Поршень компрессора составной с эксцентрическими канавками

Полезная модель относится к области компрессоростроения, а именно к поршням для поршневых компрессоров, применяемых преимущественно в нефтяной и газовой промышленности. В качестве компримируемых сред (в дальнейшем - рабочая среда) выступают в основном газы и/или их смеси, например, такие как: азот, углекислый газ, водород, кислород, метан, бутан в диапазоне температур, преимущественно, от 20 до 180С, с диапазоном давлений, преимущественно, от 3 до 130 атм и/или перепадом давлений, преимущественно, до 60 атм.
Особенность использования поршней для поршневых компрессоров в современной нефте- и газовой промышленности в России заключается в достаточно сильной загрязненности рабочих сред, содержащих мелкие частицы в виде металлической пыли, окалины, окисных пленок, частиц ржавчины и других компонентов, что является причиной увеличения скорости износа направляющих и уплотнительных поршневых колец. Поэтому одним из подходов по обеспечению их эффективной работы в таких условиях являются мероприятия, направленные на увеличение срока эксплуатации направляющих поршневых колец, возможность быстрой замена изнашиваемых направляющих поршневых колец и упрощение конструкции сменных частей.
Уровень техники.
Известен поршень составной двустороннего действия (патент РФ №157447 на полезную модель, F04B 53/14, 2015 [1]), который можно считать в качестве аналога, содержащий шток с упорным буртом и выполненный полым и составным из двух полупоршней, отличающийся тем, что ширина первого полупоршня больше ширины второго полупоршня, при этом на внешней поверхности первого полупоршня выполнены канавки под поршневые уплотнительные кольца.
Недостатком указанного аналога является отсутствие направляющих колец, которые позволяют эксплуатировать поршень при горизонтальном положении цилиндра.
В международном компрессоростроении известен также поршень компрессора с эксцентрической проточкой канавок для направляющих колец (Американский патент US 5052275 Horizontal reciprocating compressor with an eccentrically djustable piston therein Mayer Roland, Sulzer AG, F04B 53/14), который по числу общих признаков можно считать прототипом.
Недостатком этого технического решения является то, что направляющие кольца поршня выполнены в виде отдельных сегментов, а это увеличивает трудоемкость изготовления и монтажа направляющих колец на поверхность поршня.
Технической задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является устранение указанных выше недостатков, и особенно упрощение конструкции направляющих колец и увеличение срока их эксплутации.
Сущность заявленного технического решения состоит в том, что для увеличения продолжительности работы направляющих колец поршень выполняется с эксцентрическим смещением канавок под направляющие кольца относительно наружного диаметра поршня, в которые устанавливаются цельноточеные беззамковые направляющие кольца. Величина эксцентриситета канавок под направляющие кольца выбирается таким образом, чтобы ось поршня поднялась выше оси цилиндра на величину допустимого биения штока. Для возможности монтажа цельноточеных беззамковых направляющих колец поршень выполняется составным из трех частей. При этом для правильной координации эксцентричных канавок все составные части поршня фиксируются между собой от поворота штифтами.
Также преимуществом поршня составной конструкции является возможность получения высокой точности размеров поверхности (включая внутренние) методом механической обработки, что позволяет увеличить надежность работы путем уравновешивания инерционных сил и моментов в оппозитной конструкции компрессора.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым техническим решением, является увеличение продолжительности работы направляющих колец поршня (увеличение межремонтного пробега), упрощение изготовления и монтажа беззамковых цельноточенных направляющих колец при сборке поршня, увеличение надежности работы поршневого узла путем уравновешивания инерциальных сил и моментов в оппозитной конструкции компрессора.
Предложенный способ изменения конструкции штока поршневого позволит:
- увеличить ресурс и ремонтопригодность поршневого узла;
- увеличить межремонтный интервал работы поршневого компрессора;
- применение цельноточенных беззамковых направляющих колец предупреждает возможность их работы как уплотнительных поршневых колец.
Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного технического решения, обеспечивающих достижение всех заявленных технических результатов.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежом.
Фигура показывает общий вид и состав поршня компрессора составного с эксцентрическими канавками.
Осуществление полезной модели.
Поршень компрессора содержит шток с упорным буртом (Фигура, позиция 1), резьбовой гайки (Фигура, позиция 2) для закрепления поршня сборного (Фигура, позиция 3) на штоке, двух колец направляющих (Фигура, позиция 4) и двух колец поршневых (Фигура, позиция 5). От раскручивания гайка стопорится шплинтом (Фигура, позиция 6). Для правильной координации эксцентричных канавок все составные части поршня фиксируются между собой от поворота штифтами (Фигура, позиция 7).
Отличается от прототипа тем, что поршень, выполненный с эксцентрическими канавками под направляющие кольца, выполняется составным из трех частей с применением беззамковых цельноточенных направляющих колец.
Описание работы.
Поршень компрессора является частью цилиндро-поршневой группы компрессора. Часть штока закрепляют в крейцкопфе. На шток насаживают составные части поршня и фиксируют гайкой. При затяжке гайки контролируется сила крутящего момента.
При работе поршень компрессора совершает продольные возвратно-поступательные движения.
При движении поршня от одной крайней точки к другой крайней точке в рабочий объем цилиндра поступает газ через всасывающий клапан. При обратном движении поршня газ сжимается и через нагнетательный клапан выходит из цилиндра. Далее цикл всасывания-сжатия повторяется.
К настоящему времени на предприятии уже изготовлены и опробованы опытные образцы поршня компрессора составного с эксцентрическими канавками в соответствии с предложенной полезной моделью. Проведенные испытания показали повышение срока службы направляющих колец поршня на 10%.
Заявляемое техническое решение реализовано с использованием промышленно выпускаемых устройств и материалов, может быть собрано на любом промышленном предприятии и найдет широкое применение в цилиндро-поршневых узлах поршневых компрессоров.