CN104329458B - 密封活塞装置及使用该密封活塞装置的蓄能器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种密封活塞装置及使用该密封活塞装置的蓄能器，密封活塞装置包括活塞，活塞上设有径向密封圈，活塞上设有与径向密封圈止推限位配合的止推面，密封活塞装置还包括布置在所述径向密封圈前方的沿前后方向延伸的压簧，压簧前端顶压在固定弹簧座上，固定弹簧座在前后方向与所述活塞定位装配，压簧后端顶压装配在沿前后方向导向移动的活动弹簧座上，活动弹簧座的后端具有在压簧的作用下向后顶推所述径向密封圈以与所述止推面配合定位夹紧所述径向密封圈的顶推面。活动弹簧座可以顶压径向密封圈，促使径向密封圈进行压缩补偿，保证其密封性能，还可以控制径向密封圈的压缩量，有效减小摩擦力，保证活塞的正常移动和响应速度。
Description
技术领域
本发明涉及一种密封活塞装置及使用该密封活塞装置的蓄能器。
背景技术
在超高压、特高压断路器中，多选用液压操动机构，液压操动机构的操动方式为常高压保持、瞬时动作，这就需要一个储能元件来长时间储存操动所需的能量，储能形式有二种，一种是采用压缩弹簧储能，另一种是采用压缩气体储能，压缩弹簧储能的方式存在着弹簧长期被压缩产生蠕变的可能，压缩气体储能的方式存在着气体泄漏的可能。对大操作功的液压操动机构目前多采用压缩气体储能的方式。
液压系统常用的压缩气体储能的蓄能器根据液压油与气体隔离的方式不同，有气囊隔离式和活塞隔离式二种，为保证断路器的操作要求，液压操动机构中的蓄能器常需预先充有一定压力的高压气体，以提高其工作效率，所以需采用活塞隔离式蓄能器。
如授权公告号为CN100376807C的中国发明专利说明书中公开了一种活塞式蓄能器，其包括沿上下方向延伸的缸体，缸体上下两端分别装配有上、下端盖，两两端盖分别通过径向密封的方式实现其与缸体的密封装配，在缸体中沿上下方向往复移动密封装配有活塞，活塞将缸体内腔分隔为位于上方的气腔和位于下方的油缸，在上端盖上设有与气腔连通以用于向气腔中充入高压气体的充气阀，在下端盖上设有与油腔连通以向油腔中注入液压油的进油孔。使用时，将高压气体注入气腔，然后向油腔中注入液压油，随着油腔中油压升高，推动活塞向上端盖一方移动，气体受压气压变大，直至达到新的平衡，实现蓄能。在液压操动机构工作时，液压油向外排出推动机械装置做功，高压气体膨胀，推动活塞移动，保持液压系统的工作压力。
在上述活塞式蓄能器中，主要通过设置于活塞和缸体之间的密封圈实现对活塞的径向密封，密封圈的选择就显得特别重要，密封圈的硬度不能太高，否则，虽然在活塞移动时受到的摩擦力较小，否则硬度过高的话会导致密封圈磨损后的补偿性能较差，而如果选用硬度交底的密封圈的话，虽然其补偿性较好，但其摩擦力较大，会影响活塞的响应速度，径向密封圈选择较为困难，导致现有的活塞式蓄能器对缸体的加工及密封件的性能要求较高，设计制造成本较高。
发明内容
本发明提供一种密封活塞装置，以解决现有技术中存在的活塞上的径向密封圈选择较为困难的技术问题；同时，本发明还提供一种使用上述密封活塞装置的蓄能器。
本发明所提供的密封活塞装置的技术方案是：密封活塞装置，包括轴向沿前后方向延伸的活塞，活塞的外周面上同轴套装有径向密封圈，所述的活塞上于所述径向密封圈后方设有与所述径向密封圈止推限位配合的止推面，密封活塞装置还包括布置在所述径向密封圈前方的沿前后方向延伸的压簧，压簧前端顶压在固定弹簧座上，固定弹簧座在前后方向与所述活塞定位装配，压簧后端顶压装配在沿前后方向导向移动的活动弹簧座上，活动弹簧座的后端具有在压簧的作用下向后顶推所述径向密封圈以与所述止推面配合定位夹紧所述径向密封圈的顶推面。
所述的活塞的前侧面上凸设有沿前后方向向前延伸的导向连接柱，所述活动弹簧座导向移动套装在所述导向连接柱上，所述固定弹簧座套装在所述导向连接柱上，固定弹簧座和导向连接柱之间设有实现所述固定弹簧座和活塞在前后方向上定位装配的卡圈。
所述的活动弹簧座的外周面的径向尺寸小于所述径向密封圈的径向尺寸，在活动弹簧座前部的外周面呈由后向前径向尺寸逐渐变小的锥形结构。
所述的径向密封圈包括沿前后方向依次叠加套装在所述活塞上的多个密封垫圈。
本发明所提供的使用上述密封活塞装置的蓄能器的技术方案是：蓄能器，包括沿前后方向延伸的缸体，缸体中设有密封活塞结构，密封活塞结构包括沿前后方向移动装配在缸体中的将缸体内腔分隔为油腔和气腔的活塞，活塞的外周面上同轴套装有与缸体移动密封配合的径向密封圈，所述的活塞上于所述径向密封圈后方设有与所述径向密封圈止推限位配合的止推面，密封活塞装置还包括布置在所述径向密封圈前方的沿前后方向延伸的压簧，压簧前端顶压在固定弹簧座上，固定弹簧座在前后方向与所述活塞定位装配，压簧后端顶压装配在沿前后方向导向移动的活动弹簧座上，活动弹簧座的后端具有在压簧的作用下向后顶推所述径向密封圈以与所述止推面配合定位夹紧所述径向密封圈的顶推面。
所述的活塞的前侧面上凸设有沿前后方向向前延伸的导向连接柱，所述活动弹簧座导向移动套装在所述导向连接柱上，所述固定弹簧座套装在所述导向连接柱上，固定弹簧座和导向连接柱之间设有实现所述固定弹簧座和活塞在前后方向上定位装配的卡圈。
所述的气腔位于所述油腔的前方，缸体的前后两端分别密封装配有前端盖结构和后端盖结构，前端盖结构上设有用于向所述气腔充气的充气结构，后端盖结构上设有用于向所述油腔中注油的输油孔，所述的压簧、活动弹簧座及固定弹簧座均布置在所述气腔中。
所述的径向密封圈包括沿前后方向依次叠加套装在所述活塞上的多个密封垫圈。
所述的前端盖结构包括穿装在缸体前端口处的充气塞和固定装配在缸体前端的固定帽，固定帽上设有沿前后方向延伸的贯通孔，贯通孔为阶梯面朝后的阶梯孔，充气塞的前部设有向前延伸的凸台，凸台具有与所述贯通孔的小径段吻合插配的外周面和朝前的台阶面，所述凸台的台阶面、凸台的外周面、阶梯孔的阶梯面及缸体的内周面围成容纳有端面密封圈的沟槽结构，充气塞通过所述端面密封圈与所述固定帽单向止推限位配合，所述充气结构设置在所述充气塞上。
所述的充气结构包括沿前后方向设置于所述充气塞上的通气孔，通气孔包括沿前后方向依次布置的前扩径段、中间缩颈段和后扩径段，前扩径段中沿前后方向依次设置有压紧螺钉和密封钢球，在后扩径段的后端开口处设有充气单向阀。
本发明的有益效果是：本发明所提供的密封活塞装置中，固定弹簧座在前后方向上与活塞定位装配，通过固定弹簧座的定位作用，压簧向后顶压活动弹簧座，活动弹簧座的向后的顶推面和活塞上的朝前的止推面配合实现对径向密封圈的定位夹紧，在径向密封圈受到磨损后，活动弹簧座可以顶压径向密封圈，促使径向密封圈进行压缩补偿，保证其密封性能，并且，通过选择合适的压簧，可以调整活动弹簧座向径向密封圈施加的顶压作用力，可以控制径向密封圈的压缩量，在保证密封性能的前提下，可有效减小摩擦力，保证活塞的正常移动和响应速度，这样一来，就有效扩大了径向密封圈的选择范围，降低了径向密封圈的选择标准，减少了密封活塞装置的设计制作成本。并且，本发明所提供的密封活塞装置中压簧通过固定弹簧座与活塞装配在一起，在选定压簧后，压簧自身的压缩量在活塞往复移动过程中变化不大，可有效延长压簧的使用寿命。
在将上述密封活塞装置应用于蓄能器的缸体中时，通过自身的压簧及活动弹簧座，可以调整径向密封圈的压缩量和补偿量，在保证密封活塞装置的密封性能的前提下，减小径向密封圈作用在缸体上的摩擦力。
进一步的，在活塞的前侧面上凸设有导向连接柱，通过该该导向连接柱实现对活动弹簧座的导向引导和对固定弹簧座的轴向定位，设计结构简单，便于加工制作和装配。
进一步的，活塞密封结构中的活塞将缸体内腔分隔的气腔位于油腔前方，压簧、活动弹簧座及固定弹簧座均位于径向密封圈的前方，这使得压簧、活动弹簧座及固定弹簧座均布置在气腔中，避免油腔中的液压油对压簧、活动弹簧座及固定弹簧座的污染和影响。
进一步的，充气塞通过端面密封圈与固定帽单向止推限位配合，高压气体通过充气结构进入充气腔中，高压气体作用在充气塞的后端面上，将充气塞向前推，端面密封圈受压实现对充气塞的端面密封，端面密封圈的压缩受气腔中气体压力对充气塞的作用，密封性能更加可靠，且充气塞的拆装及维护也更为方便。
附图说明
图1是本发明所提供的安装有密封活塞装置的蓄能器的结构示意图；
图2是图1中A处放大图；
图3是图1中B处放大图。
具体实施方式
如图1至图3所示，一种安装有密封活塞装置的蓄能器的实施例，该实施例中的蓄能器包括沿前后方向延伸的缸体3，缸体3中设有密封活塞结构，密封活塞结构包括沿前后方向移动装配在缸体3中的将缸体内腔分隔为油腔30和气腔11的活塞2，活塞2的外周面上同轴套装有与缸体3移动密封配合的径向密封圈32，活塞2上于所述径向密封圈32后方设有与所述径向密封圈32止推限位配合的止推面，本实施例中，活塞2的前侧面上凸设有沿前后方向向前延伸的导向连接柱31，在导向连接柱31上套装有沿前后方向延伸的压簧14，压簧14前端顶压在固定弹簧座13上，固定弹簧座13在前后方向通过卡圈12与导向连接柱31定位装配，而压簧14后端顶压装配在沿前后方向导向移动的活动弹簧座15上，活动弹簧座15导向移动套装在所述导向连接柱上，在活动弹簧座15上设有由前端面向后延伸的套装在所述压簧14上的压簧装配孔，所述压簧14的后端与所述压簧装配孔的孔底顶推配合，此处活动弹簧座15的外周面的径向尺寸小于所述径向密封圈的径向尺寸，活动弹簧座15前部的外周面呈由后向前径向尺寸逐渐变小的锥形结构，活动弹簧座15的后端具有在压簧14的作用下向后顶推所述径向密封圈32以与所述止推面配合定位夹紧所述径向密封圈32的顶推面。
在本实施例中，活塞2的前侧面上设有台阶面朝前的定位台阶，所述径向密封圈32同轴定位套装在所述定位台阶上，该定位台阶的台阶面即为所述的止推面。
本实施例中的径向密封圈包括沿沿前后方向依次叠加套装在所述活塞上的多个密封垫圈，此处的多个密封垫圈具体包括相互交错叠加在一起的第一密封垫圈17和第二密封垫圈19，在第一、第二密封垫圈的上下两侧还对应设置有第三密封垫圈20和第四密封垫圈18。
在本实施例中，由活塞2分隔的气腔11位于油腔30的前方，缸体3的前后两端对应密封装配有前端盖结构和后端盖结构，前端盖结构上设有用于向所述气腔充气的充气结构，后端盖结构16上设有用于向所述油腔中注油的输油孔。
此处的前端盖结构包括穿装在缸体前端口处的充气塞7和固定装配在缸体前端的固定帽6，固定帽6上设有沿前后方向延伸的贯通孔61，贯通孔61为阶梯面朝后的阶梯孔，充气塞7的前部设有向前延伸的凸台71，凸台71具有与所述贯通孔的小径段吻合插配的外周面和朝前的台阶面，所述凸台71的台阶面、凸台的外周面、阶梯孔的阶梯面及缸体3的内周面围成容纳有端面密封圈的沟槽结构，充气塞7通过所述端面密封圈与所述固定帽6单向止推限位配合，设置在所述充气塞上的充气结构包括沿前后方向设置于所述充气塞上的通气孔，通气孔包括沿前后方向依次布置的前扩径段、中间缩颈段和后扩径段，前扩径段中沿前后方向依次设置有压紧螺钉10和密封钢球5，在后扩径段的后端开口处设有充气单向阀4，在前扩径段的前端口处还加装有螺旋堵头9。
具体来讲，此处的端面密封圈包括主密封圈23以及对应布置在主密封圈23的内、外侧的第一挡圈21和第二挡圈22。
具体使用时，通过充气结构向气腔11中冲去高压氮气，高压氮气属惰性气体，可避免其他气体或水份对内部零部件的腐蚀，高压氮气被封装在气腔11中，高压氮气作用在充气塞7上，充气塞7向前压紧端面密封圈以实现前端盖结构与缸体的密封装配。在封堵主充气结构后，由高压油泵通过后端盖结构16上的输油孔向油腔30中输入高压油，推动活塞2向前移动，压缩高压氮气来储存能量，在达到设定压力后，高压油泵停止打压，高压油施加在活塞2上的作用力与高压氮气实际在活塞2上的作用力保持平衡，在液压操动机构动作时，液压油向外排出推动机械装置做功，高压氮气膨胀，通过活塞作用在液压系统中，仍能保持液压系统的工作压力。
本实施例中，由于径向密封圈由压簧14通过活动弹簧座15压紧并由压簧14控制其压缩量，使得径向密封圈的摩擦力保持稳定，并且，通过压簧14使得活动弹簧座15可以压紧径向密封圈，这样可以实现对磨损后的径向密封圈的补偿，从而可以有效保证径向密封圈的密封性能。
本实施例中，通过充气结构向气腔中输入高压气体，该高压气体将作用在充气塞上，实现对充气塞的定位，同时，由高压气体始终保持对充气塞施加的压力，使得端面密封圈的密封性能更加可靠。
上述实施例中，通过导向连接柱实现固定弹簧座与活塞的定位装配，在其他实施例中，也可以通过其他方式或结构实现固定弹簧座与活塞的定位装配如直接将固定弹簧座通过螺旋紧固连接结构装配在活塞上。
上述实施例中，径向密封圈采用多个沿前后方向依次布置的密封垫圈组合而成，这样可以根据需要选择不同类型、尺寸的密封垫圈，满足密封性能要求。
本发明还提供一种密封活塞装置，该实施例中的密封活塞装置的结构与上述蓄能器中的密封活塞装置的结构相同，在此不再赘述。
Claims (10)
1.密封活塞装置，包括轴向沿前后方向延伸的活塞，活塞的外周面上同轴套装有径向密封圈，其特征在于：所述活塞上于所述径向密封圈后方设有与所述径向密封圈止推限位配合的止推面，密封活塞装置还包括布置在所述径向密封圈前方的沿前后方向延伸的压簧，压簧前端顶压在固定弹簧座上，固定弹簧座在前后方向与所述活塞定位装配，压簧后端顶压装配在沿前后方向导向移动的活动弹簧座上，活动弹簧座的后端具有在压簧的作用下向后顶推所述径向密封圈以与所述止推面配合定位夹紧所述径向密封圈的顶推面；所述活塞的前侧面上设有台阶面朝前的定位台阶，所述径向密封圈同轴定位套装在所述定位台阶上，该定位台阶的台阶面即为所述止推面。
2.根据权利要求1所述密封活塞装置，其特征在于：所述活塞的前侧面上凸设有沿前后方向向前延伸的导向连接柱，所述活动弹簧座导向移动套装在所述导向连接柱上，所述固定弹簧座套装在所述导向连接柱上，固定弹簧座和导向连接柱之间设有实现所述固定弹簧座和活塞在前后方向上定位装配的卡圈。
3.根据权利要求1所述密封活塞装置，其特征在于：所述活动弹簧座的外周面的径向尺寸小于所述径向密封圈的径向尺寸，在活动弹簧座前部的外周面呈由后向前径向尺寸逐渐变小的锥形结构。
4.根据权利要求1或2或3所述密封活塞装置，其特征在于：所述径向密封圈包括沿前后方向依次叠加套装在所述活塞上的多个密封垫圈。
5.蓄能器，包括沿前后方向延伸的缸体，缸体中设有密封活塞结构，密封活塞结构包括沿前后方向移动装配在缸体中的将缸体内腔分隔为油腔和气腔的活塞，活塞的外周面上同轴套装有与缸体移动密封配合的径向密封圈，其特征在于：所述活塞上于所述径向密封圈后方设有与所述径向密封圈止推限位配合的止推面，密封活塞结构还包括布置在所述径向密封圈前方的沿前后方向延伸的压簧，压簧前端顶压在固定弹簧座上，固定弹簧座在前后方向与所述活塞定位装配，压簧后端顶压装配在沿前后方向导向移动的活动弹簧座上，活动弹簧座的后端具有在压簧的作用下向后顶推所述径向密封圈以与所述止推面配合定位夹紧所述径向密封圈的顶推面；所述活塞的前侧面上设有台阶面朝前的定位台阶，所述径向密封圈同轴定位套装在所述定位台阶上，该定位台阶的台阶面即为所述止推面。
6.根据权利要求5所述蓄能器，其特征在于：所述活塞的前侧面上凸设有沿前后方向向前延伸的导向连接柱，所述活动弹簧座导向移动套装在所述导向连接柱上，所述固定弹簧座套装在所述导向连接柱上，固定弹簧座和导向连接柱之间设有实现所述固定弹簧座和活塞在前后方向上定位装配的卡圈。
7.根据权利要求5或6所述蓄能器，其特征在于：所述气腔位于所述油腔的前方，缸体的前后两端分别密封装配有前端盖结构和后端盖结构，前端盖结构上设有用于向所述气腔充气的充气结构，后端盖结构上设有用于向所述油腔中注油的输油孔，所述压簧、活动弹簧座及固定弹簧座均布置在所述气腔中。
8.根据权利要求7所述蓄能器，其特征在于：所述径向密封圈包括沿前后方向依次叠加套装在所述活塞上的多个密封垫圈。
9.根据权利要求7所述蓄能器，其特征在于：所述前端盖结构包括穿装在缸体前端口处的充气塞和固定装配在缸体前端的固定帽，固定帽上设有沿前后方向延伸的贯通孔，贯通孔为阶梯面朝后的阶梯孔，充气塞的前部设有向前延伸的凸台，凸台具有与所述贯通孔的小径段吻合插配的外周面和朝前的台阶面，所述凸台的台阶面、凸台的外周面、阶梯孔的阶梯面及缸体的内周面围成容纳有端面密封圈的沟槽结构，充气塞通过所述端面密封圈与所述固定帽单向止推限位配合，所述充气结构设置在所述充气塞上。
10.根据权利要求9所述蓄能器，其特征在于：所述充气结构包括沿前后方向设置于所述充气塞上的通气孔，通气孔包括沿前后方向依次布置的前扩径段、中间缩颈段和后扩径段，前扩径段中沿前后方向依次设置有压紧螺钉和密封钢球，在后扩径段的后端开口处设有充气单向阀。
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