CN111473106A - 一种适用微型无油压缩机宽工况运行的活塞环结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无油压缩机技术领域，具体涉及一种适用微型无油压缩机宽工况运行的活塞环结构。本发明包括环体，所述环体的左开口端沿环体周向凸设有下延伸块，环体的右开口端沿环体周向凸设出上延伸块，下延伸块与下延伸块彼此平行，且上延伸块与环体的右开口端间配合形成右台阶部，上延伸块与下延伸块的相邻面垂直环体轴线且面贴合布置；上延伸块和/或下延伸块处沿环体周向凸设有子延伸块，环体的相应开口端处凹设有可供子延伸块伸入的配合凹口，子延伸块与配合凹口的相邻面平行或斜向相交于环体轴线且两者相邻面面贴合布置。本发明能确保活塞环相对活塞体的密封效果，进而有效降低压缩机的泄漏量，适于压缩机在宽工况下运行所使用。

Description

一种适用微型无油压缩机宽工况运行的活塞环结构

技术领域

本发明涉及无油压缩机技术领域，具体涉及一种适用微型无油压缩机宽工况运行的活塞环结构。

背景技术

活塞环作为无油压缩机的关键部件之一，其结构形式和设计参数对压缩机性能有着重要的影响。传统无油压缩用活塞环为开口环形式，以便于在因工作产生热膨胀时能提供径向活动余量并始终适配活塞体使用。传统活塞环因设计及装配原因，活塞环开口处必然存在开口间隙，开口间隙造成内环面与活塞体表面之间必然存在一定的泄漏通道。实际工作时，一方面，现有活塞环过度注重轴向上的密封效果，而往往忽视了径向上的泄漏问题；工作时，压缩机内高压气体会沿轴向进入活塞环内表面，并随后沿活塞环的开口间隙所形成的泄漏流道泄出，造成排气量降低状况。另一方面，即使所述开口间隙与泄漏流道精确设计，从而使其影响性达到最小，但由于活塞环的不断磨损，随之也会使得上述开口间隙逐渐增大，排气量降低状况仍不可避免会发生。现有降低压缩机性能对配合间隙的敏感性的措施，通常选取两组以上的活塞环组合使用，由于活塞环开口处泄漏量较大，因此通常装配时会人为的将相邻两道活塞环的开口位置错开的越远越好。然而，由于活塞环周向的自由度，大部分活塞环在运行一段时间之后，两道环开口会逐渐靠近，随之导致压缩机泄漏量的增大，效果显然不够理想。是否能够突破传统活塞环密封结构设计的局限性，设计一种适用于宽工况条件下运行的微型无油压缩机新型活塞环密封结构，从而能消除传统活塞环开口存在的固有泄漏流道，确保在较大的开口间隙下活塞环同样具有较小的泄漏量，最终满足压缩机在宽工况下运行的需要，为本领域近年来所亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种结构合理而实用的适用微型无油压缩机宽工况运行的活塞环结构，本活塞环结构能确保自身相对活塞体的密封效果，进而有效降低压缩机的泄漏量，适于压缩机在宽工况下运行所使用。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种适用微型无油压缩机宽工况运行的活塞环结构，包括外形呈“C”字开口环状的环体，其特征在于：所述环体的左开口端沿环体周向凸设有下延伸块，下延伸块与环体的左开口端间配合形成左台阶部，环体的右开口端沿环体周向凸设出上延伸块，下延伸块与下延伸块彼此平行，且上延伸块与环体的右开口端间配合形成右台阶部，上延伸块与下延伸块的相邻面垂直环体轴线且面贴合布置；上延伸块和/或下延伸块处沿环体周向凸设有子延伸块，而环体的相应开口端处凹设有可供子延伸块伸入的配合凹口，子延伸块与配合凹口的相邻面平行或斜向相交于环体轴线且两者相邻面面贴合布置。

优选的，所述上延伸块与下延伸块均为沿环体周向方向凸设的弧形方块状，以使得左台阶部及右台阶部均形成二段式阶梯结构；所述配合凹口为沿环体周向内凹的弧槽状或缺口状，以适配式的插入弧形方块状的子延伸块；上延伸块与下延伸块之间的配合面垂直于子延伸块与配合凹口之间的配合面。

优选的，所述环体的内环面处同轴的内凹设置有用于安装“C”字状的弹力环的环形沉槽；环体内环面处还径向凸设有用于适配活塞体外壁处预设的定位孔的定位凸起，所述定位凸起在环体轴向上横跨环形沉槽以便避让弹力环的安装路径；弹力环的一端布置向内弯折的定位钩，定位凸起的一侧处凹设有用于配合和容纳定位钩的周向定位槽。

优选的，所述定位凸起为两组以上且沿环体周向均布。

优选的，环体的外环面处同轴的内凹设置有用于提升环体与气缸镜面间接触压力的沟槽，所述沟槽的两端与环体的两开口端间均存有间距。

本发明的有益效果在于：

1)、为降低微型无油压缩机活塞环的泄漏量，本发明通过减小泄漏流道同时增加泄漏路径来实现。一方面，在传统的开口环结构上，布置轴向流道密封结构，也即彼此交错穿插的左台阶部与右台阶部，以通过两台阶部的垂直环体轴线的相邻面的面贴合状态，来实现轴向上的密封效果。另一方面，在左台阶部的上延伸块及右台阶部的下延伸块上，再布置与左台阶部及右台阶部类似的咬合结构，从而以下延伸块与配合凹口之间相邻面的平行或斜向相交于环体轴线的面贴合状态，以实现周向上的密封功能。通过上述结构，原先的贯通的泄漏流道被人为的通过相邻面的面贴合密封来消除，又通过保留开口环的大体结构而确保了活塞环的原本的开口装配功能；即使因工作磨损而导致活塞环与活塞体之间的配合间隙增加，通过子延伸块与配合凹口的相邻面间的面贴合状态，也能始终确保活塞环在径向上的密封性，成效显著。

综上，本发明可以解决传统微型无油压缩机活塞环密封结构在宽工况条件下泄露严重以及可靠性低的问题，有效提高无油压缩机的寿命同时降低能耗以及维护成本，并进一步推动无油压缩机机逐渐代替传统有油压缩机，最终满足日渐严苛的绿色环保要求。

2)、实际制作时，所谓的左台阶部及右台阶部，可以采用多层台阶结构，甚至可采用“S”型等类台阶式的曲线构造，只需能在环向相邻面上能实现面配合效果即可；子延伸块与相应的配合凹口同理。本发明为在保证初始设计功能的基础上，进一步的简化加工流程，一方面，子延伸块与配合凹口的相邻面优选平行于环体轴线，从而尽可能起到封闭径向泄漏的功能；另一方面，优选采用二段式台阶结构来形成左台阶部及右台阶部，甚至子延伸块也可以作相应考虑，以提升综合性价比。

3)、由于压缩机的活塞环开口处难免存在一定的泄漏，为了延长泄漏路径，传统通常都是采用两组活塞环配合来进行周向限制，并保证相邻两道活塞环开口近似处于对角180°位置。为实现活塞环的上述周向限制，本发明在活塞体上设置两个定位孔，同时在活塞环上设置相应的定位凸起，安装时将两者配合即可实现活塞环的周向相对固定，从而保持了活塞环的装配平衡效果。更重要的是，本发明还增设了棒状的弹力环。弹力环在能始终协助保持环体的弹性力的同时，还能通过与环形沉槽及周向定位槽的配合来锁定弹力环的径向、周向及轴向位置，随之确保了对棒状的弹力环的径向、周向及轴向自由度的可靠限制效果，不仅有效的避免了弹力环飞出的危险，同时也可大大提高弹力环工作的稳定性及压缩机运行的可靠性。

4)、进一步的，为减小环体外环面与气缸间的泄漏，在环体的与气缸镜面接触的外环面处设置一道甚至多道沟槽。沟槽的设置相当于提高了本发明与气缸镜面间的接触压力，同时也增加了泄漏路径，从而可以进一步减小气体泄漏状况，以提升压缩机的工作可靠性及稳定性。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为环体的立体结构示意图；

图3为环体左台阶部处下延伸块及配合凹口的布置位置示意图；

图4为弹力环的立体结构示意图；

图5为本发明的正视图；

图6为图1的剖视图；

图7为活塞体的立体结构示意图；

图8为本发明的立体装配结构示意图。

本发明各标号与部件名称的实际对应关系如下：

10-环体 11-左台阶部 11a-下延伸块

12-右台阶部 12a-上延伸块 13-子延伸块 14-配合凹口

15-环形沉槽 16-定位凸起 16a-周向定位槽 17-沟槽

20-弹力环 21-定位钩

具体实施方式

为便于理解，此处对本发明的具体结构及工作方式作以下进一步描述：

本发明的具体实施结构可参照图1-8所示，其主要结构包括环体10及弹力环20。其中：

环体10外形呈如图1-3及图6所示的“C”字状开口环状。实际制作时，环体10的开口处相向的咬合状的延伸出如图1-2所示的上延伸块11a及下延伸块12a，以便相应的形成左台阶部11及右台阶部12；同时，在左台阶部11及右台阶部12上再继续延伸出子延伸块13。这样，一方面，在传统的开口环结构上，布置轴向流道密封结构，也即彼此交错穿插的左台阶部11与右台阶部12，两台阶部的相邻的贴合面处于环体10的横截面上，以实现轴向上的由上而下或由下而上的面密封效果。另一方面，在左台阶部11的上延伸块12a及右台阶部12的下延伸块11a上，再布置子延伸块13从而形成与左台阶部11及右台阶部12类似的咬合结构，此时子延伸块13与相应配合凹口14之间的相邻的贴合面处于圆周面或者说是平行于环体10的轴线方向上，以实现周向上的由内而外甚至由外而内的密封功能。实际工作时，无论环体10如何受热胀开或者环体10与活塞体之间的配合间隙如何扩大，只要上述两处贴合面始终处于密封胀开，则整个活塞结构的密封效果均能得到有效保证。当然，实际操作时，子延伸块13与相应配合凹口14之间的相邻的贴合面处于圆周面或者说是平行于环体10的轴线方向上是优选操作；而只要两者贴合面不处于完全重合或者完全垂直环体10轴线方向上，或者说当两者贴合面处于斜向相交或平行环体10轴线时，是均能起到径向上的由内而外的气路封闭效果的。

考虑到常规需采用相邻两道活塞环开口近似处于对角180°位置进行安装，以尽可能减少气体介质泄漏状况，因此，为实现对环体的周向限制功能，本发明一方面如图7所示的在活塞体上设置两个方形或其他外形的定位孔，同时在环体10的内环面上设置相应的定位凸起16，安装时将两者配合形成如图8状态，即可实现本发明的周向相对固定效果。而另一方面，为减小环体10外环面与气缸镜面间的泄漏，环体10的外环面处还如图1-2及图5所示的设置一道甚至更多道沟槽17，以进一步可以减小活塞环的泄漏。

为避免弹力环20飞出的可能，本发明设计了棒状的弹力环20。实际组装时，弹力环20与环体10内环面处的环形沉槽15相配合；环形沉槽15的槽腔适配弹力环20的外形，以便限制弹力环20的径向自由度。同时的，弹力环20一端设置有呈现90°内弯曲形式的定位钩21。装配时，由于定位凸起16横跨环形沉槽15，也即定位凸起16与环形沉槽15间实质上是形成了类似隧道结构；此时，将弹力环20的尾端沿环形沉槽15槽长方向滑入环形沉槽15及所述隧道结构内，直至弹力环20首端处的定位钩21沿环形沉槽15的槽长方向最终嵌入定位凸起16处预设的周向定位槽16a内，具体参照图1、图4及图6所示。上述弹力环20与环形沉槽15及定位凸起16的配合结构，显著的限制了弹力环20的周向、轴向及径向自由度，实现了弹力环20的有效相对固定，从而可以避免弹力环20飞出的危险，可大大提高弹力环20工作的稳定性及压缩机运行的可靠性。

当然，以上为本发明的其中一种具体的实施例。实际操作时，对作为动力源的各气缸的等同替换，如转而采用横截面为其他外形的弹力环20而不是棒状，左台阶部11及右台阶部12使用其他台阶结构来取代，甚至沟槽17布置更多组或沟槽17外形呈现方槽乃至圆槽等结构，这些在本发明原有结构基础上的常规结构改变，均应当作为等同或相似设计而落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种适用微型无油压缩机宽工况运行的活塞环结构，包括外形呈“C”字开口环状的环体(10)，其特征在于：所述环体(10)的左开口端沿环体(10)周向凸设有下延伸块(11a)，下延伸块(11a)与环体(10)的左开口端间配合形成左台阶部(11)，环体(10)的右开口端沿环体(10)周向凸设出上延伸块(12a)，下延伸块(11a)与下延伸块(11a)彼此平行，且上延伸块(12a)与环体(10)的右开口端间配合形成右台阶部(12)，上延伸块(12a)与下延伸块(11a)的相邻面垂直环体轴线且面贴合布置；上延伸块(12a)和/或下延伸块(11a)处沿环体(10)周向凸设有子延伸块(13)，而环体(10)的相应开口端处凹设有可供子延伸块(13)伸入的配合凹口(14)，子延伸块(13)与配合凹口(14)的相邻面平行或斜向相交于环体轴线且两者相邻面面贴合布置。

2.根据权利要求1所述的一种适用微型无油压缩机宽工况运行的活塞环结构，其特征在于：所述上延伸块(12a)与下延伸块(11a)均为沿环体(10)周向方向凸设的弧形方块状，以使得左台阶部(11)及右台阶部(12)均形成二段式阶梯结构；所述配合凹口(14)为沿环体(10)周向内凹的弧槽状或缺口状，以适配式的插入弧形方块状的子延伸块(13)；上延伸块(12a)与下延伸块(11a)之间的配合面垂直于子延伸块(13)与配合凹口(14)之间的配合面。

3.根据权利要求1或2所述的一种适用微型无油压缩机宽工况运行的活塞环结构，其特征在于：所述环体(10)的内环面处同轴的内凹设置有用于安装“C”字状的弹力环(20)的环形沉槽(15)；环体(10)内环面处还径向凸设有用于适配活塞体外壁处预设的定位孔的定位凸起(16)，所述定位凸起(16)在环体(10)轴向上横跨环形沉槽(15)以便避让弹力环(20)的安装路径；弹力环(20)的一端布置向内弯折的定位钩(21)，定位凸起(16)的一侧处凹设有用于配合和容纳定位钩(21)的周向定位槽(16a)。

4.根据权利要求3所述的一种适用微型无油压缩机宽工况运行的活塞环结构，其特征在于：所述定位凸起(16)为两组以上且沿环体(10)周向均布。

5.根据权利要求1或2所述的一种适用微型无油压缩机宽工况运行的活塞环结构，其特征在于：环体(10)的外环面处同轴的内凹设置有用于提升环体(10)与气缸镜面间接触压力的沟槽(17)，所述沟槽(17)的两端与环体(10)的两开口端间均存有间距。

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