RU2017977C1

RU2017977C1 - Piston machine and method of its assembling

Info

Publication number: RU2017977C1
Application number: SU4912747/29A
Authority: RU
Inventors: П.А. Ольшевский
Original assignee: Омское научно-производственное объединение "Сибкриотехника"
Priority date: 1991-02-25
Filing date: 1991-02-25
Publication date: 1994-08-15

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: machine has cylinder and piston with ball guide received within the cylinder. Sealing unit is made of assembly of rings which are fixed with respect to the piston by nuts after setting the rings in the cylinder. After running in of cylinder-piston pair tightening and fixing of rings are implemented. Friction inserts are interposed between the rings. EFFECT: enhanced reliability. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а более конкретно к поршневым машинам с бесконтактным уплотнением цилиндропоршневой группы: компрессорам, газовым криогенным машинам, тепловым двигателям. The invention relates to mechanical engineering, and more specifically to reciprocating machines with non-contact sealing of a piston-cylinder group: compressors, gas cryogenic machines, heat engines.

Известна поршневая машина с бесконтактным уплотнением поршня, содержащая цилиндр и установленный в нем поршень (Автономные рефрижераторы малой мощности. / Под ред. В.М.Бродянского, М.:Энергоатомиздат, 1984, с.83-84). Known piston machine with non-contact piston seal, containing the cylinder and the piston installed in it (Autonomous refrigerators of low power. / Ed. By V.M. Brodyansky, M.: Energoatomizdat, 1984, p. 83-84).

Для получения бесконтактного уплотнения между цилиндром и поршнем делают зазор около 1 мм, но после обработки поршня на его цилиндрическую часть наносят слой на основе дисульфида молибдена и эпоксидной смолы толщиной заведомо большей, чем зазор. Установку поршня в цилиндр осуществляют после его охлаждения (либо нагрева цилиндра). После приработки пары лишняя часть слоя снимается. To obtain a non-contact seal between the cylinder and the piston, a gap of about 1 mm is made, but after processing the piston, a layer based on molybdenum disulfide and epoxy resin is obviously thicker than the gap. Installing the piston in the cylinder is carried out after cooling (or heating the cylinder). After running in the pair, the excess part of the layer is removed.

Недостатками данной конструкции поршневой машины и способа ее сборки являются значительная разница коэффициентов линейного расширения материалов цилиндра, поршня и уплотняющего слоя, вызывающая появление тепловых зазоров и натягов в цилиндропоршневой паре, технологические трудности достижения обеспечения требуемой точности сопряжения цилиндр-поршень, возможность разрушения композиционного слоя при сборке с натягом, необходимым для условий приработки. The disadvantages of this design of the piston machine and the method of its assembly are the significant difference in the linear expansion coefficients of the materials of the cylinder, piston and sealing layer, causing thermal gaps and interference in the piston-cylinder pair, technological difficulties in achieving the required cylinder-piston mating accuracy, and the possibility of destruction of the composite layer during assembly with an interference fit necessary for running-in conditions.

Известна поршневая машина с бесконтактным уплотнением поршня фирмы "Филипс", содержащая цилиндр и установленный в нем поршень, уплотняющая часть которого выполнена в виде бандажных колец, изготовленных из свинцово-оловянного сплава и покрытых дисульфидом молибдена. A piston machine with a non-contact piston seal of the Philips company is known, comprising a cylinder and a piston mounted therein, the sealing part of which is made in the form of retaining rings made of a lead-tin alloy and coated with molybdenum disulfide.

Способ сборки известной поршневой машины заключается в следующем. A method of assembling a known piston machine is as follows.

Поршень с установленными на нем с натягом бандажными кольцами с наружным размером, несколько большим внутреннего диаметра цилиндра, погружают в сухой лед, охлаждают и устанавливают в цилиндр машины. После сборки производится притирка поршня в цилиндре, при которой удаляется лишний слой материала колец, образуя бесконтактное уплотнение. A piston with tightened retaining rings with an outer dimension slightly larger than the inner diameter of the cylinder is immersed in dry ice, cooled and installed in the cylinder of the machine. After assembly, the piston is lapped in the cylinder, in which an extra layer of material of the rings is removed, forming a non-contact seal.

К недостаткам известной машины следует отнести следующее. The disadvantages of the known machines include the following.

Применение свинцово-оловянистых сплавов в качестве материала уплотнения (бандажных колец), имеющих более высокий коэффициент температурного линейного расширения, чем у применяемых материалов цилиндра, создает тепловые зазоры, снижающие герметичность сопряжения цилиндр-поршень и ограничивает выбор материала цилиндра поршня и уплотнения. В процессе эксплуатации машины (особенно в период приработки) неизбежно появление проработочных деформаций в направляющем механизме, что вызывает радиальное смещение поршня и односторонний износ уплотняющей части поршня, увеличивается зазор в паре и, соответственно, снижается герметичность пары. The use of lead-tin alloys as a seal material (retaining rings) having a higher coefficient of thermal linear expansion than that of the used cylinder materials creates thermal gaps that reduce the tightness of the cylinder-piston interface and limit the choice of piston cylinder material and seals. During the operation of the machine (especially during the running-in period), developmental deformations in the guiding mechanism are inevitable, which causes a radial displacement of the piston and one-sided wear of the piston sealing part, the gap in the pair increases and, accordingly, the tightness of the pair decreases.

Исключение недопустимой негерметичности в паре, появившейся в процессе эксплуатации, возможно только при разработке цилиндропоршневой пары с заменой уплотняющей части (бандажных колец). The exclusion of unacceptable leaks in the pair that appeared during operation is possible only when developing a cylinder-piston pair with the replacement of the sealing part (retaining rings).

Тепловая посадка поршня в цилиндр (сборка) под последующую приработку требует высокой точности изготовления поршня с установленными на него бандажными кольцами и не исключает случаев заклинивания поршня в цилиндре. Thermal fit of the piston into the cylinder (assembly) for subsequent running-in requires high precision manufacturing of the piston with retaining rings installed on it and does not exclude cases of piston jamming in the cylinder.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, т.е. повышение герметичности между цилиндром и поршнем, улучшение технологичности изготовления бесконтактного уплотнения цилиндропоршневой пары. The aim of the invention is to remedy these disadvantages, i.e. increasing the tightness between the cylinder and the piston; improving the manufacturability of the non-contact sealing of the piston-cylinder pair.

Цель достигается тем, что в известной поршневой машине с бесконтактным уплотнением поршня, содержащей цилиндр и установленный в нем поршень с уплотняющими кольцами, имеющими антифрикционное покрытие, и шариковой направляющей, уплотняющие кольца выполнены разрезными и радиально-упругими, имеют на торцевых поверхностях кольцевые канавки и жестко закреплены относительно поршня через фрикционные прокладки из пластичного материала, установленные между кольцами с зазором по цилиндру. The goal is achieved by the fact that in the known piston machine with non-contact piston seal, comprising a cylinder and a piston installed therein with sealing rings having an antifriction coating and a ball guide, the sealing rings are split and radially elastic, have ring grooves on the end surfaces and are rigidly fixed relative to the piston through friction pads made of plastic material mounted between the rings with a clearance along the cylinder.

Цель достигается тем, что в способе сборки поршневой машины, включающем установку уплотняющих колец на поршне, установку поршня в цилиндре, установку цилиндропоршневой пары в машине и ее приработку, закрепление колец относительно поршня производится после сборки цилиндропоршневой пары и направляющего механизма. Для повышения герметичности фиксирование колец производят после приработки цилиндропоршневой пары в составе машины. The goal is achieved by the fact that in the method of assembling the piston machine, including installing the sealing rings on the piston, installing the piston in the cylinder, installing the cylinder-piston pair in the machine and its running-in, securing the rings relative to the piston is carried out after assembling the cylinder-piston pair and the guide mechanism. To increase the tightness, the rings are fixed after running in the cylinder-piston pair as part of the machine.

Применение в качестве уплотняющей части поршня упругих разрезных колец обеспечивает в сборке их самоустановку относительно поршня, плотное их прилегание с контактирующей поверхностью цилиндра, широкий диапазон применяемых материалов колец и их покрытий, повышает герметичность уплотнения и исключает заклинивание поршня с его уплотняющей частью в цилиндре. The use of elastic split rings as the sealing part of the piston ensures their self-assembly in relation to the piston in the assembly, their tight fit with the contacting surface of the cylinder, a wide range of used ring materials and their coatings, increases the tightness of the seal and eliminates jamming of the piston with its sealing part in the cylinder.

Жесткое фиксирование набора колец относительно поршня после сборки обеспечивает высокую герметичность цилиндропоршневой пары, а после непродолжительной приработки исключает их контакт с цилиндром, создавая бесконтактное уплотнение. Негерметичность цилиндропоршневой пары в данном случае определяется погрешностью геометрической формы контактирующих поверхностей кольца и цилиндра. Rigid fixation of the set of rings relative to the piston after assembly ensures high tightness of the cylinder-piston pair, and after a short run-in eliminates their contact with the cylinder, creating a non-contact seal. The leakage of the cylinder-piston pair in this case is determined by the error of the geometric shape of the contacting surfaces of the ring and cylinder.

Фиксирование колец после обкатки обеспечивает приработку колец непосредственно по цилиндру до обеспечения требуемой герметичности, компенсацию приработочных деформаций в направляющем механизме. The fixation of the rings after the run-in ensures the running-in of the rings directly along the cylinder to ensure the required tightness, compensation of running-in deformations in the guide mechanism.

Негерметичность в данном случае ограничивается лишь погрешностью геометрической формы отверстия цилиндра. Анализ известных технических решений показал, что применение фрикционных прокладок из пластического материала, уплотнений в виде разрезных колец и кольцевых канавок широко известно. Однако фрикционные прокладки в известных решениях применяют для увеличения трения, в то время как у нас они проявляют иное свойство, повышают жесткость фиксирования и герметичность. Кольцевые канавки в известных решениях применяют для повышения герметичности, а в заявляемом решении кольцевые канавки увеличивают надежность фиксирования разрезных колец. Leakage in this case is limited only by the geometric shape error of the cylinder bore. Analysis of the known technical solutions showed that the use of friction linings made of plastic material, seals in the form of split rings and annular grooves is widely known. However, friction pads in known solutions are used to increase friction, while in our country they exhibit a different property, increase fixation stiffness and tightness. Annular grooves in known solutions are used to increase tightness, and in the claimed solution, annular grooves increase the reliability of fixing split rings.

Таким образом, данная совокупность существенных признаков придает поршневой машине новые свойства, повышает герметичность и упрощает технологию сборки, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "существенные отличия". Thus, this set of essential features gives the piston engine new properties, improves tightness and simplifies assembly technology, which allows us to conclude that the proposed solution meets the criterion of "significant differences".

На фиг. 1 изображен продольный разрез цилиндропоршневой группы машины; на фиг.2 - место установки пакета разрезных колец на поршне. In FIG. 1 shows a longitudinal section of a cylinder-piston group of a machine; figure 2 - the installation location of the package of split rings on the piston.

Машина содержит цилиндр 1 и расположенный в нем поршень 2 с шариковой направляющей 3. Поршень содержит уплотняющую часть, состоящую из разрезных колец 4 и плоских кольцевых шайб 5, установленных с зазором по цилиндру. Кольца 4 имеют на поверхности контакта с цилиндром приработочное антифрикционное покрытие 6. Фиксирование колец от их радиального и осевого смещения относительно поршня производится посредством гаек 7 через промежуточный прижимной элемент 8. The machine comprises a cylinder 1 and a piston 2 located therein with a ball guide 3. The piston contains a sealing part consisting of split rings 4 and flat ring washers 5 mounted with a clearance along the cylinder. Rings 4 have a running-in antifriction coating 6 on the contact surface with the cylinder. The rings are fixed from their radial and axial displacement relative to the piston by means of nuts 7 through an intermediate clamping element 8.

Сборка машины осуществляется следующим образом. Assembly of the machine is as follows.

На поршень 2 последовательно через фрикционные прокладки 5 набирается пакет из колец 4, ставится прижимной элемент 8 и фиксируется гайкой, которая закручивается до упора и отпускается на (0,5-1) оборота. Далее поршень 2 с установленными на нем кольцами 4 соединенным с ним направляющим механизмом 3 устанавливается в цилиндре 1. После этого фиксируют кольца 4 затяжкой гаек 7 и проводят приработку цилиндропоршневой пары. При необходимости получения более высокой герметичности цилиндропоршневой пары (фиксирование колец) затяжку гаек производят после обкатки машины. A pack of rings 4 is sequentially drawn onto the piston 2 through the friction pads 5, the clamping element 8 is placed and fixed with a nut, which is twisted to the stop and released (0.5-1) turn. Next, the piston 2 with the rings 4 mounted on it, the guiding mechanism 3 connected to it is installed in the cylinder 1. After that, the rings 4 are fixed by tightening the nuts 7 and the cylinder-piston pair is run-in. If it is necessary to obtain a higher tightness of the cylinder-piston pair (fixing rings), the nuts are tightened after the machine is run-in.

При необходимости устранения негерметичности, возникшей в результате эксплуатации машины, замене подлежат только фрикционные прокладки 5. If it is necessary to eliminate leaks resulting from the operation of the machine, only friction pads 5 must be replaced.

Технические преимущества заявляемого технического решения заключаются в следующем: для получения высокой точности сопряжения (малых зазоров) не требуется высокой точности изготовления уплотнительной части поршня; радиальная упругость колец до их фиксации дает возможность получить практически беззазорное уплотнение, а в сочетании с наличием на его поверхности приработочного слоя обеспечить многократность приработок при выполнении необходимых регламентных и других работ, связанных с разборкой-сборкой цилиндропоршневой пары; выполнение вышеуказанных работ не требует высокой квалификации исполнителя. Technical advantages of the proposed technical solution are as follows: to obtain high precision mating (small gaps) does not require high precision manufacturing of the sealing part of the piston; the radial elasticity of the rings prior to their fixation makes it possible to obtain an almost gap-free seal, and in combination with the presence of a running-in layer on its surface, to ensure multiple running-in when performing the necessary routine and other work related to disassembling and assembling a cylinder-piston pair; the implementation of the above works does not require high qualification of the contractor.

Использование заявляемой поршневой машины и способа ее сборки позволяет по сравнению с прототипом повысить герметичность сопряжения поршень-цилиндр в 1,5-2 раза, а также повысить технологичность изготовления. The use of the inventive piston machine and the method of its assembly allows, in comparison with the prototype, to increase the tightness of the piston-cylinder mating by 1.5-2 times, as well as to improve the manufacturability.

Claims

1. PISTON MACHINE AND METHOD OF ITS ASSEMBLY, comprising a cylinder and a piston installed therein with sealing rings having an antifriction coating and a ball guide, characterized in that, in order to increase the tightness of the cylinder-piston coupling and the manufacturability, the machine is equipped with friction linings made of of plastic material, the sealing rings are split and radially elastic, are rigidly fixed relative to the piston and annular grooves are made on their end surfaces, and the gaskets are placed with a clearance along the cylinder between the split rings.

2. A method of assembling a piston machine, including installing the sealing rings on the piston, installing the piston in the cylinder, installing the cylinder-piston pair in the machine and running in the cylinder-piston pair, characterized in that after installing the piston in the cylinder, the rings are fixed relative to the piston.

3. The method according to claim 2, characterized in that the rings are fixed relative to the piston after running in the piston-cylinder pair as part of the machine.