
シリンダー壁とバルブポケットの間の接合部、およびフランジの付け根で壁の厚さが急激に変化すると、孤立したホットスポットが形成されます。供給チャネルが早期に凝固した薄い部分によって遮断されると、溶融金属の凝固収縮を補償できなくなり、引け巣や気孔が発生します。これらの気孔タイプの欠陥は、鋳造強度を弱めるだけでなく、耐圧試験における「漏れ源」としても機能します。
レジンサンドサンドモールドは寸法精度が高く、表面品位も良好なため、複雑なシリンダーブロックの主流となっています。ただし、プロセスの規律には非常に敏感です。樹脂と硬化剤の過剰な添加、型（コア）が完全に硬化する前に注入、通気不良、再生砂中の過剰な微粒子含有量や強熱減量はすべて、ガスの多孔性と砂の混入を引き起こす可能性があります。砂の混入物（鋳物の内部または表面にガスや不純物によって形成される小さな空洞）が耐圧壁に現れると、多くの場合シリンダー ブロック全体のスクラップを意味します。
ウォータージャケットは砂排出穴が少なく、通路が曲がりくねっているため、注入後の残留砂が除去しにくい。高品質のシリンダー ブロックでは、キャビティ内の残留砂に厳しい制限が課されます。一部の製品では、要件はわずか 2.5 g です。この基準を一貫して満たすには、カスタマイズされた自動ショット ブラスト プロセスとプロセス能力制御が必要です。
上記の問題に対処するために、成熟したシリンダー ブロック鋳造生産では、体系的なプロセス ルートが確立されています。
デジタルプロセス設計：凝固および充填シミュレーションソフトウェアを使用して、ホットスポットとガス閉じ込めのリスクを事前に予測し、ゲートシステム、ライザー、チルを最適化し、それによってプロセス設計段階での欠陥を排除します。
レジンボンドサンドの細心の注意: 好ましいレジンと硬化剤を最小限の添加率で選択し、注型前に型 (中子) が完全に硬化するようにします。再生砂のパラメーターは厳密に管理されており、コーティングは型を閉じる前に完全に焼き付けられます。
標準化された通気および注入手順: 通気チャネルが適切に配置され、注入温度と注入速度の仕様が強制されて、ガスの同伴と金型の浸食が軽減されます。
特殊な洗浄と後処理：ウォータージャケットやオイル通路などの密閉キャビティに対してショットブラストや振動洗浄などを組み合わせ、残留砂を定量測定します。
表1 シリンダブロックのよくある鋳造欠陥とその管理対策
欠陥の種類 |
主な原因 |
主要な管理措置 |
引け巣・気孔率 |
孤立したホットスポット、不十分な給餌 |
シミュレーションに最適化されたライザーとチル、方向性凝固設計 |
ガス気孔率 |
過剰な樹脂添加、不十分な通気、未硬化コア |
樹脂/硬化剤の投与量の厳密な制御、完全硬化、通気強化 |
砂混入物・表面砂 |
コアの破損、コーティングの劣化、金型の浸食 |
コアの強度を向上させ、コーティングを焼き付け、スムーズに注ぐことができます。 |
キャビティ内の過剰な残留砂 |
砂の排出口が少なく、曲がりくねった通路 |
カスタマイズされたショットブラスト洗浄、定量的な残留砂測定 |
シリンダボアの寸法精度、真円度、表面粗さは、ピストンリングのシール効果や寿命に直接影響します。摩耗により最大径と最小径の差が0.5mm以上になったり、0.5mm以上の深い傷がある場合には再ボーリングによる修理が必要となります。再穴あけ代は通常、直径 2 mm を超えてはなりません。 10～25mm除去する場合はシリンダライナを装着し、強度確認を行います。新しく製造されるシリンダー ブロックは、同じ精密ロジックに従っています。つまり、仕上げボーリングとホーニング作業が連動して、ボア表面がオイル保持を促進するプラトー ホーニング構造を形成するようにします。
ライニング構造では、干渉の選択がコアアセンブリの課題となります。過剰な干渉は応力集中を引き起こし、ライナーやブロックの亀裂さえも引き起こします。干渉が不十分であると、着座不良や熱伝達の低下につながります。比較理論計算と有限要素シミュレーションにより、約 0.05 mm の干渉が妥当であることが示されています。セグメント化されたライナー設計も応力集中の軽減に役立ちます。実際には、しめしろの大きさに応じて、室温での圧入、ブロックの加熱による熱間嵌合、ライナーの凍結による冷間嵌合などの方法を選択して、合わせ面を一度で損傷なく組み立てることができます。
ピストン リングの組み立て品質は、圧縮容積のシールに直接影響します。リングを取り付ける前に、各リングをシリンダー内に配置して光漏れ検査を行う必要があります。通常、漏れ箇所は 2 箇所以下であり、リングギャップの 30° 以内に漏れは認められません。各漏れアークは 25°を超えてはなりません。溝に取り付けた後、リングは自由にスライドし、その半径方向の厚さは溝の深さより 0.25 ～ 0.5 mm 小さくなければなりません。ピストンロッドとピストンを組み付ける際には、接合面をブルーイング法により確認し、必要に応じて削り調整を行ってください。組み立て後、ピストンとピストンロッドの同軸度および直角度を検査する必要があります。許容範囲外の場合は再加工が必要です。
バルブシートとリフトリミッターのシール面、スタッフィングボックスのパッキンリング、水と油の通路のプラグとシールはすべて漏れの可能性がある箇所です。組み立て前に、すべてのコンポーネントと通路を徹底的に洗浄し、異物の侵入、誤った部品、または誤った組み立てを防ぐために、指定されたトルクと順序で締め付けを実行する必要があります。
完成したシリンダー ブロックは、発送前に一連のテストに合格する必要があります。
水圧試験: これは必須であり、ガス通路、ウォータージャケット、パッキンキャビティ、配管、その他の圧力がかかる部品を対象とします。テスト圧力は、コンポーネントの最大許容作動圧力の 1.5 倍です (シリンダーのガス通路には最低 1.5 バールのゲージを使用)。保持期間中はいかなる漏洩も許されません。
気密性試験: 乾燥したきれいな空気または窒素を使用して、静水圧試験が成功した後に実行されます。圧力を指定値まで徐々に上昇させ、30 分以上保持した後、設計圧力まで減圧します。すべての溶接と接合部は石鹸溶液で検査されます。漏れがないことは許容されます。
非破壊検査: 超音波検査、磁性粒子検査、または浸透探傷検査が重要な機械加工表面および疑わしい領域に適用され、亀裂、異物、その他の欠陥が次の作業に進行するのを防ぎます。
一粒の砂から シリンダーブロック – このプロセスには、プロセス設計、コアの作成と成形、溶解と注入、洗浄と機械加工、精密な組み立て、および厳格なテストという数十の連続したステップが含まれます。それぞれの課題を克服することで、「信頼性」への取り組みが強化されます。シリンダーブロックの品質は、各コンプレッサーにおいてお客様に提供される最初の約束です。すべての耐圧壁を職人技で鋳造し、精密な組み立てによってすべての安定した動作を保証します。
