CN106014938B - 提升磁导向贯穿活塞与十字头滑道同轴度的结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种提升磁导向贯穿活塞与十字头滑道同轴度的结构，包括气缸体和支撑气缸体的气缸支撑；气缸体为上进气、下排气结构；气缸支撑上与气缸体的气缸缸头连接处设置有水冷却通道；气缸体中设有活塞，活塞的下部设有塑料支撑环；还包括十字头、滑道和悬挂导轨；滑道包括中部的圆弧形滑道位于圆弧形滑道两侧的平板状滑板；十字头的上部与滑道的圆弧形滑道滑动配合；悬挂导轨通过螺栓固定连接十字头；悬挂导轨与滑道两个肩部的滑板滑动配合。本发明通过在气缸支撑与气缸体的气缸缸头连接处，设置水冷却通道；在活塞下部设置塑料支撑环，改变十字头与滑道之间的滑动配合结构，有效的提升磁导向贯穿活塞杆、活塞与十字头滑道同轴度。

Description

提升磁导向贯穿活塞与十字头滑道同轴度的结构
技术领域
本发明涉及高压往复式压缩机技术领域，特别涉及一种提升磁导向贯穿活塞与十字头滑道同轴度的结构。
背景技术
随着石油天然气的大量开发，高压往复式压缩机在石化领域的应用原来越普遍，石化工程对往复式压缩机可靠性要求也越来越高。往复式压缩机中活塞环和填料是最主要的两种易损件。而活塞杆中心线与十字头滑道中心线在安装运行中不同心对准，造成了活塞杆在往复运动中发生径向摆动，使得密封活塞杆的填料环迅速磨损而失效[1]。另外在磁导向活塞杆的迷宫压缩机中[2]，活塞杆与气缸在运行中的不同心会造成活塞杆与迷宫填料套，气缸与迷宫活塞之间的设计间隙大大增加，由此引起压缩气体的泄漏增大。所以设法消除十字头滑道与活塞杆中心之间在安装和运行中的不对准问题，将大大提高往复压缩机填料和活塞环的使用寿命与可靠性。同时也有利于减小泄漏和能耗。
造成压缩机活塞杆与滑道中心不对准的重要原因是由于热膨胀和十字头与滑道之间的间隙所造成。直径大小不同的级差式活塞的导向也能造成高压级活塞的偏心问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提升磁导向贯穿活塞与十字头滑道同轴度的结构，以解决上述技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
提升磁导向贯穿活塞与十字头滑道同轴度的结构，包括气缸体和支撑气缸体的气缸支撑；气缸体为上进气、下排气结构；气缸支撑上与气缸体的气缸缸头连接处设置有水冷却通道。
进一步的，气缸支撑安装于气缸体的气缸盖下侧；或者安装在气缸体的气缸盖端面上或气缸盖的两侧。
进一步的，气缸体中设有活塞，活塞的下部设有塑料支撑环。
进一步的，活塞连接有贯穿活塞杆，贯穿活塞杆上设有磁导向套；塑料支撑环与气缸之间间隙小于贯穿活塞杆与磁导向套之间的间隙。
进一步的，塑料支撑环的长度不超过活塞圆周1/3。
进一步的，塑料支撑环半径Rb与活塞半径Rc的差值为：Δ0＝(0.001～0.002)Rb，单位：mm。
进一步的，当气缸直径为200～600mm时，塑料支撑环半径Rb与活塞半径Rc的差值为0.05～0.10mm。
进一步的，塑料支撑环承受活塞重量的比压小于等于0.4MPa。
进一步的，还包括十字头、滑道和悬挂导轨；滑道包括中部的圆弧形滑道位于圆弧形滑道两侧的平板状滑板；十字头的上部与滑道的圆弧形滑道滑动配合；悬挂导轨通过螺栓固定连接十字头；悬挂导轨与滑道两个肩部的滑板滑动配合。
进一步的，十字头中间安装有十字头销；十字头销连接连杆小头的孔，十字头一端与活塞杆相连接。
进一步的，十字头与滑道的圆弧形滑道之间的间隙与悬挂导轨与滑板之间的间隙均为：
Δ1＝(0.0005～0.0015)Ds
式中，Ds——滑道(9)的圆弧滑道直径，mm。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明通过在气缸支撑与气缸体的气缸缸头连接处，设置水冷却通道；把气缸缸头的高温与气缸支撑的支撑板进行冷却隔离；于是就可以保证气缸在运行时不加热支撑板，消除了支撑板的热膨胀，即不发生气缸抬头和中心线上仰；有效的提升磁导向贯穿活塞杆、活塞与十字头滑道同轴度。
进一步的，本发明在活塞下部设置塑料支撑环，以备贯穿活塞杆在磁导向发生故障时，仍然能够支撑活塞坚持到压缩机停止运行，而不致填料环和贯穿导向杆受到破坏；有效的提升磁导向贯穿活塞杆、活塞与十字头滑道同轴度。
进一步的，本发明改变十字头与滑道之间的滑动配合结构，当十字头受到连杆向上作用的侧向力时，十字头紧贴滑道的圆弧表面，在其上滑动。当十字头受到连杆向上作用的侧向力不能支撑起十字头和部分活塞杆重量时，十字头就通过其上固定的悬挂导轨承担十字头的重量；有效的提升磁导向贯穿活塞杆、活塞与十字头滑道同轴度。
附图说明
图1为带有冷却水道的气缸支撑部件图，其中1为气缸体，2为气缸支撑，3为冷却水道，4为气缸盖。
图2为传统压缩机十字头滑道结构图，其中图2(b)为图2(a)的左视图。
图3(a)为本发明悬挂十字头滑道结构图。
图3(b)为图3(a)的左视图。
具体实施方式
现在市场上和工业现场应用的往复式压缩机，在气缸的下部设置一个台阶，气缸头部的支撑板与该台阶相接，支撑板的下方与地基上的台座相连接。根据压缩机的结构设计习惯和功能需要，现代压缩机的气缸的排气阀和排气腔设在下半部分气缸体上，而吸气腔设在上半部分气缸上。于是，下半部分气缸在排气高温的作用下温度超过100℃多度，而气缸的高温直接传到气缸的支承板上，这就使得气缸体和支撑产生加大的热膨胀，将气缸头抬高，就造成了气缸及其活塞杆中心线高于十字头滑道中心线。但是如果在初始安装的冷态下，人们故意把气缸头放得偏低，可以在正常工作时气缸达到与十字头滑道中心对准的状态，但是，在初始冷态下运行，气缸、活塞与十字头滑道不对准的情况还是存在，更为重要的是，安装时事先要降低汽缸头高度，难以确定降低尺寸的测量基准。
请参阅图1至图3(b)所示，为了解决这一问题。本发明提供一种提升磁导向贯穿活塞杆、活塞与十字头滑道同轴度的结构，将支撑气缸的气缸支撑2设置在气缸盖4上的中心附近，同时在气缸支撑2与气缸体1的气缸缸头连接处，设置水冷却通道3，把气缸缸头的高温与气缸支撑2的支撑板进行冷却隔离；于是，就可以保证气缸在运行时不加热支撑板，消除了支撑板的热膨胀，即不发生气缸抬头和中心线上仰。
在采用贯穿活塞杆作为活塞力平衡或者作为磁力导向支撑的情况下，贯穿活塞杆上的迷宫填料和气缸中的迷宫活塞需要贯穿活塞杆上的磁导向套来约束活塞与气缸的同轴度，当贯穿活塞杆磁导向偶然失效时，贯穿活塞杆磁导向套又需要活塞上的塑料支撑环短期支撑，防止贯穿活塞杆磁导向套滑动副及迷宫密封副直接接触而擦伤。为此，活塞上的塑料支撑环与气缸之间间隙δz应小于贯穿活塞杆与磁导向套之间的间隙δc，本发明给出，当气缸直径为200～600mm时，支撑环与气缸之间的间隙应该取0.05～0.10mm，塑料支撑环设在活塞的下部，不超过活塞圆周1/3[3]，环境温度状态下的活塞上部表面与气缸的间隙可取活塞直径的1‰左右。
贯穿活塞杆磁导向的活塞上，其塑料支撑环承受活塞重量的比压小于0.40MPa；以备贯穿活塞杆在磁导向发生故障时，仍然能够支撑活塞坚持到压缩机停止运行，而不致填料环和贯穿导向杆受到破坏。
例如，活塞的重量为W，活塞的直径为D，取支撑环的圆周长度为活塞整个圆周的1/3，支撑环的轴向高度为H，则支撑环的投影面积为
A＝H×D×sin60°
比压
请参阅图2所示，传统的卧式压缩机滑道9都是上下各有一块滑道的结构，上下两块滑道之间容纳十字头7。为了防止十字头7上的滑履在滑道中热膨胀胀死，传统理论提出，将滑道9与十字头7滑履之间的直径间隙取为滑道直径的1～1.5‰左右。滑道直径越大，这个直径间隙就越大。对于活塞侧向力向下作用的滑道，十字头滑履在往复运动中始终紧贴下侧滑道，不致发生十字头及活塞杆的径向跳动。对于侧向力向上作用的十字头，当十字头到达活塞行程的上、下死点时，侧向力就等于零，十字头在重力作用下就掉到下滑道上，十字头离开活塞行程的上下死点后，向上作用的侧向力将又把十字头和活塞杆举起，造成了十字头和活塞杆的上下跳动，会沿径向拉动填料环，使填料环急剧磨损失效[4]。
为了保证十字头在整个往复运动中始终紧贴滑道的一侧运动，本发明提出了如图3(a)和图3(b)所示的十字头结构。它主要是由十字头7、与机身固定在一起的滑道9和悬挂导轨10构成。悬挂导轨10通过螺栓12连接到十字头7上，悬挂导轨10与滑道9两个肩部的滑板为小间隙的动配合，十字头7中间的十字头销11用于连接连杆小头的孔，十字头一端与活塞杆相连接。
当十字头受到连杆向上作用的侧向力时，十字头7紧贴滑道9的圆弧表面，在其上滑动。当十字头受到连杆向上作用的侧向力不能支撑起十字头和部分活塞杆重量时，十字头就通过其上固定的悬挂导轨10承担十字头的重量。
本发明的滑道圆弧配合副和悬挂导轨的上侧平面配合副内的间隙取值为：
Δ1＝(0.0005～0.0015)Ds mm，
式中，Ds——滑道9的圆弧滑道直径，mm。
滑道9上的圆弧段与滑道肩部平面之间的距离A，相对于十字头滑板两侧的距离B小很多，A仅为B的1/30左右，所以由十字头7，滑道9和悬挂导轨10在这一小距离范围内产生的热膨胀相对于圆弧滑道两侧和十字头滑板两侧产生的热膨胀要小得多，前者的膨胀量为后者的1/30，所以本发明的滑动配合间隙较传统结构配合间隙可以预留的很小，从而实现十字头7沿滑道9往复移动时，活塞杆轴线径向跳动比传统十字头减小80％。
参考文献：
[1]张晓华，新氢压缩机填料密封的研究，通用机械，2009,No9。
[2]西安交通大学，一种迷宫压缩机活塞精确定心的磁力导向机构专利号：201410213942.8,2014年5月21日。
[3]郁永章，活塞式压缩机，北京，机械工业出版社，1983。
[4]郁永章，容积式压缩机技术手册，北京，机械工业出版社，2001，p323。

Claims (9)

1.提升磁导向贯穿活塞与十字头滑道同轴度的结构，其特征在于，包括气缸体(1)和支撑气缸体(1)的气缸支撑(2)；气缸体(1)为上进气、下排气结构；气缸支撑(2)上与气缸体(1)的气缸缸头连接处设置有水冷却通道(3)。
2.根据权利要求1所述的提升磁导向贯穿活塞与十字头滑道同轴度的结构，其特征在于，气缸支撑(2)安装于气缸体(1)的气缸盖(4)下侧；或者安装在气缸体(1)的气缸盖(4)端面上或气缸盖(4)的两侧。
3.根据权利要求1所述的提升磁导向贯穿活塞与十字头滑道同轴度的结构，其特征在于，气缸体(1)中设有活塞，活塞的下部设有塑料支撑环。
4.根据权利要求3所述的提升磁导向贯穿活塞与十字头滑道同轴度的结构，其特征在于，活塞连接有贯穿活塞杆，贯穿活塞杆上设有磁导向套；塑料支撑环与气缸之间间隙小于贯穿活塞杆与磁导向套之间的间隙。
5.根据权利要求3所述的提升磁导向贯穿活塞与十字头滑道同轴度的结构，其特征在于，塑料支撑环的长度不超过活塞圆周1/3。
6.根据权利要求3所述的提升磁导向贯穿活塞与十字头滑道同轴度的结构，其特征在于，塑料支撑环半径Rb大于活塞半径Rc，两者差值为：
Δ0＝(0.001～0.002)Rb，单位：mm。
7.根据权利要求3所述的提升磁导向贯穿活塞与十字头滑道同轴度的结构，其特征在于，塑料支撑环投影面积上承受活塞重量的比压小于等于0.4MPa。
8.根据权利要求1所述的提升磁导向贯穿活塞与十字头滑道同轴度的结构，其特征在于，还包括十字头(7)、滑道(9)和悬挂导轨(10)；滑道(9)包括中部的圆弧形滑道和位于圆弧形滑道两侧的平板状滑板；十字头(7)的上部与滑道(9)的圆弧形滑道滑动配合；悬挂导轨(10)通过螺栓固定连接十字头(7)；悬挂导轨(10)与滑道(9)两个肩部的滑板滑动配合。
9.根据权利要求8所述的提升磁导向贯穿活塞与十字头滑道同轴度的结构，其特征在于，十字头(7)与滑道(9)的圆弧形滑道之间的间隙与悬挂导轨(10)与滑板之间的间隙均为：
Δ1＝(0.0005～0.0015)Ds
式中，Ds——滑道(9)的圆弧滑道直径，mm。
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