ПОРШЕНЬ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ КОМПРЕССОРА

Область техники.
Заявляемое техническое решение относится к области машиностроения, а именно к компрессоростроению и может быть использовано в цилиндрах различного назначения, в частности в цилиндро-поршневых узлах поршневых компрессоров.
Предшествующий уровень техники.
Известен поршень составной дифференциальный (патент РФ №124938 на полезную модель, F16J 1/12, 2013 [1]), содержащий шток с упорным буртом, поршни низкого (поршень младшей ступени) и высокого давлений (поршень старшей ступени). Поршень низкого давления выполнен с осевым отверстием и насажен на шток до упорного бурта. Поршень высокого давления выполнен полым и закреплен на штоке со стороны насаживания поршня низкого давления при помощи резьбового соединения. При этом между поршнями высокого и низкого давлений расположена корончатая шайба.
Недостатком указанного аналога является то, что на поршень испытывает действие высокой величины суммарных поршневых сил, которые негативно отражаются на его работе в целом и на долговечности.
Указанный аналог [1] является по совокупности существенных признаков наиболее близким аналогом того же назначения к заявляемому техническому решению. Поэтому он принят в качестве прототипа.
Раскрытие заявляемого технического решения.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым техническим решением, является снижение величины суммарных поршневых сил, действующих на поршень.
Сущность заявленного технического решения состоит в том, что в поршне дифференциальном содержится шток, поршень младшей ступени и поршень старшей ступени, закрепленный на штоке со стороны насаживания поршня младшей ступени при помощи резьбового соединения. Отличается тем, что поршень младшей ступени выполнен в форме усеченного конуса.
Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного технического решения, обеспечивающих достижение заявленного технического результата «снижение величины суммарных поршневых сил, действующих на поршень».
В частных случаях допустимо выполнять техническое решение следующим образом.
Поршень младшей ступени может быть выполнен полым с ребрами жесткости и на его внешней поверхности могут быть выполнены пазы под поршневые уплотнительные кольца и канавка под опорное кольцо.
Поршень старшей ступени может быть выполнен полым и на его внешней поверхности могут быть выполнены пазы под поршневые уплотнительные кольца.
Между поршнем старшей и младшей ступеней желательно располагать шайбу.
Автором заявленного технического решения изготовлен опытный образец этого решения, испытания которого подтвердили достижение технического результата.
Краткое описание чертежей.
На фигуре показана схема поршня.
Осуществление технического решения.
Поршень дифференциальный компрессора содержит шток (1), поршень младшей ступени (2) и поршень старшей ступени (3). Поршень старшей ступени (3) закреплен на хвостовой части штока (1) со стороны насаживания поршня младшей ступени (2) при помощи резьбового соединения. Между поршнями младшей (2) и старшей (3) ступеней расположена шайба (4) с отгибом Н33.03.019 ГОСТ 11872-89. Шайба (4) фиксирует и стопорит между собой поршни старшей (3) и младшей (2) ступеней.
Поршень младшей ступени (2) выполнен в форме усеченного конуса и предназначен для второй ступени сжатия. Форма конуса, за счет плавного перехода, снижает действующие на поршень суммарные поршневые силы. Поршень младшей ступени (2) выполнен цельным из серого чугуна марки СЧ20 ГОСТ 1412-85. Поршень младшей ступени (2) снабжен центральным сквозным отверстием, через которое проходит шток (1). Поршень младшей ступени (2) выполнен полым с ребрами жесткости в количестве трех штук. Ребра жесткости выполнены на внутренней поверхности поршня младшей ступени (2). Длина поршня младшей ступени (2) равен 205 мм. Диаметр поршня младшей ступени (2) равен 250 мм. На диаметре 230 мм на внешней поверхности поршня младшей ступени (2) выполнены четыре паза, в которые установлены поршневые кольца (5). Поршневые кольца (5) выполнены из фторопласта с коксом марки Ф4 К20 ТУ6-05-1412-71или из марки ГФЭ-5М ТУ48-20-47-87, либо из фторопласта марки АФГМ ОСТ 48-75-73. Поршневые кольца (5) являются самосмазывающимися, что компенсирует отсутствие в компрессоре принудительной подачи масла. На том же диаметре, 230 мм, на внешней поверхности между пазами под поршневые кольца (5) выполнена канавка, в которую установлено опорное кольцо (6). Опорное кольцо (6) выполнено из фторопласта марок Ф4 К20 ТУ6-05-1413-81, или ГФЭ-5М ТУ48-20-47-87, или АФГМ ОСТ 48-75-73.
Поршень старшей ступени (3) выполнен полым из стали 35 ГОСТ 1050-88 и предназначен для третьей ступени сжатия. Поршень старшей ступени (3) выполнен сварным с резьбовым отверстием М33×2 для установки в нем штока (1). Поршень старшей ступени (3) состоит из обечайки, ступицы и дна. Диаметр поршня старшей ступени (3) равен 140 мм, его ширина равна 182 мм. На внешней поверхности поршня старшей ступени (3) выполнено четыре паза, в которые установлены поршневые кольца (7). Поршневые кольца (7) выполнены с косым разрезным замком из материала марок 4К20 ТУ6-05-1413-81, ГФЭ-5М ТУ48-20-47-87 или АФГМ ОСТ 48-75-73.
Шток (1) выполнен или из стали марки 30X13, или из стали 35. Длина штока (1) составляет 840 мм, его диаметр равен 42 мм, масса - 7,3 кг. Хвостовая часть штока (1) со стороны крейцкопфа выполнена резьбой М36×2, а со стороны поршня старшей ступени (3) выполнена резьбой М33×2.
Реализация заявляемого технического решения не ограничивается приведенными выше примерами.
Описание работы.
Поршень компрессора является частью цилиндро-поршневой группы компрессора. Часть штока (1) закрепляют в крейцкопфе. На шток насаживают поршни младшей (2) и старшей ступеней (3) и фиксируют гайкой (4).
При работе поршень дифференциальный компрессора совершает продольные возвратно-поступательные движения. Поочередно поршни разных ступеней движутся к своим верхним мертвым точкам. Причем, если поршень младшей ступени (2) находится в верхней мертвой точке, поршень старшей ступени (3) находится в нижней мертвой точке и наоборот.
При движении поршня дифференциального компрессора от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке в рабочий объем цилиндра поступает газ через всасывающий клапан. При обратном движении поршня газ сжимается и через нагнетательный клапан выходит из цилиндра. Далее цикл впуска-сжатия повторяется.
Промышленная применимость.
Заявляемое техническое решение реализовано с использованием промышленно выпускаемых устройств и материалов, может быть собрано на любом промышленном предприятии и найдет широкое применение в цилиндро-поршневых узлах поршневых компрессоров.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.
1. Поршень составной дифференциальный (варианты), патент РФ №124938 на полезную модель, F16J 1/12, 2013.