ЦИЛИНДР С ВОДЯНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ

Область техники.
Заявляемое техническое решение относится к области компрессоростроения и предназначено для использования в цилиндропоршневых узлах поршневых компрессоров.
Предшествующий уровень техники.
Среди цилиндров компрессоров известен, например, цилиндр высокого давления дифференциального блока цилиндров (Поспелов Г.А. и др. Объемные компрессоры. Атлас конструкций. М.: Машиностроение, 1994. С. 42, лист 31, рис. 2, [1]). Как и в заявляемом техническом решении указанный аналог содержит корпус с фланцами. При этом фланцы размещены с торцов корпуса.
Также указанный цилиндр содержит рабочую полость и полость охлаждения. Рабочая полость представляет собой осевое цилиндрическое отверстие, в котором установлена гильза. Полость охлаждения окружает рабочую полость.
Недостатком указанных цилиндров [1] является выполнение их корпусов цельными. Это усложняет изготовление цилиндров, так как в них необходимо выполнять полости охлаждения. Кроме того в случае брака невозможно заменить часть цилиндра, и вся деталь приходит в негодность.
Также известен цилиндр высокого давления (Френкель М.И. Поршневые компрессоры. Теория, конструкции и основы проектирования. Ленинград: Машиностроение, 1969. С. 293, рис. VII.17, [2]). Как и в заявляемом техническом решении, указанный аналог содержит соосно размещенные втулку и обечайку, закрытые с торцов фланцами.
У указанного аналога [2] фланцы стянуты между собой шпильками.
Недостатком указанного аналога [2] является сложность его конструкции и сборки.
Указанный аналог [2] 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.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является упрощение изготовления цилиндра.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым техническим решением, является упрощение и ускорение сборки цилиндра.
Сущность заявленного технического решения состоит в том, что цилиндр компрессора содержит составной корпус, включающий соосно размещенные втулку и обечайку, закрытые с торцов фланцами. Отличается тем, что:
- фланцы приварены ко втулке и обечайке;
- первый фланец размещен на втулке со стороны первого торца корпуса;
- второй фланец размещен на втулке со стороны второго торца корпуса.
Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного технического решения, обеспечивающих достижение заявленного технического результата «упрощение и ускорение сборки цилиндра».
В частных случаях допустимо выполнять техническое решение следующим образом.
Каждый из фланцев может быть приварен ко втулке с двух сторон и снабжен кольцевой проточкой, при этом обечайка приварена к кольцевым проточкам фланцев.
Каждый из фланцев преимущественно содержит осевое отверстие под втулку. При этом на внешнем крае осевого отверстия под втулку первого фланца выполнена первая кольцевая фаска под сварку, а на обоих краях осевого отверстия под втулку второго фланца выполнены вторая и третья кольцевые фаски под сварку. При этом на торцах втулки выполнены четвертая и пятая фаски, совмещенные с внешними первой и второй фасками фланцев. Кроме того диаметр наружной поверхности втулки у ее первого торца выполнен ступенчато изменяющимся. При этом наименьший диаметр наружной поверхности втулка имеет у торца, причем упомянутая ступень втулки упирается в первый фланец, и на этой ступени выполнена шестая кольцевая фаска под сварку.
Авторами заявленного технического решения изготовлен опытный образец этого решения, испытания которого подтвердили достижение технического результата.
Краткое описание чертежей.
На фигуре 1 показан продольный разрез цилиндра с водяным охлаждением; на фиг. 2 - вид на первый торец цилиндра с водяным охлаждением; на фиг. 3 - вид на второй торец цилиндра с водяным охлаждением.
Осуществление технического решения.
Цилиндр с водяным охлаждением (фиг. 1) содержит составной корпус, включающий соосно размещенные втулку (1) и обечайку (2), закрытые с торцов фланцами (3, 4). Втулка (1) и фланцы (3, 4) выполнены преимущественно из качественной высокопрочной стали марки Сталь 45 ГОСТ 1050-88.
Первый торец корпуса (фиг. 2) предназначен для сопряжения заявляемого цилиндра со станиной или дистанционным фонарем. На первом торце корпуса выполнены глухие резьбовые отверстия (5) и бурт (6). Резьбовые отверстия (5) равноудалены от оси корпуса и предназначены для установки в них шпилек, которыми цилиндр закрепляют на станине или дистанционном фонаре. Бурт (6) предназначен для центрирования цилиндра относительно сопрягаемой поверхности.
Фланцы (3, 4) приварены ко втулке (1) и обечайке (2). При этом каждый из фланцев (3, 4) приварен ко втулке (1) с двух сторон.
Первый фланец (3) размещен на втулке (1) со первого торца корпуса и снабжен кольцевой проточкой (7) со стороны противоположной первому торцу корпуса. Вышеупомянутый фланец (3) содержит смежные осевое отверстие (8) под фланец сальника и осевое отверстие (9) под втулку (1). Отверстие (8) под фланец сальника выполнено со стороны первого торца корпуса. На торцевой поверхности отверстия (8) под фланец сальника выполнены глухие резьбовые отверстия (10), которые предназначены для установки в них шпилек, с помощью которых закрепляют фланец сальника. Диаметр отверстия (9) под втулку (1) меньше диаметра отверстия (8) под фланец сальника. На внешнем крае отверстия (9) под втулку (1) выполнена первая кольцевая фаска под сварку (11).
Второй торец корпуса (фиг. 3) предназначен для сопряжения заявляемого цилиндра с клапанной коробкой. На втором торце корпуса выполнены глухие резьбовые отверстия (12), которые предназначены для установки в них шпилек и равноудалены от оси корпуса.
Второй фланец (4) размещен на втулке (1) со стороны второго торца корпуса и снабжен кольцевой проточкой (13) со стороны противоположной второму торцу корпуса. Вышеупомянутый фланец (4) имеет в поперечном сечении форму прямоугольника и содержит осевое отверстие (14) под втулку (1). На обоих краях осевого отверстия (14) под втулку (1) выполнены вторая (15) и третья (16) кольцевые фаски под сварку.
Втулка (1) представляет собой цилиндрическую деталь. На торцах втулки (1) выполнены четвертая (17) и пятая (18) фаски, совмещенные с внешними первой (11) и второй (15) фасками фланцев (3, 4). Диаметр наружной поверхности втулки (1) у ее первого торца выполнен ступенчато изменяющимся. При этом наименьший диаметр наружной поверхности втулка (1) имеет у торца, причем упомянутая ступень втулки (1) упирается в первый фланец (3), и на этой ступени выполнена шестая кольцевая фаска под сварку (19).
Во втулке (1) выполнены последовательно от ее первого торца ко второму сообщенные между собой полость сальника (20), разделительная полость (21) и рабочая полость (22). На втором торце втулка имеет центрирующий бурт (23).
Полость сальника (20) представляет собой осевое цилиндрическое отверстие, которое предназначено для установки в него камер сальника.
Разделительная полость (21) сообщена с полостью сальника (20) осевым отверстием (24) для прохода штока, диаметр которого меньше диаметра разделительной полости (21). Разделительная полость (21) предназначена для создания перепада давления, действующего на уплотняющие элементы и, как следствие, повышения их срока службы. С этой целью разделительная полость (21) снабжена радиальным отверстием (25), выполненным в стенке втулки (1). Через радиальное отверстие (25) разделительную полость (21) сообщают с источником необходимого давления, например более низкого.
Рабочая полость (22) представляет собой осевое цилиндрическое отверстие, в которое запрессовывают гильзу. Диаметр рабочей полости (22) больше диаметра разделительной полости (21). В рабочей полости (22) у второго торца втулки (1) выполнена кольцевая проточка (26) с большим диаметром, в которую упирается бурт гильзы.
Гильза (не показано) установлена в рабочей полости (22) вплотную к ступени изменения диаметра между рабочей полостью (22) и разделительной полостью (21).
Обечайка (2) приварена к кольцевым проточкам (7, 13) фланцев (3, 4) и состоит из двух частей - полуобечаек, сваренных вдоль ее образующей. Кроме того обечайка (2) снабжена отверстием (27), расположенным напротив радиального отверстия (25) втулки (1). В отверстия (25) втулки (1) и обечайки (2) установлен штуцер (28). Штуцер (28) предназначен для соединения с источником низкого давления.
Наружная свободная поверхность втулки (1) и внутренняя поверхность обечайки (2) образуют полость охлаждения (29). Полость охлаждения (29) снабжена патрубками входа и выхода жидкости (30, 31). С целью исключения возникновения воздушной пробки, патрубок входа жидкости (30) расположен в нижней части корпуса, а патрубок выхода жидкости (31) расположен в верхней части корпуса. С целью улучшения теплоотдачи и усиления переноса теплоты, ось каждого патрубка (30, 31) расположена под углом а к диаметру обечайки (2), проходящему через место крепления патрубка (30, 31) с обечайкой (2). В частном случае, ось каждого патрубка (30, 31) может быть расположена тангенциально, т.е. по касательной, к поверхности обечайки (2). При этом оси патрубков входа и выхода жидкости (30, 31) параллельны друг другу.
Примеры конкретного выполнения.
Пример 1. Фланцы (3, 4) и втулка (1) выполнены из стали марок: 40Х, 50, 50Г2.
Пример 2. Корпус снабжен радиальным отверстием под штуцер подвода смазки. При этом отверстие выполнено во втором фланце (4) и гильзе.
Пример 3. Патрубок входа жидкости (30) выполнен со стороны рабочей полости (22), а патрубок выхода жидкости (31) со стороны полости сальника (20).
Реализация заявляемого технического решения не ограничивается приведенными выше примерами.
Порядок использования.
При изготовлении цилиндра на втулку (1) со стороны первого торца корпуса устанавливают первый фланец (3) до упора в ступень изменения диаметра наружной поверхности втулки (1). Затем первый фланец (3) приваривают ко втулке (1) с двух сторон. После этого на втулку (1) со стороны второго торца корпуса устанавливают второй фланец (4) и приваривают его также с двух сторон. После этого полученную сборочную единицу подвергают термической обработке для снятия напряжений.
К полуобечайкам приваривают патрубки (30, 31). При этом ось каждого патрубка (30, 31) расположена под углом а к диаметру обечайки (2), проходящему через место крепления патрубка (30, 31) с обечайкой (2). После этого полуобечайки устанавливают в кольцевые проточки (7, 13) фланцев (3, 4). Затем полуобечайки приваривают друг к другу и к фланцам (3, 4).
В рабочую полость (22) втулки (1) устанавливают гильзу.
В полость сальника (20) втулки (1) устанавливают камеры сальника, а в отверстии (8) под фланец сальника шпильками закрепляют фланец сальника.
В радиальное отверстие (25) втулки (1) и отверстие (27) обечайки (2) устанавливают штуцер (28).
Полученную сборочную единицу крепят первым фланцем (3) к фонарю станины или дистанционному фонарю. При этом в резьбовые отверстия (5) первого торца корпуса вкручивают шпильки, а затем цилиндр шпильками устанавливают в ответные отверстия на сопрягаемой поверхности. При этом корпус центрируется по бурту (6).
Затем внутрь рабочей полости (22) с гильзой устанавливают узел шатунно-поршневой группы.
После этого на втором торце корпуса цилиндра закрепляют клапанную коробку с комбинированным клапаном, входным и выходным штуцером. Указанные штуцеры подключают к трубопроводам подачи первичного газа и отвода сжатого газа.
Шатунно-поршневую группу приводят в движение через цепь передач от приводного двигателя. Подлежащий сжатию газ поступает в замкнутую рабочую полость (22). Затем газ сжимается, при этом повышаются его давление и температура.
В полость охлаждения (29) через патрубок (30) входа жидкости подводят охлаждающую жидкость, которая начинает двигаться по спирали. Это усиливает перенос теплоты от цилиндра к охлаждающей жидкости. Затем охлаждающая жидкость через патрубок (31) выхода жидкости отводится из цилиндра.
Сжатый в цилиндре газ поступает в коммуникации компрессора.
Промышленная применимость.
Заявляемое техническое решение реализовано с использованием промышленно выпускаемых устройств и материалов, может быть изготовлено на любом машиностроительном предприятии и найдет широкое применение в области компрессоростроения.