ЦИЛИНДР КОМПРЕССОРА (ВАРИАНТЫ)
COMPRESSOR CYLINDER (VERSIONS)

Область техники.
Заявляемая группа изобретений относится к области машиностроения, а именно к компрессоростроению, и предназначена для использования в цилиндропоршневых узлах поршневых компрессоров.
Предшествующий уровень техники.
Известен цилиндр поршневого компрессора с водяным охлаждением (патент РФ №2429378 на изобретение, МПК F04B 39/06, 2010, [1]), содержащий корпус блока цилиндров, закрытого с торцевой стороны головкой цилиндра, который снабжен средствами для водяного охлаждения. Средства для водяного охлаждения включают изначально имеющий двойные стенки корпус блока цилиндров, на торцевой стороне которого, обращенной к головке цилиндра, расположено несколько отверстий для охлаждения, через которые охлаждающее средство, проходящее через имеющий двойные стенки корпус блока цилиндров, вступает в контакт с зоной головки цилиндра, состоящей из пластины клапана, установленной на торцевой поверхности корпуса блока цилиндров и имеющей каналы для охлаждающего средства. Каналы соединены с впускным отверстием для охлаждения зоны впускного и выпускного клапанов. Снаружи на корпусе блока цилиндров расположено, по меньшей мере, одно подключение для охлаждающего средства в качестве впускного отверстия для охлаждающего средства. При этом корпус блока цилиндров обтекает с обеих сторон.
Недостатком аналога [1] является расположение впускного и выпускного клапанов в головке блока цилиндров на торцевой стороне корпуса блока цилиндров, что приводит к усложнению системы охлаждения цилиндров, так как для охлаждения клапанов используются отдельные каналы охлаждения.
Также известен цилиндр поршневого компрессора (патент РФ №289220 на изобретение, МПК F04B 21/08, 1970, [2]) с воздушным охлаждением, содержащий соосно концентрически расположенные всасывающий и нагнетательный клапаны и помещенный с зазором во внутренней полости камеры нагнетания всасывающий патрубок. В камере нагнетания выполнен канал для подвода охлаждающего воздуха в зазор с противотоком к газу во всасывающем патрубке.
Данному аналогу [2] присущи все недостатки аналога [1], а расположение нагнетательной камеры с торца цилиндра также приводит к увеличению размеров охлаждающей полости цилиндра.
Среди цилиндров, применяемых в компрессоростроении, также известен цилиндр компрессора (патент РФ №104980 на полезную модель, МПК F04B 39/00, 2011, [3]), содержащий корпус с цилиндрической осевой поршневой полостью, всасывающей и нагнетательной газовыми камерами, уравнительной и охлаждающей полостями. Причем стенки полости охлаждения граничат с поршневой полостью, всасывающей и нагнетательной камерами.
Недостатком аналога [3] является малая площадь границы полости охлаждения с поршневой полостью, камерами всасывания и нагнетания. Для осуществления эффективного охлаждения такая площадь границы недостаточна. Недостаточное охлаждение вызывает ухудшение смазки трущихся поверхностей и перегрев деталей компрессора, что приводит к снижению их прочности. При перегреве недостаточный отвод тепла может привести к заеданию и поломке деталей компрессора.
Указанный выше аналог [3] является по совокупности существенных признаков наиболее близким устройством того же назначения к группе заявляемых изобретений. Поэтому он принят в качестве прототипа заявляемых цилиндров компрессора.
Раскрытие изобретения.
Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая группа изобретений, является повышение надежности работы цилиндра компрессора при сохранении минимальных габаритов.
Техническим результатом, обеспечиваемым каждым изобретением из заявляемой группы, является увеличение эффективности охлаждения при сохранении минимальных габаритов цилиндра компрессора.
Сущность изобретения по варианту 1 состоит в том, что цилиндр компрессора содержит корпус с цилиндрической полостью, всасывающей и нагнетающей полостями, охлаждающей полостью с по крайней мере одним входным отверстием. При этом всасывающая полость выполнена с отверстием входа газа и клапанным окном всасывания. При этом нагнетающая полость выполнена с отверстием выхода газа и клапанным окном нагнетания. При этом охлаждающая полость образует кольцевой контур вокруг цилиндрической полости. При этом охлаждающая полость граничит с внутренней стороны с цилиндрической полостью, а с внешней стороны - со всасывающей и нагнетающей полостями.
Корпус предпочтительно выполнен из чугуна.
На одной из торцевых поверхностей корпуса могут быть выполнены окна.
Цилиндрическая полость может быть выполнена многоступенчатой.
Клапанные окна всасывания и нагнетания и отверстия для входа и выхода газа предпочтительно снабжены приливами.
Всасывающая и нагнетающая полости могут быть выполнены на всю высоту корпуса.
Охлаждающая полость предпочтительно усилена ребрами жесткости. При этом по крайней мере в одном из ребер жесткости может быть выполнено индикаторное отверстие.
Корпус предпочтительно содержит резьбовые отверстия для крепежных элементов, под которые выполнены сферические приливы (бобышки).
Входное отверстие охлаждающей полости может быть выполнено на боковой цилиндрической поверхности корпуса.
На торцевой поверхности корпуса предпочтительно выполнена проточка для крепления уплотнительного устройства.
Сущность изобретения по варианту 2 состоит в том, что цилиндр компрессора содержит корпус с цилиндрической полостью, всасывающей и нагнетающей полостями, охлаждающей полостью с по крайней мере одним входным отверстием. При этом всасывающая полость выполнена с отверстием входа газа и клапанным окном всасывания. При этом нагнетающая полость выполнена с отверстием выхода газа и клапанным окном нагнетания. При этом охлаждающая полость образует кольцевой контур вокруг цилиндрической полости. При этом охлаждающая полость граничит с внутренней стороны с цилиндрической полостью, а с внешней стороны - со всасывающей и нагнетающей полостями. При этом клапанные окна всасывания и нагнетания снабжены ребрами жесткости.
Корпус предпочтительно выполнен из чугуна.
На одной из торцевых поверхностей корпуса могут быть выполнены окна.
Цилиндрическая полость может быть выполнена многоступенчатой.
Клапанные окна всасывания и нагнетания и отверстия для входа и выхода газа предпочтительно снабжены приливами.
Всасывающая и нагнетающая полости могут быть выполнены на всю высоту корпуса.
Охлаждающая полость предпочтительно усилена ребрами жесткости. При этом по крайней мере в одном из ребер жесткости может быть выполнено индикаторное отверстие.
Корпус предпочтительно содержит резьбовые отверстия для крепежных элементов, под которые выполнены сферические приливы (бобышки).
Входное отверстие охлаждающей полости может быть выполнено на боковой цилиндрической поверхности корпуса.
На торцевой поверхности корпуса предпочтительно выполнена проточка для крепления уплотнительного устройства.
Краткое описание чертежей.
На фиг.1 показан вид спереди цилиндра компрессора по вариантам 1, 2; на фиг.2 - схема цилиндра, разрез А-А по варианту 1; на фиг.3 - схема цилиндра, разрез Б-Б по варианту 1; на фиг.4 - схема цилиндра, разрез А-А по варианту 2; на фиг.5 - схема цилиндра, разрез В-В по варианту 2.
Осуществление изобретения по варианту 1.
Цилиндр компрессора по варианту 1 (фиг.1-3) содержит корпус (1), выполненный в виде чугунной отливки цилиндрической формы с последующей механической обработкой. Соосно корпусу (1) с торцевой его стороны выполнены выточки, которые образуют многоступенчатую цилиндрическую полость (2) для установки гильзы. С противоположного торца цилиндр по оси снабжен проточкой под уплотнительное устройство (сальник).
Внутри корпуса (1) (фиг.2, 3) расположены всасывающая (3), нагнетающая (4) и охлаждающая (5) полости, которые изолированы друг от друга. Охлаждающая полость (5) образует вокруг цилиндрической полости (2) кольцевой контур и граничит с внутренней стороны с этой цилиндрической полостью (2), а с внешней стороны - со всасывающей (3) и нагнетающей (4) полостями. Охлаждающая полость (5) разделяет и эффективно граничит со всасывающей (3) и нагнетающей (4) полостями. На боковой цилиндрической поверхности корпуса (1) выполнено отверстие (6) для входа охлаждающей жидкости.
На цилиндрической поверхности корпуса (1) имеются приливы (15) (фиг.1) треугольной формы, в которых выполнены клапанные окна нагнетания (7) и всасывания (13). Приливы (15) предназначены для крепления крышек клапанов. Перпендикулярно клапанному окну нагнетания (7) на цилиндрической поверхности корпуса (1) выполнено отверстие выхода газа (9). Перпендикулярно клапанному окну всасывания (13) на цилиндрической поверхности корпуса (1) выполнено отверстие входа газа (8). Отверстия входа (8) и выхода (9) газа снабжены цилиндрическими приливами (16) (фиг.1), предназначенными для крепления соответственно трубопроводов подачи и отвода газа. Нагнетающая полость (4) объединяет клапанное окно нагнетания (7) с отверстием выхода газа (9). Всасывающая полость (3) объединяет клапанное окно всасывания (13) с отверстием входа газа (8).
На торцевой поверхности корпуса (1) выполнены окна (12), предназначенные для агрегатирования заявляемого цилиндра с цилиндром следующей ступени того же компрессора или крышкой. В случае агрегатирования заявляемого цилиндра с крышкой через окна (12) всасывающая (3), нагнетающая (4) и охлаждающая (5) полости цилиндра сообщаются с аналогичными полостями крышки. Если заявляемый цилиндр агрегатируется с цилиндром следующей ступени того же компрессора, окна (12) охлаждающей полости (5) цилиндра объединяют охлаждающую полость (5) с аналогичной полостью цилиндра следующей ступени, окна (12) нагнетающей полости (4) глушатся привалочной поверхностью цилиндра следующей ступени, а окна (12) всасывающей полости (3) могут глушиться привалочной поверхностью цилиндра следующей ступени либо объединяют всасывающую полость (3) с уравнительной полостью цилиндра следующей ступени того же компрессора.
Пример. 1. Под все резьбовые отверстия в корпусе (1) выполнены сферические приливы (бобышки), которые обеспечивают необходимую глубину крепления крепежных изделий и позволяют делать стенки привалочных поверхностей цилиндра тонкими.
Пример. 2 Для усиления конструкции и повышения надежности охлаждающая полость (5) снабжена ребрами жесткости (11), в одном из которых выполнено индикаторное отверстие (10) для построения индикаторной диаграммы.
Реализация конструктивных элементов заявляемого изобретения не ограничивается приведенными выше примерами.
Описание работы по варианту 1.
Цилиндр компрессора одним из торцов крепится к станине компрессора. Другим торцом его соединяют с крышкой или цилиндром следующей ступени того же компрессора так, чтобы охлаждающая (5), всасывающая (3) и нагнетающая (4) полости цилиндра были сообщены с аналогичными полостями крышки или цилиндра следующей ступени компрессора. Внутрь цилиндрической полости (2) устанавливают гильзу и поршень. В клапанное окно (13) всасывающей полости (3) устанавливают фонарь нажимной и клапан всасывающий. В клапанное окно (7) нагнетающей полости (4) устанавливают фонарь нажимной и клапан нагнетающий. Охлаждающую полость (5) через входное отверстие (6) соединяют с охлаждающей системой компрессора.
Первичный газ, проходя отверстие входа газа (8), движется по всасывающей полости (3) в цилиндрическую полость (2). Приводом компрессора через шток поршень совершает возвратно-поступательные движения, сжимая газ, который поступает в нагнетающую полость (4) и выходит через отверстие выхода газа (9).
Расположение охлаждающей полости (5) между цилиндрической полостью (2) и всасывающей (3), нагнетающей (4) полостями позволяет эффективно охлаждать газ во время процессов всасывания и нагнетания. Выполнение охлаждающей полости (5) в виде кольцевого контура вокруг цилиндрической полости (2) позволяет эффективно отводить тепло от гильзы и поршня.
Таким образом, из вышеизложенного следует, что в заявляемом цилиндре компрессора по варианту 1 заявляемый технический результат: «увеличение эффективности охлаждения при сохранении минимальных габаритов цилиндра компрессора» достигается за счет того, что цилиндр компрессора содержит корпус (1) с цилиндрической полостью (2), всасывающей (3) и нагнетающей (4) полостями, охлаждающей полостью (5) с по крайней мере одним входным отверстием (6). При этом всасывающая полость (3) выполнена с отверстием входа газа (8) и клапанным окном всасывания (13). При этом нагнетающая полость (4) выполнена с отверстием выхода газа (9) и клапанным окном нагнетания (7). При этом охлаждающая полость (5) образует кольцевой контур вокруг цилиндрической полости (2). При этом охлаждающая полость (5) граничит с внутренней стороны с цилиндрической полостью (2), а с внешней стороны - со всасывающей (3) и нагнетающей (4) полостями.
Осуществление изобретения по варианту 2.
Цилиндр компрессора по варианту 2 (фиг.1, 4, 5) содержит корпус (1), выполненный в виде чугунной отливки цилиндрической формы с последующей механической обработкой. Соосно корпусу (1) с торцевой его стороны выполнены выточки, которые образуют многоступенчатую цилиндрическую полость (2) для установки гильзы. С противоположного торца цилиндр по оси снабжен проточкой под уплотнительное устройство (сальник).
Внутри корпуса (1) (фиг.2, 3) расположены всасывающая (3), нагнетающая (4) и охлаждающая (5) полости, которые изолированы друг от друга. Охлаждающая полость (5) образует вокруг цилиндрической полости (2) кольцевой контур и граничит с внутренней стороны с этой цилиндрической полостью (2), а с внешней стороны - со всасывающей (3) и нагнетающей (4) полостями. Охлаждающая полость (5) разделяет и эффективно граничит со всасывающей (3) и нагнетающей (4) полостями. На боковой цилиндрической поверхности корпуса (1) выполнено отверстие (6) для входа охлаждающей жидкости.
На цилиндрической поверхности корпуса (1) имеются приливы (15) (фиг.1) треугольной формы, в которых выполнены клапанные окна нагнетания (7) и всасывания (13). Приливы (15) предназначены для крепления крышек клапанов. Перпендикулярно клапанному окну нагнетания (7) на цилиндрической поверхности корпуса (1) выполнено отверстие выхода газа (9). Перпендикулярно клапанному окну всасывания (13) на цилиндрической поверхности корпуса (1) выполнено отверстие входа газа (8). Отверстия входа (8) и выхода (9) газа снабжены цилиндрическими приливами (16) (фиг.1), предназначенными для крепления соответственно трубопроводов подачи и отвода газа. Нагнетающая полость (4) объединяет клапанное окно нагнетания (7) с отверстием выхода газа (9). Всасывающая полость (3) объединяет клапанное окно всасывания (13) с отверстием входа газа (8). Каждое клапанное окно нагнетания (7) и всасывания (13) для повышения жесткости усилено двумя цилиндрическими ребрами (14) (фиг.3).
На торцевой поверхности корпуса (1) выполнены окна (12), предназначенные для агрегатирования заявляемого цилиндра с цилиндром следующей ступени того же компрессора или крышкой. В случае агрегатирования заявляемого цилиндра с крышкой через окна (12) всасывающая (3), нагнетающая (4) и охлаждающая (5) полости цилиндра сообщаются с аналогичными полостями крышки. Если заявляемый цилиндр агрегатируется с цилиндром следующей ступени того же компрессора, окна (12) охлаждающей полости (5) цилиндра объединяют охлаждающую полость (5) с аналогичной полостью цилиндра следующей ступени, окна (12) нагнетающей полости (4) глушатся привалочной поверхностью цилиндра следующей ступени, а окна (12) всасывающей полости (3) могут глушиться привалочной поверхностью цилиндра следующей ступени либо объединяют всасывающую полость (3) с уравнительной полостью цилиндра следующей ступени того же компрессора.
Пример. 1. Под все резьбовые отверстия в корпусе (1) выполнены сферические приливы (бобышки), которые обеспечивают необходимую глубину крепления крепежных изделий и позволяют делать стенки привалочных поверхностей цилиндра тонкими.
Пример. 2 Для усиления конструкции и повышения надежности охлаждающая полость (5) снабжена ребрами жесткости (11), в одном из которых выполнено индикаторное отверстие (10) для построения индикаторной диаграммы.
Реализация конструктивных элементов заявляемого изобретения не ограничивается приведенными выше примерами.
Описание работы по варианту 2.
Цилиндр компрессора одним из торцов крепится к станине компрессора. Другим торцом его соединяют с крышкой или цилиндром следующей ступени того же компрессора так, чтобы охлаждающая (5), всасывающая (3) и нагнетающая (4) полости цилиндра были сообщены с аналогичными полостями крышки или цилиндра следующей ступени компрессора. Внутрь цилиндрической полости (2) устанавливают гильзу и поршень. В клапанное окно (13) всасывающей полости (3) устанавливают фонарь нажимной и клапан всасывающий. В клапанное окно (7) нагнетающей полости (4) устанавливают фонарь нажимной и клапан нагнетающий. Охлаждающую полость (5) через входное отверстие (6) соединяют с охлаждающей системой компрессора.
Первичный газ, проходя отверстие входа газа (8), движется по всасывающей полости (3) в цилиндрическую полость (2). Приводом компрессора через шток поршень совершает возвратно-поступательные движения, сжимая газ, который поступает в нагнетающую полость (4) и выходит через отверстие выхода газа (9).
Расположение охлаждающей полости (5) между цилиндрической полостью (2) и всасывающей (3), нагнетающей (4) полостями позволяет эффективно охлаждать газ во время процессов всасывания и нагнетания. Выполнение охлаждающей полости (5) в виде кольцевого контура вокруг цилиндрической полости (2) позволяет эффективно отводить тепло от гильзы и поршня.
Таким образом, из вышеизложенного следует, что в заявляемом цилиндре компрессора по варианту 2 заявляемый технический результат: «увеличение эффективности охлаждения при сохранении минимальных габаритов цилиндра компрессора» достигается за счет того, что цилиндр компрессора содержит корпус (1) с цилиндрической полостью (2), всасывающей (3) и нагнетающей (4) полостями, охлаждающей полостью (5) с по крайней мере одним входным отверстием (6). При этом всасывающая полость (3) выполнена с отверстием входа газа (8) и клапанным окном всасывания (13). При этом нагнетающая полость (4) выполнена с отверстием выхода газа (9) и клапанным окном нагнетания (7). При этом охлаждающая полость (5) образует кольцевой контур вокруг цилиндрической полости (2). При этом охлаждающая полость (5) граничит с внутренней стороны с цилиндрической полостью (2), а с внешней стороны - со всасывающей (3) и нагнетающей (4) полостями. При этом клапанные окна всасывания (13) и нагнетания (9) снабжены ребрами жесткости (14).
Промышленная применимость.
Автором изобретения изготовлен опытный образец заявленного цилиндра компрессора, испытания которого подтвердили достижение технического результата.
Заявляемый цилиндр компрессора реализован с применением промышленно выпускаемых устройств и материалов, может быть изготовлен на машиностроительном предприятии и найдет широкое применение в области компрессоростроения.