專利名稱：級(jí)差式往復(fù)壓縮機(jī)或者膨脹機(jī)的相鄰氣缸密封裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于流體機(jī)械領(lǐng)域，涉及一種氣缸密封裝置，特別涉及一種級(jí)差式 往復(fù)壓縮機(jī)或者膨脹機(jī)的相鄰氣缸密封裝置。
背景技術(shù)：
密封問題一直是影響往復(fù)式壓縮機(jī)(或膨脹機(jī))效率的一個(gè)關(guān)鍵因素，在 高壓無油的情況下，密封好壞對(duì)機(jī)器性能的影響更為突出。在傳統(tǒng)的級(jí)差式往復(fù) 壓縮機(jī)(或膨脹機(jī))中，存在壓差的相鄰氣缸之間是靠若干個(gè)有切口的活塞環(huán)來 密封的。典型的活塞環(huán)是利用其切口實(shí)現(xiàn)環(huán)與氣缸內(nèi)壁的貼合而避免通過活塞與 氣缸之間的氣體泄漏。但活塞環(huán)的開口需要留一定的間隙補(bǔ)償活塞環(huán)的熱膨脹， 這個(gè)間隙太大會(huì)導(dǎo)致氣體大量泄漏，太小則導(dǎo)致活塞環(huán)熱漲卡死，而實(shí)際設(shè)計(jì)、 加工中活塞環(huán)的開口間隙很難控制。此外，活塞環(huán)在依靠自身張力與氣缸貼合時(shí)， 理論上無法保證與氣缸內(nèi)壁完全貼合，導(dǎo)致其密封效果不理想。在高壓差下，各 個(gè)活塞環(huán)都要承受比較大的壓差，特別是接近高壓側(cè)的第一道活塞環(huán)需要承受比 其他活塞環(huán)更大的壓差，這樣致使活塞環(huán)摩擦大，磨損快，容易失效，直接影響 了壓縮機(jī)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種級(jí)差式往復(fù)壓縮機(jī) 或者膨脹機(jī)的相鄰氣缸密封裝置，該密封裝置針對(duì)傳統(tǒng)帶切口的整體活塞環(huán)與氣 缸貼合不緊密的缺陷，采用兩個(gè)半圓形密封環(huán)與活塞外壁緊貼，并利用密封環(huán)外 圓上的彈簧圈實(shí)現(xiàn)其與活塞表面之間的預(yù)緊，從而改善了密封性能，而且這種密 封裝置還通過在密封環(huán)與活塞之間密封段部分引入高壓，減少密封環(huán)承受的徑向 壓力差，從而減少密封環(huán)的磨損，提高密封環(huán)的使用壽命。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來解決的
這種級(jí)差式往復(fù)壓縮機(jī)或者膨脹機(jī)的相鄰氣缸密封裝置，包括氣缸體和高 壓級(jí)氣缸及低壓級(jí)氣缸，以及安裝于氣缸內(nèi)的活塞和支撐環(huán)，其特征在于所述 氣缸的內(nèi)壁嵌有多組相互疊加的密封組件，所述密封組件由密封環(huán)和限位座組 成，所述限位座為圓環(huán)結(jié)構(gòu)且在其內(nèi)壁上開設(shè)有環(huán)形槽，所述密封環(huán)嵌于環(huán)形槽內(nèi)。
上述氣缸體外繞氣缸一周開設(shè)有環(huán)形冷卻空腔。
上述密封環(huán)內(nèi)圓工作面周向設(shè)有卸荷槽，在密封環(huán)高壓側(cè)端面和卸荷槽之 間開設(shè)有引壓孔，密封環(huán)內(nèi)圓工作面靠近高壓側(cè)處設(shè)有楔形缺口 。
上述的密封環(huán)由兩塊半圓環(huán)組合而成，所述兩塊半圓環(huán)間的切口成軸向階 梯狀。
上述支承環(huán)套裝在活塞桿上，所述活塞桿與氣缸體之間也設(shè)有多組相互疊 加的密封組件，其中支撐環(huán)一端頂在密封組件的限位座一側(cè)，疊加的密封組件由 法蘭緊固，氣缸體在疊加的密封組件相應(yīng)位置也設(shè)有冷卻空腔以及進(jìn)口和出口。
以上所述密封環(huán)的外圓面布置有彈簧圈，所述彈簧圈扣于密封環(huán)外圓面上 開設(shè)的弧形槽中。
本發(fā)明的有益效果如下
本發(fā)明的密封裝置采用多組密封組件疊加內(nèi)嵌于氣缸內(nèi)壁上的方式，達(dá)到
活塞與氣缸間的密封，采用這種結(jié)構(gòu)，活塞表面不必開設(shè)活塞環(huán)槽，而且新的密
封結(jié)構(gòu)通過兩個(gè)半圓形組合密封環(huán)來控制切口間隙，容易保證；兩個(gè)半圓形密封
環(huán)幾乎沒有張力，可以確保密封環(huán)與活塞之間貼合緊密；軸向階梯狀切口在壓差
的作用下可以緊密的貼合在一起，密封效果較好；并且在密封環(huán)內(nèi)圓工作面靠近
高壓側(cè)開設(shè)有楔形缺口，在活塞與密封環(huán)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中此處易形成氣膜，減
小活塞和密封環(huán)之間的摩擦和磨損；同時(shí)采用在密封環(huán)工作面上開設(shè)卸荷槽的方
式，將密封環(huán)高壓側(cè)的壓力通過引壓孔引入密封環(huán)工作面中部，有效的改善了密
封環(huán)工作面上的壓力分布，減小了密封環(huán)上的徑向壓力差，使得密封環(huán)和活塞之
間的摩擦和磨損明顯減小，能夠大幅度延長密封環(huán)的使用壽命。


圖l為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)剖面圖2是圖1中密封組件的局部放大圖3是所述密封環(huán)9的立體圖4是普通密封環(huán)和本發(fā)明所述密封環(huán)結(jié)構(gòu)受力分析比較圖。
其中，1.法蘭；2.活塞桿；3.支撐環(huán)；4.高壓級(jí)氣缸；5.活塞；6.冷卻空腔；7.彈簧圈；8.限位座；9.密封環(huán)；10.低壓級(jí)氣缸；11.楔形缺口 ； 12.引壓孔；13.卸荷槽；14.切口； 15.環(huán)形槽；16.氣缸體。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述
參見圖1，為級(jí)差式往復(fù)壓縮機(jī)或者膨脹機(jī)的相鄰氣缸密封裝置的剖面圖，
包括氣缸體16，氣缸體16內(nèi)安裝有活塞5，活塞5兩端分別是氣缸體16的高壓 級(jí)氣缸4和低壓級(jí)氣缸10，活塞5—端與活塞桿2連接，支承環(huán)3套裝在活塞 桿2上，氣缸16的內(nèi)壁嵌有多組相互疊加的密封組件，所述密封組件由密封環(huán) 9和限位座8組成，所述限位座8為圓環(huán)結(jié)構(gòu)且在其內(nèi)壁上開設(shè)有環(huán)形槽15，所 述密封環(huán)9嵌于環(huán)形槽15內(nèi)，每個(gè)密封組件均套于活塞5上，所述活塞5外表 面光滑，沒有設(shè)置活塞環(huán)槽。缸體外對(duì)應(yīng)于氣缸內(nèi)的密封組件位置繞氣缸一周開 設(shè)有環(huán)形冷卻空腔6，環(huán)形冷卻空腔6設(shè)有進(jìn)口和出口，冷卻空腔6內(nèi)灌注有冷 卻劑，冷卻劑可以是水或者油。
在圖1中活塞桿2的密封結(jié)構(gòu)也是采用多組密封組件套于活塞桿2上的方 式，其中支撐環(huán)3—端頂在密封組件的限位座8—側(cè)，疊加的密封組件由法蘭l 緊固，氣缸體16在疊加的密封組件相應(yīng)位置也設(shè)有冷卻空腔6以及進(jìn)口和出口， 同設(shè)于氣缸體16外的冷卻空腔6相同，冷卻空腔6內(nèi)灌注有冷卻劑，冷卻劑可 以是水或者油。
圖2是圖1中密封組件的局部放大圖，其中密封環(huán)9內(nèi)圓工作面周向設(shè)有 卸荷槽13，所述卸荷槽13通過加工于密封環(huán)9內(nèi)的引壓孔12與密封環(huán)9的高 壓側(cè)連通，即引壓孔12 —端連接卸荷槽13，另一端連接密封環(huán)9的高壓側(cè)端面， 氣缸內(nèi)高壓側(cè)氣體通過活塞5與氣缸16之間的間隙到達(dá)密封環(huán)9的高壓側(cè)端面， 然后泄漏來的高壓氣體從引壓孔12引至卸荷槽13中，從而改變了密封環(huán)9工作 面上的徑向壓力分布情況。密封環(huán)9的外圓面與環(huán)形槽15之間布置有彈簧圈7, 所述彈簧圈7扣于密封環(huán)9外圓面上開設(shè)的弧形槽中，彈簧圈7提供初始張力使 密封環(huán)9與活塞5的表面實(shí)現(xiàn)預(yù)緊。所述密封環(huán)9的內(nèi)圓工作面靠近高壓側(cè)處設(shè) 有楔形缺口ll，當(dāng)活塞5向低壓側(cè)運(yùn)動(dòng)時(shí)，楔形缺口 11的存在可以使活塞5與 密封環(huán)9之間形成氣膜，減少了二者之間的摩擦和磨損，延長了密封環(huán)9的使用 壽命。圖3是級(jí)差式往復(fù)壓縮機(jī)或者膨脹機(jī)的相鄰氣缸密封裝置中密封環(huán)9的立 體圖，由此圖可以看出密封環(huán)9是由兩塊半圓環(huán)組合而成，并且兩塊半圓環(huán)間的 切口 14成軸向階梯狀，在高壓側(cè)氣體與低壓側(cè)氣體的壓差作用下兩塊半圓環(huán)的 切口14緊密貼合，完成密封；這樣采用兩半圓環(huán)對(duì)接的結(jié)構(gòu)形式幾乎使密封環(huán) 9沒有張力，可以確保密封環(huán)9與活塞5外壁緊密貼合；將兩個(gè)半圓環(huán)形密封環(huán) 9組合成一個(gè)整體，也容易保證切口 14的間隙；
圖4是普通密封環(huán)和本發(fā)明所述密封環(huán)9結(jié)構(gòu)受力分析比較圖，其中三角 形abc和dbc所示面積分別表示普通密封環(huán)結(jié)構(gòu)與本發(fā)明所采用的密封環(huán)9結(jié)構(gòu) 工作面上的徑向壓差，由圖知，本發(fā)明所述密封環(huán)9結(jié)構(gòu)由于在工作面引入了高 壓，使其徑向所受作用力減少了三角形abd所示面積，從而減少摩擦和磨損，密 封環(huán)9的可靠性和經(jīng)濟(jì)性提高。
本發(fā)明的級(jí)差式往復(fù)壓縮機(jī)或者膨脹機(jī)的相鄰氣缸密封裝置采用在密封環(huán) 9工作面上開設(shè)卸荷槽13的方式，將密封環(huán)9的高壓側(cè)的壓力通過引壓孔12引 入密封環(huán)9工作面中部，有效的改善了密封環(huán)9工作面上的壓力分布，減小了密 封環(huán)9上的徑向壓力差，使得密封環(huán)9和活塞5之間的摩擦和磨損明顯減小，能 夠大幅度延長密封環(huán)9的使用壽命；并且在密封環(huán)9內(nèi)圓工作面靠近高壓側(cè)開設(shè) 有楔形缺口 11,在活塞5與密封環(huán)9的相對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中此處易形成氣膜，減小 活塞5和密封環(huán)9之間的摩擦和磨損；通過兩半圓環(huán)組合成一整體密封環(huán)9來控 制切口 14的間隙；軸向階梯狀切口 14在壓差的作用下可以緊密的貼合在一起， 密封效果較好。
權(quán)利要求
1. 一種級(jí)差式往復(fù)壓縮機(jī)或者膨脹機(jī)的相鄰氣缸密封裝置，包括氣缸體(16)和設(shè)于氣缸體(16)內(nèi)的高壓級(jí)氣缸(4)及低壓級(jí)氣缸(10)，以及安裝于氣缸內(nèi)的活塞(5)、活塞桿(2)和支撐環(huán)(3)，其特征在于所述氣缸體(16)的內(nèi)壁嵌有多組相互疊加的密封組件，所述密封組件由密封環(huán)(9)和限位座(8)組成，所述限位座(8)為圓環(huán)結(jié)構(gòu)且在其內(nèi)壁上開設(shè)有環(huán)形槽(15)，所述密封環(huán)(9)嵌于環(huán)形槽(15)內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的級(jí)差式往復(fù)壓縮機(jī)或者膨脹機(jī)的相鄰氣缸密封裝置，其特征在于 所述氣缸體(16)外繞氣缸一周開設(shè)有環(huán)形冷卻空腔(6)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的級(jí)差式往復(fù)壓縮機(jī)或者膨脹機(jī)的相鄰氣缸密封裝置，其特征在于 所述密封環(huán)(9)內(nèi)圓工作面周向設(shè)有卸荷槽(13)，在密封環(huán)(9)高壓側(cè)端面和卸荷槽(13)之間開設(shè)有引壓孔(12)，密封環(huán)(9)內(nèi)圓工作面靠近高壓側(cè)處設(shè)有楔形缺口 (11)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的級(jí)差式往復(fù)壓縮機(jī)或者膨脹機(jī)的相鄰氣缸密封裝置，其特征在于 所述的密封環(huán)(9)由兩塊半圓環(huán)組合而成，所述兩塊半圓環(huán)間的切口 (14)成軸向階梯 狀。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的級(jí)差式往復(fù)壓縮機(jī)或者膨脹機(jī)的相鄰氣缸密封裝置，其特征在于 所述密封環(huán)(9)的外圓面布置有彈簧圈(7)，所述彈簧圈(7)扣于密封環(huán)(9)外圓面 上開設(shè)的弧形槽中。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的級(jí)差式往復(fù)壓縮機(jī)或者膨脹機(jī)的相鄰氣缸密封裝置，其特征在于， 所述支承環(huán)(3)套裝在活塞桿(2)上，所述活塞桿(2)與氣缸體(16)之間也設(shè)有多 組相互疊加的密封組件，其中支撐環(huán)(3) —端頂在密封組件的限位座(8) —側(cè)，疊加的 密封組件由法蘭(1)緊固，氣缸體(16)在疊加的密封組件相應(yīng)位置也設(shè)有冷卻空腔(6) 以及進(jìn)口和出口。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的級(jí)差式往復(fù)壓縮機(jī)或者膨脹機(jī)的相鄰氣缸密封裝置，其特征在于 所述環(huán)形冷卻空腔(6)設(shè)有進(jìn)口和出口，冷卻空腔(6)內(nèi)灌注有冷卻劑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種級(jí)差式往復(fù)壓縮機(jī)或者膨脹機(jī)的相鄰氣缸密封裝置，包括氣缸體和設(shè)于氣缸體內(nèi)的氣缸，其特征在于所述氣缸的內(nèi)壁嵌有多組相互疊加的密封組件，所述密封組件由密封環(huán)和限位座組成，所述限位座為圓環(huán)結(jié)構(gòu)且在其內(nèi)壁上開設(shè)有環(huán)形槽，所述密封環(huán)嵌于環(huán)形槽內(nèi)；所述密封環(huán)內(nèi)圓工作面靠近高壓側(cè)開設(shè)有楔形缺口，內(nèi)圓工作面周向開有卸荷槽，在高壓側(cè)端面和卸荷槽之間開設(shè)有引壓孔。這種密封裝置采用多組密封組件疊加內(nèi)嵌于氣缸內(nèi)壁上的方式，達(dá)到活塞與氣缸間的密封，采用這種結(jié)構(gòu)，活塞上不必開設(shè)活塞環(huán)槽，而且可以根據(jù)活塞兩邊的壓差來決定需要在氣缸壁上安裝多少組密封組件，安裝方便靈活，并且密封組件由可分開安裝的密封環(huán)和限位座組裝而成，檢修或者更換零件非常容易。
文檔編號(hào)F04B53/02GK101418790SQ200810232378
公開日2009年4月29日 申請(qǐng)日期2008年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月21日
發(fā)明者馮健美, 彭學(xué)院, 王躍飛, 辛電波 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)