CN101418790A - 级差式往复压缩机或者膨胀机的相邻气缸密封装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种级差式往复压缩机或者膨胀机的相邻气缸密封装置，包括气缸体和设于气缸体内的气缸，其特征在于：所述气缸的内壁嵌有多组相互叠加的密封组件，所述密封组件由密封环和限位座组成，所述限位座为圆环结构且在其内壁上开设有环形槽，所述密封环嵌于环形槽内；所述密封环内圆工作面靠近高压侧开设有楔形缺口，内圆工作面周向开有卸荷槽，在高压侧端面和卸荷槽之间开设有引压孔。这种密封装置采用多组密封组件叠加内嵌于气缸内壁上的方式，达到活塞与气缸间的密封，采用这种结构，活塞上不必开设活塞环槽，而且可以根据活塞两边的压差来决定需要在气缸壁上安装多少组密封组件，安装方便灵活，并且密封组件由可分开安装的密封环和限位座组装而成，检修或者更换零件非常容易。
Description
技术领域
本发明属于流体机械领域，涉及一种气缸密封装置，特别涉及一种级差式往复压缩机或者膨胀机的相邻气缸密封装置。
背景技术
密封问题一直是影响往复式压缩机(或膨胀机)效率的一个关键因素，在高压无油的情况下，密封好坏对机器性能的影响更为突出。在传统的级差式往复压缩机(或膨胀机)中，存在压差的相邻气缸之间是靠若干个有切口的活塞环来密封的。典型的活塞环是利用其切口实现环与气缸内壁的贴合而避免通过活塞与气缸之间的气体泄漏。但活塞环的开口需要留一定的间隙补偿活塞环的热膨胀，这个间隙太大会导致气体大量泄漏，太小则导致活塞环热涨卡死，而实际设计、加工中活塞环的开口间隙很难控制。此外，活塞环在依靠自身张力与气缸贴合时，理论上无法保证与气缸内壁完全贴合，导致其密封效果不理想。在高压差下，各个活塞环都要承受比较大的压差，特别是接近高压侧的第一道活塞环需要承受比其他活塞环更大的压差，这样致使活塞环摩擦大，磨损快，容易失效，直接影响了压缩机的可靠性和经济性。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种级差式往复压缩机或者膨胀机的相邻气缸密封装置，该密封装置针对传统带切口的整体活塞环与气缸贴合不紧密的缺陷，采用两个半圆形密封环与活塞外壁紧贴，并利用密封环外圆上的弹簧圈实现其与活塞表面之间的预紧，从而改善了密封性能，而且这种密封装置还通过在密封环与活塞之间密封段部分引入高压，减少密封环承受的径向压力差，从而减少密封环的磨损，提高密封环的使用寿命。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：
这种级差式往复压缩机或者膨胀机的相邻气缸密封装置，包括气缸体和高压级气缸及低压级气缸，以及安装于气缸内的活塞和支撑环，其特征在于：所述气缸的内壁嵌有多组相互叠加的密封组件，所述密封组件由密封环和限位座组成，所述限位座为圆环结构且在其内壁上开设有环形槽，所述密封环嵌于环形槽内。
上述气缸体外绕气缸一周开设有环形冷却空腔。
上述密封环内圆工作面周向设有卸荷槽，在密封环高压侧端面和卸荷槽之间开设有引压孔，密封环内圆工作面靠近高压侧处设有楔形缺口。
上述的密封环由两块半圆环组合而成，所述两块半圆环间的切口成轴向阶梯状。
上述支承环套装在活塞杆上，所述活塞杆与气缸体之间也设有多组相互叠加的密封组件，其中支撑环一端顶在密封组件的限位座一侧，叠加的密封组件由法兰紧固，气缸体在叠加的密封组件相应位置也设有冷却空腔以及进口和出口。
以上所述密封环的外圆面布置有弹簧圈，所述弹簧圈扣于密封环外圆面上开设的弧形槽中。
本发明的有益效果如下：
本发明的密封装置采用多组密封组件叠加内嵌于气缸内壁上的方式，达到活塞与气缸间的密封，采用这种结构，活塞表面不必开设活塞环槽，而且新的密封结构通过两个半圆形组合密封环来控制切口间隙，容易保证；两个半圆形密封环几乎没有张力，可以确保密封环与活塞之间贴合紧密；轴向阶梯状切口在压差的作用下可以紧密的贴合在一起，密封效果较好；并且在密封环内圆工作面靠近高压侧开设有楔形缺口，在活塞与密封环的相对运动过程中此处易形成气膜，减小活塞和密封环之间的摩擦和磨损；同时采用在密封环工作面上开设卸荷槽的方式，将密封环高压侧的压力通过引压孔引入密封环工作面中部，有效的改善了密封环工作面上的压力分布，减小了密封环上的径向压力差，使得密封环和活塞之间的摩擦和磨损明显减小，能够大幅度延长密封环的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的结构剖面图；
图2是图1中密封组件的局部放大图；
图3是所述密封环9的立体图；
图4是普通密封环和本发明所述密封环结构受力分析比较图。
其中，1.法兰；2.活塞杆；3.支撑环；4.高压级气缸；5.活塞；6.冷却空腔；7.弹簧圈；8.限位座；9.密封环；10.低压级气缸；11.楔形缺口；12.引压孔；13.卸荷槽；14.切口；15.环形槽；16.气缸体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，为级差式往复压缩机或者膨胀机的相邻气缸密封装置的剖面图，包括气缸体16，气缸体16内安装有活塞5，活塞5两端分别是气缸体16的高压级气缸4和低压级气缸10，活塞5一端与活塞杆2连接，支承环3套装在活塞杆2上，气缸16的内壁嵌有多组相互叠加的密封组件，所述密封组件由密封环9和限位座8组成，所述限位座8为圆环结构且在其内壁上开设有环形槽15，所述密封环9嵌于环形槽15内，每个密封组件均套于活塞5上，所述活塞5外表面光滑，没有设置活塞环槽。缸体外对应于气缸内的密封组件位置绕气缸一周开设有环形冷却空腔6，环形冷却空腔6设有进口和出口，冷却空腔6内灌注有冷却剂，冷却剂可以是水或者油。
在图1中活塞杆2的密封结构也是采用多组密封组件套于活塞杆2上的方式，其中支撑环3一端顶在密封组件的限位座8一侧，叠加的密封组件由法兰1紧固，气缸体16在叠加的密封组件相应位置也设有冷却空腔6以及进口和出口，同设于气缸体16外的冷却空腔6相同，冷却空腔6内灌注有冷却剂，冷却剂可以是水或者油。
图2是图1中密封组件的局部放大图，其中密封环9内圆工作面周向设有卸荷槽13，所述卸荷槽13通过加工于密封环9内的引压孔12与密封环9的高压侧连通，即引压孔12一端连接卸荷槽13，另一端连接密封环9的高压侧端面，气缸内高压侧气体通过活塞5与气缸16之间的间隙到达密封环9的高压侧端面，然后泄漏来的高压气体从引压孔12引至卸荷槽13中，从而改变了密封环9工作面上的径向压力分布情况。密封环9的外圆面与环形槽15之间布置有弹簧圈7，所述弹簧圈7扣于密封环9外圆面上开设的弧形槽中，弹簧圈7提供初始张力使密封环9与活塞5的表面实现预紧。所述密封环9的内圆工作面靠近高压侧处设有楔形缺口11，当活塞5向低压侧运动时，楔形缺口11的存在可以使活塞5与密封环9之间形成气膜，减少了二者之间的摩擦和磨损，延长了密封环9的使用寿命。
图3是级差式往复压缩机或者膨胀机的相邻气缸密封装置中密封环9的立体图，由此图可以看出密封环9是由两块半圆环组合而成，并且两块半圆环间的切口14成轴向阶梯状，在高压侧气体与低压侧气体的压差作用下两块半圆环的切口14紧密贴合，完成密封；这样采用两半圆环对接的结构形式几乎使密封环9没有张力，可以确保密封环9与活塞5外壁紧密贴合；将两个半圆环形密封环9组合成一个整体，也容易保证切口14的间隙；
图4是普通密封环和本发明所述密封环9结构受力分析比较图，其中三角形abc和dbc所示面积分别表示普通密封环结构与本发明所采用的密封环9结构工作面上的径向压差，由图知，本发明所述密封环9结构由于在工作面引入了高压，使其径向所受作用力减少了三角形abd所示面积，从而减少摩擦和磨损，密封环9的可靠性和经济性提高。
本发明的级差式往复压缩机或者膨胀机的相邻气缸密封装置采用在密封环9工作面上开设卸荷槽13的方式，将密封环9的高压侧的压力通过引压孔12引入密封环9工作面中部，有效的改善了密封环9工作面上的压力分布，减小了密封环9上的径向压力差，使得密封环9和活塞5之间的摩擦和磨损明显减小，能够大幅度延长密封环9的使用寿命；并且在密封环9内圆工作面靠近高压侧开设有楔形缺口11，在活塞5与密封环9的相对运动过程中此处易形成气膜，减小活塞5和密封环9之间的摩擦和磨损；通过两半圆环组合成一整体密封环9来控制切口14的间隙；轴向阶梯状切口14在压差的作用下可以紧密的贴合在一起，密封效果较好。
Claims (7)
1.一种级差式往复压缩机或者膨胀机的相邻气缸密封装置，包括气缸体(16)和设于气缸体(16)内的高压级气缸(4)及低压级气缸(10)，以及安装于气缸内的活塞(5)、活塞杆(2)和支撑环(3)，其特征在于：所述气缸体(16)的内壁嵌有多组相互叠加的密封组件，所述密封组件由密封环(9)和限位座(8)组成，所述限位座(8)为圆环结构且在其内壁上开设有环形槽(15)，所述密封环(9)嵌于环形槽(15)内。
2.根据权利要求1所述的级差式往复压缩机或者膨胀机的相邻气缸密封装置，其特征在于：所述气缸体(16)外绕气缸一周开设有环形冷却空腔(6)。
3.根据权利要求1所述的级差式往复压缩机或者膨胀机的相邻气缸密封装置，其特征在于：所述密封环(9)内圆工作面周向设有卸荷槽(13)，在密封环(9)高压侧端面和卸荷槽(13)之间开设有引压孔(12)，密封环(9)内圆工作面靠近高压侧处设有楔形缺口(11)。
4.根据权利要求1所述的级差式往复压缩机或者膨胀机的相邻气缸密封装置，其特征在于：所述的密封环(9)由两块半圆环组合而成，所述两块半圆环间的切口(14)成轴向阶梯状。
5.根据权利要求1所述的级差式往复压缩机或者膨胀机的相邻气缸密封装置，其特征在于：所述密封环(9)的外圆面布置有弹簧圈(7)，所述弹簧圈(7)扣于密封环(9)外圆面上开设的弧形槽中。
6.根据权利要求1所述的级差式往复压缩机或者膨胀机的相邻气缸密封装置，其特征在于，所述支承环(3)套装在活塞杆(2)上，所述活塞杆(2)与气缸体(16)之间也设有多组相互叠加的密封组件，其中支撑环(3)一端顶在密封组件的限位座(8)一侧，叠加的密封组件由法兰(1)紧固，气缸体(16)在叠加的密封组件相应位置也设有冷却空腔(6)以及进口和出口。
7.根据权利要求2所述的级差式往复压缩机或者膨胀机的相邻气缸密封装置，其特征在于：所述环形冷却空腔(6)设有进口和出口，冷却空腔(6)内灌注有冷却剂。
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