CN107076302B - 活塞装置 - Google Patents

Abstract

一种活塞装置，包括可以容纳密封件的周向活塞槽，该密封件用于当活塞以往复运动进行移动时在活塞与缸膛之间进行密封。活塞装置包括：至少部分地由活塞主体限定的、将缸膛的前侧与活塞槽内在密封件下面的空间流体连接的第一流体流动通道；以及部分地由活塞主体限定的、将缸膛的后侧与活塞槽内在密封件下面的空间流体连接的第二流体流动通道。这两个流体流动通道允许在活塞密封件周围的受控的流体流动，并且包括设置在活塞槽的侧壁中的槽道或者设置在活塞主体中的孔口。

Description

活塞装置

技术领域

本发明涉及一种允许在密封件周围的受控流体流动的活塞装置。

背景技术

在缸膛内往复运动的活塞是本领域公知的，并且其已经长期用于压缩流体和/或以增加的压力传递不同流体的泵、液压传动装置、发动机、气动传动装置以及其他的液压机器或气动机器。当活塞在气缸内移动时，采用活塞密封件或活塞密封组件进行动态密封，以抑制或防止流体在活塞与气缸壁之间泄漏。

由于活塞在缸膛内的运动，活塞密封件实质上会经受磨损，并且由于过度磨损和/或由于由被压缩的流体施加在密封件上的压力引起的应力，活塞密封件有时会出现故障(fail，失效)。在高压往复式泵的情况下和/或在泵处理低温流体的情况下，这样的操作状况甚至可能更具挑战性。

这样的往复式泵的一个示例是用于将液态气体燃料从低温容器传递到气体燃料内燃机的泵。这样的泵可以在相对较高的压力，约4600psi，以及低温例如约零下130摄氏度以及更低的温度下处理流体。难以向这样的泵的活塞提供有效的密封件，这尤其是因为密封件的材料必须承受所泵送流体的低温以及作用在密封件上的高压缩应力。而且，制作泵部件和密封件的材料的不同收缩系数可能导致在活塞密封件与气缸壁之间形成间隙，该间隙允许流体从压缩室经过活塞密封件泄漏到泵的低压侧。

如图1A和图1B中示出的，对于这样的往复式泵，通常在活塞槽190中设置密封件160，以使活塞130抵靠该活塞130于其中进行往复的泵缸的内膛120密封。因为由密封件和活塞槽的制造公差引入的尺寸变化，并且因为由压缩室中的流体施加在密封件上的压力，密封件160在活塞槽内的位置可能存在可变性。密封件160可以在密封槽内沿轴向方向——分别沿箭头A和B的方向——移动。活塞槽是由两个相对的侧壁以及连接在这两个侧壁之间的底表面形成的，这两个相对的侧壁为较靠近压缩室150的前侧壁140和较靠近活塞的驱动轴的后侧壁170。例如，如图1A中示出的，当活塞130在泵的吸入冲程期间沿方向“A”移动时，密封件160被朝向活塞槽的前侧壁140推进，从而在密封件与活塞槽的后侧壁170之间创建间隙G1，流体可以通过该间隙流动。当泵活塞针对压缩冲程反转方向并且活塞130沿方向“B”移动时，密封件160被朝向活塞槽190的后侧壁170推进，并且流体可以从压缩室150通过在密封件160与前侧壁140之间创建的间隙进行泄漏，并且流入在密封件160下面的空间182，然后流过后侧壁170与密封件160之间的间隙G2。如图1A和图1B中可见，在活塞于缸膛内的往复运动期间，在密封件160与活塞槽的后侧壁170之间创建的间隙的大小可以改变，例如在G1和G2之间改变。类似地，在活塞运动期间，在活塞槽的前侧壁140与密封件160之间创建的空间也可以改变。在活塞槽中于密封件周围创建的间隙和空间的大小的变化引起在密封件下面的空间182内的流体压力的一些变化，这改变了推进密封件与缸膛120接触的力。推进密封件与内膛接触的力的这种变化影响密封件的磨损。在活塞槽内于密封件周围创建的间隙和空间的大小的变化还影响密封件两端的压力降，这是影响密封件磨损的另一因素。

对于通常的往复式泵，由于活塞的往复运动引起的密封件磨损是需要解决的问题。在过去，使用开口式(split)密封件来解决密封件磨损的问题。开口式密封件具有环的形状，该环具有切口以允许将该密封件安装在活塞上，并且更重要的是该切口允许该密封件扩展以补偿密封件磨损。为了维持密封件与泵缸壁之间的接触，设置有密封件增能器(energizer，激发器)，以用于支撑密封件并且朝向气缸壁推动密封件。密封件增能器可以是定位在密封件下面的金属环，该金属环与密封件一起形成放置在活塞槽中的活塞密封组件。密封件增能器是横向剖分开的使得在环的自由端之间存在间隙，这提供了在活塞槽中较容易地安装密封件增能器，并且当密封组件被安装在活塞槽中时，这提供了用于朝向气缸壁推动密封件的弹性较大的力。

通常，在密封件增能器与密封组件所定位于的活塞槽的侧壁之间存在间隙。间隙便于进行安装，并且间隙的大小可以根据具体可接受的制造公差改变。例如，在一些情况下，间隙的尺寸的改变可以多于0.15mm。在密封件增能器与活塞槽的侧壁之间的间隙的大小可以仅通过紧密的制造公差来控制，并且这样的间隙表示可能影响密封件的使用期限的潜在的密封泄漏路径。如密封件160一样，在活塞于缸膛内的往复运动期间，增能器也可以沿轴向方向在活塞槽内移动，从而使在密封件增能器与活塞槽的侧壁之间的间隙的大小改变。已经发现，密封件增能器在活塞槽内的轴向位置与密封件在槽内的轴向位置一起影响通过密封件泄露的泄露面积的大小，而该泄露面积的大小影响密封件两端的压力降。如例如图2中示出的，开口式密封件160A包括由在活塞130A的活塞槽190A内的增能器180A支撑的两个重叠的端部段112A和114A。如果密封件增能器180A被定位成较靠近前侧壁140A即较靠近活塞的较高压力侧，该较高压力侧是较靠近压缩室150的一侧，那么与当密封件增能器180A轴向地定位在槽190A的中心时或者当密封件增能器180A移动为较靠近后侧壁170A时通过密封组件的泄漏路径相比，在密封件增能器与较靠近活塞的较低压力侧的后侧壁170A之间的泄漏路径允许更大的间隙G3，并且隐含地允许更大的泄露面积。在密封件增能器180A与后侧壁170A之间的间隙G3以及在密封件160A与后侧壁170A之间的间隙G4的动态变化的综合影响是，在泵运行期间，在增能器下面的空间182A内的流体压力以及在密封组件两端的压力降改变，从而使密封件114A的磨损随时间不一致。

此外，如果串联地安装每个均包括密封件和密封件增能器的若干密封组件以用于在活塞于泵缸内往复运动时密封该活塞，已经发现在一段时间后，一些密封件示出实质上与其他密封件相比更多的磨损，其中至少一个随机的密封件故障。这可以通过在每个密封件两端的压力降改变的事实来解释。在每个密封件两端的压力降取决于通过该密封件的泄漏路径面积的大小，并且具有最小泄漏路径面积的密封件由于对流体压力的最高阻力而经受最大的压力降并且将更快地磨损。更换磨损的密封件要求使设备暂停服务、移除活塞以及更换密封件。

因此，期望连续地改进活塞密封件的寿命以增加保养周期之间的时间，从而改进密封件随时间的磨损一致性。

发明内容

一种活塞装置，包括具有柱形表面的活塞主体以及在活塞主体中的用于容纳密封件的周向活塞槽，该密封件在活塞与活塞能够于其中进行往复的气缸之间进行密封。活塞主体包括至少部分地由活塞主体限定的第一流体流动通道，当密封件放置在活塞槽中时，该第一流体流动通道将活塞主体的所述柱形表面的前侧与活塞槽内的一空间连接，该空间部分地由活塞槽的底表面和该密封件限定。活塞主体还包括至少部分地由活塞主体限定的第二流体流动通道，该第二流体流动通道将活塞主体的柱形表面的后侧与一空间连接，该空间由活塞槽的底表面和密封件限定。第一流体流动通道和第二流体流动通道的大小被设置成允许预定量的流体流。

第一流体流动通道可以由设置在活塞槽的前侧壁中的槽道限定或者由设置在活塞主体中的孔口限定。从由活塞槽的前侧壁限定的平面测量，设置在活塞主体中的限定第一流体流动通道的孔口的纵向轴线与该平面呈0度到90度之间的角度。限定第一流体流动通道的槽道通常沿相对于活塞主体的中心线的径向方向定向。

第二流体流动通道可以由设置在活塞槽的后侧壁中的槽道限定或者由设置在活塞主体中的孔口限定。从由活塞槽的后侧壁限定的平面测量，设置在活塞主体中的限定第二流体流动通道的孔口的纵向轴线与该平面呈0度到90度之间的角度。限定第二流体流动通道的槽道沿相对于活塞主体的中心线的径向方向定向。

限定第一流体流动通道或第二流体流动通道的孔口优选地具有圆形截面流动区域。

限定第一流体流动通道或第二流体流动通道的槽道优选地具有半圆形截面流动区域。

在优选的实施方案中，第二流体流动通道的截面流动面积小于第一流体流动通道的截面面积。

在一些实施方案中，第一流体流动通道位于活塞主体的、与第二流体流动通道相同的截面平面中，而在其他的实施方案中，第一流体流动通道位于活塞主体的、与第二流体流动通道不同的截面平面中。

在一些实施方案中，该活塞装置还包括：至少部分地由活塞主体限定的至少一个其他流体流动通道，当所述密封件放置在所述活塞槽中时，该至少一个其他流体流动通道将活塞主体的柱形表面的前侧与部分地由活塞槽的底表面和密封件限定的空间连接；以及至少部分地由活塞主体限定的、将活塞主体的所述柱形表面的后侧与在密封件下面的空间连接的至少一个其他流体流动通道。

在这些实施方案中，将活塞主体的柱形表面的前侧与在密封件下面的空间连接的流体流动通道的数量可以不同于将活塞主体的柱形表面的后侧与在密封件下面的空间连接的流体流动通道的数量。将活塞主体的柱形表面的前侧与在密封件下面的空间连接的流体流动通道中的每一个均由设置在所述活塞槽的前侧壁中的槽道限定或者由设置在活塞主体中的孔口限定。将活塞主体的柱形表面的后侧与在密封件下面的空间连接的流体流动通道中的每一个均由设置在活塞槽的后侧壁中的槽道限定或者由设置在活塞主体中的孔口限定。

本活塞装置可以包括位于周向活塞槽中的开口式密封件，该开口式密封件具有两个重叠的端部。

在一些实施方案中，该密封件为一密封组件，该密封组件包括一密封件和支撑该密封件的增能器，该密封组件位于周向活塞槽中。在所提出的实施方案中，由于第一流体流动通道和第二流体流动通道控制在活塞密封组件周围的流体流动，使通过密封件的替选泄漏路径更受约束。例如，在一些实施方案中，采用挑选配合(selected fit)制造方法以减小在增能器与活塞槽之间的间隙。“挑选配合”描述了一种制造过程，其中装配者可以选择具有变化宽度的增能器，使得减小间隙，而不会使其过紧以抑制增能器在直径上收缩和扩展的能力。

附图说明

图1A和图1B(现有技术)是位于往复式泵的活塞槽中的活塞密封件的示意性截面图，其示出了在活塞于泵缸内的往复运动期间密封件在活塞槽内的不同的轴向位置；

图2(现有技术)是位于往复式泵的活塞槽中的、包括密封件和增能器的活塞密封组件的示意性截面图，其示出了在活塞于泵缸内的往复运动期间密封件增能器在活塞槽内的不同轴向位置中的一个；

图3(现有技术)是具有包括一系列活塞密封组件的活塞的往复式泵的示意性截面图；

图4(现有技术)是图3中所示活塞的、示出了一系列S切口密封件的视图；

图5A是根据一种优选实施方案的活塞的一部分的截面图，其中，活塞槽的一个侧壁设置有至少一个槽道，并且活塞主体包括用于控制在密封组件周围的流体流动的至少一个孔口；

图5B和图5C各自示出了定位在活塞槽中的密封件的俯视图，并且描绘了用于图5A中示出的活塞装置的槽道和孔口的不同的可能布置；

图6A是具有包括侧壁的活塞槽的活塞的一部分的截面图，在该活塞槽的侧壁中的每一个上均成形有至少一个槽道，以用于控制在密封组件周围的流体流动；

图6B和图6C示出了在图6A中示出的实施方案的立体图；

图7是具有设置有两个孔口的主体的活塞的一部分的截面图，上述孔口将活塞槽内在密封组件下面的空间分别与活塞的前侧和后侧连接，以用于控制在密封组件周围的流体流动。

图8是具有设置有孔口的主体的活塞的一部分的截面图，该孔口将活塞的前侧与活塞槽内在密封组件下面的空间连接，并且其中，活塞槽的侧壁设置有槽道，以用于控制在密封组件周围的流体流动。

具体实施方式

本活塞设计被开发用于具有一些特定的特征、要求改进的设计特性的往复式低温活塞泵。这里在本申请的上下文中描述了改进的活塞设计。然而，本活塞设计的各方面可以应用于针对许多不同的应用改进以往复运动在缸膛内移动的活塞的密封件寿命。

本活塞密封件被示为密封组件，其包括开口式密封件和定位在该密封件下面的密封件增能器。然而，本活塞设计的教导可以应用于改进现有技术中已知的传统构造的密封件——其位于活塞槽内不需要由激发器支撑——的密封件寿命。

图3示出了现有技术中众所周知类型的往复式泵110的部分截面图。然而没有示出整个泵，图3集中于活塞和密封件布置。泵包括：由泵的主体限定的缸膛120；以及活塞130，该活塞由致动机构(未示出)通过驱动轴133致动，使得活塞在缸膛120内进行往复运动。在吸入冲程期间，当活塞130沿方向“A”移动时，该活塞通过泵的吸入口(未示出)将流体抽吸到压缩室150中，而在泵的压缩冲程期间，当活塞130沿相反方向B移动时，吸入口关闭并且泵对在压缩室150内的流体进行压缩。

活塞130包括一系列密封组件100A、100B和100C。每个密封组件均包括密封件和支撑该密封件的密封件增能器，这在图5A、图6A、图7和图8中更好地示出。密封件160A、160B和/或160C可以具有如图4所示的具有重叠的两个自由端部段的开口式构造。

图3、图5A、图6A、图7和图8中示出的密封件增能器的类型是一种已知的类型，其在包括开口式密封件——有时被称为“S切口”密封件——的密封组件中使用，以允许当外部周向表面磨损时将密封件保持在非常接近气缸壁处，从而维持活塞与气缸壁之间的良好密封。

图5A示出了包括活塞主体230的本活塞装置的优选实施方案。在缸膛220内移动的活塞还包括均如上所述位于活塞槽290A中的开口式密封件260A和增能器280A。活塞槽290A的前侧壁240A包括槽道245A，该槽道将在增能器280A下面的、部分地由活塞槽290A的底表面限定的空间282A与朝向压缩室250的活塞的柱形表面的前侧连接，并且活塞主体230还包括孔口275A，该孔口将朝向活塞驱动轴的活塞的柱形表面的后侧与空间282A连接。槽道245A优选地被成形为具有半圆形截面的槽道，其纵向轴线相对于活塞主体的中心线“CL”径向地定位。槽道245A可以具有其他截面形状，并且优选地具有容易制造并且允许一致的无阻流动(open flow)区域用于流体的受控流动的形状。孔口275A具有从活塞的柱形表面延伸至活塞槽的底部附近的纵向轴线。在示出的实施方案中，孔口275A的纵向轴线与后侧壁270的表面形成角度α。孔口275A可以具有容易钻出的圆形截面，或者容易制造并且允许一致的流动区域用于流体的受控流动的其他形状。

孔口275A的截面面积优选地小于槽道245A的截面面积，使得较好控制流体从活塞槽内在密封件下面的空间到活塞主体230的柱形表面的后侧的流动。角度α确定流体流动通道的长度，并且因此是可以被选择以实现通过密封组件的期望流体流动量的一个参数。对于设置有不止一个周向活塞槽的活塞，对应于每个活塞槽的每组孔口的角度α可以改变。

在图5A中，出于说明的目的，槽道245A和孔口275A位于活塞主体的同一截面平面中。如图5B中进一步示出的，槽道245A和孔口275A与轴线C排成一条共同的直线(准线)。在其他实施方案中，槽道245A可以相对于孔口275A偏移，使得槽道和孔口分别处于活塞主体的不同截面平面中。在其他实施方案中，活塞槽的每个侧壁均可以设置有不止一个槽道，并且相应地活塞主体可以设置有不止一个孔口以用于将活塞的前侧连接到在密封件下面的空间，并且槽道的轴线和孔口的轴线可以对准或者不对准。例如，如图5C中示出的，设置在前侧壁240A上的槽道中之一245C与孔口中之一275C对准，二者共享中心线D，而其他的槽道245B和245D没有与孔口275B或275C对准。此外，在一些实施方案中，设置在活塞槽的侧壁中的槽道的数量不同于设置用于受控的流体流动的孔口的数量。如图5C中示出的，前侧壁240A设置有三个槽道245B、245C和245D，并且活塞主体还包括仅两个孔口275B和275C。孔口和槽道的数量、它们的放置以及它们的大小均是可以被设计以实现期望量流体流过密封组件的参数。在优选的实施方案中，孔口和槽道沿着活塞主体的圆周在活塞槽的每个侧壁上均匀地间隔开。

此外，如果活塞被设置有不止一个密封组件，如例如在图3和图4中示出的，那么孔口和槽道的数量、它们的大小以及它们的放置可以针对每个密封组件改变，使得对在每个密封件周围的流体流动进行控制以在每个密封组件两端维持相同的压力降。在其他应用中，可能期望在每个密封组件两端具有不同的预定压力降，并且这可以通过调整与每个密封组件相关联的孔口和/或槽道的大小来实现。

图6A、图6B和图6C示出了本活塞设计的第二实施方案。由密封件360A和增能器380A组成的密封组件位于活塞槽290A中，并且在活塞主体330和缸膛320之间进行密封。活塞槽390A的前侧壁340A包括槽道345A，该槽道将在增能器380A下面的空间382A与朝向压缩室350的活塞主体的柱形表面的前侧连接，并且活塞槽390A的后侧壁370A还包括槽道375A，该槽道将空间382A与朝向连接至活塞的驱动轴的活塞的驱动部分的、活塞主体的柱形表面的后侧连接。槽道345A和375A中的每一个均被示出成形为具有半圆形截面的细长槽道，其纵向轴线沿相对于活塞的中心线“CL”的径向方向定向。如在之前实施方案中关于槽道245A所描述的，虽然以便于制造的优选几何结构示出，但是槽道345A和375A可以具有同样容易制造并且在密封件周围提供相同流体流动的其他截面形状。

槽道375A和在活塞槽的同一表面上的类似槽道的总截面面积优选地相对于槽道345A和在其相应表面上的类似槽道的总截面面积较小，使得流体从活塞槽内在密封件增能器下面的空间到活塞的后侧的流动更受约束。

图6B和图6C示出了活塞的立体图，以示出沿活塞的圆周处于预定距离的槽道的位置。该活塞设置有若干活塞槽390A、390B和390C，以用于定位类似于图6A中示出的密封组件的一系列密封组件。对于每个活塞槽，一个侧壁设置有若干槽道(例如槽道345A、345B和345C)，并且相对侧壁设置有若干其他槽道(例如槽道375A、375B和375C)。如所示出的，每个侧壁可以设置有不止一个槽道。在优选实施方案中，槽道沿着活塞主体的圆周在活塞槽的每个侧壁上均匀地间隔开。

如关于图5A、图5B和图5C中示出的实施方案所描述的，在活塞槽的一个侧壁上的槽道的数量不一定必须等于在活塞槽的相对侧壁上的槽道的数量，并且槽道的数量可以从一个活塞槽到另一个活塞槽改变。对于每个活塞槽，细长槽道各自均可以具有相对于活塞的中心线呈径向的纵向轴线。类似于图5B或图5C中示出的孔口和槽道的定向，槽道345A不需要与槽道375A相同，如在图6A中出于说明的目的所示出的。

图7示出了本活塞设计的第三实施方案。活塞主体430包括第一孔口445A，该第一孔口将面向压缩室450的、活塞的柱形表面的前侧与在增能器480A下面的空间482A连接，该增能器与密封件460A协作以形成密封组件。活塞主体430还包括第二孔口475A，该第二孔口将在增能器480A下面的空间482A与在密封件460A的其他侧的、活塞主体的柱形表面的后侧连接。密封件460A在活塞与缸膛420之间形成密封，并且允许一致量的流体通过第一孔口445A、空间482A和孔口475A在密封件460A周围流动，以通过维持在空间482A中的更加一致的流体压力来改进密封组件的性能和耐久性。在优选实施方案中，密封件460A为开口式密封件。

在所示出的实施方案中，孔口445A的纵向轴线与前侧壁440A的表面形成角度λ。孔口475A具有与后侧壁470A形成角度β的纵向轴线。孔口445A和475A优选地具有圆形截面，或者容易制造以将流体流动精确地控制到期望的预定水平的其他形状。

孔口475A和其他面向后侧的孔口的总截面面积优选地小于孔口445A和其他面向前侧的孔口的总截面面积，使得流体从在密封件下面的空间到活塞的后侧的流动更受约束。角度β和λ影响整个流体通道的长度，并且因此是可以被控制以实现通过密封组件的期望流体流动量的参数。对于设置有不止一个密封组件的活塞，每个相关联密封组件的角度β和λ可以不同。

在所示出的实施方案中，孔口445A和475A位于同一平面中。可替选地，它们可以位于不同的平面中，并且可以沿着活塞的圆周分布在不同的位置处。类似于关于之前的实施方案所描述的，将活塞的柱形表面的前侧连接到活塞槽内在增能器下面的空间的孔口的数量不一定必须等于将在增能器下面的空间连接到活塞的柱形表面的后侧的孔口的数量。在优选实施方案中，孔口沿着活塞主体的圆周均匀地间隔开。

此外，如果活塞设置有不止一个密封组件，如例如在图3和图4中示出的，那么对于每个密封组件，孔口的数量、它们的大小和它们的放置都可以改变，使得对在每个密封组件周围的流体流动进行控制以在每个密封组件两端维持相同的压力降。在其他应用中，可能期望在每个密封组件两端具有不同的预定压力降，并且这可以通过调整每个密封组件的孔口的大小来实现。

图8示出了本活塞设计的第四实施方案。活塞530的主体包括第一孔口545A，该第一孔口将较靠近压缩室550的、活塞主体的柱形表面的前侧与在增能器580A下面的空间582A连接，该增能器与密封件560A协作以形成密封组件。活塞槽590A的后侧壁570A被成形有槽道575A，该槽道将在增能器580A下面的空间582A与活塞主体的柱形表面的后侧连接。

孔口545A具有与活塞槽590A的前侧壁540A形成角度θ的纵向轴线。孔口545A和槽道575A优选地具有相应的圆形截面和半圆形截面，但是它们可以具有容易制造并且允许精确的截面流动区域用于调节流体流动的其他形状。

如在之前的实施方案中一样，角度θ影响通过密封组件的流体通道的长度，并且因此该角度被控制以实现期望的流体流动量。对于设置有不止一个密封组件的活塞，取决于每个密封组件的期望的压力降，角度θ对于密封组件中的每一个可以是相同的或不同的。

在图8中，出于说明的目的，孔口545A和槽道575A被示为在同一平面中。可替选地，如在其他的实施方案中一样，它们可以位于不同的平面中，并沿着活塞的圆周分布在不同的位置处。类似于关于之前的实施方案所描述的，将活塞的柱形表面的前侧连接到活塞槽内在增能器下面的空间的孔口的数量不一定必须等于将在增能器下面的空间连接到活塞的柱形表面的后侧的孔口的数量。在优选实施方案中，孔口和槽道围绕活塞主体的圆周、在活塞槽的每个侧壁上均匀地间隔开。

此外，如其他实施方案一样，如果活塞被设置有不止一个密封组件，如例如在图3和图4中示出的，那么对于每个密封组件，孔口和槽道的数量、它们的大小和它们的放置均可以改变，使得对在每个密封组件周围的流动进行控制以当泵在运行时在每个密封组件两端维持期望的压力降。例如，对于处理处于液态形式的气体燃料的往复式泵，当存在多个活塞槽和密封件时，与活塞槽相关联的、朝向较靠近活塞的驱动轴的活塞的后侧布置的流体流动通道的截面面积可以比朝向较靠近压缩室的活塞的前侧布置的流体流动通道的截面面积大，以便在流体蒸发时补偿流体密度的减小。

基于泵的已知特征，包括其几何结构、流体的类型以及当泵在正常运行时在压缩室中生成的压力，可以计算用于本活塞设计的实施方案的孔口和槽道的截面面积以及长度，使得在密封组件的两端实现预定的压力降，甚至是对于设置有仅一个活塞槽的活塞也如此。

在本公开内容中的附图旨在说明的目的，并且不是按比例绘制的。例如，一些特性，诸如在活塞主体中的孔口和在活塞槽的壁中的槽道，可能相对于其他的部件被放大，以更好地示出它们的功能和它们的相对尺寸。另外，附图没有示出往复式泵的所有物理细节及其各种部件。

在本公开内容的附图中，不同实施方案之间的类似部件具有类似的附图标记，并且如果存在的话，它们可能未被详细地描述。

虽然已经示出并描述了本发明的特定的元件、实施方案和应用，但将理解的是，本发明并不限制于此，原因在于在不脱离本公开内容的范围的情况下，特别是得益于前述教导，本领域技术人员可以做出修改。

Claims (18)

1.一种活塞装置，包括：

(a)具有柱形表面的活塞主体；

(b)在所述活塞主体中的用于容纳密封件的周向活塞槽，所述密封件在所述活塞主体与所述活塞主体能够于其中进行往复的气缸之间进行密封；

(c)由设置在所述活塞主体中的孔口限定的第一流体流动通道，当所述密封件放置在所述活塞槽中时，所述第一流体流动通道将所述活塞主体的所述柱形表面的前侧与所述活塞槽内的一空间连接，所述空间部分地由所述活塞槽的底表面和所述密封件限定；以及

(d)至少部分地由所述活塞主体限定的第二流体流动通道，所述第二流体流动通道将所述活塞主体的所述柱形表面的后侧与所述空间连接；

其中，在运行中，所述活塞主体的所述柱形表面的所述前侧比所述活塞主体的所述柱形表面的所述后侧更靠近压缩室并且所述第一流体流动通道和所述第二流体流动通道的大小被设置成允许预定量的流体通过所述第一流体流动通道、所述空间和所述第二流体流动通道在所述密封件周围流动，使得在所述空间中维持一致的流体压力并且在运行期间在所述密封件两端实现流体压力降。

2.根据权利要求1所述的活塞装置，其中，所述活塞装置在往复式泵中。

3.根据权利要求1所述的活塞装置，其中，从由所述活塞槽的前侧壁限定的平面测量，所述孔口的纵向轴线与所述平面呈0度到90度之间的角度。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的活塞装置，其中，所述第二流体流动通道由设置在所述活塞槽的后侧壁中的槽道限定或者由设置在所述活塞主体中的孔口限定。

5.根据权利要求4所述的活塞装置，其中，所述第二流体流动通道的所述槽道沿相对于所述活塞主体的中心线的径向方向定向。

6.根据权利要求4所述的活塞装置，其中，所述第二流体流动通道的所述孔口具有圆形截面流动区域。

7.根据权利要求4所述的活塞装置，其中，所述第二流体流动通道的所述槽道具有半圆形截面流动区域。

8.根据权利要求1所述的活塞装置，其中，所述第二流体流动通道的截面流动面积小于所述第一流体流动通道的截面面积。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的活塞装置，其中，所述第一流体流动通道位于所述活塞主体的、与所述第二流体流动通道不同的截面平面中。

10.根据权利要求1-3中任一项所述的活塞装置，还包括：至少部分地由所述活塞主体限定的、将所述活塞主体的所述柱形表面的所述前侧与所述空间连接的至少一个其他流体流动通道；以及至少部分地由所述活塞主体限定的、将所述活塞主体的所述柱形表面的所述后侧与所述空间连接的至少一个其他流体流动通道。

11.根据权利要求10所述的活塞装置，其中，将所述活塞主体的所述柱形表面的所述前侧与所述空间连接的所述流体流动通道的数量不同于将所述活塞主体的所述柱形表面的所述后侧与所述空间连接的所述流体流动通道的数量。

12.根据权利要求10所述的活塞装置，其中，将所述活塞主体的所述柱形表面的所述前侧与所述空间连接的所述至少一个其他流体流动通道中的每一个均由设置在所述活塞槽的前侧壁中的槽道限定或者由设置在所述活塞主体中的附加孔口限定。

13.根据权利要求12所述的活塞装置，其中，从由所述活塞槽的所述前侧壁限定的平面测量，至少一个其他孔口的纵向轴线与所述平面呈0度到90度之间的角度。

14.根据权利要求10所述的活塞装置，其中，将所述活塞主体的所述柱形表面的所述后侧与所述空间连接的所述流体流动通道中的每一个均由设置在所述活塞槽的后侧壁中的后侧槽道限定或者由设置在所述活塞主体中的后侧孔口限定。

15.根据权利要求14所述的活塞装置，其中，从由所述活塞槽的所述后侧壁限定的平面测量，至少一个其他孔口的纵向轴线与所述平面呈0度到90度之间的角度。

16.根据权利要求1-3中任一项所述的活塞装置，还包括具有两个重叠端部的开口式密封件，所述开口式密封件位于所述周向活塞槽中。

17.根据权利要求1-3中任一项所述的活塞装置，其中，所述密封件为一密封组件，所述密封组件包括一密封件和支撑所述密封件的增能器，所述密封组件位于所述周向活塞槽中。

18.根据权利要求17所述的活塞装置，还包括：所述增能器通过挑选配合制造过程进行选择，以用于减小在所述增能器与所述活塞槽之间的间隙。

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