Ступень поршневого компрессора Советский патент 1992 года по МПК F04B39/00 F16J9/00 

1

(21)4780217/29

(22)03.10.89

(46) 07.09.92. Бюл. № 33

(71)Ленинградский научно-исследовательский и конструкторский институт химического машиностроения

(72)В.М.Кабанов, А.М.Завойко, В.Н.Коза- чек, В.П.Захаренко и В.С.Давыдов

(56) Авторское свидетельство СССР № 3447557, кл. F 04 В 39/00, 1969. (54) СТУПЕНЬ ПОРШНЕВОГО КОМПРЕССОРА

(57) Использование: для уплотнения поршней и штоков. Сущность изобретения: уп- лотнительное кольцо 3 плотно установлено в канавке поршня 2 цилиндра 1. Кольцо 3 выполнено из неметаллического пластичного антифрикционного материала. На наружной цилиндрической поверхности кольца 3 выполнена кольцевая выточка 6 с определяемой по ф-ле глубиной, образующая с обеих сторон выступающие радиальные пояски. 3 ил.

Изобретение относится к уплотнитель- ной технике, в частности к уплотнениям поршней и штоков поршневых компрессоров.

В практике отечественного и зарубежного компрессоростроения широко используются поршневые уплотнения из набора поршневых колец, выполненных из неметаллических антифрикционных материалов. Для ступеней компрессоров без подачи смазки в цилиндры и с ограниченной смазкой в качестве материала уплотнительных колец наилучшим образом себя зарекомендовали наполненные фторополимерные материалы. Однако, обладая высокими антифрикционными свойствами, эти материалы одновременно имеют ряд негативных свойств, усложняющих проектирование и работу пар трения уплотнений.

Среди отрицательных свойств неметаллических материалов особо следует отметить хладотекучесть при относительно малых нагрузках, низкую теплопроводность и большой температурный коэффициент

объемного расширения материала, который может превышать температурный коэффициент объемного расширения сталей примерно в 10-30 раз.

Поэтому применение уплотнительных элементов без компенсационного теплового зазора в замке или же просто сплошных колец затруднен.

При проектировании неразрезных уплотнений определить расчетом оптимальный радиальный зазор пары трения поршневое кольцо - цилиндр представляет определенные трудности из-за работы ступени компрессора на переменных и неоднозначно определяемых тепловых режимах, а с учетом полей допусков на обработку цилиндра и поршня эта задача еще более усложняется.

Известны конструкции ступеней поршневого компрессора фирмы Вортингтсн, у которой с целью повышения технологичности конструкции лабиринтное поршневое уплотнение выполнено с защемленными

ё

VJ

ON О

ON СО

лотнительными кольцами. Разрезные уп- лотнительные и направляющие кольца с точечными экспандерами, выполненные из самосмазывающихся материалов, помещены в канавках обойм поршня. При приработке таких уплотнительных колец происходит некоторый износ радиальной толщины кольца, соответствующий величине температурного радиального расширения кольца, за счет чего обеспечивается оптимальная величина зазора в паре трения поршневое кольцо - цилиндр.

Однако такая конструкция не обеспечивает длительность работы поршневого уплотнения в оптимальном режиме, так как при увеличении радиального зазора из-за износа уплотнительных колец возрастают утечки газа через уплотнение, т.е. снижается экономичность работы ступени. Для вос- становления характеристик работы уплотнения необходима разборка ступени компрессора и перезатяжка защемленных по торцам колец уплотнения,

В качестве прототипа принята конструкция поршневого кольца для наборного поршня. См. например, а.с. № 344757. Поршневое кольцо имеет радиальные несквозные пазы, за счет действия которых происходит компенсация объемного температурного расширения материала кольца.

К недостаткам конструкции прототипа следует отнести некоторые деформации материала кольца, которые возникают в результате действия объемного расширения при нагреве кольца, искажающие точность прилегания кольца к зеркалу цилиндра и к торцовым стенкам поршневой канавки. Последствием этих явлений является снижение герметичности уплотнения.

Цель изобретения - увеличение экономичности, надежности и долговечности работы ступени компрессора путем выполнения уплотнительных колец без компеч- сационного теплового зазора в замке.

При этом кольца на наружной цилиндрической поверхности имеют выточку глубиной

Ar 50D«t,

Образующую с обеих ее сторон выступающие радиальные пояски шириной

b - (0,2 - 0,25) h.

которые под действием объемного температурного расширения при рабочей нагрузке деформируются в кольцевой зазор между цилиндром и поршнем.

На фиг. 1 показана предлагаемая ступень поршневого компрессора, общий вид; на фиг. 2 - элемент поршневого уплотнения до установки на поршень; на фиг. 3 - ступень поршневого уплотнения с приработанным кольцом.

В цилиндре 1 ступени поршневого компрессора установлен поршень 2, в канавках

которого установлены уплотнительные

кольца 3. Опорные кольца 4 обеспечивают

соосность поршня 2 и цилиндра 1, между

которыми имеется кольцевой зазор 5.

Поршневое уплотнительное кольцо 1

(фиг. 2), выполненное из неметаллического пластичного антифрикционного материала, например, композиции ФЧК 20, на наружной цилиндрической поверхности имеет выточку б глубиной

Ar 50-D at,

образующую с обеих сторон поршнево- го кольца выступающие радиальные пояски шириной

b (0.2 - 0,25) h

где D - диаметр цилиндра;

at - коэффициент объемного температурного расширения материала;

Радиальные пояски 7 могут быть выполнены прямоугольными, так и с углом скоса

« 5-10°.

При работе ступени компрессора под давлением материал уплотнительного поршневого кольца, выполненного без компенсационного зазора в замке, по мере

воздействия рабочей температуры меняет линейные размеры под действием объемного расширения. При этом поршневое кольцо меняет свою форму, выступающие радиальные пояски 7 выдавливаются в зазор между

поршнем 2 и цилиндром t, а цилиндрическая поверхность 8 приходит в контакт с зеркалом цилиндра. В результате поршневое кольцо принимает форму, представленную на фиг. 3.

В нерабочем состоянии ступени компрессора напряженное состояние в материале уплотнительного кольца при снижении его температуры спадает. При этом образуется некоторый минимальный зазор в замке

кольца. В дальнейшем при переходе ступени на рабочий температурный режим зазор в замке вновь уменьшается, а кольца в замке смыкаются.

При работе предложенного поршневого кольца под нагрузкой (фиг. 3) за счет дефор0 мации выступающих радиальных поясков в зазор между поршнем и зеркалом цилиндра происходит увеличение площади цилиндрической рабочей поверхности поршневого кольца. С другой стороны материал коль5 ца, находящийся в зазоре между поршнем и зеркалом цилиндра, выполняет функцию дополнительного направляющего элемента поршня, снимая часть нагрузки с

направляющих колец 4 поршня. Оба эти перечисленные фактора повышают надежность и долговечность работы ступени.

В соответствии с существом заявки ступень поршневого компрессора выполнена в металле. На поршне 4 ступени установлено 12 поршневых колец из фторопласта с радиальными поясками А г 0,5 мм при диаметре кольца D 42 мм, рабочее давление нагнетания - 250 кгс/см .

Заявленная конструкция проходит промышленные испытания на компрессорных установках 2ГМ4-1.3/12-250 автомобильных газонаполнительных компрессорных станций РУ Ленавтогаз.

Ф о р м у л а и з о б р е те н и я

Ступень поршневого компрессора, преимущественно высокого давления, содержащая цилиндр с поршнем, по меньшей

0

5

мере одно уплотнительное кольцо, плотно установленное в канавке поршня, причем кольцо выполнено из неметаллического пластичного антифрикционного материала, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и долговечности путем уменьшения тепловых деформаций кольца, на наружной цилиндрической поверхности кольца выполнена кольцевая проточка глубиной А г 50 D «t, при этом ширина в поясков с обеих сторон проточки равна:

b (0,2-0.25)h7 где D - диаметр цилиндра,

«t - температурный коэффициент линейного расширения материала поршневых колец;

h - ширина кольца.

й«/

Щи г. 2