CN1097185C - 活塞杆密封装置 - Google Patents

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Abstract

一活塞密封装置具有一组装刮油环，此环包括一刮油环体和一环形螺旋弹簧。环体在某一处具有一贯穿横截面的切口并包括一上刮板元件，一下刮板元件和支撑上和下刮板元件的一支撑件，在环体的外周侧面上具有一环形槽，环形槽具有许多沿周向间隔开的回油孔。环形螺旋弹簧以拉伸状态装入环形槽中，从而由于弹簧的约束力上和下刮板元件的内周面与活塞杆的外周面压力接触并适应表面形状，从而提高密封效果。

Description

活塞杆密封装置
技术领域
本发明涉及杆件密封装置，用来对一个在轴向上作往复运动的轴进行有效的密封。更具体地，本发明涉及海船用大型两冲程柴油发动机或类似发动机中的活塞杆的密封装置。
背景技术
在船用大型两冲程柴油发动机中，通常在发动机的扫气室和曲轴箱之间设置一隔断壁，而活塞杆穿过在隔断壁中形成的用来容纳活塞杆密封装置的密封槽往复运动。
容纳于密封槽中的活塞杆密封装置通常在上部即在扫气室的一侧具有一气密环，以便保持扫气室的气密性。一刮油环连接于活塞杆密封装置的下部，即在曲轴箱的一侧，以便阻止当活塞杆往复运动时润滑油从曲轴箱向扫气室溢流。
刮油环包括：一组如图9的A所示通过把一个环在径向上分成若干段(图示为三段)来得到的环段组合，及一组如图9的B所示通过把一个环沿切向分成三段来得到的环段组合。这两种类型的环，分别以a和b标示，每一个在外周边装有一螺旋弹簧，并且如图9的c所示叠装在一起。如图10所示，叠装的环a、b被安装入密封环槽中。通过螺旋弹簧的约束力，刮油环的内圆周表面与活塞杆的外圆周表面压力接触，从而，通过把附着在活塞杆表面的、在活塞杆往复运动时可能进入扫气室的润滑油刮除，密封环装置起到防止过分消耗润滑油的作用。
用于活塞杆密封装置中的这种类型的常规油环包括这样一个环，在它的与活塞杆外表面接触的圆周面上形成有一圆周槽。从槽径向延伸形成有小孔，可以起排除和释放被刮除的润滑油的作用。
这些常规刮油环是由高规格铸铁，低磷铸铁、铜合金或树脂材料制造的，并且以图10的断面图所示的方式安装若干组。
常规的开口环通过安装在另一圆周侧的环形螺旋弹簧的约束力被向内压，每一环段的内圆周表面与活塞杆的外周面滑动接触，从而起到把润滑油从活塞杆的外周面上刮掉的作用。在常规刮油环是由铸铁或铜合金制成的情况下，构成开口环的每一环元件制成具有高硬度的块体的形式。结果，如果每一环元件的内周面的曲率和活塞杆的外周面的曲率之间存在差异，虽然有环形螺旋弹簧施加的约束力的作用，环段也不能变形使之保持与活塞杆的外周面一致。这意味着在环段的整个周面上，每一环段的内周面将不能与活塞杆的外周面贴合，结果在环段的内周面和活塞杆的表面之间会形成间隙。另外，由于活塞杆和环段之间的局部滑动接触，活塞杆的外周面承受刮擦和偏心磨损，结果，有些润滑油不能被刮除。因此，很难获得一个满意的刮油效果。
而且，在常规刮油环是由相当软的铜合金材料制成的情况下，环很快变得与和它滑动接触的活塞杆外圆周表面形状相配合，从而相当早地形成一个与活塞杆外周围面相一致的滑动面。这对获得相当好的气密性是有益的。然而，随着磨损的进行，刮油环和活塞杆滑动表面之间的接触面积增加从而使单位接触面积上的接触表面压力降低。因此所引起的问题是阻碍刮油功能并增加油耗。
已经提出许多不同的办法来解决由铸铁或铜合金制成的刮油环的上述问题。例如，已经提出使用高精度制造的零件，这些零件是通过在制造阶段施加矫正热处理和在最初的机加工后通过修正机加工来消除由内部应力引起的变形而获得的。进而，还提出实际上相对的部件在刮油环安装时装配在一起以匹配这些相对部件的尺寸。
然而，这些办法引起附加的劳动并使费用增加。如果活塞杆的圆柱形状是不规则的，使用高精度零件(刮油环)或把实际部件装配在一起不会解决上述问题。
在使用树脂例如聚四氟乙烯作为制造刮油环的材料的情况下，因为这种材料的低硬度，刮油环的内周面很快与活塞杆的外周面相配合，因此，一开始就可以获得很好的刮油效果。然而，继续使用下去，树脂材料吸收润滑油，结果软化而磨损增加，很快需要更换零件，从而操作困难并且增加费用。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一活塞杆密封装置，通过与活塞杆的外周面的接触同时与此表面的形状相配合以在活塞杆移动时减少润滑油的消耗，此密封装置具有良好的刮油效果。
根据本发明，上述目的通过为发动机活塞杆提供一密封装置来实现，密封装置包括一组合刮油环，而刮油环包括：(a)，一环形刮油环体，该环体由在一处具有横切口的钢材构成，并包括一上刮板元件，一下刮板元件和一支撑上和下刮板元件的支撑件，并在外圆周侧具有一环形槽，环形槽在圆周方向上具有许多间隔开来的回油孔；该刮油环体具有M形、I形和H形截面，和(b)，一以拉伸状态安装到环形槽中的环形螺旋弹簧，用来迫使支撑件径向向内，从而使上和下刮板件的内圆周面与活塞杆的外周面压力接触。
在本发明中，需要改善油环的耐用性，其中以氮化处理例如软渗氮、离子渗氮、气体渗氮或类似方法，电渡处理例如渡铬、镍-磷化合物扩散镀，CVD处理和PVD处理在刮油环的滑动部分形成一抗磨损层。
通过以Fe3O4、磷化处理和镀锌处理形成一表层来进一步改善早期运行特性也是可能的。
附图说明
本发明的其它特点和优点从下面结合附图的描述是明显的，其中相同的参考标号在所有图中指示相同的或相似的部件，其中：
图1是表明本发明第一实施例的处于安装状态的一刮油环的部分剖视图；
图2是表明本发明第二实施例的处于安装状态的一刮油环的部分剖视图；
图3是表明第一实施例的刮油环的部分透视图；
图4是表明第三实施例的刮油环的部分透视图；
图5是表明本发明第三实施例的处于安装状态的一刮油环的部分剖视图；
图6是表明本发明第四实施例的刮油环的部分透视图；
图7是表明根据第四实施例的刮油环的一个修改形式的部分剖视图；
图8是表明根据第四实施例的刮油环的另一个修改形式的部分剖视图；
图9的A、B和C是表明根据先有技术的开口刮油环的简图；和
图10是表明处于安装状态的先有技术开口刮油环的剖面图。
具体实施方式
现在将在图示实施例的基础上描述本发明。应注意这些实施例只是用来阐明本发明而决不是限制本发明的范围。
图1是表明根据本发明第一实施例的刮油环1的结构的局部剖视图。如图所示刮油环1装于活塞杆8上，活塞杆8沿箭头A方向往复运动，从而刮油环1与活塞杆8的外表面接合。图3是根据此实施例的刮油环的局部透视图。
刮油环1通过以支撑件4整体连接一上刮板件2和一下刮板件3来形成。支撑件4在它的外圆周侧面上具有环形沟槽6，并且在沟槽6中形成有许多回油孔5，这些回油孔在周向上间隔布置。一拉伸的环形螺旋弹簧7装入沟槽6中从而不会堵住回油孔5，即在此方式下，弹簧7与确定沟槽6的倾斜表面贴合而不会堵塞回油孔5。
包括上和下刮板件2、3和支撑件4的刮油环体具有大体为M形的横截面，并且通过把薄钢条以模压辊模制成环形形状来整体构造，此环体在某一处具有贯穿横截面的切口。
环形螺旋弹簧7通过约束力把支撑件4沿径向向内压向活塞杆8，从而上和下刮板件2、3的内周边与活塞杆8的外周面14压力接触。这保证润滑油被有效地从活塞杆的外周面上刮除。
由于此实施例的刮油环体是用薄钢条整体模制而形成大致M形的横截面，因此刮油环体具有柔性。结果，因为环形螺旋弹簧7的约束力，上和下刮板件2、3的内周边在整个圆周上容易地与活塞杆的外周面配合并保持接触，这样从一开始就具有良好的刮油性能。另外，由于上和下刮板件具有薄的板形构造，所以甚至当磨损继续时也不会增加接触面积，这保证了良好的刮油性能会保持一段时间。
标号9指明一表面处理层，可以有效地增强刮油环的耐用性或改善对活塞杆的最初适应性。
图2是表明根据本发明第二实施例的刮油环1的结构的剖视图。此视图与图1对应。
在此实施例中刮油环体1也通过以支撑件4连接上刮板件2和下刮板件3来形成。支撑件4在它的外圆周侧面上具有环形沟槽6，在沟槽6中形成有许多回油孔5，这些孔在圆周方向上间隔开布置。拉伸的环形螺旋弹簧7装入沟槽6中。
包括上和下刮板件2、3和支撑件4的刮油环体具有大体I形或H形的横截面，并且可以通过模压具有成型截面的线材整体模制而成，这些线材拉制成预定的I形或U形结构，并通过卷绕加工制成环形，此环在某处具有贯穿横截面的切口。
环形螺旋弹簧7通过约束力把支撑件4沿径向向内压向活塞杆8，从而上和下刮板件2、3的内周边与活塞杆8的外周面压力接触。这保证了润滑油被有效地从活塞杆的外周面上刮除。
由于刮油环的上和下刮板件以及支撑件部分是整体模制从而确定一大体I形或M形的横截面，环体在此实施例中也具有柔性。结果，因为环形螺旋弹簧7的约束力，上和下刮板件2、3的内周边在整个圆周上容易地与活塞杆的外周面相适配并与之保持接触。这样从一开始就具有良好的刮油性能。另外，由于上和下刮板件具有薄板形的构造，所以甚至当磨损继续时也不会增加接触面积。这保证了良好的刮油性能会保持一段时间。
图4是一部分透视图，表明根据本发明第三实施例的刮油环的结构。刮油环通过整体模制下刮板件3和支撑件4来形成。上刮板件22模制为单独的部件，即为一环形侧面刮板件22，并且具有接合端面而其自身没有张力。环形侧面刮板件22由在支撑件4的上部形成的一侧面刮板件支撑部分支撑并由支撑件保持定位。
如表明把刮油环安装到活塞杆8上的图5所示，侧面刮板件支撑部分具有一支撑凸起部10用于在靠近侧面刮板件22内圆周部分的位置从下侧面接触刮板件来支撑该侧面刮板件，还具有一凸缘11，用于通过接触侧面刮板件22的外周边来把该侧面刮板件压向其内圆周部分。环形螺旋弹簧7的约束力通过凸缘11作用于侧面刮板件22上，从而侧面刮板件22的内圆周边与活塞杆8的外周面14压力滑动接触。同时，下刮板件3的内周边也与活塞杆8的外周面压力滑动接触。
凸缘11具有一表面15与侧面刮板件22靠接。表面15最好制成为沿径向稍微向外倾斜。凸缘11的倾斜表面15把侧面刮板件22压向它的内周边，从而刮板件22的内周边与活塞杆8的外周面14紧密接触。同时，倾斜表面15在轴向上抬高侧面刮板件22的外圆周部分，使得刮板件22、23与环槽12的壁表面13靠接，从而改善刮油环和壁表面之间的密封(侧面密封)。
如果从活塞杆轴线的方向量起，凸缘11的倾斜表面15的倾斜角度小于5度，只会具有很小的效果。另一方面，如果倾斜角大小40度，环槽的侧壁13和刮板件22之间的接触压力就会过大。这会产生过大的摩擦力，结果刮板件22就不太能够与活塞杆的外周面相适应。因此，根据本发明，倾斜角最好设定为10到25度之间。侧面刮板件支撑部分，支撑件6和下刮板件3通过冲压钢条和用模压辊模制制成为一个整体。
图6是一局部透视图，表明根据本发明第四实施例的刮油环1的结构。根据本实施例的刮油环1包括模制为单独部分的上刮板件和下刮板件，即环形侧面刮板件22和33，每一个具有接合端面并且自身不带张力。支撑件4制成为具有侧面刮板件支撑部分，每一部分以类似于第三实施例的方式具有支撑凸起10和凸缘11。刮板件支撑部分分别支撑每一环形侧面刮板件22和33。
支撑件4和它的侧面刮板件支撑部分具有总体上大致为I形或H形的横截面，并且可以通过模压具有成形截面的线材制成为一个整体，线材拉制成预定的I形或H形结构，通过卷绕加工制成环形，此环在某处具有贯穿横截面的切口。
环形螺旋弹簧7通过约束力沿径向把支撑件4向内压向活塞杆8，从而上和下刮板件22、33的内周边与活塞杆8的外周面压力接触。这保证了润滑油可以有效地从活塞杆的外周面上刮除。
由于上和下刮板件以及刮油环的支撑件部分是整体模制从而确定大致I形或H形的横截面，第四实施例的刮油环体也具有柔性。结果，因为环形螺旋弹簧7的约束力，上和下刮板元件22、33的内周边容易地在整个圆周上与活塞杆的外周面相适应并与之保持接触，这样从早期开始就具有良好的刮油性能。另外，因为上和下刮板元件具有薄的板形结构，所以甚至当磨损继续时接触面积也不会增加。这保证了良好的刮油性能会保持一段时间。
进而，在图6所示的第四实施例中，支撑侧面刮板件的元件，即包括支撑件4和侧面刮板件支撑部分的元件，制造为具有在周向上分隔开的沿径向延伸的缝隙6。在图7所示的第四实施例的修改形式中，缝隙从内周边沿径向延伸。在图8所示的第四实施例的另一修改形式中，缝隙从外周边沿径向延伸。这些缝隙增强了元件的柔性从而侧壁会更密贴地适应活塞杆的外周面。
因此，在本发明的活塞杆密封装置中，使用一刮油环，此环构造为具有大致为M形、I形或H形的横截面，包括上和下刮板元件，刮板元件的内周边在活塞杆上滑动，同时通过安装到刮油环的外侧的环形螺旋弹簧的约束力与活塞杆的外周面压力接触。结果，刮油环很好地与活塞杆的外周面相适应。这意味着活塞杆外周面和刮板元件内周边之间的缝隙不会扩大，因此沿整个圆周的密封从开始阶段就可以保持。从而，可以消除润滑油未被刮除现象的出现，以便减少润滑油的消耗和更换零件的频率。进而，在本发明中使用的刮油环呈现良好的适应性。结果，如果刮油环装到具有非完全圆形但呈现一定圆度的截面的活塞杆上，刮油环可以适应活塞杆的外周面而保持良好的接触。这使得没必要进行修正工作，而在修正工作中实际部件要在工厂中装配在一起，从而方便了替换零件的操作。
在不偏离本发明的实质和范围的情况下可以有许多明显不同的实施例，应该理解，除非在后附的权利要求书中有限定，本发明并不限于这些具体的实施例。

Claims (7)

1.一种用于密封发动机活塞杆的密封装置，所述活塞杆可往复运动地装纳在海船的密封槽中，所述密封装置具有：
一组装刮油环，所述刮油环包括：一上刮板件(2)，一下刮板件(3)，一于上部和下部支撑所述上刮板件和所述下刮板件的支撑件(4)，所述支撑件在其外周面上具有一环形槽(6)；
所述刮油环沿其整个周长具有呈M形、I形或H形的横截面，而在一个位置上具有一个贯穿横截面的切口，当所述刮油环由所述上刮板件(2)、所述下刮板件(3)和所述支撑件(4)整体地成形时，所述支撑件(4)与所述上刮板件(2)和所述下刮板件(3)的组合取一种M形的横截面形状；
所述所述环形槽(6)在周向上具有许多间隔开的油孔(5)，所述油孔(5)限制在所述环形槽(6)处；
其特征在于：
一环形螺旋弹簧(7)以拉伸状态装入所述环槽(6)中，用来沿径向将所述支撑件(4)向内压向所述活塞杆(8)，从而使所述上刮板件(2)和下刮板件(3)的内周边表面与作往复运动的所述活塞杆(8)的外周面压力接触。
2.如权利要求1所述的密封装置，其中，所述刮油环通过整体制造所述上刮板元件、所述下刮板元件和所述支撑件而模制成具有大致M形、I形或H形的横截面。
3.如权利要求1所述的密封装置，其中，所述刮油环包括：
一侧面刮板元件，通过把一具有相当小宽度的金属条模制成环形形状制得，此环在某一处具有贯穿横截面的切口；和
一支撑件，具有随侧面刮板件支撑装置提供的上部，所述侧面刮板件支撑装置具有一侧面刮板件支撑部用来沿活塞杆轴向支撑所述刮板元件，还具有一凸缘与所述侧面刮板元件的外周边相靠接用来把所述侧面刮板元件沿径向向内压。
4.如权利要求1所述的密封装置，其中，所述刮油环包括：
一上侧面刮板元件，通过把一具有相当小宽度的金属条模制成环形形状制得，此环在某一处具有贯穿横截面的切口；
一下侧面刮板元件，通过把一具有相当小宽度的金属条模制成环形形状制得，此环在某一处具有贯穿横截面的切口；和
一支撑件，具有随上和下侧面刮板件支撑装置提供的上部和下部，所述上和下侧面刮板件支撑装置具有上和下侧面刮板件支撑部用来沿活塞杆轴向分别支撑所述上和下侧面刮板元件，并且上和下凸缘分别与所述上和下侧面刮板元件的外周边相靠接用来把所述第一和第二侧面刮板元件沿径向向内压。
5.如权利要求3或4所述的密封装置，其中，每个所述凸缘的内周侧面从活塞杆轴线方向以5到40度的角度沿径向向外倾斜。
6.如权利要求3或4所述的密封装置，其中，所述侧面刮板件支撑部制成为凸起，用来在所述侧面刮板元件的内周侧面附近的刮板元件侧表面处支撑相应侧面刮板元件。
7.如权利要求5所述的密封装置，其中，所述侧面刮板件支撑部制成为凸起，用来在所述侧面刮板元件的内周侧面附近的刮板元件侧表面处支撑相应侧面刮板元件。
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