CN111237163A - 一种高寿命的活塞环密封系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于压缩机领域，具体公开了一种高寿命的活塞环密封系统，包括安装在活塞上的活塞环，还包括支撑环，所述支撑环同轴固定在活塞环上，且支撑环的外径小于活塞环的外径；所述活塞环和支撑环上均设有切口，活塞环的切口与支撑环的切口错开设置；所述活塞环的侧壁上设有周向槽，且活塞环朝向高压的一侧设有平衡孔，所述平衡孔与周向槽相连通；所述周向槽内固定设有磁块，所述支撑环的导热系数大于活塞环的导热系数。相对于传统的活塞环，本方案通过独特的结构，在保证活塞环的强度的同时，从减少摩擦力、减少碎屑和避免局部高温几个方向同时进行改进，有效地减缓了活塞环的磨损，大幅度地增加活塞环的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于压缩机领域，具体公开了一种高寿命的活塞环密封系统。
背景技术
往复压缩机工作过程中需保证气缸工作腔密闭以改变容积提高气体压力。活塞环即是封闭活塞与气缸之间间隙的动态密封结构。
工作中，活塞环在环前（高压侧）压力 
和环后（低压侧）压力 
的压力差作用下，被推向压力较低
的一侧，密封了气体沿环槽端面的泄漏。作用在活塞环内圆上的压力，约为环前的压力 
，此压力大于作用在活塞环外圆上的平均压力，于是形成压差，将环压向气缸镜面，阻止了气体沿气缸壁面的泄漏。
随着曲轴旋转，活塞在气缸内做往复运动，活塞环外圆工作面与气缸镜面间不断摩擦，该摩擦是影响活塞环使用寿命的核心因素。摩擦会导致气缸镜面和活塞环的磨损，摩擦热还会使工作温度升高，而温度升高又会显著地降低活塞环的耐磨性，从而加快活塞环的磨损。
现有的活塞环密封系统通常是采用更优质的材料和更好的润滑油，但是仅仅从材料上进行调整显然存在瓶颈，也无法满足中小企业生产成本的要求。因此急需一种高寿命的活塞环密封系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高寿命的活塞环密封系统，以增加活塞环的使用寿命。
为了达到上述目的，本方案提供一种高寿命的活塞环密封系统，包括安装在活塞上的活塞环，还包括支撑环，所述支撑环同轴固定在活塞环上，且支撑环的外径小于活塞环的外径；所述活塞环和支撑环上均设有切口，活塞环的切口与支撑环的切口错开设置；所述活塞环的侧壁上设有周向槽，且活塞环朝向高压的一侧设有平衡孔，所述平衡孔与周向槽相连通；所述周向槽内固定设有磁块，所述支撑环的导热系数大于活塞环的导热系数。
本发明的原理和有益效果在于：
除了背景技术中指出的公知的导致活塞环的使用寿命的原因外，经过长期的实践测试发现，活塞环的磨损往往是发生在中后期，其核心原因为：①润滑油中含有细小的铁屑杂质，这些杂质则会加大活塞环与气缸的摩擦，导致活塞环快速磨损；②活塞环开始被磨损后，被磨损掉的碎屑则一直残留在活塞环和气缸之间，这又加重了活塞环的磨损，也是为什么一旦发生磨损后，活塞环后期会被加速的磨损的原因。
本方案中周向槽的设置，一方面是可以设置磁块，通过磁块来吸住润滑油中的碎屑；另一方面其配合平衡孔，使得一部分高压的气体进入到周向槽中，用于平衡高压对活塞环的推力，进而减少活塞环和气缸之间的摩擦力；再一方面，周向槽的设置，可以使得高压气体的力均分到活塞环的凹槽中，减少了活塞环局部被磨损的几率。
由于周向槽的设置，活塞环与气缸的摩擦面积减少，但强度在一定程度被降低。而支撑环的设置则有效的加强了活塞环的强度。另外，由于支撑环的导热系数大于活塞环，通常是采用高导热系数的材料制成，则可快速地将活塞环的热量导出，避免其局部高温。
相对于传统的活塞环，本方案通过独特的结构，在保证活塞环的强度的同时，从减少摩擦力、减少碎屑和避免局部高温几个方向同时进行改进，有效地减缓了活塞环的磨损，大幅度地增加活塞环的使用寿命。
进一步，所述活塞环上设有多个定位块，所述支撑环上设有与定位块匹配的定位孔，定位块插入定位孔中将活塞环和支撑环固定。通过此种结构进行固定，方便拆卸替换，固定效果也好。
进一步，密封系统中活塞环的切口有两种不同形式，位于上方的活塞环上的切口为直切口或斜切口，位于下方的活塞环上的切口为径向搭接口。这种切口设置可以通过增加前面环的泄漏量来达到泄压的目的，从而使各环承受的压差趋于均匀。
进一步，活塞环上的切口为斜切口，位于上方的活塞环的切口的间隙大于位于下方的活塞环的间隙。这种切口设置可以通过增加前面环的泄漏量来达到泄压的目的，从而使各环承受的压差趋于均匀。
进一步，所述磁块的表面涂设有耐腐蚀涂层。涂层的设置，可有效地增加磁块的使用寿命。
进一步，所述周向槽的槽口设有倒角。倒角的设置，可有效地减少活塞环和气缸的磨擦。
附图说明
图1为本发明实施例的示意图。
图2为本发明实施例的剖视图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：活塞环10、周向槽11、磁块12、平衡孔13、定位块14、支撑环20、气缸30、活塞40。
如图1所示，该图为本实施例一种高寿命的活塞环10密封系统的简单爆炸图。其主要包括活塞环10和支撑环20两个部分。一个活塞环10和一个支撑环20组成一个密封单元。密封单元的数量为多个，本方案中采用五个密封单元的结构。活塞环10要注意选择耐磨性的材质，而支撑环20则主要选择导热系数高的材质，这里支撑环20的导热系数需大于活塞环10的导热系数，具体的材质本领域的人员可以自行选择。
活塞环10呈凸台的形状，其表面设有多个定位块14。对应的支撑环20上也设有多个定位孔，定位块14插入定位孔中将活塞环10和支撑环20固定。通过此种结构进行固定，方便拆卸替换，固定效果也好。
活塞环10和支撑环20同轴心固定，活塞环和支撑环上均设有切口。活塞环采用斜切口，位于上方第一组和第二组的活塞环10采用的斜切口的间隙大于位于下方第三、第四和第五组的活塞环10上的斜切口的间隙。另一种方案是，将位于上方第一组和第二组的活塞环10上的切口设置为直切口或斜切口，位于下方第三组、第四组和第五组的活塞环10上的切口设置为径向搭接口。这两种切口设置可以通过增加前面环的泄漏量来达到泄压的目的，从而使各环承受的压差趋于均匀。
当然，支撑环采用其他的形式的比如径向搭接口也可以，但是要注意，活塞环10的切口与支撑环20的切口要错开设置。
如图2所示，左侧为高压区，右侧为低压区。最上方的是气缸30、最下方的是活塞40。活塞环10的侧壁上设有周向槽11，周向槽11的槽口上均进行倒角设置，以减少摩擦。活塞环10的左侧设有平衡孔13，平衡孔13向下倾斜设置，并与周向槽11相连通。周向槽11的底部内固定设有磁块12。为了增加磁块12的使用寿命，在磁块12的表面涂设有耐腐蚀涂层。
本方案通过周向槽11的设置，活塞环10与气缸30的摩擦面积减少，但强度在一定程度被降低。而支撑环20的设置则有效的加强了活塞环10的强度。另外，由于支撑环20的导热系数大于活塞环10，通常是采用高导热系数的材料制成，则可快速地将活塞环10的热量导出，避免其局部高温。
与传统的密封系统相比，本方案通过独特的结构，在保证活塞环10的强度的同时，从减少摩擦力、减少碎屑和避免局部高温几个方向同时进行改进，有效地减缓了活塞环10的磨损，大幅度地增加活塞环10的使用寿命。
需要提前说明的是，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定” 等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (6)
1.一种高寿命的活塞环密封系统，包括安装在活塞上的活塞环，其特征在于：还包括支撑环，所述支撑环同轴固定在活塞环上，且支撑环的外径小于活塞环的外径；所述活塞环和支撑环上均设有切口，活塞环的切口与支撑环的切口错开设置；所述活塞环的侧壁上设有周向槽，且活塞环朝向高压的一侧设有平衡孔，所述平衡孔与周向槽相连通；所述周向槽内固定设有磁块，所述支撑环的导热系数大于活塞环的导热系数，一个活塞环和一个支撑环组成一个密封单元，所述密封单元的数量为多个。
2.根据权利要求1所述的一种高寿命的活塞环密封系统，其特征在于：所述活塞环上设有多个定位块，所述支撑环上设有与定位块匹配的定位孔，定位块插入定位孔中将活塞环和支撑环固定。
3.根据权利要求1所述的一种高寿命的活塞环密封系统，其特征在于：位于上方的活塞环上的切口为直切口或斜切口，位于下方的活塞环上的切口为径向搭接口。
4.根据权利要求1所述的一种高寿命的活塞环密封系统，其特征在于：活塞环上的切口为斜切口，位于上方的活塞环的切口的间隙大于位于下方的活塞环的间隙。
5.根据权利要求1所述的一种高寿命的活塞环密封系统，其特征在于：所述磁块的表面涂设有耐腐蚀涂层。
6.根据权利要求1所述的一种高寿命的活塞环密封系统，其特征在于：所述周向槽的槽口设有倒角。
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