CS207625B2

CS207625B2 - Quick running air compressor

Info

Publication number: CS207625B2
Application number: CS381878A
Authority: CS
Inventors: Wieslaw Wilczopolski; Tadeusz Zaba; Ryszard Rachwal; Kazimierz Nosal
Original assignee: Debica
Priority date: 1977-06-17
Filing date: 1978-06-13
Publication date: 1981-08-31
Also published as: SU862840A3; DD136999A5; HU178377B; PL198984A1; BG38170A3

Description

(54) Rychloběžný vzduchový kompresor(54) High-speed air compressor

Vynález se týká rychloběžného dvoustupňového. vzduchového kompresoru s diferenciálním pístem, určeného ke stlačování vzduchu pro pohon pneumatických systémů, například v letecké technice.The invention relates to a high-speed two-stage. an air compressor with a differential piston for compressing air for driving pneumatic systems, for example in aircraft technology.

Je znám vzduchový kompresor, popsaný v patentovém spise SSSR č. 300 659 a sestávající z klikové skříně, válce prvního stupně, válce druhého stupně, hlavy válce s ventily, klikového hřídele s ojnicí a s diferenciálním pístem, v němž je těsně pod hlavou pístu uvnitř provedeno jedno příčné okénko, vyústěné na vnější povrch pístu do mezery mezi dvěma sousedními pístními kroužky obloukovou drážkou, vymezující úhel asi 180° a vytvářející mezi čely dvou sousedních pístních kroužků a čely okénka průchozí štěrbinu. Okénko se zúženou štěrbinou na ně navazující slouží pro přívod mazacího oleje na třecí plochy válce, pístu a pístních kroužků, které jsou ve styku s válcem, za účelem snížení opotřebení vzájemně se troucích částí. Minimální spotřeby mazacího oleje a optimálních provozních podmínek mazání třecích ploch je dosahováno změnou rozměrů štěrbiny a přiměřenými šířkami pístních kroužků.The air compressor disclosed in USSR 300,659 is known and consists of a crankcase, a first-stage cylinder, a second-stage cylinder, a valve-cylinder head, a crankshaft with a connecting rod and a differential piston, in which it is located just below the piston head. one transverse window extending on the outer surface of the piston into a gap between two adjacent piston rings by an arc groove defining an angle of about 180 ° and forming a through slot between the faces of the two adjacent piston rings and the face of the window. A window with a tapered slot adjoining them serves to supply lubricating oil to the friction surfaces of the cylinder, the piston and the piston rings that are in contact with the cylinder, in order to reduce the wear of the oven parts. Minimum lubricating oil consumption and optimum operating conditions for lubrication of the friction surfaces are achieved by changing the dimensions of the slot and the appropriate widths of the piston rings.

Podstatnou nevýhodou uvedeného známého řešení je jednostranný přívod mazacího oleje, znesnadňující rovnoměrné rozdělová2 ní mazacího oleje po celém obvodě třecích ploch válce, pístu a pístních kroužků, což má za následek předčasné opotřebení těchto částí, zkrácenou životnost a sníženou provozní spolehlivost, jakož i cyklické prohýbání pístních kroužků po šířce štěrbiny a z toho vyplývající zvýšené opotřebení pístních kroužků, vyšší profukování a jev, tzv. kmitání pístních kroužků.A major disadvantage of the known solution is the one-sided supply of lubricating oil, making it difficult to distribute the lubricating oil evenly over the entire circumference of the friction surfaces of the cylinder, piston and piston rings, resulting in premature wear of these parts rings along the slot width and the resulting increased wear of the piston rings, higher purging and the phenomenon of so-called piston ring oscillation.

Cílem, tohoto vynálezu jo takové řešení, kterým by bylo dosaženo vyloučení uvedených nevýhod, a to zejména nerovnoměrného mazání třecích ploch válce, pístu a pístních kroužků, krátké životnosti a snížené provozní spolehlivosti rychloběžného, pístového kompresoru. Dalším záměrem je snížení opotřebení pístních kroužků, snížení jejich kmitání a zmenšení profukování.It is an object of the present invention to avoid such disadvantages, in particular the uneven lubrication of the friction surfaces of the cylinder, the piston and the piston rings, the short service life and the reduced operating reliability of the high-speed piston compressor. Another aim is to reduce the wear of the piston rings, to reduce their oscillation and to reduce the purging.

Tento záměr byl vyřešen konstrukční úpravou rychloběžného dvoustupňového vzduchového kompresoru, spočívající ve smyslu vynálezu v tom, že za účelem rovnoměrného rozdělování mazacího oleje na třecí plochy válce, pístu a pístních kroužků, omezení vytváření nánosů karbonu na těchto· plochách, snížení opotřebení, zvýšení životnosti a pro zajištění optimální spotřeby mazacího· oleje je diferenciální píst opatřen dvěma nebo· více štěrbinami, umístěnými těsně pod hlavou pístu a vyústěnými buď v jedné rovině v mezeře mezi dvěma sousedními pístními kroužky, nebo» mezi skupinami pístních kroužků, anebo ve dvou rovinách v mezerách mezi třemi za sebou následujícími pístními kroužky nebo mezi skupinami pístních kroužků tak, že tyto· štěrbiny probíhají rovnoběžně s rovinou pístních kroužků nebo šikmo·, pod určitým úhlem,, vůči rovině pístních kroužků.This object has been solved by designing a high-speed two-stage air compressor in accordance with the invention in that, in order to distribute lubricating oil evenly across the friction surfaces of the cylinder, piston and piston rings, reduce carbon buildup on these surfaces, reduce wear, increase service life and for optimum lubrication oil consumption, the differential piston is provided with two or more slots located just below the piston head and opening either in a plane in the gap between two adjacent piston rings, or between groups of piston rings, or in two planes in the spaces between three consecutive piston rings or between groups of piston rings such that the slots extend parallel to the plane of the piston rings or obliquely at an angle relative to the plane of the piston rings.

Štěrbiny probíhající rovnoběžně s rovinou pístních kroužků mohou přitom být uspořádány rozložené rovnoměrně v jedné řadě 'nebo· ve dvou řadách střídavě nebo ve skupinách po celém obvodu nebo po části obvodu diferenciálního· pístu.The slots extending parallel to the plane of the piston rings can be arranged evenly distributed in one row or in two rows alternately or in groups over the entire circumference or along a part of the circumference of the differential piston.

Štěrbiny probíhající šikmo mohou být provedeny se sklonem pod úhlem v rozmezí 3° až 30°, přednostně pod úhlem v rozmezí 3° až 12°, přičemž mohou být rovněž uspořádány rovnoměrně rozložené v jedné řadě nebo ve dvou řadách střídavě nebo ve skupinách po celém obvodu nebo po části obvodu diferenciálního pístu.The slots may be angled at an angle of 3 ° to 30 °, preferably at an angle of 3 ° to 12 °, and may also be arranged evenly spaced in one or two rows alternately or in groups around the perimeter or along part of the circumference of the differential piston.

Rozložení štěrbin rovnoměrně v jedné řadě nebo střídavě, resp. ve skupinách ve dvou řadách, jakož i jejich provedení rovnoběžně s rovinou pístních kroužků, resp. šikmo vůči rovině pístních kroužků je přitom určováno požadavky, aby mazací olej rozdělovaly rovnoměrně na nejvíce zatížené třecí plochy, a aby byla zajištěna regulace spotřeby mazacího oleje při optimálním mazání provedením vhodného počtu a velikostí štěrbin, přičemž počet a velikosti štěrbin jsou závislé například na provozních podmínkách kompresoru, na tlaku mazacího· oleje v přívodním mazacím systému a na jeho· náchylnosti k vytváření karbonu při daných provozních podmínkách, jakož i na velikosti diferenciálního pistu.The distribution of the slots evenly in one row or alternately, respectively. in groups in two rows, as well as their execution parallel to the plane of the piston rings, respectively. at an angle to the plane of the piston rings, the requirement is that the lubricating oil is distributed evenly over the most heavily loaded friction surfaces and that the lubrication oil consumption is controlled by optimum lubrication by providing the appropriate number and size of slots, the compressor, the lubrication oil pressure in the feed lubrication system and its susceptibility to carbon formation under given operating conditions, as well as the size of the differential piston.

Podstatná výhoda řešení rychloběžného vzduchového· kompresoru podle vynálezu spočívá v zajištění rovnoměrného mazání třecích ploch válce, pístu a pístních kroužků, ve snížení opotřebení vzájemně se troucích částí, jakož i v prodloužení životnosti a ve zvýšení provozní spolehlivosti takto řešeného rychloběžného vzduchového· kompresoru.An essential advantage of the high-speed air compressor solution according to the invention is to ensure even lubrication of the friction surfaces of the cylinder, piston and piston rings, to reduce wear on the pipe parts as well as to extend the service life and increase the operational reliability of the high-speed air compressor.

Vynález bude v dalším textu blíže objasněn na příkladu provedení, s odvoláním na vyobrazení, znázorňující na obr. 1 — podélný řez rychloběžným vzduchovým kompresorem s diferenciálním pístem podle vynálezu; obr. 2 — podélný řez diferenciálním pístem kompresoru podle obr. 1, v provedení se dvěma štěrbinami umístěnými v jedné rovině v mezeře mezi dvěma sousedními pístními kroužky a rovnoběžnými s rovinou pístních kroužků a rozmístěnými vzájemně protilehle; obr. 3 — příčný řez diferenciálním pístem v ose A —- A podle obr. 2; obr. 4 — podélný řez diferenciálním pístem kompresoru podle obr. 1, v provedení se čtyřmi nebo více štěrbinami umístěnými v jedné rovině v mezeře mezi dvěma sou- -i sedními pístními kroužky nebo· mezi skupinámi pístních kroužků a rovnoběžnými s rovinou pístních kroužků a uspořádanými rovnoměrně po obvodu pístu; obr. 5 — příčný řez diferenciálním pístem v ose B — B podle obr. 4; obr. 6 — podélný řez diferenciálním pístem kompresoru podle obr. 1, v provedení se čtyřmi štěrbinami umístěnými rovnoměrně střídavě ve dvou rovinách v mezerách mezi třemi sousedními pístními kroužky nebo mezi skupinami pístních kroužků a rovnoběžnými s rovinou pístních kroužků; obr. 7 — příčný řez diferenciálním pístem, v ose C — C podle obr. 6; obr. 8 — podélný řez diferenciálním pístem kompresoru podle obr. 1, v provedení se dvěma štěrbinami¹ umístěnými protilehle v jedné rovině v miezeře mezi dvěma sousedními pístními kroužky nebo mezi skupinami pístních kroužků a provedenými v určitém sklonu vůči rovině pístních kroužků; obr. 9 — podélný řez diferenciálním pístem kompresoru podle obr. 1, v provedení s více štěrbinami umístěnými v jedné řadě v mezeře mezi dvěma sousedními pístními kroužky nebo· mezi skupinami pístních kroužků a provedenými v určitém sklonu vůči rovině pístních kroužků a uspořádanými rovnoměrně po obvodu pístu; obr. 10 — podélný řez diferenciálními pístem kompresoru podle obr. 1, v provedení s více štěrbinami umístěnými rovnoměrně střídavě nebo ve skupinách ve dvou rovinách v mezerách mezi třemi sousedními pístními kroužky nebo mezi skupinami pístních kroužků a provedenými v určitém sklonu vůči rovině pístních kroužků.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will now be explained in more detail by way of example with reference to the drawing, in which: FIG. FIG. 2 is a longitudinal section through the differential piston of the compressor of FIG. 1, in an embodiment with two slots disposed in one plane in the gap between two adjacent piston rings and parallel to the plane of the piston rings and spaced apart from each other; FIG. 3 is a cross-sectional view of the differential piston in the axis A-A of FIG. 2; FIG. 4 is a longitudinal cross-sectional view of the differential piston of the compressor of FIG. 1, with four or more slots disposed in a plane in the gap between two parallel piston rings or between the plurality of piston rings and parallel to the plane of the piston rings and arranged evenly around the circumference of the piston; FIG. 5 is a cross-sectional view of the differential piston in the B-B axis of FIG. 4; FIG. 6 is a longitudinal sectional view of the differential piston of the compressor of FIG. 1, in an embodiment with four slots disposed equally alternately in two planes in the gaps between three adjacent piston rings or between groups of piston rings and parallel to the plane of the piston rings; FIG. 7 is a cross-sectional view of the differential piston along the C-C axis of FIG. 6; FIG. 8 is a longitudinal section through the differential piston of the compressor of FIG. 1, in an embodiment with two slots ¹ positioned opposite one another in a plane between two adjacent piston rings or between groups of piston rings and made at a certain inclination to the plane of the piston rings; FIG. 9 is a longitudinal cross-sectional view of the differential piston of the compressor of FIG. 1, having a plurality of slots disposed in a row in the gap between two adjacent piston rings or between groups of piston rings at a certain inclination with respect to the piston ring plane; a piston; FIG. 10 is a longitudinal cross-sectional view of the differential piston of the compressor of FIG. 1, in a multi-slotted design disposed uniformly alternately or in groups in two planes in gaps between three adjacent piston rings or between piston ring groups inclined to the plane of the piston rings.

Rychloběžný dvoustupňový vzduchový kompresor s diferenciálním pístem 4, v provedení podle vynálezu a sloužící ke stlačování vzduchu pro pneumatické systémy, například v letecké technice, sestává z klikové skříně 1, dvoustupňového válce s pouz. drem 2 a z hlavy válce 3 s ventily. Uvnitř | dvoustupňového pouzdra válce 2 je vložen ř dvoustupňový diferenciální píst 4, spojený ; pístním čepem 5 s ojnicí 6, která je svou hlavou spojena s klikovým hřídelem 9, pohánějícím diferenciální píst 4.The high-speed two-stage air compressor with differential piston 4, in the embodiment of the invention, for compressing air for pneumatic systems, for example in aeronautical engineering, consists of a crankcase 1, a two-stage cylinder with only one. and from cylinder head 3 with valves. Inside a two-stage cylinder sleeve 2 is fitted with a two-stage differential piston 4 coupled; a piston pin 5 with a connecting rod 6, which is connected by its head to a crankshaft 9 driving a differential piston 4.

Dvoustupňový diferenciální píst 4 je o® patřen vhodným počtem štěrbin 8 v účel|g ném rozmístění, uspořádání a tvaru, jimiž je mazací olej z vnitřního prostoru klikové skříně 1 nastříkáván do mezery mezi použij drem válce 2 a diferenciálním pístem 4, vy'Z mezené nahoře a dole dvěma sousedními , pístními kroužky 9. Štěrbiny 8 jsou umí&těny těsně pod hlavou diferenciálního· pístu a vyústěny na jeho vnější povrch do mezery mezi dvěma sousedními pístními krouž4 ky 9 nebo do dvou mezer mezi třemi za se< bou následujícími pístními kroužky 10, poli případě do mezery nebo do mezer meziskugt pinami pístních kroužků 10. Štěrbiny 8 moi & bou přitom být provedeny jako rovnoběžné jjfc s rovinami pístních kroužků 9, 10 nebo moVvW hou s těmito rovinami svírat úhel 3° až 30° |j^'a mohou přitom, být po obvodě pístu i4 u·» iThe two-stage differential piston 4 is provided with a suitable number of slots 8 for the purpose of spacing, arrangement and shape by which lubricating oil from the interior of the crankcase 1 is injected into the gap between the cylinder bore 2 and the differential piston 4. at the top and bottom by two adjacent piston rings 9. The slots 8 are located just below the head of the differential piston and extend to its outer surface into a gap between two adjacent piston rings 9 or two gaps between three adjacent piston rings 10, The slots 8 can be made parallel to the planes of the piston rings 9, 10 or can form an angle of 3 ° to 30 ° with these planes and can form an angle of 3 ° to 30 °. in this case, be around the circumference of the piston i4 u · »i

spořádány rovnoměrně nebo ve skupinách v jedné řadě a nebo ve dvou řadách rovnoměrně, střídavě nebo ve skupinách. Počet štěrbin 8 je závislý na jejich rozměrech, vazkosti použitého· mazacího oleje a na dalších faktorech, jako například na provozních podmínkách kompresoru, na požadované spotřebě mazacího oleje při optimálním mazání třecích ploch válce pístu a píst' nich kroužků. Šířka a délka štěrbin 8 jsou závislé v prvé řadě na takových parametrech, jako· jsou druh a vlastnosti použitého mazacího oleje, tlak oleje v přívodním mazacím· systému a jeho náchylnost k vytváření karbonu při daných provozních podmínkách, jakož i na rozměrech diferenciálního pístu 4.arranged evenly or in groups in a single row or in two rows evenly, alternately or in groups. The number of slots 8 depends on their dimensions, the viscosity of the lubricating oil used, and other factors, such as the compressor operating conditions, the required lubricating oil consumption with optimum lubrication of the piston cylinder friction surfaces and piston rings. The width and length of the slots 8 depend primarily on such parameters as the type and properties of the lubricating oil used, the oil pressure in the inlet lubrication system and its susceptibility to carbon formation under the operating conditions, as well as the dimensions of the differential piston 4.

Provedení dvoustupňového diferenciálního pístu 4 se štěrbinami 8 podle vynálezu umožňuje použít jako mazacího oleje olejů používaných v leteckých spalovacích motorech, jakož i univerzálních mazacích olejů, přičemž tyto· těžké oleje mohou mít nízký bod vzplanutí š 115 ^CC při kompresní teplotě rovné 230 °C a kinematické viskozitě ě 12.10^-6 m².s^_1 při teplotě 100°C a při rozmezí hmotnosti 0,85 až 0,94 g/cm³ a při otáčkách klikového hřídele v rozmezí 1450 až 2400 1/min, středním kompresním tlaku ž 6 MPa a při spotřebě mazacího oleje rovné 0,2 až 6,0 g za hodinu.The design of the two-stage differential piston 4 with slots 8 according to the invention makes it possible to use as lubricating oils oils used in aircraft internal combustion engines as well as universal lubricating oils, these heavy oils having a low flash point of 115 ^° C at a compression temperature of 230 ° C; a kinematic viscosity of 10.12 ^-6 m ² .s ^_1 at 100 ° C and at a weight range of 0.85 to 0.94 g / cm ³ and at crankshaft speed in the range from 1450 to 2400 1 / min, medium compression pressure from 6 MPa and at the consumption of lubricating oil equal to 0.2 to 6.0 g per hour.

Provedení rychloběžného vzduchového kompresoru s diferenciálním pístem podle vynálezu umožňuje úplné vyloučení vytváření karbonu na celém povrchu a vylučuje rovněž pronikání mazacího oleje do stlačeného vzduchu, jakož i profukování.The design of the high-speed air compressor with a differential piston according to the invention makes it possible to completely eliminate the formation of carbon on the entire surface and also excludes the penetration of lubricating oil into the compressed air as well as purging.

Claims

SUBJECT

1. A high-speed two-stage air compressor comprising a crankcase, a two-stage cylinder, a cylinder head with a valve and a differential piston, characterized in that for uniform distribution of lubricating oil to the friction surfaces of the cylinder, piston and piston rings , reducing wear, increasing service life, and for optimum lubrication oil consumption, the differential piston (4) is provided with two or more slots (8) located just below the differential piston head (4) and opening either flush in the gap between two adjacent piston pistons or between the plurality of piston rings (10) or in two planes in the gaps between three consecutive piston rings (10) or between the plurality of piston rings (10) such that the slots (8) run parallel to the planes piston rings (9, 10 j or ch mo at an angle to the planes of the piston rings (9, 10).

2. High-speed two-stage air compressor according to claim 1, characterized in that:

DISCLOSURE that, for evenly distributing lubricating oil to the friction surfaces of the cylinder, the piston and the piston rings, the slots (8) running parallel to the planes of the piston rings (9, 10) are arranged in a uniform distribution in one or two rows, alternately or alternately or in groups around the entire circumference or part of the circumference of the differential piston (4).

3. High-speed two-stage air compressor according to claim 1, characterized in that the slots (8) extend obliquely to the planes to distribute the lubricating oil evenly across the friction surfaces of the cylinder, the piston and the piston rings, and to reduce the formation of carbon. the piston rings (9, 10j) are provided at an angle of from 3 ° to 30 °, preferably at an angle of from 3 ° to 12 °, or are also arranged in a uniform distribution in one or two rows, alternately or alternatively groups around the entire circumference or part of the circumference of the differential piston (4).