專利名稱：雙作用活塞式斯特林發(fā)動機(jī)的桿密封機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及雙作用活塞式斯特林發(fā)動機(jī)的桿密封機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：
隨著全球能源與環(huán)保的形勢日趨嚴(yán)峻，斯特林發(fā)動機(jī)由于其具有多種能源的廣泛適應(yīng)性和優(yōu)良的環(huán)境特性已越來越受到重視。在生物質(zhì)動力、太陽能動力、水下動力、空間站動力、熱泵空調(diào)動力、車用混合推進(jìn)動力等方面得到了廣泛的研究與重視，用于熱電聯(lián)產(chǎn)可取得更高的熱效率和經(jīng)濟(jì)效率。從能源利用的角度，表1列舉了斯特林發(fā)動機(jī)引人注目的性質(zhì)特征。
表1斯特林發(fā)動機(jī)的性質(zhì)特征 斯特林發(fā)動機(jī)還有許多問題要解決，其實(shí)際過程是偏離可逆過程的，存在著各種不可逆損失，主要包括泄漏損失、回?zé)釗p失、流阻壓降損失、穿梭損失、泵氣損失、導(dǎo)熱損失、不完全換熱損失等。發(fā)動機(jī)內(nèi)部工質(zhì)的流動不是簡單的單向流動，而是復(fù)雜的交變流動，熱力、傳熱、流動過程互相耦合，其中工質(zhì)的密封是關(guān)鍵問題之一，目前國內(nèi)外還沒有很好地解決。所以，研究新型密封裝置，強(qiáng)化發(fā)動機(jī)熱量傳遞與能量轉(zhuǎn)化過程，提高其循環(huán)熱效率，已成為斯特林發(fā)動機(jī)的重要研究課題之一。
斯特林發(fā)動機(jī)內(nèi)通常采用的工質(zhì)是氦、氫、氬或氮?dú)猓沂抢脷怏w從高壓膨脹到低壓，其中氦氣的泄漏性和滲漏性相當(dāng)高，因而為了保證發(fā)動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，必須使發(fā)動機(jī)內(nèi)的氣體量不變，從而使發(fā)動機(jī)的壓比基本上保持不變。
密封可分為靜密封和動密封兩大類。靜密封主要依靠墊片或密封面的靜態(tài)變形而達(dá)到密封目的，由于是二接觸零件在室溫下緊固后達(dá)到的，因此必須考慮兩接觸件在高溫下工作時，二者的高溫膨脹率是否一致的問題，如不一致，則需要預(yù)先估算室溫下預(yù)緊變形量是否能滿足高溫下膨脹率的差別。動密封是依靠兩相對滑動或轉(zhuǎn)動零部件的間隙的“阻塞”或“節(jié)流”作用達(dá)到密封目的，其可分為接觸型機(jī)械密封與非接觸型密封兩大類，具體應(yīng)用的有(1)展-卷膜密封。利用展-卷膜的伸長與縮短來適應(yīng)雙作用活塞桿與孔的運(yùn)動要求，而展-卷膜上下間的壓差則是利用膜下面的油壓來調(diào)節(jié)。隨著工質(zhì)溫度的升高，則展-卷膜的壽命顯著下降，此外，使整機(jī)結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，因此目前已較少使用這種結(jié)構(gòu)。(2)氣封節(jié)流型密封。利用兩相對運(yùn)動部件之間的微小間隙形成節(jié)流阻塞作用達(dá)到密封目的。但這種密封并不是絕對可靠的密封，其泄漏的氣量與間隙數(shù)值的三次方成正比，要盡可能在結(jié)構(gòu)與加工條件允許的情況下，減小間隙，增加密封長度以減少氣體的泄漏量。通常推薦活塞桿的密封氣環(huán)間距為1/4的桿直徑。(3)磁流體型密封。利用鐵磁流體在磁力作用下在軸上形成一個O型液體環(huán)，達(dá)到密封的目的。這種密封的優(yōu)點(diǎn)是對零部件的加工要求(表面粗糙度、同心度及晃動)低，缺點(diǎn)是每級壓差小，只有0.35kPa，故實(shí)用時需多級密封。鐵磁流體的溫升是限制密封裝置速度的唯一因素。
目前國外很重視密封裝置的研制，并已取得了成果，如荷蘭菲利普公司的“襪套式密封”裝置和瑞典聯(lián)合斯特林發(fā)動機(jī)公司的新型滑動密封裝置效果都很好。后者成本低，壽命較長。除菲利普公司外，德國和瑞典的斯特林發(fā)動機(jī)研制單位都采用滑動密封裝置，其使用壽命一般僅2000-2500小時，顯然不能滿足使用要求，還需進(jìn)一步完善。

實(shí)用新型內(nèi)容為了進(jìn)一步提高斯特林發(fā)動機(jī)的機(jī)體與活塞桿之間的密封性，本實(shí)用新型提供一種雙作用活塞式斯特林發(fā)動機(jī)的桿密封機(jī)構(gòu)。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下 雙作用活塞式斯特林發(fā)動機(jī)的桿密封機(jī)構(gòu)包括機(jī)體和活塞桿，活塞桿與機(jī)體的活塞桿孔配合，活塞桿孔為臺階孔；臺階孔的大端口位于機(jī)體內(nèi)側(cè)，小端口位于機(jī)體外側(cè)；與滑靴配合的活塞桿桿端為球狀，球狀桿端與桿身之間設(shè)有環(huán)形凸臺，活塞桿的環(huán)形凸臺位于活塞桿孔的大端臺階孔內(nèi)； 所述機(jī)體的活塞桿孔后部孔壁徑向上設(shè)有兩條密封環(huán)槽，密封環(huán)槽內(nèi)設(shè)有O型密封圈 所述活塞桿的環(huán)形凸臺的外圓周上連接著柔性材料密封套，柔性材料密封套的另一端連接著機(jī)體的活塞桿孔中部孔壁。
所述O型密封圈與密封環(huán)槽的軸向側(cè)壁之間分別設(shè)有保護(hù)擋圈。
所述保護(hù)擋圈材料為聚四氟乙烯或皮革。
所述柔性材料密封套的一端通過環(huán)狀墊片A固定連接著活塞桿的環(huán)形凸臺軸向外端面，柔性材料密封套與環(huán)形凸臺的外圓周通過內(nèi)卡簧固定連接；其另一端通過外卡簧固定連接著機(jī)體的活塞桿孔中部孔壁，該側(cè)柔性材料密封套與活塞桿孔的大端臺介孔的軸向端面之間設(shè)有環(huán)狀墊片B。
所述柔性材料密封套材料為夾布橡膠。
本實(shí)用新型的工作原理為(1)如圖1、圖2所示，O型密封圈在本身彈力的作用下使環(huán)內(nèi)圓與桿外壁壓緊，形成第一密封面，這樣，氣體就不能通過氣環(huán)內(nèi)圓與桿外圓之間隙向外泄漏。另外，環(huán)與環(huán)槽之間的氣體壓力在環(huán)端面上產(chǎn)生軸向力，使環(huán)與環(huán)槽側(cè)面壓緊，形成第二密封面。不僅如此，氣體壓力還作用在O型密封圈外側(cè)圓周上，這樣大大加強(qiáng)了第一密封面的徑向力。(2)對采用多道O型密封圈的密封效果進(jìn)行試驗發(fā)現(xiàn)，氣體通過第一道環(huán)的節(jié)流壓差是很大的，當(dāng)膨脹腔內(nèi)壓力為p時，經(jīng)第一道環(huán)后壓力降至0.26p，經(jīng)第二、三道環(huán)后壓力則分別降至0.1p和0.075p。但是，O型密封圈數(shù)越多則摩擦損失越大，機(jī)械效率下降，本實(shí)用新型采用2道O型密封圈。(3)采用特種柔性夾布橡膠構(gòu)成的套式密封系統(tǒng)為末級密封裝置。環(huán)狀墊片A、B起壓緊固定柔性密封材料的作用，內(nèi)圈卡簧、外圈卡簧起徑向密封作用。其中環(huán)狀墊片A和內(nèi)圈卡簧固定于活塞桿部件上，并隨著活塞桿作往復(fù)運(yùn)動；環(huán)狀墊片B和外圈卡簧固定于機(jī)體零件上。由于密封膜兩側(cè)壓差已經(jīng)很小，其不但有效地阻礙了工質(zhì)的泄漏，而且使整機(jī)的使用壽命得到了極大的延長。
本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)動摩擦阻力很小，密封性能良好，裝配溝槽，容易制造。O型密封圈使用壓力(工質(zhì)工作壓力)的極限受工作溫度、運(yùn)動速度和設(shè)計好壞等影響，運(yùn)動密封可達(dá)40Mpa。允許的使用溫度隨所用合成橡膠種類和不同的配方比例而異，本密封裝置適用溫度范圍為-20～+200℃。為了防止密封圈擠入間隙造成咬傷，O型密封圈的兩側(cè)都應(yīng)加置保護(hù)擋圈。

圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖， 圖2為本實(shí)用新型活塞桿向左運(yùn)動到位狀態(tài)圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，通過實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步地說明。
實(shí)施例1 參見圖1，雙作用活塞式斯特林發(fā)動機(jī)的桿密封機(jī)構(gòu)包括機(jī)體1和活塞桿2，活塞桿2與機(jī)體1的活塞桿孔配合，活塞桿孔為臺階孔；臺階孔的大端口位于機(jī)體內(nèi)側(cè)，小端口位于機(jī)體外側(cè)；與滑靴3配合的活塞桿桿端為球狀，滑靴3連接著斜盤4；球狀桿端與桿身之間設(shè)有環(huán)形凸臺，活塞桿2的環(huán)形凸臺位于活塞桿孔的大端臺階孔內(nèi)； 機(jī)體1的活塞桿孔后部孔壁徑向上設(shè)有兩條密封環(huán)槽，密封環(huán)槽內(nèi)裝有O型密封圈5，O型密封圈5與密封環(huán)槽的軸向側(cè)壁之間分別安裝有保護(hù)擋圈6，保護(hù)擋圈材料為聚四氟乙烯或皮革。
活塞桿2的環(huán)形凸臺的外圓周固定連接著柔性材料密封套7，柔性材料密封套7的另一端固定連接著機(jī)體的活塞桿孔中部孔壁。柔性材料密封套材料為夾布橡膠。
工作時，當(dāng)活塞桿向左運(yùn)動到位后，見圖2；接著向右運(yùn)動，向右運(yùn)動到位狀態(tài)見圖1，再接著向左運(yùn)動；如此循環(huán)。
實(shí)施例2 柔性材料密封套7的一端通過環(huán)狀墊片A10固定連接著活塞桿的環(huán)形凸臺軸向外端面，柔性材料密封套7與環(huán)形凸臺的外圓周通過內(nèi)卡簧8固定連接；其另一端通過外卡簧9固定連接著機(jī)體的活塞桿孔中部孔壁，該側(cè)柔性材料密封套與活塞桿孔的大端臺介孔的軸向端面之間安裝有環(huán)狀墊片B11。
其它同實(shí)施例1。
權(quán)利要求1.雙作用活塞式斯特林發(fā)動機(jī)的桿密封機(jī)構(gòu)，包括機(jī)體和活塞桿，活塞桿與機(jī)體的活塞桿孔配合，活塞桿孔為臺階孔；臺階孔的大端口位于機(jī)體內(nèi)側(cè)，小端口位于機(jī)體外側(cè)；與滑靴配合的活塞桿桿端為球狀，球狀桿端與桿身之間設(shè)有環(huán)形凸臺，活塞桿的環(huán)形凸臺位于活塞桿孔的大端臺階孔內(nèi)，其特征在于
所述機(jī)體的活塞桿孔后部孔壁徑向上設(shè)有兩條密封環(huán)槽，密封環(huán)槽內(nèi)設(shè)有O型密封圈，
所述活塞桿的環(huán)形凸臺的外圓周上連接著柔性材料密封套，柔性材料密封套的另一端連接著機(jī)體的活塞桿孔中部孔壁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙作用活塞式斯特林發(fā)動機(jī)的桿密封機(jī)構(gòu)，其特征在于所述O型密封圈與密封環(huán)槽的軸向側(cè)壁之間分別設(shè)有保護(hù)擋圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙作用活塞式斯特林發(fā)動機(jī)的桿密封機(jī)構(gòu)，其特征在于所述保護(hù)擋圈材料為聚四氟乙烯或皮革。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙作用活塞式斯特林發(fā)動機(jī)的桿密封機(jī)構(gòu)，其特征在于所述柔性材料密封套的一端通過環(huán)狀墊片A固定連接著活塞桿的環(huán)形凸臺軸向外端面，柔性材料密封套與環(huán)形凸臺的外圓周通過內(nèi)卡簧固定連接；其另一端通過外卡簧固定連接著機(jī)體的活塞桿孔中部孔壁，該側(cè)柔性材料密封套與活塞桿孔的大端臺介孔的軸向端面之間設(shè)有環(huán)狀墊片B。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙作用活塞式斯特林發(fā)動機(jī)的桿密封機(jī)構(gòu)，其特征在于所述柔性材料密封套材料為夾布橡膠。
專利摘要本實(shí)用新型涉及雙作用活塞式斯特林發(fā)動機(jī)的桿密封機(jī)構(gòu)。本實(shí)用新型的活塞桿與機(jī)體的活塞桿孔配合，與滑靴配合的活塞桿桿端為球狀；所述機(jī)體的活塞桿孔后部孔壁徑向上設(shè)有兩條密封環(huán)槽，密封環(huán)槽內(nèi)設(shè)有O型密封圈；所述球狀桿端與桿身之間設(shè)有環(huán)形凸臺，活塞桿的環(huán)形凸臺位于活塞桿孔的大端臺階孔內(nèi)，活塞桿的環(huán)形凸臺的外圓周上連接著柔性材料密封套，柔性材料密封套的另一端連接著機(jī)體的活塞桿孔中部孔壁。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)動摩擦阻力很小，密封性能良好，裝配溝槽，容易制造。O型密封圈的運(yùn)動密封可達(dá)40MPa。本密封機(jī)構(gòu)的適用溫度范圍為-20～+200℃。
文檔編號F02G1/053GK201486688SQ20092017257
公開日2010年5月26日 申請日期2009年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月15日
發(fā)明者左承基, 唐景春, 錢葉劍 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)