ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ЦИЛИНДР КОМПРЕССОРА

Область техники.
Заявляемое техническое решение относится к области компрессоростроения и предназначено для использования в цилиндропоршневых узлах многоступенчатых поршневых компрессоров.
Предшествующий уровень техники.
Среди дифференциальных цилиндров компрессоров, известен, например, дифференциальный цилиндр горизонтального ряда L-образного четырехступенчатого компрессора (Пластинин П.И. Поршневые компрессоры. Том 2. Основы проектирования. Конструкции. М.: КолосС, 2008 г. С. 593). Как и в заявляемом техническом решении указанный аналог содержит соединенные между собой цилиндр низшей ступени и цилиндр высшей ступени, полости охлаждения которых сообщены между собой переливными окнами. Вход охлаждающей жидкости дифференциального цилиндра выполнен в цилиндре низшей ступени, а выход охлаждающей жидкости в цилиндре высшей ступени. При этом у цилиндра высшей ступени переливные окна выполнены на первом торце, а клапанные гнезда на втором торце.
У указанного аналога отверстие выхода охлаждающей жидкости расположено у первого торца корпуса цилиндра высшей ступени в боковой наружной стенке фланца, который сопряжен с цилиндром низшей ступени.
Недостатком указанного аналога является неэффективное охлаждение цилиндра высшей ступени. Причиной этого является расположение отверстия выхода жидкости у первого торца корпуса. В этом случае охлаждающая жидкость застаивается в полости охлаждения у второго торца корпуса. Вторым недостатком цилиндра является больше количество операций при обработке цилиндра. Так как отверстие выхода жидкости выполнено у первого торца корпуса, а клапанные гнезда выполнены на втором торце корпуса, то при обработке деталь необходимо поворачивать.
Раскрытие заявляемого технического решения.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым техническим решением, является повышение технологичности и эксплуатационных характеристик цилиндра высшей ступени.
Сущность заявленного технического решения состоит в том, что дифференциальный цилиндр компрессора содержит соединенные между собой цилиндр низшей ступени и цилиндр высшей ступени, полости охлаждения которых сообщены между собой переливными окнами, при этом вход охлаждающей жидкости цилиндров выполнен в цилиндре низшей ступени, а первый выход охлаждающей жидкости выполнен в цилиндре высшей ступени, при этом у цилиндра высшей ступени переливные окна выполнены на первом торце корпуса, а клапанные гнезда на втором торце корпуса. Отличается тем, что:
- на боковой поверхности корпуса цилиндра высшей ступени выполнен участок с овальным сечением,
- полость охлаждения цилиндра высшей ступени снабжена вторым отверстием выхода охлаждающей жидкости, при этом первое и второе отверстия выхода охлаждающей жидкости расположены вдоль малой оси овала, а клапанные гнезда расположены вдоль большой оси овала.
Автором заявленного технического решения изготовлен опытный образец этого решения, испытания которого подтвердили достижение технического результата.
Краткое описание чертежей.
На фигуре 1 показан продольный разрез дифференциального цилиндра в сборе с дифференциальным поршнем; на фиг. 2 - продольный разрез цилиндра низшей ступени; на фиг. 3 - первый торец цилиндра низшей ступени; на фиг. 4 - продольный разрез цилиндра высшей ступени; на фиг. 5 - первый торец цилиндра высшей ступени; на фиг. 6 - второй торец цилиндра высшей ступени.
Осуществление технического решения.
Дифференциальный цилиндр компрессора (фиг. 1) содержит соединенные между собой цилиндр низшей ступени (1) и цилиндр высшей ступени (2), в которых размещены соответственно первая и вторая гильзы (3, 4). Между цилиндрами высшей и низшей ступеней (1, 2) установлена прокладка (5).
Цилиндр низшей ступени (1) (фиг. 2) содержит корпус, на первом торце которого выполнена посадочная поверхность (6) под ответный цилиндр высшей ступени (2), и глухие резьбовые отверстия (7) для присоединения к вышеупомянутому цилиндру (2). На втором торце корпуса цилиндра низшей ступени (1) выполнена посадочная поверхность (9) под станину компрессора и отверстия (8) для присоединения к станине.
В корпусе цилиндра низшей ступени (1) выполнены сквозное осевое ступенчатое отверстие, клапанные гнезда (10), газовые полости всасывания и нагнетания (11, 12) и полость охлаждения (13).
На стенках осевого ступенчатого отверстия последовательно от второго торца цилиндра (1) к первому выполнены участок под сальник (14) и посадочная поверхность (15) под гильзу (3).
Участок под сальник (14) предназначен для размещения в нем уплотнительных элементов сальника. Для закрепления сальника в цилиндре (1) на втором торце корпуса выполнены глухие резьбовые отверстия.
В участке с посадочной поверхностью (15) под гильзу (3) установлена первая гильза (3), внутренняя поверхность которой является рабочей поверхностью цилиндра (1). Диаметр участка с посадочной поверхностью (15) под гильзу (3) больше диаметра участка (14) под сальник.
На наружной боковой поверхности первой гильзы (3) у ее торцов выполнены бурты, которые упираются во внутренние стенки корпуса цилиндра (1).
Для уменьшения износа поверхностей трения в первой гильзе (3) выполнены первый и второй каналы смазки (16, 17), которые расположены диаметрально противоположно друг другу. Такое расположение каналов смазки (16, 17) повышает равномерность распределения смазки по рабочей поверхности. Кроме того гильза (3) является заменяемой деталью, что повышает прочность и технологичность цилиндра низшей ступени (1). Вход каждого канала смазки (16, 17) выполнен на торце первой гильзы (3), который сопряжен с торцом цилиндра высшей ступени (2), а выход на рабочей поверхности гильзы (3).
В клапанных гнездах (10) размещаются фонари, всасывающие и нагнетательные клапаны. Фонари прижимают клапаны к упорным поверхностям гнезд (10). Клапанные гнезда (10) цилиндра низшей ступени (1) расположены наклонно у второго торца корпуса цилиндра (1).
С клапанными гнездами (10) сообщены газовые полости всасывания и нагнетания (11, 12), которые предназначены для подвода газа к всасывающим клапанам и отвода газа от нагнетательных клапанов.
Полость всасывания (11) снабжена в наружной стенке корпуса отверстием входа газа, а полость нагнетания (12) снабжена в наружной стенке корпуса отверстием выхода газа. Отверстия входа и выхода газа расположены диаметрально противоположно. На первом торце корпуса полость всасывания (11) снабжена окнами (18) (фиг. 3).
Полость охлаждения (13) предназначена для отвода теплоты от цилиндра (1) охлаждающей жидкостью и выполнена вокруг первой гильзы (3) и полостей всасывания и нагнетания (11, 12).
В наружной стенке корпуса цилиндра низшей ступени (1) полость охлаждения (13) снабжена отверстием входа жидкости (не показано). На первом торце корпуса полость охлаждения (13) снабжена переливными окнами (19). На втором торце корпуса полость охлаждения (13) снабжена по крайней мере одним технологическим отверстием (20), которое упрощает технологию изготовления цилиндра (1). Технологическое отверстие (20) закрыто крышкой (21).
Со стороны первого торца корпуса цилиндра высшей ступени (2) (фиг. 4) выполнен фланец (22), предназначенный для сопряжения с цилиндром низшей ступени (1). На первом торце корпуса цилиндра высшей ступени (2) выполнены отверстия (23) для присоединения к цилиндру низшей ступени (1) (фиг. 5). Отверстия (23) для присоединения к цилиндру низшей ступени (1) проходят через его стенки, не сообщаясь с полостями внутри цилиндра (2).
На боковой поверхности корпуса цилиндра высшей ступени (2) выполнен участок с овальным сечением (24) (фиг. 6), который соединен плавным переходом с фланцем (22).
В корпусе цилиндра высшей ступени (2) выполнено глухое осевое ступенчатое отверстие (25), клапанные гнезда (26), полости всасывания и нагнетания (27, 28), полость охлаждения (29), уравнительная полость (30) и каналы смазки.
В глухом осевом ступенчатом отверстии (25) установлена вторая гильза (4). На наружной боковой поверхности гильзы (4) у ее торцов выполнены бурты, которые упираются во внутренние стенки корпуса цилиндра (2).
Клапанные гнезда (26) выполнены на втором торце корпуса цилиндра (2) и расположены вдоль большой оси овала. Оси клапанных гнезд (26) параллельны оси цилиндра высшей ступени (2).
С клапанными гнездами (26) сообщены всасывающая и нагнетательная газовые полости (27, 28). В наружной стенке корпуса всасывающая полость (27) снабжена отверстием подвода газа, а нагнетательная полость (28) снабжена отверстием отвода газа. Отверстия подвода и отвода газа (27, 28) расположены диаметрально противоположно друг другу, перпендикулярно клапанным гнездам (26).
Полость охлаждения (29) выполнена вокруг второй гильзы (4) и клапанных гнезд (26).
На первом торце корпуса цилиндра высшей ступени (2) полость охлаждения (29) снабжена переливными окнами (31), а на втором торце первым и вторым отверстиями выхода охлаждающей жидкости (32, 37). Переливные окна (31) цилиндра высшей ступени (2) сообщены с переливными окнами (19) цилиндра низшей ступени (1). Отверстия выхода охлаждающей жидкости (32, 37) расположены вдоль малой оси овала. При таком взаимном расположении клапанных гнезд (26) и отверстий выхода охлаждающей жидкости (32, 37) повышается технологичность и эксплуатационные характеристики цилиндра высшей ступени (2), так как облегчается обработка цилиндра и исключается застаивание охлаждающей жидкости.
Уравнительная полость (30) цилиндра высшей ступени (2) служит для выравнивания газовых сил, действующих на поршни сопрягаемых цилиндров. Уравнительная полость (30) снабжена отверстиями (33) на первом торце корпуса. Вышеупомянутые отверстия (33) сообщены с окнами (18) полости всасывания (11) цилиндра низшей ступени (1).
Для подвода смазки к первому и второму каналам смазки (16, 17) цилиндра низшей ступени (1) во фланце (22) цилиндра высшей ступени (2) выполнены третий и четвертый каналы смазки (34, 35). Оси третьего и четвертого каналов смазки (34, 35) параллельны оси цилиндра высшей ступени (2). При этом выход третьего канала смазки (34) соединен со входом первого первого канала смазки (16), а выход четвертого канала смазки (35) соединен со входом второго канала смазки (17).
Для уменьшения износа поверхностей трения цилиндра высшей ступени (2) в его корпусе и гильзе (4) выполнен пятый канал смазки (36). Вход пятого канала смазки (36) выполнен на боковой поверхности корпуса цилиндра высшей ступени (2), а выход на рабочей поверхности второй гильзы (4).
Примеры конкретного выполнения.
Пример 1. В корпусе цилиндра низшей ступени (1) выполнено шесть клапанных гнезд (10), три из которых предназначены для установки всасывающих клапанов, а три предназначены для установки нагнетательных клапанов.
Пример 2. На наружной поверхности корпуса цилиндра высшей ступени (2) под отверстия (23) для присоединения к цилиндру низшей ступени (1) выполнены приливы.
Пример 3. Прокладка (5) выполнена из паронита.
Реализация заявляемого технического решения не ограничивается приведенными выше примерами.
Порядок использования.
При использовании дифференциального цилиндра компрессора, в цилиндрах высшей и низшей ступеней (1, 2) устанавливают гильзы (3, 4). При этом бурты гильз (3, 4) упираются во внутренние стенки цилиндров (1, 2).
Затем в клапанных гнездах (10, 26) каждого цилиндра (1, 2) закрепляют всасывающие и нагнетательные клапаны с фонарями. Затем клапанные гнезда (10, 26) закрывают клапанными крышками. После этого внутрь цилиндра низшей ступени (1) устанавливают узел шатунно-поршневой группы и сальник.
После этого сборочную единицу цилиндра высшей ступени (2) крепят к цилиндру низшей ступени (1) так, чтобы сообщались переливные окна (19), окна (18) и каналы смазки (16, 17) цилиндра низшей ступени соответственно с переливными окнами (31), отверстиями (33) и каналами смазки (34, 35) цилиндра высшей ступени (2).
После этого собранный дифференциальный цилиндр крепят к станине.
Полости всасывания и нагнетания каждого цилиндра подключают соответственно к трубопроводам подачи газа с более низким давлением и отвода сжатого газа с более высоким давлением.
Полость охлаждения (13) цилиндра низшей ступени (1) соединяют с охлаждающей системой компрессора через отверстие входа жидкости. Охлаждающая жидкость поступает в полость охлаждения (13) и заполняет ее. Затем охлаждающая жидкость поступает в полость охлаждения (29) цилиндра высшей ступени (2) через переливные окна (18, 31) цилиндров (1, 2), и заполняет ее. После этого охлаждающая жидкость выходит через отверстия выхода охлаждающей жидкости (32, 37).
Шатунно-поршневую группу приводят в движение через цепь передач от приводного двигателя. Подлежащий сжатию газ поступает через всасывающие клапаны в замкнутые рабочие полости цилиндров. Затем газ сжимается в каждом цилиндре до необходимого давления и через нагнетательный клапан поступает в коммуникации компрессора.
В третий и четвертый каналы смазки (34, 35) цилиндра высшей ступени (2) подается смазка, которая поступает через первый и второй каналы смазки (16, 17) на рабочую поверхность первой гильзы (3) цилиндра низшей ступени (1). В пятый канал смазки (36) подается смазка, которая поступает на рабочую поверхность второй гильзы (4) цилиндра высшей ступени (2).
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.