CN104747405B - 液化天然气蒸发气压缩机低温气缸工作腔组件结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液化天然气蒸发气压缩机低温气缸工作腔组件结构，包括气缸、活塞以及活塞杆；气缸的缸体为两端开口的单层壁圆筒型，缸体的上端设置有两个位于缸体两端的进气阀室，下端设置有两个位于缸体两端的排气阀室。本发明气缸为单层壁结构，结构简单，利于铸造。阀室可与气缸主体一同铸造成型，亦可利用数块钢板组合通过焊接方法焊在气缸上。由于主体仅有单层壁，运行时下部通过温度较高的排气部位传到上部吸气部位的热量会减少，有效避免进气被加热，使压缩过程更加节约能量。本发明进气阀室和排气阀室向外一端开启，且设有若干紧固螺孔，由气缸端盖兼作阀室外壁，使用螺栓紧固。可进一步降低铸造难度。

Description

液化天然气蒸发气压缩机低温气缸工作腔组件结构

技术领域

本发明属于压缩机技术领域，具体涉及一种液化天然气蒸发气压缩机低温气缸工作腔组件结构。

背景技术

液化天然气蒸发气(BOG)压缩机用来压缩液化天然气储运过程中产生的蒸发气，其一级气缸需要承受-160℃左右的低温。目前市场上主要有两种气缸型式：一种是瑞士苏尔寿-布克哈德公司生产的立式迷宫密封式结构，材料采用GGG Ni35球墨铸铁。另一种是日本石川岛播磨(IHI)公司生产的卧式对动压缩机，使用非金属活塞环密封。气缸、活塞等材料为不锈钢。

20Mn32AL为我国自行研制的低温钢，能够适应-196℃的低温要求。但是该材料铸造性能较差。因此如果要应用本材料，需要一种特殊结构的气缸以满足该材料的铸造要求，或使用焊接结构。同时活塞和活塞杆也采用相同材料的特殊结构，可以有效降低活塞受力，保障低温下活塞使用寿命，并保证与气缸及螺栓的胀缩相同。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中的问题，提供一种能够适应20Mn32AL或其它低温钢的铸造性能，并且在超低温下具有良好性能的液化天然气蒸发气压缩机低温气缸工作腔组件结构，该简化结构使用焊接满足该材料的要求，该气缸结构能够改善气体冷量流失减少传热；同时活塞和活塞杆也采用相同材料的特殊结构，可以有效降低活塞受力，保障低温下活塞杆使用寿命。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

液化天然气蒸发气压缩机低温气缸工作腔组件结构，包括气缸、活塞以及活塞杆；气缸的缸体为两端开口的单层壁圆筒型，缸体的上端设置有两个位于缸体两端的进气阀室，下端设置有两个位于缸体两端的排气阀室，缸体前端的进气阀室和排气阀室的前端均开口，且均通过固定在缸体前端的端盖密封；两进气阀室通过进气汇集气管相连通，两排气阀室通过排气汇集气管相连通。

所述进气阀室和排气阀室与缸体为同时铸造而成的一体式结构，且进气阀室和排气阀室与缸体均由低温钢20Mn32A1铸造而成。

所述进气阀室和排气阀室由若干钢板拼装并焊接到缸体上。

所述缸体上端开设有四个进气口，其中两个分布于缸体的前端侧面，另外两个分布于后端侧面，且前后进气口分别位于相应进气阀室的内部；缸体下端开设有四个排气口，其中两个分布于缸体的前端侧面，另外两个分布于后端侧面，且前后排气口分别位于相应排气阀室的内部。

所述缸体的内部还设置有缸套。

所述缸套由含镍球墨铸铁制成。

所述端盖的形状与缸体和安装于缸体前端侧面的进气阀室及排气阀室的截面形状相同，缸体、进气阀室及排气阀室的前端面均开设有若干紧固螺孔，端盖开设有与紧固螺孔相对应的通孔，并通过螺栓与缸体、进气阀室以及排气阀室紧固。

所述进气汇集气管和排气汇集气管均通过法兰结构与进气阀室和排气阀室密封连接。

所述缸体、活塞以及活塞杆均采用低温钢20Mn32A1制造。

活塞为分体式结构，包括前分体和后分体，且前分体和后分体上对应开设有若干螺孔，前分体和后分体通过螺栓固定连接；活塞杆有后分体伸入，且活塞杆的前端设置有凸缘，凸缘位于前分体和后分体之间；前分体和后分体的相对面上开设有与活塞杆上的凸缘相配合的凸缘槽。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明气缸为单层壁结构，结构简单，利于铸造。阀室可与气缸主体一同铸造成型，亦可利用数块钢板组合通过焊接方法焊在气缸上。由于主体仅有单层壁，运行时下部通过温度较高的排气部位传到上部吸气部位的热量会减少，避免进气被加热，使压缩过程更加节省能量。本发明进气阀室和排气阀室向外一端开启，且设有若干紧固螺孔，由气缸端盖兼作阀室外壁，使用螺栓紧固。可进一步减小铸造难度。

进一步的，本发明活塞为分体结构，分为前后两部分，活塞内设有若干螺孔，前后两部分通过螺栓相连。活塞采用和气缸同样的材料，由此二者在低温下热变形相同，不会产生额外的间隙或者挤压。常温装配后在低温工作时仍然能保持较好的密封性和运动性能。使用分体结构能够使活塞铸造更为简便。

进一步的，本发明活塞前后各有一个内凹的凸缘槽，活塞杆上设有凸缘并通过凸缘槽固定在活塞上。工作状态下活塞进行往复运动，活塞向前运动时前半部分活塞惯性力由活塞杆承担，后半部分活塞惯性力由紧固螺栓承担。通过该结构能够使活塞运动时不同部件只承受一半的活塞力，受力状况大大优于整体式活塞。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明实施例1的结构示意图；

图3为本发明实施例2的结构示意图；

图4为本发明活塞杆的结构示意图。

其中，1为气缸；1-1为缸体；1-2为进气阀室；1-3为排气阀室；1-4为端盖；1-5为进气汇集气管；1-6为排气汇集气管；1-7为缸套；2为活塞；2-1为前分体；2-2为后分体；2-3为螺栓；3为活塞杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明：

参见图1和图2，本发明包括气缸1、活塞2、活塞杆3。气缸1缸体1-1为单层壁筒形，双作用时两端分设进气阀室1-2与排气阀室1-3，进、排气阀室1-2、1-3分别与由相同材料制成的汇集气管1-5、1-6相连。气缸1、活塞2、活塞杆3均采用国产低温钢20Mn32Al制造。阀室端部外壁是开启式，由端盖1-4同时兼阀室外壁，由螺栓紧固。阀室可与气缸一同铸造而成，如图1和2，阀室亦可单独铸造，用焊接方法焊在缸体，如图3。汇集气管通过法兰结构与两端阀室相连。缸体1-1内设有缸套1-7，材料为含镍球墨铸铁。活塞2为分体结构，由前分体2-1和后分体2-2两部分组成。活塞杆3上设有凸缘，置于分体活塞的中部，凸缘用于承受气体力，并可用于活塞两半端面定位对中。见图4。

实施例1：

图2所示为一体铸造式气缸结构，缸体1-1和进气阀室1-2及排气阀室1-3为一体式铸造，气缸上部为进气阀室，下部为排气阀室，共8个。其中两个阀室共用一个进、排气通道，向曲轴一侧为封闭式，另一端为半开以便铸造，开口由端盖1-4密封。前端阀室在铸造完成后铣出平面，在平面上开有螺孔，用螺栓与端盖1-4紧固。进气阀室1-2和排气阀室1-3上具有可与法兰相连的凸缘，凸缘分别通过螺栓与进气汇集气管1-5和排气汇集气管1-6的法兰相连。进气汇集气管1-5和排气汇集气管1-6在中部分别汇合形成总进、排气管。压缩机运行时，气体通过进气汇集气管1-5分别通往两侧通往进气阀室1-2。当进气阀开启时，通过进气阀室1-2进入气缸。压缩结束后排气阀开启，通过下部排气阀室1-3汇总进入排气汇集气管1-6。缸体1-1内具有和气缸相同材料制造的缸套1-7。普通压缩机多气缸具有两层或三层壁，铸造工艺较为复杂。而本压缩机选用的低温钢铸造性能较差，通过本结构可使铸造难度降低。此外，气缸运行时上部进气端温度较低，可达-160℃，下部排气端温度较高，约-45℃左右。由于气缸主体只有一层壁，相比较于多层壁气缸，通过气缸壁的传热将会减少，低温进气端的气体温度更低，压缩过程更加节约能量。

实施例2：

如图3所示，与实施例1的区别在于，本实施例缸体1-1和进气阀室1-2及排气阀室1-3分开制造，通过焊接相连。缸体1-1仅为圆柱形腔体，进气阀室1-2和排气阀室1-3分别由数块钢板焊接拼合而成。拼合而成的阀室外形为长方体内开圆柱阀孔。其余设置与实施例1相似，向曲轴一侧为封闭式，另一端为半开以便铸造，开口由端盖1-4密封。由于进气阀室1-2和排气阀室1-3的外壁为平面，可直接在缸体1-1和进气阀室1-2及排气阀室1-3外壁开数个螺纹孔，通过螺栓和端盖1-4相连。进气阀室1-2和排气阀室1-3的顶部为平板型，可直接焊接管道法兰，与进气汇集气管1-5和排气汇集气管1-6相通。缸体1-1内部仍然具有相同材料制成的缸套1-7。本实施例铸造难度相比实施例1进一步降低，铸造部分仅为圆柱缸体，其他部位均通过钢板焊接而成，如此能够最大程度和低温钢材料特性相符，同时，实施例1气缸结构传热方面的优点仍然得以保留。

如图4所示，本发明活塞分两部分铸造，前分体2-1和后分体2-2通过中部的凸缘扣合，前分体2-1和后分体2-2中央各设一个圆柱形凹槽，活塞杆3设有相同尺寸凸缘，装配时凹槽与凸缘相扣，以此将活塞杆3固定。此外前分体2-1和后分体2-2轴向开有6个螺孔，通过螺栓2-3将两部分活塞以及活塞杆连接起来。前分体2-1和后分体2-2侧面开有数个安装活塞环的槽，联合活塞环起密封作用。这种分体式活塞铸造难度较低，因此可以使用和气缸相同的材料，低温工作时不会出现由于二者热收缩率差异导致的密封问题。另外，活塞进行往复运动时，活塞杆只承受一半活塞的惯性力，另一半由螺纹连接承担，受力状况好于整体式活塞。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (8)

1.液化天然气蒸发气压缩机低温气缸工作腔组件结构，其特征在于：包括气缸(1)、活塞(2)以及活塞杆(3)；气缸(1)的缸体(1-1)为两端开口的单层壁圆筒型，缸体(1-1)的上端设置有两个位于缸体(1-1)两端的进气阀室(1-2)，下端设置有两个位于缸体(1-1)两端的排气阀室(1-3)，缸体(1-1)前端的进气阀室(1-2)和排气阀室(1-3)的前端均开口，且均通过固定在缸体(1-1)前端的端盖(1-4)密封；两进气阀室(1-2)通过进气汇集气管(1-5)相连通，两排气阀室(1-3)通过排气汇集气管(1-6)相连通；

所述进气阀室(1-2)和排气阀室(1-3)与缸体(1-1)为同时铸造而成的一体式结构，且进气阀室(1-2)和排气阀室(1-3)与缸体(1-1)均由低温钢20Mn32A1铸造而成。

2.根据权利要求1所述的液化天然气蒸发气压缩机低温气缸工作腔组件结构，其特征在于：所述缸体(1-1)上端开设有四个进气口，其中两个分布于缸体(1-1)的前端侧面，另外两个分布于后端侧面，且前后进气口分别位于相应进气阀室(1-2)的内部；缸体(1-1)下端开设有四个排气口，其中两个分布于缸体(1-1)的前端侧面，另外两个分布于后端侧面，且前后排气口分别位于相应排气阀室(1-3)的内部。

3.根据权利要求1所述的液化天然气蒸发气压缩机低温气缸工作腔组件结构，其特征在于：所述缸体(1-1)的内部还设置有缸套(1-7)。

4.根据权利要求3所述的液化天然气蒸发气压缩机低温气缸工作腔组件结构，其特征在于：所述缸套(1-7)由含镍球墨铸铁制成。

5.根据权利要求1所述的液化天然气蒸发气压缩机低温气缸工作腔组件结构，其特征在于：所述端盖(1-4)的形状与缸体(1)和安装于缸体(1)前端侧面的进气阀室(1-2)及排气阀室(1-3)的截面形状相同，缸体(1-1)、进气阀室(1-2)及排气阀室(1-3)的前端面均开设有若干紧固螺孔，端盖(1-4)开设有与紧固螺孔相对应的通孔，并通过螺栓与缸体(1-1)、进气阀室(1-2)以及排气阀室(1-3)紧固。

6.根据权利要求1所述的液化天然气蒸发气压缩机低温气缸工作腔组件结构，其特征在于：所述进气汇集气管(1-5)和排气汇集气管(1-6)均通过法兰结构与进气阀室(1-2)和排气阀室(1-3)密封连接。

7.根据权利要求1所述的液化天然气蒸发气压缩机低温气缸工作腔组件结构，其特征在于：所述缸体(1-1)、活塞(2)以及活塞杆(3)均采用低温钢20Mn32A1制造。

8.根据权利要求1所述的液化天然气蒸发气压缩机低温气缸工作腔组件结构，其特征在于：活塞(2)为分体式结构，包括前分体(2-1)和后分体(2-2)，且前分体(2-1)和后分体(2-2)上对应开设有若干螺孔，前分体(2-1)和后分体(2-2)通过螺栓(2-3)固定连接；活塞杆(3)由后分体(2-2)伸入，且活塞杆(3)的前端设置有凸缘，凸缘位于前分体(2-1)和后分体(2-2)之间；前分体(2-1)和后分体(2-2)的相对面上开设有与活塞杆(3)上的凸缘相配合的凸缘槽。