[实用新型]锥形活塞及具有该锥形活塞的活塞压缩机

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种活塞压缩机。更具体地讲，涉及一种具有增大的尺寸且布局合理的筋板和通气孔的锥形活塞。

背景技术

活塞是活塞式压缩机的一个主要零件，它与气缸配合形成压缩容积。活塞设计必须有足够的强度和刚度，制造工艺性要好，活塞设计的好坏与压缩机的性能有很大关系。活塞按作用方式分为单作用、双作用和级差式活塞，按结构方式分为整体式和组合式活塞，按材料分为铸铁、铸铝、钢质或焊接活塞。

焊接锥形活塞在运行过程中，承受了较大活塞力作用，在较高气体温度和机组的频繁振动冲击工况条件下，活塞壁、筋板、活塞壳、活塞芯的焊接部位反复受到周期性的拉伸、压缩的循环交变应力作用。

由于焊接锥形活塞的焊接面、点较多，焊接时为保证筋板回转直径范围内均得到良好焊接，往往造成一面端壁与筋板焊好后，另一面端壁与筋板的焊接受到锥形面的影响，焊接空间受到限制，加大了焊接过程中不可避免的气孔、夹渣、裂纹等表面缺陷和焊接应力集中的产生，焊接质量较差。

在交变载荷作用下，活塞的各部件要发生局部滑移。随着循环次数的不断增加，滑移线在局部区域内变粗形成滑移带，进而萌生了疲劳裂纹，活塞焊接过程中形成的缺陷或热处理未消除应力集中，加速了疲劳裂纹的产生。经过疲劳裂纹的稳定扩展以及失稳扩展后，活塞内筋板的功用不断丧失，活塞的强度和刚度不断降低，导致与筋板、端壁焊接联接的活塞芯脱落，端壁裂纹，活塞彻底破坏，造成机组设备事故的发生。

当前锥形活塞的设计存在以下方面的问题：

筋板布置不合理，使活塞的强度和刚度不足。活塞制造的强度和刚度不足，往往表现在筋板的尺寸和布置方面不合理。活塞的筋板尺寸与活塞尺寸不匹配，筋板在活塞直径方向的尺寸过小，在机组运行过程中大量的气体力作用在筋板以外的前后端壁区域，这部分力又作用在应力集中的前、后端壁与活塞壳的焊接部位，导致前后端壁与活塞壳焊接处产生疲劳裂纹并不断扩大，最终导致活塞解体。活塞解体后的部件表面不平整，在轴向方向的位移尺寸超出活塞的向轴、向盖余隙，使机组发生撞缸事故。

活塞的焊接质量差。活塞制造的加工质量存在问题。活塞制造时焊接部位的坡口尺寸不符合要求，有的甚至没有打坡口，焊接质量差，焊口存在裂纹、夹渣、未焊透和未熔合等缺陷，焊接接头产生残余应力和变形，同时造成活塞尺寸、形状的变化。焊接完后退火处理不充分，退火的温度和保温、降温控制不好。退火后进入车削工序时，为找正和控制好形位公差，简单的进行了车削，往往造成前后端壁和活塞壳的公称尺寸差得较多，减弱了焊接部位的焊接强度和刚度。活塞在运行过程中受交变负荷作用，使裂纹产生于强度薄弱和存在较大应力集中的焊接部位，最终导致活塞的解体损坏。

活塞通气孔设置不合理。活塞在热处理和运行过程中，活塞通气孔设置不合理，活塞内部将产生较大的不平衡气流压力，引起活塞变形，产生应力，缩短活塞使用寿命。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种强度和刚度更高的活塞压缩机锥形活塞。该活塞能增大强度和刚度，延长使用寿命，在活塞压缩机活塞的设计、制造、维修、使用行业有较为重要的应用前景。

解决上述技术问题，本实用新型提出了一种焊接锥形活塞，当气阀在缸盖上成倾斜配置时，为与气缸盖相适应，活塞做成了锥形。锥形活塞所使用的技术方案是：增大筋板的尺寸；合理布局筋板数量；合理布局通气孔等。

本实用新型提供了一种锥形活塞，该锥形活塞包括活塞壳、前活塞壁、后活塞壁、筋板、活塞芯，筋板设置在前活塞壁和后活塞壁之间，并介于活塞壳与活塞芯的外壁之间，其特征在于，还包括通气孔，形成在前活塞壁和后活塞壁中的一个上，并且筋板的尺寸被增大使得筋板在前后活塞壁的直径方向上的尺寸分别达到前后活塞壁直径的71％以上。

在活塞压缩机的运行过程中，50％以上的气体力作用在筋板与前后活塞壁焊接的轴向投影面积上。

所述锥形活塞的筋板的数量为6，筋板呈锥形。筋板的中间形成有孔。孔的形状为椭圆形、圆形或者其它形状中的一种。

筋板的尺寸被增大使得筋板在前后活塞壁的直径方向上的尺寸可以分别达到前后活塞壁直径的80％以上。在活塞压缩机的运行过程中，64％以上的气体力作用在筋板与前后活塞壁焊接的轴向投影面积上。

筋板的尺寸被增大使得筋板在前后活塞壁的直径方向上的尺寸可以分别达到前后活塞壁直径的85％以上。在活塞压缩机的运行过程中，72％以上的气体力作用在筋板与前后活塞壁焊接的轴向投影面积上。