ПОРШЕНЬ СОСТАВНОЙ НА ТРИ СТУПЕНИ СЖАТИЯ КОМПРЕССОРА

Область техники.
Заявляемое техническое решение относится к области машиностроения, а именно к компрессоростроению и может быть использовано в цилиндрах различного назначения, в частности в цилиндропоршневых узлах поршневых компрессоров.
Предшествующий уровень техники.
Известен поршень составной дифференциальный (патент РФ №124938 на полезную модель, F16J 1/12, 2013 [1]), содержащий шток с упорным буртом, поршни низкого (поршень младшей ступени) и высокого давлений (поршень старшей ступени). Поршень низкого давления выполнен с осевым отверстием и насажен на шток до упорного бурта. Поршень высокого давления выполнен сплошным и закреплен на штоке со стороны насаживания поршня низкого давления при помощи резьбового соединения. При этом поршень высокого давления прижимает поршень низкого давления к упорному бурту штока. При этом между поршнями высокого и низкого давлений расположена корончатая шайба.
Недостатком указанного аналога является то, что из-за действующих на поршень больших поршневых усилий, обусловленных высокой разницей между давлениями рабочей среды, действующими на поршни высокого и низкого давления, поршень, а затем и компрессор, будут сильно вибрировать. Это негативно отразится на работе компрессора в целом и на его долговечности.
Указанный аналог [1] является по совокупности существенных признаков наиболее близким аналогом того же назначения к заявляемому техническому решению. Поэтому он принят в качестве прототипа.
Раскрытие заявляемого технического решения.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым техническим решением, является уменьшение поршневых усилий.
Дополнительным техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым техническим решением, является снижение материалоемкости и уменьшение массы устройства.
Сущность заявленного технического решения состоит в том, что поршень компрессора содержит шток с упорным буртом, поршень младшей ступени и поршень старшей ступени, закрепленный на штоке со стороны насаживания поршня младшей ступени при помощи резьбового соединения. Отличается тем, что поршень компрессора содержит поршень средней ступени, при этом поршень средней ступени упирается в упорный бурт, а поршень младшей ступени упирается в выступающую в виде бурта поверхность поршня средней ступени, при этом между поршнем старшей и младшей ступеней расположена стопорная шайба.
Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного технического решения, обеспечивающих достижение всех заявленных технических результатов.
В частных случаях допустимо выполнять техническое решение следующим образом.
Поршни средней и младшей ступеней целесообразно выполнять полыми, а поршень старшей ступени целесообразно выполнять сплошным.
Поршни младшей, средней и старшей ступени могут быть снабжены канавками, в которые будут установлены поршневые кольца.
Автором заявленного технического решения изготовлен опытный образец этого решения, испытания которого подтвердили достижение технического результата.
Краткое описание чертежей.
На фигуре показана схема поршня компрессора.
Осуществление технического решения.
Поршень компрессора содержит шток (1) с упорным буртом (2), поршень младшей ступени (3), поршень старшей ступени (4) и поршень средней ступени (6). Увеличение числа ступеней сжатия позволит снизить сумму сил, с которыми рабочая среда действует на поршень компрессора. Поршень старшей ступени (4) выполнен сплошным и закреплен на хвостовой части штока (1) со стороны насаживания поршня младшей ступени (3) при помощи резьбового соединения. Между поршнями младшей (3) и старшей (4) ступеней расположена стопорная шайба (5), которая препятствует самоотвинчиванию поршня старшей ступени (4).
Поршень младшей ступени (3) выполнен полым и предназначен для первой ступени сжатия. Поршень младшей ступени (3) с обоих торцов, внутри, оснащен проточками, способствующими креплению поршня (3). Поршень младшей ступени (3) упирается в выступающую в виде бурта поверхность предыдущего поршня средней ступени (6). Поршень средней ступени (6) упирается в упорный бурт (2) штока (1). Такое соединение поршней разных ступеней, не предусматривающее дополнительных деталей крепления, позволяет прочно закрепить все поршни и не требует дополнительных затрат на материалы для их крепления, что позволит снизить материалоемкость, что в свою очередь, как и выполнение поршней (3 и 6) полыми, скажется на уменьшении общей массы поршня компрессора. Поршень средней ступени (6) выполнен полым и предназначен для третьей ступени сжатия. Поршни средней (6) и младшей (3) ступеней выполнены сварными. Диаметр поршня младшей ступени (3) равен 300 мм. Диаметр поршня средней ступени (6) равен 150 мм.
Поршень старшей ступени (4) предназначен для пятой ступени сжатия. Поршень старшей ступени (4) выполнен точеным. Диаметр поршня (4) равен 50 мм.
Поршни старшей (4), средней (6) и младшей (3) ступеней снабжены канавками, в которые установлены поршневые кольца (7). В канавки поршня младшей ступени (3) установлены поршневые кольца У300×8, в канавки поршня средней ступени (6) - У150×4, а в канавки поршня старшей ступени (4) - У50×4.
Реализация заявляемого технического решения не ограничивается приведенными выше примерами.
Описание работы.
Поршень компрессора является частью цилиндро-поршневой группы компрессора. Часть штока (1), противоположную хвостовой, закрепляют в крейцкопфе. Поршень средней ступени (6) насаживается на шток (1), упираясь в бурт (2). Причем соприкасающиеся поверхности поршня (6) и штока (1) выполняются с высокой точностью по перпендикулярности к оси штока (1). Затем надевается поршень младшей ступени (3). Поршень старшей ступени (4) навинчивается на шток (1), зажимая через стопорную шайбу (5) всю конструкцию. При сборке с помощью краски проверяется плотность сопряжения всех поверхностей.
При работе поршень компрессора совершает продольные возвратно-поступательные движения. Поочередно поршни разных ступеней движутся к своим верхним мертвым точкам. Причем, если поршни младшей (3) и средней (6) ступеней находится в верхней мертвой точке, поршень старшей ступени (4) находится в нижней мертвой точке и наоборот.
При движении поршня компрессора от верхней мертвой точки к нижней мертвой 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 впуска-сжатия повторяется. Промышленная применимость.
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.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.
1. Поршень составной дифференциальный (варианты), патент РФ №124938 на полезную модель, F16J 1/12, 2013.