ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ЦИЛИНДР ПОРШНЕВОГО КОМПРЕССОРА

Область техники.
Заявляемое техническое решение относится к области компрессоростроения и может быть использовано в цилиндро - поршневых узлах поршневых компрессоров.
Уровень техники.
Известен, например, дифференциальный цилиндр четвертой, второй и шестой ступеней сжатия поршневого шестиступенчатого компрессора (Пластинин П.И. Поршневые компрессоры. Том 2. Основы проектирования. Конструкции. М.: КолосС, 2008, с. 600, лист А.2.32, [1]). Как и в заявляемом техническом решении указанный цилиндр содержит цилиндр младшей ступени, цилиндр старшей ступени и цилиндр средней ступени.
У аналога [1] цилиндр средней ступени выполнен заодно с цилиндром младшей ступени. В каждом цилиндре установлена гильза. В торце крышки цилиндра старшей ступени установлен комбинированный клапан.
Также известен дифференциальный цилиндр поршневого пятиступенчатого компрессора (интернет - ресурс http://kmzv.ru/wp-content/uploacls/2014/10/5-101.jpq, 30.12.2015, 15:11, [2]). Как и в заявляемом техническом решении указанный цилиндр содержит соединенные между собой цилиндр второй ступени, цилиндр четвертой ступени и цилиндр пятой ступени. При этом в каждом из цилиндров выполнены клапанные гнезда.
Указанный аналог [2] является по совокупности существенных признаков наиболее близким аналогом того же назначения к заявляемому техническому решению. Поэтому он принят в качестве прототипа.
Технической проблемой, решение которой обеспечивается при осуществлении заявляемого технического решения, является создание компактного дифференциального цилиндра, который позволяет уменьшить габариты компрессора и использовать такой компрессор в малогабаритных компрессорных станциях.
У аналога [1] комбинированный клапан установлен в торце крышки. Это увеличивает длину всего составного цилиндра и препятствует решению технической проблемы.
У прототипа [2] присоединительный участок цилиндра второй ступени соединен с фланцем цилиндра второй ступени и имеет большую длину. При этом форма крышки цилиндра пятой ступени вытянута вдоль оси. Такая форма крышки обусловлена тем, что в торце крышки установлен комбинированный клапан. Большая длина присоединительного участка цилиндра второй ступени и вытянутая форма крышки цилиндра пятой ступени увеличивают длину всего дифференциального цилиндра. Увеличение длины дифференциального цилиндра приводит к тому, что оппозитный компрессор трудно разместить под капотом малогабаритной компрессорной станции.
Раскрытие сущности заявляемого технического решения.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым техническим решением, является уменьшение длины дифференциального цилиндра.
Сущность заявленного технического решения состоит в том, что цилиндр поршневого компрессора содержит соединенные между собой цилиндр средней ступени, цилиндр младшей ступени и цилиндр старшей ступени. При этом в каждом из цилиндров выполнены клапанные гнезда. Отличается тем, что:
- цилиндр средней ступени содержит выступающий участок, расположенный вдоль оси цилиндра со стороны первого торца;
- выступающий участок цилиндра средней ступени установлен в цилиндре младшей ступени;
- клапанные гнезда цилиндра старшей ступени расположены на боковых сторонах цилиндра.
Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного технического решения, обеспечивающих достижение заявленного технического результата «уменьшение длины дифференциального цилиндра».
В частных случаях допустимо выполнять техническое решение следующим образом.
Боковая поверхность выступающего участка цилиндра средней ступени преимущественно выполнена ступенчатой. При этом на конце выступающего участка установлены уплотнительные кольца.
Цилиндр старшей ступени может содержать корпус и торцевую крышку. При этом клапанные гнезда цилиндра старшей ступени выполнены в торцевой крышке цилиндра, причем оси клапанных гнезд перпендикулярны оси цилиндра.
Авторами заявленного технического решения изготовлен опытный образец этого решения, испытания которого подтвердили достижение технического результата.
Краткое описание чертежей.
На фигуре показана схема дифференциального цилиндра.
Осуществление технического решения.
Дифференциальный цилиндр поршневого компрессора (фиг.) является частью цилиндро - поршневой группы четвертой, второй и пятой ступеней поршневого компрессора 2ГМ2.5-10/251. Дифференциальный цилиндр содержит соединенные между собой цилиндр средней ступени (1), цилиндр младшей ступени (2) и цилиндр старшей ступени (3).
Цилиндр средней ступени (1) предназначен для четвертой ступени сжатия и расположен со стороны станины компрессора. В корпусе цилиндра средней ступени (1) выполнены осевое отверстие под уплотнительные элементы, осевое отверстие под гильзу, газовые полости всасывания и нагнетания, полость охлаждения (4) и клапанные гнезда (5).
Отверстие под уплотнительные элементы и отверстие под гильзу сообщены между собой. В отверстии под уплотнительные элементы установлен сальник (6), предотвращающий утечки сжимаемого газа в месте выхода штока из цилиндра средней ступени (1). В отверстии под гильзу установлена первая гильза (7), внутренняя поверхность которой является рабочей поверхностью цилиндра средней ступени (1).
На цилиндре средней ступени (1) выполнены отверстия подвода и отвода газа (не показано). Вокруг вышеуказанных отверстий закреплены шпильки. Такая конструкция позволяет упростить соединение отверстий подвода и отвода газа с деталями коммуникаций.
Цилиндр средней ступени (1) содержит выступающий участок (8), расположенный вдоль оси со стороны первого торца цилиндра (1). Боковая поверхность выступающего участка (8) выполнена ступенчатой. Второй торец цилиндра средней ступени (1) соединен со станиной или дистанционным фонарем.
Цилиндр младшей ступени (2) предназначен для второй ступени сжатия. С целью уменьшения длины дифференциального цилиндра, в цилиндре младшей ступени (2) установлен выступающий участок (8) цилиндра средней ступени (1). При этом торец цилиндра младшей ступени (2) упирается в цилиндр средней ступени (1). Такая конфигурация цилиндров позволяет не использовать в соединении цилиндров гильзу и уменьшает длины сопрягающихся участков двух цилиндров. За счет этого уменьшается длина всего дифференциального цилиндра. Кроме того, детали позиционируются между собой с большей точностью.
В корпусе цилиндра младшей ступени (2) выполнены рабочая полость (9), газовые полости (10), первая и вторая полости охлаждения (11, 12) и клапанные гнезда (13).
В рабочей полости (9) цилиндра младшей ступени (2) установлена вторая гильза (14). Внутренняя поверхность второй гильзы (14) является рабочей поверхностью цилиндра младшей ступени (2).
Первая полость охлаждения (11) предназначена для отвода теплоты от поверхности трения цилиндра средней ступени (1) и образована боковой поверхностью выступающего участка (8) и внутренними стенками цилиндра младшей ступени (2). За счет этого упрощается конструкция цилиндра средней ступени (1). Вторая полость охлаждения (12) предназначена для отвода теплоты от поверхности трения цилиндра младшей ступени (2) и образована внутренними стенками цилиндра младшей ступени (2) и наружной поверхностью второй гильзы (14).
Оси клапанных гнезд (13) перпендикулярны оси цилиндра младшей ступени
(2).
На цилиндре младшей ступени (2) выполнены отверстия подвода и отвода газа (не показано). Вокруг вышеуказанных отверстий закреплены шпильки.
Цилиндр старшей ступени (3) предназначен для пятой ступени сжатия и содержит корпус и торцевую крышку (15). В корпусе цилиндра старшей ступени (3) выполнены сквозное осевое посадочное отверстие, клапанные гнезда (16), полость охлаждения (17) и уравнительная полость (18). В сквозном осевом посадочном отверстии установлена втулка (19), в которую установлена третья гильза (20). При этом втулка (19) и третья гильза (20) выполнены со ступенчатым изменением диаметров их соответственно внешней и внутренней поверхностей.
Наличие уравнительной полости (18) обеспечивает больший объем газа в подпоршневом пространстве - пространстве, расположенном с обратной стороны поршня относительно рабочей камеры. Это приводит к снижению энергии, которую необходимо затратить на прямое и обратное движение поршня старшей ступени.
С целью уменьшения длины дифференциального цилиндра клапанные гнезда (16) цилиндра старшей ступени (3) расположены на боковых сторонах цилиндра (3). При этом клапанные гнезда (16) выполнены в торцевой крышке (15) цилиндра (3), причем оси клапанных гнезд (16) перпендикулярны оси цилиндра (3).
Примеры конкретного выполнения.
Пример 1. Цилиндр старшей ступени (3) содержит два клапанных гнезда (16), которые расположены диаметрально противоположно.
Пример 2. На конце выступающего участка (8) цилиндра средней ступени (1) выполнены канавки, в которые установлены уплотнительные кольца (21). При этом уплотненный конец выступающего участка (8) сопряжен со стенками цилиндра младшей ступени (2).
Реализация заявляемого технического решения не ограничивается приведенными выше примерами.
Описание использования.
При использовании заявленного дифференциального цилиндра в выступающем участке (8) цилиндра средней ступени (1) устанавливают первую гильзу (7). Затем цилиндр младшей ступени (2) устанавливают на выступающем участке (8) цилиндра средней ступени (1) до упора в цилиндр средней ступени (1). После этого в сквозном осевом отверстии цилиндра младшей ступени (2) устанавливают вторую гильзу (14).
После этого цилиндр средней ступени (1) закрепляют на станине или дистанционном фонаре станины.
Затем внутрь указанной сборочной единицы устанавливают дифференциальный поршень на три ступени сжатия.
После этого на цилиндре младшей ступени (2) закрепляют цилиндр старшей ступени (3). Затем в сквозном осевом посадочном отверстии цилиндра старшей ступени (3) устанавливают втулку (19), а во втулку (19) устанавливают третью гильзу (20).
После этого на цилиндре старшей ступени закрепляют торцевую крышку (15), В клапанных гнездах (16) торцевой крышки (15) закрепляют клапаны (22). При этом один из клапанов всасывающий, а другой нагнетательный.
Полости охлаждения (4, 11, 12, 17) дифференциального цилиндра соединяют с охлаждающей системой компрессора.
Дифференциальный поршень на три ступени сжатия приводят в движение через шток, который через цепь передач соединен с приводным двигателем.
При работе поршень компрессора совершает продольные возвратно-поступательные движения. Поочередно поршни разных ступеней движутся к своим мертвым точкам. Причем, если поршни младшей и средней ступеней находятся в верхней мертвой точке, то поршень старшей ступени находится в нижней мертвой точке и наоборот.
При движении каждого поршня 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 машиностроительном предприятии и найдет широкое применение в области компрессоростроения.