用于往复式压缩机的铸铝活塞结构.pdf

本发明提供了用于往复式压缩机的铸铝活塞结构，其能解决现有铸铝活塞结构存在的不易清砂、强度低、在压缩机运行过程中易失效的问题，从而保证压缩机的可靠运行。活塞本体内设置有毂部，活塞杆穿过活塞本体的毂部后由活塞螺母将活塞杆与活塞本体轴向锁紧同时对所述活塞杆施加预紧力，其特征在于：活塞本体由前半活塞体和后半活塞体镶拼而成，前半活塞体、后半活塞体分别设有前半毂部、后半毂部，前半毂部与后半毂部拼合成毂部，活塞杆依次穿过后半毂部、前半毂部的轴向通孔后由活塞螺母将活塞杆、前半活塞体、后半活塞体轴向锁紧同时对活塞杆施加预紧力。

1.  用于往复式压缩机的铸铝活塞结构，其包括活塞螺母、活塞本体，所述活塞本体内设置有毂部，活塞杆穿过所述活塞本体的毂部后由所述活塞螺母将所述活塞杆与活塞本体轴向锁紧同时对所述活塞杆施加预紧力，将其特征在于：所述活塞本体由前半活塞体和后半活塞体镶拼而成，所述前半活塞体设有前半毂部、后半活塞体设有和后半毂部，所述前半毂部与后半毂部拼合成所述毂部，活塞杆依次穿过所述后半毂部、前半毂部的轴向通孔后由所述活塞螺母将所述活塞杆、前半活塞体、后半活塞体轴向锁紧同时对所述活塞杆施加预紧力。

2.  根据权利要求1所述的用于往复式压缩机的铸铝活塞结构，其特征在于：所述前半活塞体、后半活塞体内部分别设有加强筋。

3.  根据权利要求1或2所述的用于往复式压缩机的铸铝活塞结构，其特征在于：所述前半活塞体包括铸造为一体的前端面部和前半毂部，所述前半毂部开有第一轴向通孔，所述前端面部开有与所述第一轴向通孔同心的第一扩孔，所述第一扩孔用于所述活塞螺母的轴向锁紧限位。

4.  根据权利要求3所述的用于往复式压缩机的铸铝活塞结构，其特征在于：所述后半活塞体包括铸造为一体的后端面部、后半毂部和外缘部，所述后半毂部开有第二轴向通孔，所述后端面部开有与所述第二轴向通过孔心的第二扩孔，所述第二扩孔用于所述活塞杆肩部的限位。

5.  根据权利要求4所述的用于往复式压缩机的铸铝活塞结构，其特征在于：所述前半活塞体与后半活塞体镶拼后，所述第一轴向通孔与第二轴向通孔轴向连接贯通。

用于往复式压缩机的铸铝活塞结构
技术领域
本发明涉及压缩机结构设计领域，尤其是涉及往复式压缩的结构设计领域，具体为用于往复式压缩机的铸铝活塞结构。
背景技术
大型往复式压缩机被称为化工、天然气等行业流程中的心脏，其安全可靠性对工业流程的稳定运行起着至关重要的作用；而活塞作为往复式压缩机的重要部件，其结构强度的可靠性是机组稳定安全运行的关键。
往复式压缩机活塞选用铸铝材料时其具有密度小、质量轻的特点，故可以大大减小往复式压缩机运转中的往复惯性力，并且铸铝活塞能有效降低支承环的比压，特别是在无油润滑压缩机设计中，其支承环施用比压的苛刻性（小于0.035MPa）使得铸铝活塞广受青睐。
目前常见的大直径铸铝活塞结构主要有两种：
一种是带有堵塞的铸铝活塞结构，见图1，其活塞杆30轴向穿过活塞体20-1的毂部23并由活塞螺母10预紧，其在活塞体两侧端面开有用于铸造后清砂处理的清砂孔40，待清砂完成后再由堵塞50将清砂孔堵住，该结构整体强度较高，活塞杆段可以施加较高的预紧力从而降低活塞各个零件上由于交变栽载荷生的应力幅值、增加活塞部件的疲劳强度，但是由于堵塞50多为铸铁结构，铸铝活塞与铸铁堵塞两种材料的热膨胀系数不同，铸铁堵塞在压缩机工作过程中极易脱落而造成事故。
另一种是无堵塞无毂部的铸铝活塞结构，见图2，该铸铝活塞体20-2内部不设有毂部，因而活塞体两侧端面不需要开设清砂孔，铸造后可以直接从两侧通孔清砂，有效解决堵塞脱落的问题，但是该结构由于没有设置毂部，当活塞杆30依次穿过轴侧套筒70、盖侧套筒60并通过活塞螺母10预紧时两套筒与活塞轴孔接触的台阶面a、b处会形成较大的应力，因此活塞杆段不能施加太大的预紧力，而当往复式压缩机综合活塞力较大时，不足的预紧力会使得活塞部件在工作过程中形成较大的应力幅值从而降低其疲劳强度，所以在工作过程中a、b两处常常会形成裂纹直至铸铝活塞或两套筒失效；另外，由于该铸铝活塞结构内部没有毂部支撑，所以在活塞体内部需设计比较复杂的加强筋来保证其具有一定的强度，从而又给铸造清砂带了一定的麻烦。
综上，现有的铸铝活塞结构相比传统的铸铁活塞虽然具有质量轻、用于大直径活塞时可以大幅减小往复惯性力、缩短活塞体上支撑环的宽度等优点，但是其也存在与铸铁、合金钢装配后在工作过程中受热易产生较大热应力而降低结构静强度和疲劳强度的问题，并且其也存在不易清砂、强度低、在压缩机运行过程中易发生失效等问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了用于往复式压缩机的铸铝活塞结构，其能解决现有铸铝活塞结构存在的不易清砂、强度低、在压缩机运行过程中易失效的问题，从而保证压缩机的可靠运行。
用于往复式压缩机的铸铝活塞结构，其包括活塞螺母、活塞本体，所述活塞本体内设置有毂部，活塞杆穿过所述活塞本体的毂部后由所述活塞螺母将所述活塞杆与活塞本体轴向锁紧同时对所述活塞杆施加预紧力，其特征在于：所述活塞本体由前半活塞体和后半活塞体镶拼而成，所述前半活塞体设有前半毂部、后半活塞体设有后半毂部，所述前半毂部与后半毂部拼合成所述毂部，活塞杆依次穿过所述后半毂部、前半毂部的轴向通孔后由所述活塞螺母将所述活塞杆、前半活塞体、后半活塞体轴向锁紧同时对所述活塞杆施加预紧力。
其进一步特征在于：
所述前半活塞体、后半活塞体内部分别设有加强筋；
所述前半活塞体包括铸造为一体的前端面部和前半毂部，所述前半毂部开有第一轴向通孔，所述前端面部开有与所述第一轴向通孔同心的第一扩孔，所述第一扩孔用于所述活塞螺母的轴向锁紧限位；
所述后半活塞体包括铸造为一体的后端面部、后半毂部和外缘部，所述后半毂部开有第二轴向通孔，所述后端面部开有与所述第二轴向通过孔心的第二扩孔，所述第二扩孔用于所述活塞杆肩部的限位；
所述前半活塞体与后半活塞体镶拼后，所述第一轴向通孔与第二轴向通孔轴向连接贯通。
本发明的铸铝活塞结构其由前半活塞体与后半活塞体镶拼而成，并且前半活塞体和后半活塞体分别设有前半毂部和后半毂部，当前半活塞体与后半活塞体镶拼后其前半毂部和后半毂部亦拼合形成整体的毂部，由于设有毂部，一方面能够保证活塞的整体强度，另一方面装配后的活塞可以承受较大的预紧力，能有效避免现有无堵塞无毂部结构的活塞在往复式压缩机运行过程中活塞体或者两侧盖套筒频繁出现裂纹并导致断裂的失效情况；而又由于本发明的铸铝活塞结构为两段式的镶拼结构，因此其前半活塞体、后半活塞体均为轴向的中空敞开式结构，故其便于前半活塞体、后半活塞体分别单独铸造后的清砂处理，由此免去了在活塞体两侧端面部上开设清砂孔、并在清砂处理后用铸铁堵塞堵住清砂孔，有效避免了铸铝材料与铸铁材料由于热膨胀系数不同铸铁堵塞在压缩机工作过程中脱落而造成事故的问题，保证了压缩机的正常、可靠运行；此外，其前半活塞体、后半活塞体内部能够根据实际设计需要设置加强筋，从而起到进一步提高活塞整体的结构强度的作用。
附图说明
图1为现有带有堵塞的铸铝活塞结构示意图；
图2为现有无堵塞无毂部的铸铝活塞结构示意图；
图3为本发明一种用于大型往复式压缩机的铸铝活塞结构装配示意图；
图4为本发明一种用于大型往复式压缩机的铸铝活塞结构的分解爆炸图。
具体实施方式
见图3和图4，本发明一种用于大型往复式压缩机的铸铝活塞结构包括活塞螺母10、活塞本体20，活塞本体20内设置有毂部23，活塞杆30穿过活塞本体20的毂部后由活塞螺母10将活塞杆30与活塞本体20轴向锁紧同时对活塞杆30施加预紧力；其中，活塞本体20由前半活塞体21和后半活塞体22镶拼而成，前半活塞体21设有前半毂部231、后半活塞体22设有后半毂部232，前半毂部231与后半毂部232拼合成毂部23，活塞杆30依次穿过后半毂部232、前半毂部231的轴向通孔后由活塞螺母10将活塞杆30、前半活塞体21、后半活塞体22轴向锁紧同时对活塞杆30施加预紧力；前半活塞体21、后半活塞体22内部能够根据实际设计需要分别设置加强筋，以进一步提高活塞整体的结构强度，本实施例附图中加强筋未表达。
前半活塞体21包括铸造为一体的前端面部211和前半毂部231，前半毂部231开有第一轴向通孔251，前端面部211开有与第一轴向通孔251同心的第一扩孔212，第一扩孔212用于活塞螺母10的轴向锁紧限位；
后半活塞体22包括铸造为一体的后端面部221、后半毂部232和外缘部222，后半毂部232开有第二轴向通孔252，后端面部221开有与第二轴向通孔252同心的第二扩孔223，第二扩孔223用于活塞杆肩部31的限位；
前半活塞体21与后半活塞体22镶拼后，第一轴向通孔251与第二轴向通孔252轴向连接贯通。
本发明的铸铝活塞，其前半活塞体21与后半活塞体22分开铸造，装配时在活塞螺母端液压拉伸，将活塞螺母10、前半活塞体21、后半活塞体22以及活塞杆30锁紧并在活塞杆30上形成预紧力，降低活塞部件工作时的应力幅值，提高其疲劳强度；在加工装配时应保证前半活塞体21的前半毂部231端面应与后半活塞体22的后半毂部232端面接触，进一步保证整体结构可以承受较大预紧力。