往复式活塞压缩机四进四出锻件气缸结构及其设计方法与流程

本发明涉及往复式活塞压缩机的气缸结构技术领域，具体为往复式活塞压缩机四进四出锻件气缸结构。

背景技术：
工艺用往复式活塞压缩机是一种广泛应用于石化行业的压缩机，其是通过改变缸内气体容积实现气体压力增高的通用机械。随着国内石化行业工艺包不断升级，各类加氢装置中所使用的新氢压缩机、循环氢压缩机的排气压力也在逐步升高。由六七年前的九十多公斤抬升至一百三十多公斤甚至一百七十多公斤，气量也所提升。此种行业形势，对压缩机气缸部件的材料、结构形式、加工工艺都提高了一个台阶。首先，在材料方面需要使用铸钢或锻钢才能满足高压力的使用要求。其次，气量增大，高压缸的缸径也随之增大，而气缸由于其结构复杂性，大直径的铸钢气缸往往很难铸造成型；若使用锻钢气缸，其设计难度较高、制造成本往往会很大。现有的四进四出锻件气缸，见图1，其四进四出的孔为平行孔，导致锻缸设计余隙大，影响整机设计；而现有的八角锻件气缸，见图2，其尺寸重量大，制造成本高。

技术实现要素：
针对上述问题，本发明提供了往复式活塞压缩机四进四出锻件气缸结构，本发明还提供了该往复式活塞压缩机四进四出锻件气缸结构的设计方法，其在满足功能要求的同时，减少了锻钢气缸结构的余隙，且制造成本低。往复式活塞压缩机四进四出锻件气缸结构，其技术方案是这样的：其包括气缸缸体工作腔、进气口、排气口、四个进气阀腔、四个排气阀腔、进气通道、排气通道、冷却水腔，所述进气口通过两侧进气通道连通两侧对应的进气阀腔，所述排气口通过两侧排气通道连通两侧对应的排气阀腔，所述进气阀腔各自分别连通所述气缸缸体工作腔的一端，所述气缸缸体工作腔的另一端分别连通对应的所述排气阀腔，所述进气口位于上端面,所述排气口位于下端面,其特征在于：四个所述的进气阀腔、四个所述排气阀腔各自分成两对，其成对对称布置于所述气缸缸体工作腔垂直中心线所对应的平面的两侧，所述进气阀腔中心线、排气阀腔中心线与所述气缸缸体工作腔垂直中心线形成角度α1、α2的角度大小均为α，α=23°~40°，所述进气阀腔的进口外斜面和其对应的所述进气口的侧部过渡斜面不在同一平面内，所述排气阀腔的出口外斜面和其对应的所述排气口的侧部过渡斜面不在同一平面内。其进一步特征在于：所述进气阀腔对应的进口外斜面和所述气缸缸体工作腔的中心线水平面形成的角度α3的角度大小等于α，成对的所述进气阀腔的进口外斜面和其之间的过渡平面形成截面为梯形的表面A，所述进气口的外平面和其两侧的过渡斜面形成截面为梯形的表面B，所述进气口的外平面和对应的成对所述进气阀腔的进口外斜面的之间的过渡平面相重合；所述排气阀腔所述对应的出口外斜面和所述气缸缸体工作腔的中心线水平面形成的角度α4的角度大小等于α，成对的所述排气阀腔的出口外斜面和其之间的过渡平面形成截面为梯形的表面C，所述排气口的外平面和其两侧的过渡斜面形成截面为梯形的表面D，所述排气口的外平面和对应的成对所述排气阀腔的出口外斜面的之间的过渡平面相重合；所述进气阀腔中心线延长线、排气阀腔中心线延长线均和所述气缸缸体工作腔的中心线相交。一种往复式活塞压缩机四进四出锻件气缸结构的设计方法，其特征在于：a)进气阀腔中心线、排气阀腔中心线与气缸缸体垂直中心线角度α1、α2设定为α，其参数满足下列条件：α=23°~40°；b)进气口、排气口直径均为d1，进气口的进气端、排气口的排气端与对应的进气缓冲器连接面、排气缓冲器连接面的宽度均为L，其参数满足下列条件：d1=150、200、250mm；L=355~585mm，其中L的大小依据进排气缓冲器连接法兰的等级按标准选取；c）气缸工作腔直径为D，进排气阀腔直径为d2，其参数满足下列条件：D=385~550mm；d2=180~240mm，其中d2的直径选取与该气缸安装的气阀部件的直径大小相关；进排气通道直径为d3，其参数满足下列条件：d3≈0.5*d1；其中，进气缓冲器、排气缓冲器与气缸通过法兰相连接，气缸上的进气口、排气口对外最小连接平面尺寸应大于等于进气缓冲器、排气缓冲器对应法兰的外圆尺寸；另一方面，气阀腔中心线与气缸垂直中心线角度需要控制在23°~40°之间，受此两个条件限制，进气口、排气口对外连接面两侧的过渡斜面与对应的进气阀的进口外斜面、排气阀的出口外斜面不在同一平面上，各自与气缸垂直中心线形成不同的角度。本发明的上述结构中，由于进气阀腔、排气阀腔中心线与气缸缸体垂直中心线角度α的缩小，进气阀腔的进口外斜面和其对应的所述进气口的侧部过渡斜面不在同一平面内，所述排气阀腔的出口外斜面和其对应的所述排气口得侧部过渡斜面不在同一平面内，缸体结构更加紧凑，缩小了锻件坯料的尺寸，最大限度的节省了制造成本，同时也兼顾到气缸的余隙设计，符合压缩机的整体设计要求，综上，其在满足功能要求的同时，减少了锻钢气缸结构的余隙，且制造成本低。附图说明图1为现有的四进四出锻件气缸结构示意图；图2为现有的八角锻件气缸结构示意图；图3为本发明的气缸结构的主视图；图4为图3的俯视图结构示意图；图5为图3的左视图结构示意图；图6为图3的A-A剖结构示意图；图7为图3的B-B剖结构示意图。具体实施方式往复式活塞压缩机四进四出锻件气缸结构，见图3～7：其包括气缸缸体工作腔1、进气口2、排气口3、四个进气阀腔4、四个排气阀腔5、进气通道6、排气通道7、冷却水腔8，进气口2通过两侧进气通道6连通两侧对应的进气阀腔4，排气口3通过两侧排气通道7连通两侧对应的排气阀腔5，进气阀腔4各自分别连通气缸缸体工作腔1的一端，气缸缸体工作腔1的另一端分别连通对应的排气阀腔5，进气口2位于上端面9，排气口3位于下端面10，四个进气阀腔4、四个排气阀腔5各自分成两对，其成对对称布置于气缸缸体工作腔垂直中心线11所对应的平面的两侧，进气阀腔中心线21、排气阀腔中心线22与气缸缸体工作腔垂直中心线11形成角度α1、α2的角度大小均为α，α=23°~40°，进气阀腔4的进口外斜面12和其对应的进气口2的侧部过渡斜面13不在同一平面内，排气阀腔5的出口外斜面14和其对应的排气口3的侧部过渡斜面15不在同一平面内。进气阀腔4对应的进口外斜面12和气缸缸体工作腔的中心线16水平面形成的角度α3的角度大小等于α，成对的进气阀腔4的进口外斜面12和其之间的过渡平面17形成梯形表面A，进气口2的外平面18和其两侧的过渡斜面13形成梯形表面B，进气口2的外平面18和对应的成对进气阀腔4的进口外斜面12的之间的过渡平面17相重合；排气阀腔5对应的出口外斜面14和气缸缸体工作腔的中心线16水平面形成的角度α4的角度大小等于α，成对的排气阀腔5的出口外斜面14和其之间的过渡平面19形成梯形表面C，排气口3的外平面20和其两侧的过渡斜面15形成梯形表面D，排气口3的外平面20和对应的成对排气阀腔5的出口外斜面14的之间的过渡平面19相重合；进气阀腔中心线21延长线、排气阀腔中心线22延长线均和气缸缸体工作腔的中心线16相交。一种往复式活塞压缩机四进四出锻件气缸结构的设计方法，见图3～7，设计的步骤如下：a)进气阀腔中心线、排气阀腔中心线与气缸缸体垂直中心线角度α1、α2设定为α，其参数满足下列条件：α=23°~40°；b)进气口、排气口直径均为d1，进气口的进气端、排气口的排气端与对应的进气缓冲器连接面、排气缓冲器连接面的宽度均为L，其参数满足下列条件：d1=150、200、250mm；L=355~585mm，其中L的大小依据进排气缓冲器连接法兰的等级按标准选取；c）气缸工作腔直径为D，进排气阀腔直径为d2，其参数满足下列条件：D=385~550mm；d2=180~240mm，其中d2的直径选取与该气缸安装的气阀部件的直径大小相关；进排气通道直径为d3，其参数满足下列条件：d3≈0.5*d1。其中，进气缓冲器、排气缓冲器与气缸通过法兰相连接，气缸上的进气口、排气口对外最小连接平面尺寸应大于等于进气缓冲器、排气缓冲器对应法兰的外圆尺寸；另一方面，气阀腔中心线与气缸垂直中心线角度需要控制在23°~40°之间，受此两个条件限制，进气口、排气口对外连接面两侧的过渡斜面与对应的进气阀的进口外斜面、排气阀的出口外斜面不在同一平面上，各自与气缸垂直中心线形成不同的角度。具体实施方式一：α=23°；L=485mm；D=550mm；d1=200mm；d2=180mm；d3=100mm；具体实施方式二：α=40°；L=585mm；D=385mm；d1=250mm；d2=240mm；d3=130mm；具体实施方式三：α=31°；L=355mm；D=385mm；d1=150mm；d2=180mm；d3=80mm；具体实施方式四：α=30°；L=513mm；D=500mm；d1=250mm；d2=225mm；d3=130mm。以上四组数据均可以使得缸体结构更加紧凑，缩小了锻件坯料的尺寸，最大限度的节省了制造成本，同时也兼顾到气缸的余隙设计，符合压缩机的整体设计要求。