ЦИЛИНДР ШЕСТОЙ СТУПЕНИ КОМПРЕССОРА

Область техники.
Заявляемое техническое решение относится к области компрессоростроения и предназначено для использования в цилиндропоршневых узлах высших ступеней многоступенчатых компрессоров.
Предшествующий уровень техники.
Среди цилиндров поршневых компрессоров, известен, например, цилиндр четвертой ступени углового шестиступенчатого компрессора (Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры. М.: Энергоатомиздат, 1984 г., стр.368-369). Как и в заявляемом техническом решении указанный аналог содержит корпус, в сквозном осевом посадочном отверстии которого установлена втулка.
Так же указанный аналог содержит гильзу, которая установлена во втулке. При этом на наружной поверхности гильзы у ее торца выполнен бурт, который упирается в кольцевую проточку посадочного отверстия втулки.
Недостатком указанного аналога является то, что втулка не зафиксирована относительно корпуса. В следствие этого под влиянием знакопеременной силы давления газа втулка с гильзой смещаются и ударяются о крышку цилиндра. Это приводит к разрушению втулки.
Раскрытие заявляемого технического решения.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является предотвращение разрушения втулки цилиндра.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым техническим решением, является фиксация втулки относительно корпуса.
Сущность заявленного технического решения состоит в том, что цилиндр высшей ступени компрессора содержит корпус, в сквозном осевом посадочном отверстии которого установлена втулка. Отличается тем, что:
- в первой кольцевой проточке на наружной поверхности втулки у ее первого торца установлен первый стопорный элемент;
- первая кольцевая проточка ограничена двумя плоскостями, при этом первая плоскость со стороны торца втулки выполнена конической, а угол между плоскостями острый или прямой;
- в зоне установки первого стопорного элемента на поверхности сквозного осевого посадочного отверстия выполнен первый кольцевой скос;
- диаметр наружной поверхности втулки у ее второго торца выполнен ступенчато изменяющимся, при этом наименьший диаметр наружной поверхности втулка имеет у торца, причем упомянутая ступень втулки упирается во внутренние стенки корпуса.
Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного технического решения, обеспечивающих достижение заявленного технического результата «фиксация втулки относительно корпуса».
В частных случаях допустимо выполнять техническое решение следующим образом.
Во второй кольцевой проточке на наружной поверхности втулки у ее второго торца может быть установлен второй стопорный элемент. При этом вторая кольцевая проточка ограничена двумя плоскостями, причем первая плоскость со стороны торца втулки выполнена конической, а угол между плоскостями острый или прямой. Кроме того в зоне установки второго стопорного элемента на поверхности сквозного осевого посадочного отверстия выполнен второй кольцевой скос.
Вторая плоскость каждой кольцевой проточки втулки может быть перпендикулярна оси втулки.
Каждый стопорный элемент предпочтительно представляет собой замкнутое или незамкнутое металлическое кольцо. При этом металлическое кольцо выполнено медным.
Во втулке может быть установлена гильза, на наружной поверхности которой у первого торца втулки выполнен бурт. При этом посадочное отверстие втулки под гильзу выполнено ступенчатым, причем со стороны первого торца втулки посадочное отверстие снабжено кольцевой проточкой под уплотнение, за которой следует кольцевая проточка под бурт гильзы.
Автором заявленного технического решения изготовлен опытный образец этого решения, испытания которого подтвердили достижение технического результата.
Краткое описание чертежей.
На фигуре 1 показан продольный разрез цилиндра высшей ступени компрессора в сборе, на фиг.2 - продольный разрез корпуса; на фиг.3 - вид A фиг.2; на фиг.4 - разрез B-B фиг.2; на фиг.5 - продольный разрез втулки.
Осуществление технического решения.
Цилиндр высшей ступени компрессора (фиг. 1) является сборочной единицей и содержит корпус (1), втулку (2), гильзу (3) и стопорные элементы (4, 5).
Боковая поверхность корпуса (1) (фиг. 2) представляет собой криволинейную поверхность вращения с выступающим упорным участком (6). На первом торце корпуса выполнена посадочная поверхность (7) под корпус клапана, а со стороны второго торца корпуса (1) выполнена посадочная поверхность (8) под цилиндр предыдущей ступени. Торец упорного участка (6) со стороны второго торца корпуса (1) выполнен плоским и перпендикулярен оси корпуса (1). Переход к упорному участку (6) со стороны первого торца корпуса (1) выполнен плавным.
Посадочная поверхность (7) под корпус клапана выполнена в виде квадратного фланца (фиг. 3). На упомянутой поверхности (7) выполнены отверстия (9) для закрепления корпуса клапана. Отверстия (9) выполнены на равном расстоянии от оси корпуса (1) и снабжены резьбой.
Посадочная поверхность (8) под цилиндр предыдущей ступени (фиг. 4) предназначена для сопряжения корпуса (1) с цилиндром одной из предыдущих ступеней. Вышеупомянутая поверхность (8) выполнена на боковой поверхности корпуса (1) и на торце упорного участка (6). На посадочной поверхности (8) выполнены отверстия (10) для присоединения к цилиндру предыдущей ступени. Отверстия (10) выполнены на равном расстоянии от оси корпуса (1) и проходят через его стенки. Оси отверстий (10) параллельны оси корпуса (1). Вокруг каждого отверстия (10) на боковой поверхности корпуса выполнен участок с плоской поверхностью (19). На посадочной поверхности (8) также выполнены по крайней мере два резьбовых отверстия(20) для отжимных болтов. На боковой поверхности корпуса (1) под отверстия (10, 20) выполнены приливы. В тех местах, где отверстие для отжимного болта (20) расположено между двух смежных отверстий (10), для этих трех отверстий выполнен общий прилив.
В корпусе (1) выполнено осевое посадочное отверстие (11) и по крайней мере одна полость охлаждения (12).
Осевое посадочное отверстие (11) выполнено сквозным и предназначено для установки в него втулки (2). Диаметр отверстия (11) у первого торца корпуса (1) больше диаметра этого отверстия у второго торца корпуса (1). Соответственно диаметр наружной поверхности втулки (2) у ее первого торца больше диаметра наружной поверхности втулки (2) у ее второго торца корпуса (1).
Втулка (2) (фиг. 5) зафиксирована от осевого перемещения у торцов корпуса (1) стопорными элементами (4, 5). Каждый стопорный элемент представляет собой замкнутое или незамкнутое металлическое кольцо. Металлическое кольцо может быть выполнено из меди или другого мягкого металла.
В первой кольцевой проточке (13) на наружной поверхности втулки (2) у ее первого торца установлен первый стопорный элемент (4). Первая кольцевая проточка (13) ограничена двумя плоскостями. При этом первая плоскость со стороны торца втулки (2) выполнена конической, а вторая плоскость может быть перпендикулярна оси втулки. При этом угол между плоскостями острый. Угол между плоскостями может быть прямой, при этом вторая плоскость не перпендикулярна оси втулки (2).
В зоне установки первого стопорного элемента (4) на поверхности осевого посадочного отверстия (11) выполнен первый кольцевой скос (14).
Во второй кольцевой проточке (15) на наружной поверхности втулки (2) у ее второго торца установлен второй стопорный элемент (5). Вторая кольцевая проточка (15) также ограничена двумя плоскостями. Первая плоскость со стороны торца втулки (2) выполнена конической, а вторая плоскость может быть перпендикулярна оси втулки. При этом угол между плоскостями острый. Угол между плоскостями может быть прямой, при этом вторая плоскость не перпендикулярна оси втулки.
В зоне установки второго стопорного элемента (5) на поверхности осевого посадочного отверстия (11) выполнен второй кольцевой скос (16).
Диаметр наружной поверхности втулки (2) у ее второго торца выполнен ступенчато изменяющимся. При этом наименьший диаметр наружной поверхности втулка (2) имеет у торца, причем упомянутая ступень втулки упирается во внутренние стенки корпуса (1).
Во втулке установлена гильза (3), на наружной поверхности которой у первого торца втулки выполнен бурт. При этом посадочное отверстие втулки под гильзу выполнено ступенчатым, причем со стороны первого торца втулки посадочное отверстие снабжено кольцевой проточкой под уплотнение, за которой следует кольцевая проточка под бурт гильзы.
Осевое посадочное отверстие (11) может проходить через полость охлаждения (12), а может быть отделено от нее стенками.
Полость охлаждения (12) снабжена боковым отверстием (17) и по крайней мере одним переливным окном (18). Боковое отверстие (17) выполнено в боковой стенке корпуса (1), а переливное окно (18) выполнено на посадочной поверхности (8) под цилиндр предыдущей ступени. Ось бокового отверстия (17) предпочтительно перпендикулярна оси осевого посадочного отверстия (11) корпуса (1). Боковое отверстие (17) является входом охлаждающей жидкости в цилиндр, а переливное окно (18) является выходом охлаждающей жидкости из цилиндра. Такое расположение входа и выхода охлаждающей жидкости позволяет улучшить отвод теплоты от цилиндра. Боковое отверстие (17) снабжено резьбой, по которой в это отверстие ввинчивается штуцер системы охлаждения.
Примеры конкретного выполнения.
Пример 1. Цилиндр расчитан на давление 220 атм. Масса цилиндра составляет 79,2 кг. При этом корпус (1) выполнен литьем из чугуна с внутренней расточкой. Длина корпуса (1) составляет 320 мм, а масса равна 55,2 кг. Втулка (2) выполнена из стали 2×13. Средняя толщина стенки втулки (2) равна 22,5 мм. Первый стопорный элемент (4) выполнен из медной полосы марки 5×13×425, лист М3-М5 ГОСТ 495-92. Второй стопорный элемент (5) у выполнен из медной полосы 5×13×365, лист М3-М5 ГОСТ 495-92, ГОСТ 495-92. Гильза (3) выполнена из чугуна, средняя толщина ее стенки равна 17,5 мм.
Пример 2. Размеры посадочной поверхности (7) под корпус клапана составляют 220×220 мм, при этом отверстий (9) для закрепления корпуса клапана четыре, и они снабжены резьбой М30.
Пример 3. Переливных окон (18) шесть, а отверстий (9) для присоединения к цилиндру предыдущей ступени восемь. Угол между осями отверстий (9) равен 45°. При этом каждое переливное окно (18) расположено между двумя отверстиями (9) для присоединения к цилиндру предыдущей ступени.
Пример 4. Боковое отверстие (17) снабжено резьбой М33×2.
Реализация заявляемого технического решения не ограничивается приведенными выше примерами.
Описание работы.
При использовании заявленного цилиндра высшей ступени компрессора в осевое посадочное отверстие (11) со стороны первого торца корпуса (1) устанавливают втулку (2) таким образом, чтобы ступень втулки упиралась во внутренние стенки корпуса (1). Затем втулку (2) фиксируют от осевых перемещений стопорными элементами (4, 5). Стопорные элементы (4, 5) предпочтительно выполняют из металлических полос, которые устанавливают в кольцевые проточки (13, 15) втулки (2). После установки металлические полосы приобретают форму колец.
Затем во втулку (2) со стороны ее первого торца устанавливают гильзу (3). При этом бурт гильзы (3) упирается в кольцевую проточку посадочного отверстия втулки (2).
Полученную сборочную единицу крепят к цилиндру предыдущей ступени так, чтобы переливные окна (18) цилиндров сообщались. При этом сначала крепежные элементы, например шпильки, вкручивают в отверстия цилиндра предыдущей ступени, а затем заявляемый цилиндр нанизывают на эти шпильки отверстиями (10) для присоединения к цилиндру предыдущей ступени. После этого цилиндр фиксируют гайками.
Затем внутрь упомянутой втулки (2) устанавливают узел шатунно-поршневой группы.
После этого на посадочной поверхности (8) под корпус клапана закрепляют клапанную коробку с комбинированным клапаном, входным и выходным штуцером. Указанные штуцеры подключают к трубопроводам подачи первичного газа и отвода сжатого газа.
Затем в боковое отверстие (17) ввинчивают штуцер системы охлаждения, который затем соединяют с охлаждающей системой компрессора.
Шатунно-поршневую группу приводят в движение через цепь передач от приводного двигателя. Подлежащий сжатию газ поступает в замкнутую рабочую полость цилиндра. Затем газ сжимается, при этом повышаются его давление и температура. Охлаждающая жидкость поступает через боковое отверстие (17) в полость охлаждения (12), омывает внутренние стенки цилиндра, а затем через преливные окна (18) перетекает в полость охлаждения цилиндра предыдущей ступени. Сжатый газ через комбинированный клапан 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.