CN103814244A - 用于刮擦杆的装置和设有这种装置的往复活塞式发动机 - Google Patents

Abstract

用于刮擦杆的被流体润湿的圆周表面的装置，该装置的尺寸适配于所述杆，所述杆能沿轴向方向运动，所述装置包括至少两个相同形状的刮擦薄板（23a、b）；所述刮擦薄板相对于彼此沿轴向方向相互偏移并且具有径向可变性，并且具有接收在共用保持环（21）上的径向突起，所述共用保持环设有用于所述刮擦薄板（23a、b）中的每个的相应径向内部开口环槽，并且具有同样的径向可变性，并且由于与其径向外表面相连的弹簧装置而减小径向尺寸，由于沿所述杆（11）的运动方向的至少后薄板（23a）相对于所述薄板的环槽的槽底被径向弹性地支撑，因此可以获得共用保持环（21）的所有刮擦薄板（23a、b）的最佳刮擦效果。

Description

用于刮擦杆的装置和设有这种装置的往复活塞式发动机

技术领域

本发明涉及用于刮擦杆的由流体润湿的圆周表面的装置，装置尺寸适合于所述杆，所述杆能沿轴向方向运动通过所述装置的开口，所述装置包括至少两个相同形状的刮擦薄板；所述刮擦薄板相对于彼此沿轴向方向相互偏移；并且分别裂开以允许各自径向变化；并且径向突起被接收在共用保持环上，该共用保持环设有用于所述薄板中的每一个的相应的径向内部敞开环槽，并且具有由于分裂设计而产生的同样的径向可变性，因而由于与所述保持环的径向外表面相连的弹簧装置，允许沿径向方向被弹簧偏压适配至通过所述保持环围绕的区域。

本发明还涉及设有这种装置的尤其是大型二冲程单流式内燃机的形式的十字头往复活塞式发动机。

背景技术

在已知的这种类型的装置中，刮擦薄板径向刚性地支撑在相关槽底上，以便使其具有与杆相配合的相同的固定内径。杆和刮擦杆的刮擦薄板之间的间隙中的流体膜产生流体动力支撑力，该流体动力支撑力与作用在保持环上的弹力相平衡。因此，保持环的径向位置以及因此杆及其薄板之间的间隙的尺寸由对于大致轴向的杆运动的实际方向而言首先与给定的杆区域接触的一套前刮擦薄板限定，但杆运动方式也可以包括转动分量。通过主动刮擦薄板，流体膜厚度减小到一半。这使得下一个薄板不一定能有效地到达流体膜以进一步刮擦。负面结果是不良地刮除流体，使得较厚的流体膜留在杆上。在十字头发动机中，被燃烧残留物污染的气缸润滑油与在曲轴箱上方的区域中的活塞杆接触，如果被刮擦的杆是十字头发动机的活塞杆，则上述结果导致会带来这样的缺点，即，活塞杆上下运动会将较多的气缸润滑油和燃烧残留物从上方带到曲轴箱，这会导致容纳在曲轴箱中的系统油被污染，使得必须足够清洁以用于轴承润滑和液压的该系统油需要频繁过滤。

文献GB 1265967公开了一种用于在杆或轴的填装孔中使用的刮油环，具有带两个刮擦边缘的刮环部件。

文献US3522949公开了一种具有分裂密封环和分裂间隔元件的环形密封装置，其适于被组装和定位在环状槽中以形成密封，该环状槽在一对相对运动的大致圆形截面的同轴部件中的一个中。

发明内容

从该观点来看，本发明的目的是确保共用保持环的每个刮擦薄板都具有最好的刮擦效果。

根据本发明，该目的是如此获得的，即，当沿杆的运动方向观察时，至少后薄板或至少一个前薄板分别相对于所述薄板的环槽的槽底被径向弹性地支撑。

借助这些措施，可以避免已知装置的缺点。弹性支撑使得相应的薄板可沿径向方向独立地变化，因此将通过径向作用力对其进行调节。尤其相对于具有两个薄板的共用弹性支撑的已知实施例而言，这是优点，这是因为在本发明中作用在一个薄板上的力不会影响另一个薄板。根据其相对于槽底的支撑弹性，相应的薄板或多或少被退回到所述薄板的槽中，使得没有被退回的下一个薄板可以变为有效。由于通过每个有效的薄板使油膜厚度减小到一半，因此本发明大大减小了油膜厚度，这保证了在十字头发动机中来自上方的气缸润滑油与来自下方的系统油的有效分离，并且因此使得对需要高洁净度的系统油的过滤需求最小。本发明的另一个优点在于，减小了从气缸环境带下来的常见化学侵蚀性流体对敏感的系统油的化学污染，因此降低了对系统油更换的要求，因为例如侵蚀轴承的化学污染物无法被滤除。本发明的另一个优点在于，薄板的柔性支撑使得磨损补偿变得简单。

下文描述本发明的其他有利改进和优选实施例。

保持环的每个薄板都可以被有利地径向弹性地支撑。这确保了在杆往复运动的情况下在来回或上下的每个形成都分别以相同的效果刮擦杆。

有利地，可以通过优选地具有轮廓类似于所谓的O形环的柔性垫插入物来实现薄板在相关环槽中的弹性支撑。这带来价格低廉的非常简单的实施例。还给出了用于改进的简单的可能性。当然，所述槽中的独立柔性垫插入物也可以具有其他适当的截面轮廓/形状，甚至是中空的，以允许为了或多或少的薄板径向运动而压缩，优选地与具有弹性的适当选择的聚合物材料相结合。

根据用于将薄板弹性地支撑在相关环槽中的另一个有利方案，薄板在其径向外表面上可以设有适当地可压缩结构或轮廓的一层弹性材料，和/或允许薄板在增大的偏压力下进一步径向向外运动。这种层优选地可以通过某种硫化过程而与相关薄板形成一体，这减少了部件数量并且使得组件简单。优选地，槽底容积并不完全被材料填充。仍优选地，材料在槽容积中是柔软的。根据一个实施例，弹性体方形段不完全填满允许的槽容积。

实际上保持环可以容纳两个刮擦薄板。这保证了保持环通过两个薄板静态限定地支撑抵靠在杆上，从而使磨损平衡。

另一个可行方案在于，保持环设有在两个刮擦薄板之间开口的至少一个排出口。这确保了被刮掉并收集的流体被可靠地排出，从而避免薄板之间的空间内压力上升。

另外或可替代地，保持环的至少一个前（轴向）侧和/或一个外面，优选地两个前侧和/或两个外面，设有至少一个相应的排出槽，从而也实现聚集在后薄板前方的流体（即，在杆表面与沿大致杆运动的实际轴向方向首先刮擦给定杆区域的薄板之间的通道中聚集的流体）被可靠地排出。这可以简化相关薄板的工作。应注意，前（轴向）侧可以与外面相同。

具体地，每个排出口和/或排出槽都可以与排出管路连通，该排出管路与设置在环状壳体中用于接收相关保持环的环状环槽相连。

根据又一优选实施例，保持环和薄板可以沿圆周分段成成套的多片，使得即便杆在相关机器中保持就位，也能绕杆进行安装。

具体地，至少保持环的段可以在两端上设有相互重叠的舌部，由此通过布置在保持环的径向外表面上的盖部件有利地向外密封重叠的舌部的区域。通过这些手段可以避免刮擦的流体泄漏。

为了缠上径向向内指向的力以使刮擦薄板与杆接合，保持环被弹簧朝向较小直径偏压。为了接收环形弹簧，保持环可以有利地设有径向向外开口的环槽。

另一个可行方案在于，所述装置的至少一个部件设有至少一个标签，优选地是RFID式的，其包括存储数据以清楚地限定所述部件或装置。这可以简化根据本发明的装置的组装和/或维护。

附图说明

在下文中，参照附图说明本发明的优选有效示例，其中

图1示出十字头式大型柴油机的竖向剖视图；

图2示出根据图1的布置的扫气室下部区域的放大图；

图3示出具有相同固定内径的两个刮擦薄板的该设计的刮擦装置；

图4示出根据本发明的刮擦装置；

图5示出分段保持环的俯视图；

图6示出根据图5的保持环的侧视图；

图7示出用于向外密封分段保持环的示例。

具体实施方式

如图1所示的柴油机可以用于驱动海上物体或大型发电设备或类似物。这种内燃机用作本发明的十字头式往复活塞发动机的示例。这种往复式发动机的基本结构和操作模式都是已知的，并且在下文中仅在必须用于理解本发明时才进行描述。

图1所示的发动机在其下部包括曲轴箱1，其中通过所谓的主轴承支承曲轴2。曲轴箱1的上侧上布置有一排气缸3。每个气缸3容纳一气缸套4，其中布置有能上下运动的活塞5。活塞5用作气缸套4内的燃烧室6的下部活动界限。气缸套4支撑在扫气室7的围绕壳体上，所述扫气室7可以充有扫气空气或气体。

气缸套4下部延伸到扫气室7中，并且终止于室底部8上方的间隙。气缸套4的下端区域中设有进气口9。当活塞5上下运动时，活塞5经过进气口9，由此打开和关闭扫气室7与燃烧室6之间的连通。

活塞5通过沿气缸套4和活塞5的轴线布置的活塞杆11与相关十字头10连接。十字头10位于曲轴箱1内，并且设计成上下运动并且通过与活塞5和活塞杆11的轴线平行的相关导向件12引导的滑块。十字头10包括固定至活塞杆11的十字头销13。该销13上支承有连接十字头10与曲轴2的连杆14。扫气室底部8支靠在曲轴箱1的顶部上。活塞杆11穿过由扫气室底部8和曲轴箱顶部构成的壁装置，由此活塞杆11穿过设置在扫气室底部8中的相关密封装置15。

气缸套供给有适当的润滑油（在本申请中称为气缸油），只要不被燃烧，所述润滑油就可以与燃烧残留物一起滴下到扫气室底部8中。为了处理该滴下的流体，设有与扫气室7的底部区域连通的排出口16。室底部8可以朝向排出口16倾斜和/或设有围绕密封装置15并且与排出口16连通的环通道。当在活塞5下行过程中进气口9打开时，包含更多燃烧残留物的废气也会进入扫气室7。

曲轴箱1中有高洁净度的油（在本申请中称为系统油），该系统油用于轴承的润滑和液压目的。为了过滤该系统油，设有过滤站（未示出）。为了避免系统油被气缸油污染，曲轴箱1必须与扫气室7分离。为此，设有密封装置15，其可以设计成密封箱。

最好如图2所示，所述密封箱具有环状壳体17。该壳体17布置在扫气室底部8的围绕孔18中，该围绕孔限定用于活塞杆11穿过的孔。壳体17设有径向内部开口环槽。这些槽中的每个中都落座有相关的环装置。这些环装置部分地设计为刮环19，并且部分地设计为密封环20。实际上，刮环19可以位于密封环20上方。

密封环20的目的是克服扫气箱8中的压力（大约5巴）与曲轴箱1中的压力（大约1巴）之间的压差，而刮环19的目的是减少活塞杆11的外表面上的油膜。就此而论，必须考虑密封装置15上方的活塞杆11与以或多或少厚油膜形式沉积在其外表面上的气缸油接触。

从图3和4可以看出，每个刮环19都包括落座在壳体17的相关环槽22中的保持环21和落座在保持环21的相关环槽中的一套多于一个的相同刮擦薄板23a、b。在该实施例中，每个保持环21设有两个刮擦薄板23a、b。因此任一刮擦薄板23a、b将用作相对于往复的活塞杆11的运动方向D的第一个或最后一个。当然，一套多于两个的刮擦薄板也可以设置在共用保持环上。形状相同的刮擦薄板23a、b相对于彼此轴向地相互偏移，并且在相关保持环21的径向内表面上径向地突出，从而产生刮擦边缘。

保持环21和刮擦薄板23a、b具有径向可变性并且保持环21通过围绕的环形弹簧24朝向较小直径弹簧偏压，以使刮擦薄板23a、b与活塞杆11接合。环形弹簧24设置在保持环21的外部开口环槽25中。沉积在活塞杆11的外表面上的油膜26的厚度应通过刮擦薄板23a、b减小。

在根据图3的已知布置中，刮擦薄板23a、b径向刚性地落座在保持环21的相关槽中。作为活塞杆11的运动方向D上的后面薄板的第一刮擦薄板23a刮掉特定的一层气缸油，由此油膜26的厚度减小到一半，如d1和d2所示。在刮擦薄板23a与活塞杆11的外表面之间的间隙中产生流体动力压力，其与环形弹簧24的向内指向的弹力相平衡。因此，保持环21的径向位置和因此在此为第二刮擦薄板23b的每个其他薄板的径向位置由第一刮擦薄板23a的径向位置限定。由于刮擦薄板23a、b具有相同形状，并且因此具有相同直径，并且由于通过第一刮擦薄板23a使油膜厚度减小到一半，因此在此为第二刮擦薄板23b的下一个薄板与剩余油膜的表面间隔开，并且因此没有任何刮擦效果。

根据本发明，如图4所示，通过使至少所述第一刮擦薄板23a径向弹性地落座在保持环21的相关环槽中而克服该负面结果。在所示实施例中，通过位于槽底部与刮擦薄板23a、b的径向外表面之间的柔性部件27，两个刮擦薄板23a、b都弹性地落座在保持环21的相关槽中。由于该柔性部件27，相关刮擦薄板23a、b可以通过沿径向方向作用的力而沿径向方向调节。因此每个刮擦薄板23a、b都可以到达油膜26，由此通过每个刮擦薄板23a、b将油膜26的厚度减小到大约一半，如图4中的d1、d2、d3所示。有利效果是大大减小了油膜26的厚度，使得通过活塞杆11从密封装置15上方带到下方进入曲轴箱1的气缸油的量较小并且显著减小。因此显著减少了气缸油对曲轴箱1的系统油的高成本的污染。

为了形成上述柔性部件27，可以在相关刮擦薄板23a、b后面在保持环21的相关环槽中设置柔性垫。该柔性垫可以是柔性横截面设计和/或由柔性材料制成。具体地，可以插入已知用于若干目的的所谓的O形环。当然，所述槽中的独立柔性垫嵌入物也可以具有其他适当的截面轮廓/形状，甚至是中空的，以允许为了或多或少的薄板径向运动而压缩，优选地与具有弹性的适当选择的聚合物材料相结合。或者或另外，也可以给刮擦薄板23a、b的外圆周设置由柔性材料构成和/或设计有柔性横截面的弹性层。在使用橡胶类材料的情况下，所述弹性层可以被硫化。对于其他材料，可以考虑用于与薄板结合的其他结合方法，例如卷边/弹性夹紧、应用粘合剂或类似方法。

为了避免油在刮擦区域中溢满，刮掉的油或包含气缸油和燃烧残留物的油混合物必须从刮擦区域排出。为此，保持环21设有在两个刮擦薄板23a、b之间的区域中开口的至少一个排出口28。在图4所示的实施例中，保持环21还至少在其与后薄板23a相邻的前侧处，优选地在两个前侧处，设有至少一个相应的排出槽29。当然也可以在保持环21的圆周上均匀地设置多于一个出口和/或排出槽。为了排出收集的油，出口28和排出槽29与图2所示的排出管路30连通，该排出管路可以通向油存储器（未示出）。通过排出口28和排出槽29排出的油进入壳体17的相关环槽22中，并且壳体17的这种环槽22每个都可以与排出管路30连接，从而形成无阻碍的永久流动路径。

活塞杆11通过穿过扫气室底部8或曲轴箱顶部而保持就位，为了能绕活塞杆11简单地安装刮环19，由保持环21和相关刮擦薄板23a、b构成的刮环19可以沿圆周分段。因此，保持环21和刮擦薄板23a、b由成套的多个片段构成。在图5所示的有效示例中，使用三个分段。因此，设置各120度的三个片段19a、b、c。为了避免若干片段19a、b、c之间的间隙建立用于刮掉的油的笔直通道，如图6所示，保持环21的至少所述片段在两端设有彼此重叠的舌部31。因此尤其当刮擦薄板也安装使用时，显著减小了通过间隙32的双角通道的自由通路。

实际上，重叠的舌部的区域可以被径向地向外阻塞，使得间隙32无法用作危害上述排出的扰动泄漏通道。为此，如图7所示，可以设置在外侧覆盖间隙32的盖部件33。盖部件33可以设计为薄盖板或带。在图7所示的实施例中，与圆形形式不同的保持环21的外周在每个分界区域中并且因此在每个间隙32的区域中变平，如平段34所示。在这种情况下，盖部件33设计成使其构造与为了获得平段34而去除的环部分相对应，从而填充在平段（34）外侧和保持环的总体转动周面内侧限定的相应体积。壳体17当然也可以是分裂设计的，以允许在活塞杆仍连接至下方十字头和上方气缸中的活塞的同时进行拆卸/安装。

在与十字头发动机相关的上述有效示例中，刮掉的流体是气缸润滑油，并且相关的杆是活塞杆。但也可以考虑其他应用，例如液压缸活塞机组。在上述有效示例中，设有一个或多个刮擦装置的密封装置15应实现扫气室7机器内部的气缸油与曲轴箱1的内部空间机器内部的系统油之间的有效分离。如果在活塞上行开始期间产生经过气缸套4的下边缘并且迫使可能被燃烧残留物污染的大量气缸油直接附着在活塞杆11上的爆发气流从径向方向至少大部分导向到轴向方向，则这种分离工作可以更容易。

为此，可以设置从扫气室底部8竖立并且围绕活塞杆11的裙部35，如图2所示。裙部35遮蔽活塞杆11免于沉积气缸油颗粒和燃烧残留物。原则上，遮蔽活塞杆11的简单管状结构就足够了。优选地，可以设置漏斗形或喇叭形的上缘。具体地，优选地用于设置在安装好的活塞杆周围的也是分裂设计的裙部35可以附装至壳体17的上部凸缘，或者如图2所示，附装至孔18的前部上端而围绕壳体17。

经验表明，如果根据本发明的刮擦装置的至少一个部件设有至少一个标签，优选地是RFID式标签，包括存储数据以清楚地鉴别所述部件或装置，则在组装以及维护方面也是有用的。鉴别数据也有利地包括制造、认证历史以及可能的或计划的未来使用数据或类似数据。

优选实施例的上述说明不限制本发明的范围，本发明的范围由权利要求限定。

Claims (27)

1.一种用于刮擦杆的被流体润湿的圆周表面的装置，该装置的尺寸适配于所述杆，所述杆能沿轴向方向运动通过所述装置的开口，所述装置包括至少两个相同形状的刮擦薄板（23a、b）；所述刮擦薄板相对于彼此沿轴向方向相互偏移，并且相应地分裂以允许各自的径向可变性，并且具有接收在共用保持环（21）上的径向突起，所述共用保持环设有用于所述刮擦薄板（23a、b）中的每个的相应径向内部开口环槽，并且由于分裂设计而具有同样的径向可变性，因而在径向方向允许由于与所述保持环的径向外表面相连的弹簧装置而弹簧偏压适配至由所述保持环围绕的区域，其特征在于，如沿所述杆（11）的运动方向所见，至少后薄板（23a）相对于所述薄板（23a）的环槽的槽底被径向弹性地支撑。

2.一种用于刮擦杆的被流体润湿的圆周表面的装置，该装置的尺寸适配于所述杆，所述杆能沿轴向方向运动通过所述装置的开口，所述装置包括至少两个相同形状的刮擦薄板（23a、b）；所述刮擦薄板相对于彼此沿轴向方向相互偏移，并且相应地分裂以允许各自的径向可变性，并且具有接收在共用保持环（21）上的径向突起，所述共用保持环设有用于所述刮擦薄板（23a、b）中的每个的相应径向内部开口环槽，并且由于分裂设计而具有同样的径向可变性，因而在径向方向允许由于与所述保持环的径向外表面相连的弹簧装置而弹簧偏压适配至由所述保持环围绕的区域，其特征在于，如沿所述杆（11）的运动方向所见，至少一个前薄板（23b）相对于所述薄板（23a）的环槽的槽底被径向弹性地支撑。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述保持环（21）的每个薄板（23a、b）都被弹性地支撑。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，为了弹性地支撑薄板（23a、b），至少柔性垫（27）落座在相关环槽的底部上。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述柔性垫（27）通过由弹性材料制成的环构成。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述弹性环是O形环。

7.根据上述权利要求中的任意一项所述的装置，其特征在于，弹性支撑的刮擦薄板（23a、b）至少在其径向外表面上设有一层弹性材料，允许薄板在增大的偏压力下进一步径向向外运动。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述弹性层在刮擦薄板（23a、b）的径向外圆周表面上被硫化。

9.根据上述权利要求中的任意一项所述的装置，其特征在于，每个都具有两个刮擦薄板（23a、b）的至少两个保持环（21）设置在共用支撑结构（17）中。

10.根据上述权利要求中的任意一项所述的装置，其特征在于，所述保持环（21）设有在两个刮擦薄板（23a、b）之间的区域中开口的至少一个排出口（28）。

11.根据上述权利要求中的任意一项所述的装置，其特征在于，所述保持环（21）在至少一个轴向外面的区域中设有至少一个相应的排出槽（29）。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述保持环（21）具有在两个轴向外面的区域中的排出槽（29）。

13.根据权利要求10-12所述的装置，其特征在于，每个排出口（28）和/或排出槽（29）都能与排出管路（30）连通。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述保持环（21）能布置在环状壳体（17）的相关径向内部开口的环槽（22）中，并且所述环槽（22）能连接至所述排出管路（30）。

15.根据上述权利要求中的任意一项所述的装置，其特征在于，所述保持环（21）和薄板（23a、b）沿圆周分段成成套的多片（19a、b、c），由此至少所述保持环的所述片在两端设有彼此重叠的舌部（31）。

16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，重叠的舌部（31）的区域由布置在所述保持环（21）的径向外表面上的盖部件（33）密封。

17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述保持环（21）的径向外表面在重叠的舌部（31）的区域中具有平段（34），并且对应的各盖部件（33）设置成填充在所述平段（34）外侧和所述保持环的总体转动周面内侧限定的相应体积。

18.根据上述权利要求中的任意一项所述的装置，其特征在于，所述保持环（31）设有径向向外开口的环槽（25），用于接收构成相关弹簧装置的环形弹簧（24）。

19.根据上述权利要求中的任意一项所述的装置，其特征在于，保持环（31）的大部分能容纳在共用环状壳体（17）中。

20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，其中能容纳保持环（31）的大部分的所述共用环状壳体（17）是分裂设计的，允许绕所述杆定位而不经过所述杆端部。

21.一种用于刮掉发动机的活塞杆的气缸润滑油的根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所刮掉的流体是气缸润滑油。

22.根据权利要求21所述的装置，其特征在于，所述杆是具有活塞杆（11）的发动机的活塞杆（11）。

23.根据上述权利要求中的任意一项所述的装置，其特征在于，所述装置的至少一个部件设有至少一个标签，所述标签包括存储数据以清楚地限定所述部件或装置。

24.根据权利要求23所述的装置，其特征在于，所述标签是RFID式的。

25.一种十字头式发动机，尤其是大型往复活塞式二冲程内燃机，其具有曲轴箱（1）和容纳气缸套（4）的至少一个气缸（3）以及活塞（5），所述气缸套在围绕扫气室（7）中延伸，所述活塞布置在所述气缸（3）中，由此所述活塞（5）通过穿过密封装置（15）的活塞杆（11）与布置在所述曲轴箱（1）中的相关十字头（10）连接，所述密封装置布置在扫气室（7）与曲轴箱（1）之间的壁装置中，其特征在于，至少一个所述密封装置（15）包括至少一个根据上述权利要求中的任意一项所述的装置。

26.根据权利要求25所述的发动机，其特征在于，对于至少一个活塞杆（11），设有裙部（35），该裙部从扫气室底部（8）竖立并且围绕与至少一个所述密封装置（15）相关的活塞杆（11）。

27.根据权利要求26所述的发动机，其特征在于，所述裙部（35）附装至所述密封装置（15）的壳体（17）的上部凸缘或围绕所述密封装置（15）的壳体（17）的孔（18）的上部前端。

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