ДИСКОВЫЙ ЛИТОЙ ПОРШЕНЬ КОМПРЕССОРА

Полезная модель относится к компрессоростроению и может быть использована преимущественно в многоступенчатых поршневых компрессорах.
Известен дисковый литой поршень компрессора, изготовленный из алюминиевого сплава. Известный поршень выполнен цельным и полым. Он содержит ступицу, цилиндрическую обечайку, плоские или конические торцовые стенки, с радиальными ребрами жесткости на этих стенках [Пластинин П.И. - Поршневые компрессоры. Том 2. Основы проектирования. Конструкции - 3-е изд. - М.: КолосС, 2008, с.292-296]. Ребра жесткости выполнены между торцовыми стенками (на всю высоту поршня), при этом все ребра прилиты к ступице и через одно ребро - к цилиндрической обечайке. При небольших размерах поршня ребра могут быть выполнены на торцовых стенках.
Выполнение литого поршня цельным (состоящим из одной детали) технологически ограничивает возможности уменьшения массы поршня. Тем самым, ограничены возможности уменьшения сил инерции поступательно движущихся масс и повышения быстроходности поршневого компрессора, что является недостатком известного поршня, в т.ч. при его использовании в первой ступени многоступенчатого компрессора. Кроме того, отливка цельного поршня является технологически сложной.
Известен также стальной сварной поршень компрессора, содержащий ступицу, цилиндрическую обечайку, плоские или конические торцовые стенки и ребра жесткости. Ребра приваривают к плоским торцовым стенкам и к ступице, а также к цилиндрической обечайке в ее средней части [там же, с.301-302].
В известном поршне технологически сложно обеспечить жесткость, прочность и надежность изделия. Известный поршень содержит большое число деталей, сборка под сварку и сварка поршня требуют применения специальной оснастки.
В качестве прототипа полезной модели выбран наиболее близкий к предложенному известный дисковый поршень компрессора, выполненный литьем из алюминиевого сплава, полый и составной из двух частей, сопрягаемых в плоскости разъема, перпендикулярной оси поршня. Известный поршень содержит ступицу, цилиндрическую обечайку, торцовые стенки и радиальные ребра жесткости на стенках, причем ребра выполнены в каждой из составных частей поршня на всю высоту этой части [там же, с.295-297].
В известном поршне высокие ребра жесткости ограничивают возможность уменьшения сил инерции поступательно движущихся масс в компрессоре путем уменьшения массы поршня. Кроме того, высокие ребра жесткости снижают технологичность изготовления поршня и накладывают ограничения на выбор материала.
Предлагаемая полезная модель направлена на уменьшение сил инерции поступательно движущихся масс в поршневом компрессоре, с целью повышения быстроходности компрессора.
Технический результат при осуществлении полезной модели заключается в уменьшении массы поршня. Кроме того, предлагаемый поршень может быть изготовлен методом литья или другими методами формования из широкого круга материалов, что позволяет применять поршень в компрессорах различного назначения. Упрощаются технологические процессы при изготовлении поршней.
Указанный результат достигается тем, что дисковый поршень компрессора, содержащий ступицу, цилиндрическую обечайку, торцовые стенки и радиальные ребра жесткости на стенках, выполненный полым и составным из двух частей, сопрягаемых в плоскости разъема, перпендикулярной оси поршня, дополнен новыми признаками:
- торцовые стенки имеют коническую форму;
- ребра жесткости выполнены в форме арки, ветви которой прилиты или приформованы к ступице и к обечайке.
Известно, что торцовые стенки конической формы более жесткие, что позволяет выполнить их меньшей толщины и соответственно уменьшить массу поршня [там же, с.297].
Сведения о выполнении на торцовых стенках дискового поршня ребер жесткости в форме арки, ветви которой прилиты или приформованы к ступице и к обечайке, в уровне техники не выявлены.
В сравнении с известными формами, выполнение радиальных ребер жесткости в форме арки, ветви которой прилиты или приформованы к ступице и к обечайке, обеспечивает в коническом поршне уменьшение массы материала в ребрах и, соответственно, дополнительное уменьшение массы поршня.
Новые признаки в совокупности обеспечивают уменьшение массы поршня.
Поршень может быть изготовлен методом литья или другими методами формования, при этом уменьшение высоты ребер обеспечивает упрощение технологических процессов при изготовлении поршня из широкого круга материалов указанными методами.
Поршень может быть изготовлен из легких сплавов, например, из магниевых и титановых сплавов (включая титано-магниевые, алюмо-магниевые), в т.ч. содержащих различные легирующие добавки (например, селен, бериллий, фторбериллат натрия).
Поршень может быть изготовлен из композиционных материалов (композитов), например, графито-фторопластовых, с применением поликремния и др.
Для изготовления поршня могут быть применены известные способы литья и формования [см., например: 1) Специальные способы литья: Справочник / В.А.Ефимов, Г.А.Анисович, В.Н.Бабич и др.; Под общ. ред. В.А.Ефимова. - М.: Машиностроение, 1991. 2) Справочник по композиционным материалам: В 2-х кн. Кн.2 / Под ред. Дж.Любина; Пер. с англ. А.Б.Геллера и др.; Под ред. Б.Э.Геллера. - М.: Машиностроение, 1988. 3) Буланов И.М., Воробей В.В. Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композиционных материалов: Учеб. для вузов. М.: Изд-во МГТУ им.Н.Э.Баумана, 1998].
В частном случае реализации полезной модели площадь поперечного сечения ребер жесткости уменьшается по направлению от торцовой стенки к плоскости разъема, что обеспечивает дополнительное уменьшение массы поршня.
В другом частном случае реализации полезной модели площадь поперечного сечения ребер жесткости уменьшается по направлению от ступицы к цилиндрической обечайке, что обеспечивает дополнительное уменьшение массы поршня.
Сущность предложенной полезной модели поясняется графическими материалами, где:
на фиг.1 показан конический поршень двойного действия в сборе со штоком;
на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1;
на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.2;
на фиг.4 - то же, что фиг.2, выполнение с ребрами переменной толщины.
Поршень двойного действия (фиг.1-3) - составной из двух полых деталей 1 и 2, изготовленных литьем из магниевого сплава. Детали 1 и 2 выполнены с возможностью соединения их между собой при сборке со штоком 3. На штоке 3 имеются бурт 4 и резьбовой конец 5 с гайкой 6, а на литых деталях поршня 1 (2) - гнезда под переходные упорные кольца 7 (8).
Каждая литая деталь 1 (2) содержит, соответственно: ступицу 9 (10), коническую торцовую стенку 11 (12), цилиндрическую обечайку 13 (14), ребра жесткости 15 (16). Ступицы 9, 10 и обечайки 13, 14 выполнены с возможностью их сочленения в плоскости разъема 17, перпендикулярной оси 18 поршня.
Конические торцовые стенки 11, 12 имеют форму усеченного конуса - содержат плоский участок в центре и конический по периферии. Соотношение размеров этих участков может быть различным, в зависимости от конструктивных требований для конкретного применения.
Ребра жесткости 15 (16) на торцовых стенках 11 (12) выполнены в форме арки. Участки ребра 19 и 20, представляющие собой ветви этой арки, прилиты соответственно к ступице 9 (10) и к цилиндрической обечайке 13 (14). Ребра на участке 20 перекрывают сечение, в котором обечайка ослаблена канавками 21, предназначенными для установки поршневых уплотнительных колец.
Ребра жесткости 15 и 16 в своем поперечном сечении имеют наибольшую высоту в области плоского участка торцовых стенок. На участках 19 и 20 высота ребер в направлении к плоскости разъема 17 уменьшается, соответственно уменьшается площадь поперечного сечения ребер.
В примере, показанном на фиг.4, толщина ребер жесткости 22 уменьшается в направлении от ступицы к обечайке.
Сборку поршня осуществляют с соблюдением известных технических требований. Для герметизации внутренней полости 23 поршня по плоскости разъема 17 устанавливают уплотнительное кольцо 24 в предусмотренную для этого на торце обечайки 14 кольцевую канавку. Поршень фиксируют по плоскому бурту 4 на штоке и закрепляют гайкой 6, после чего гайку 6 стопорят от самоотвинчивания. В канавки 21 на цилиндрических обечайках 13, 14 устанавливают поршневые уплотнительные кольца.
Примеры выполнения подтверждают возможность осуществления полезной модели.
Указанные примеры не исчерпывают возможные варианты реализации полезной модели: поршень может быть изготовлен из другого сплава или из композита, ребра жесткости могут иметь другую форму в поперечном сечении, ребра в ветвях арки могут быть выполнены неизменной высоты и т.д.