ШТОК-ПОРШЕНЬ

Область техники.
Заявляемая полезная модель относится к области машиностроения, а именно к компрессоростроению. Заявляемый шток-поршень предназначен для изменения рабочего объема цилиндра и передачи энергии от кривошипно-шатунного механизма компрессора к сжимаемому газу.
Предшествующий уровень техники.
Известен, например, поршень с аэростатическим центрированием. В корпусе поршня выполнена внутренняя полость, соединенная с полостью сжатия цилиндра через обратный клапан. Обратный клапан размещен в канале, который выполнен в днище поршня. Поршень размещен в цилиндре с зазором, сообщенным с внутренней полостью поршня посредством дроссельных устройств, равномерно расположенных по окружности в головке поршня. Обратный клапан служит для того, чтобы пропускать рабочую среду из полости сжатия во внутреннюю полость. Дроссельные устройства предназначены для попадания рабочей среды из внутренней полости поршня в верхнюю часть зазора между цилиндром и поршнем. Кроме того в цилиндре выполнены обратный клапан и дроссельные устройства, предназначенные для того, чтобы пропускать рабочую среду из полости сжатия в нижнюю часть зазора между цилиндром и поршнем. Поршень соединен с шатуном или штоком при помощи поршневого пальца, установленного в бобышках, выполненных в поршне. Рабочая среда, поступая из внутренней полости поршня в зазор между поршнем и цилиндром создает несущий слой, предотвращающий касание головки поршня о стенки цилиндра. Таким образом за счет увеличения и распределения мертвого пространства выравниваются температурные деформации поршня, а также предотвращается его перекос и заклинивание (авторское свидетельство СССР №703708 на изобретение, МПК F16J 1/00, 1979, [1]).
Недостатком аналога [1] является соединение поршня с шатуном или штоком при помощи поршневого пальца. При таком соединении необходимы дополнительные детали сопряжения, например, элементы крепления поршневого пальца к бобышкам поршня. Кроме того при выполнении поршня в сборе со штоком необходимо более точное выполнение размеров, а именно уменьшение отклонений соосности и перпендикулярности.
Также известен шток-поршень второй и третьей ступеней компрессора 2ГМ2,5-4/1,1-71С, представляющий собой выполненные в виде одной детали шток и поршень. При этом шток выполнен в виде стержня. С одного конца штока выполнена наружная резьбовая поверхность для соединения с крейцкопфом, а с другого конца расположен поршень. Между поршнем и наружной резьбовой поверхностью расположены последовательно две наружные цилиндрические посадочные поверхности и наружный шестигранник. Наружный шестигранник является местом под ключ и служит для обеспечения затяжки резьбового соединения. На боковой поверхности поршня выполнены канавки для размещения уплотнительных колец и канавка, предназначенная для размещения в ней направляющего кольца, расположенная со стороны торца поршня. Торцевая поверхность поршня выполнена плоской и гладкой (интернет-ресурс http://vunivere.ru/work8030, 2013, [2]).
Первым недостатком аналога [2] является то, что торцевая поверхность поршня выполнена плоской и гладкой. В этом случае регулирование объема мертвого пространства возможно только за счет специальной формы крышки цилиндра. Например, крышка может иметь поперечное сечение в форме трапеции, или в крышке со стороны полости сжатия может быть выполнен карман прямоугольного сечения, который сообщен с полостью сжатия.
Указанный шток-поршень второй и третьей ступеней компрессора 2ГМ2,5-4/1-71С [2] является по совокупности существенных признаков наиболее близким аналогом заявляемого штока-поршня. Поэтому он принят в качестве прототипа заявляемой полезной модели.
Раскрытие полезной модели.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемой полезной моделью, является регулирование объема мертвого пространства рабочей полости цилиндра.
Сущность полезной модели состоит в том, что шток-поршень цилиндра компрессора содержит выполненные заодно шток и поршень. При этом шток представляет собой стержень, с одного конца которого выполнен участок крепления к крейцкопфу, а с другого конца расположен поршень. При этом на торце поршня выполнена полость для образования мертвого пространства.
На поверхности штока-поршня между поршнем и участком крепления к крейцкопфу целесообразно выполнять последовательно рабочий участок и участок с многогранным сечением.
Участок крепления к крейцкопфу предпочтительно снабжен резьбой.
На боковой поверхности поршня преимущественно выполнены канавки под уплотнительные кольца и по крайней мере одна канавка под опорное или направляющее кольцо.
Краткое описание чертежей.
Сущность полезной модели поясняется следующими чертежами.
На фигуре показан шток-поршень цилиндра компрессора.
Осуществление полезной модели.
Шток-поршень цилиндра компрессора содержит выполненные заодно шток (1) и поршень (2).
Шток (1) представляет собой стержень. С одного конца штока (1) выполнен участок крепления к крейцкопфу (3), а с другого конца расположен поршень (2).
Участок крепления к крейцкопфу (3) снабжен резьбой и предназначен для закрепления штока (1) в резьбовом отверстии крейцкопфа.
На поверхности штока (1) между поршнем (2) и участком крепления к крейцкопфу (3) последовательно выполнены рабочий участок (4) и участок с многогранным сечением (5).
Рабочий участок (4) предназначен для гладкого скольжения в уплотнительном устройстве, размещенном в цилиндре поршневого компрессора. Рабочий участок (4) занимает большую часть длины штока (1).
Участок с многогранным сечением (5) предназначен для создания необходимого усилия затяжки гаечным ключом, при закреплении штока-поршня в крейцкопфе.
Поршень (2) имеет цилиндрическую боковую поверхность, на которой выполнены канавки (6) под уплотнительные кольца, и по крайней мере одна канавка (7) под опорное или направляющее кольцо. Назначением уплотнительных колец является препятствие утечке газа из рабочей полости цилиндра. Опорные и направляющие кольца предназначены для предотвращения касания подвижного поршня с неподвижной рабочей поверхностью цилиндра.
Канавка (7) выполнена под опорное кольцо в случае, если поршень (2) установлен в цилиндре со смазкой. При этом опорное кольцо выполнено из баббита. Канавка (7) выполнена под направляющее кольцо в случае, если поршень (2) установлен в цилиндре без смазки. При этом направляющее кольцо выполнено из самосмазывающегося материала. В случае, если канавка (7) выполнена одна, то она размещена между канавками (6) под уплотнительные кольца. В случае, если канавок (7) две, то канавки (6) под уплотнительные кольца расположены между канавок (7) под опорные или направляющие кольца.
На торце (8) поршня (2) выполнена полость для образования мертвого пространства (9). Полость (9) предназначена для выполнения и регулирования объема мертвого пространства, которое образуется между поршнем (2) и крышкой цилиндра, при положении поршня (2) в мертвой точке.
Примеры конкретного выполнения.
Пример 1. Между рабочим участком (4) и участком с многогранным сечением (5) выполнен уклон для выбега маслосъемного кольца. Этим достигается более равномерный износ рабочего участка (4) в уплотнительном устройстве.
Пример 2. Участок с многогранным сечением (5) выполнен в виде шестигранника.
Реализация конструктивных элементов заявляемой полезной модели не ограничивается приведенными выше примерами.
Описание работы.
При использовании заявленного штока-поршня цилиндра компрессора, его вводят в станину стороной штока (1) через отверстие в уплотнительном устройстве цилиндра. После этого участок крепления к крейцкопфу (3) закрепляют в резьбовом отверстии крейцкопфа, а поршень (2) размещают в цилиндре компрессора. При этом, глубина закручивания участка крепления к крейцкопфу (3) в крейцкопфе определяется расчетным линейным мертвым пространством в верхней и нижней мертвой точке хода поршня.
При необходимости уменьшения объема мертвого пространства в рабочей полости цилиндра, например с целью увеличения производительности компрессора, полость (9) для образования мертвого пространства закрывают частично или полностью. Например, в полости (9) предварительно выполняют резьбу, а затем вворачивают в нее заглушку. Или поверхность полости (9) оставляют гладкой, а заглушку устанавливают методом прессования.
При необходимости увеличения объема мертвого пространства в рабочей полости цилиндра, например с целью уменьшения производительности компрессора, заглушку вынимают.
Таким образом, из вышеизложенного следует, что в заявляемом штоке-поршне заявляемый технический результат: «регулирование объема мертвого пространства рабочей полости цилиндра» достигается за счет того, что шток-поршень содержит выполненные заодно шток и поршень. При этом шток представляет собой стержень, с одного конца которого выполнен участок крепления к крейцкопфу, а с другого конца расположен поршень. При этом на торце поршня выполнена полость для образования мертвого пространства.
Промышленная применимость.
Автором полезной модели изготовлен опытный образец заявленного штока-поршня цилиндра компрессора, испытания которого подтвердили достижение технического результата.
Заявляемый шток-поршень цилиндра компрессора реализован с применением промышленно выпускаемых устройств и материалов, может быть изготовлен на любом машиностроительном предприятии и найдет широкое применение в области компрессоростроения.