Результат интеллектуальной деятельности: ДИСКОВЫЙ ЛИТОЙ ПОРШЕНЬ КОМПРЕССОРА

Изобретение относится к компрессоростроению и может быть использовано 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, в т.ч. при использовании известного поршня в первой ступени компрессора. Кроме того, отливка цельного поршня является технологически сложной.

В качестве прототипа изобретения выбран наиболее близкий к предложенному известный дисковый литой поршень компрессора, содержащий ступицу, цилиндрическую обечайку, торцовые стенки конической формы и радиальные ребра жесткости на стенках, выполненный из легкого сплава, полым и составным из двух частей, сопрягаемых в плоскости разъема, перпендикулярной оси поршня (US3908521A, 30.09.1975).

Возможность уменьшения массы известного поршня и тем самым уменьшения сил инерции поступательно движущихся масс в компрессоре ограничена выполнением ребер жесткости на всю высоту поршня и физико-механическими свойствами применяемых алюминиевых сплавов. В поршне из алюминиевого сплава уменьшение геометрических размеров ребер жесткости не обеспечивает уменьшения массы поршня - как показала экспериментальная проверка, для обеспечения прочности и жесткости требуется при этом увеличивать число ребер.

Изобретение направлено на уменьшение сил инерции поступательно движущихся масс в поршневом компрессоре с целью повышения быстроходности компрессора.

Технический результат при осуществлении изобретения заключается в уменьшении массы поршня. Кроме того, упрощается конструкция отливки.

Указанный результат достигается тем, что дисковый литой поршень компрессора, содержащий ступицу, цилиндрическую обечайку, торцовые стенки и радиальные ребра жесткости на стенках, выполненный из легкого сплава, полым и составным из двух частей, сопрягаемых в плоскости разъема, перпендикулярной оси поршня, дополнен новыми признаками:

- поршень выполнен из магниевого литейного сплава;

- ребра жесткости выполнены в форме арки, ветви которой прилиты к ступице и к обечайке.

Известно, что детали машин из магниевого сплава в сравнении с изготовленными из алюминиевого сплава при их равнопрочности обладают меньшей массой [Магниевые сплавы. Справочник. Часть 1. Металловедение магния и его сплавов. Области применения. М.: Металлургия, 1978, с.207].

В сравнении с известными формами выполнение радиальных ребер жесткости в форме арки, ветви которой прилиты к ступице и к обечайке, обеспечивает в коническом поршне из магниевого литейного сплава уменьшение массы металла в ребрах и, соответственно, дополнительное уменьшение массы поршня.

Новые признаки в совокупности обеспечивают уменьшение массы поршня. При этом также упрощается конструкция отливки.

Указанный результат подтвержден экспериментально.

В частном случае реализации изобретения 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 изобретения площадь поперечного сечения ребер жесткости уменьшается по направлению от ступицы к цилиндрической обечайке, что обеспечивает дополнительное уменьшение массы поршня.

Сущность предложенного изобретения 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 литых деталей 1 и 2, изготовленных из магниевого литейного 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 изобретения.

Технические показатели, полученные на опытном образце поршня для первой ступени компрессора 4ВМ2,5-18-251М, изготовленном из магниевого литейного сплава марки Мл5 с использованием заявленного изобретения, подтверждают значительное уменьшение массы поршня в сравнении с аналогичным алюминиевым поршнем и вместе с тем упрощение конструкции отливки. В результате на компрессоре 4 ВМ2,5-18-251М достигнуто повышение частоты вращения коленчатого вала компрессора до 30 сек^-1, повышение производительности установки, а также снижение динамических нагрузок.

Указанные примеры не исчерпывают возможные варианты реализации изобретения: ребра жесткости могут иметь другую форму в поперечном сечении, ребра в ветвях арки могут быть выполнены неизменной высоты и т.д.