CN1138890A - 活塞缸筒组件中的密封装置 - Google Patents
活塞缸筒组件中的密封装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1138890A CN1138890A CN95191211A CN95191211A CN1138890A CN 1138890 A CN1138890 A CN 1138890A CN 95191211 A CN95191211 A CN 95191211A CN 95191211 A CN95191211 A CN 95191211A CN 1138890 A CN1138890 A CN 1138890A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- piston
- cylinder barrel
- central axis
- seal arrangement
- described seal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
- F04B39/04—Measures to avoid lubricant contaminating the pumped fluid
- F04B39/041—Measures to avoid lubricant contaminating the pumped fluid sealing for a reciprocating rod
- F04B39/045—Labyrinth-sealing between piston and cylinder
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B35/00—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for
- F04B35/04—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being electric
- F04B35/045—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being electric using solenoids
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Compressor (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
- Sealing Devices (AREA)
- Sealing With Elastic Sealing Lips (AREA)
- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
一种包括一个缸筒(3)和一个活塞(7)的装置,活塞(7)相对于缸筒(3)无接触式导向。在缸筒(3)和活塞(7)的外表面(15,14)之间形成了一个缝隙密封装置(12),它有非常薄和均匀的圆环状横截面。缸筒衬套(4)和活塞(7)的外表面(14,15)基本上是光滑的,并由一种与钢相比线性热膨胀系数很小的材料制成。准确地保持密封缝隙以及在缸筒衬套(4)中同心地导引活塞(7)是通过两个与外壳(5)刚性连接的导向装置(8,9)来保证。导向装置(8,9)沿活塞缸筒组件的中心轴线(2)方向是弹性的,而横向于中心轴线(2)方向刚度很大。借助于此导向装置(8,9)构成的在活塞(7)与缸筒(3)之间的缝隙密封装置的结构,在最小缝隙的情况下是不接触的,所以密封材料无磨损,与此同时活塞(7)的运动与缸筒(3)准确同心地被导引。
Description
本发明涉及一种活塞缸筒组件中的密封装置,它有一个在带缸筒衬套的缸筒内可沿中心线方向纵向运动的活塞,有一个活塞套和一个在缸筒衬套与活塞套之间的无接触式缝隙密封装置,用于密封一种处于过压下的液态或气态介质,其中,活塞缸筒组件装在外壳内。
这类密封装置按已知的方式应用于压缩机、伺服马达、量瓶或斯特林自由活塞发动机上,它们与气态的介质,或在伺服马达或量瓶的情况下有时也为液态的介质共同工作。目前普遍出现的特殊问题是,在该处的活塞缸筒组件不仅应在无滑动摩擦下工作而且应在无润滑剂的情况下运行。这例如在氧气压缩机中或食品工业用的压缩机中便是这种情况。这类已知的压缩机具有一个活塞缸筒组件,其中,活塞与缸筒之间的密封装置通过迷宫密封装置构成。在这种情况下,活塞在缸筒中必须尽可能被同心地导引,以避免活塞套与缸壁接触,并相应地防止了损伤或咬死。为满足这种导引条件,活塞上设有活塞杆,活塞杆支承在十字头中并在其中被导引。此十字头再按已知的方式通过连杆由旋转的曲轴传动。以此方式产生活塞所需的往复运动,在这种情况下,活塞在缸筒中所要求的导引由十字头保证。相应的压缩机在K.H.库特纳所著的专业书“活塞式压气机”(施普林格出版社出版第236页及以后的页中)作了说明。这种设计的缺点在于,在活塞套与缸壁之间不可能设置一个很窄的缝隙,而必须是一个较大的间隙。这一方面是由于十字头导引装置的运行间隙造成的,另一方面是由于无油压缩机需要比有机油润滑的活塞压缩机有长得多的结构形式。由于这种较长的结构形式,活塞从中心线的偏移或偏离总是比较大的,因此活塞与缸筒之间的自由间隙或间隙也必须保持得比较大。对于迷宫密封装置的结构也需这样,以保证活塞压力侧与无压力侧之间要求的密封。因为活塞在沿中心线方向移动运动时不能保持准确地在轴线上,所以在活塞套与缸壁之间的密封缝隙并不具有圆环形横截面,而是此横截面大多数情况下是月牙形。其结果是在一侧的间隙厚度几乎可以加倍,因此在该区内的密封性大大下降。密封间隙的这种非对称性导致严重的问题因而是不希望产生的,然而对于这类压缩机却是不可避免的。在密封装置的这一区域内的漏泄损失比较大。
由DE-B 1933159已知用于斯特林活塞式发动机的活塞缸筒组件,其中,活塞的定心和活塞与缸筒之间的密封通过O形圈实现。然而,这种结构在实际上只有很短的寿命,因为在无润滑剂的情况下工作时密封圈很快就用坏了,从而不再能保证定心和密封。此外,在压力介质循环回路中密封装置被磨损通常是不允许的,并同样会导致严重故障。因此在无润滑剂工作时采用这种方案不能做到活塞在中心线上准确导向和长期工作。
本发明的目的是提出一种活塞缸筒组件的密封装置结构,活塞在其中实施移动运动,它相对于缸筒准确定心,以及,在此结构中活塞相对于缸筒的中心线没有偏移,密封缝隙保持其圆环形横截面而不成为月牙形状,并因而可以设计得最小,在活塞缸筒组件装配时在活塞与缸筒之间不存在径向轴线偏移,也就是说所有构件可以是一种准确同心的装配,以及采取进一步的措施防止由于热膨胀而在活塞套与缸筒衬套之间壁面接触。
此目的通过权利要求1特征部分中所定义的特征来达到。本发明有利的改进结构按从属权利要求所述。
按本发明的活塞导向装置保证准确地导引活塞沿缸筒中心线移动运动,防止垂直于此中心线偏移运动。由此得到的优点是,在活塞套与缸壁之间可设置一个最小的密封缝隙,从而无需设置迷宫密封装置。也不存在密封缝隙的横截面有成为月牙形状并因而减少密封装置密封性能的危险性。在活塞与缸筒位置正确地组装时,通过在此结构中可达到的很薄的密封缝隙,保证可以获得相对于活塞加压端的密封性。采用活塞和缸筒构件上的锥形定位面得到的优点是,使这些构件准确地定位在同一根轴线上并保持在此位置上。由此保证活塞与缸筒在运动过程中没有任何接触点,并在全部使用寿命期间保持恒定的环形缝隙。缸筒与机器外壳的连接同样通过锥形定心面或通过多个弹性支撑。在外壳上至少固定三个支撑,其中,在缸筒外壳部分外表面上的弹性舌片,确定了缸筒的径向定位并因而定心。在缸筒与外壳未组装好的状态下,在弹性舌片处的支撑面确定了一个内径,这一内径小于缸筒外壳部分外表面的外径。因此获得的优点是将缸筒相对于外壳沿径向无间隙地安装和固定。其上贴靠有弹性支撑的那个外表面可以设计为外部表面或内部表面,相应地在支撑上的支撑面朝里或朝外。此结构的另一个优点在于,活塞和缸筒的构件,也就是构成缝隙密封装置的缝隙边界面的活塞套和缸筒衬套,由具有很小热膨胀系数的材料制造。这类材料是已知的,在本例中选用高含镍量的钢或烧结的石墨或碳。不同的构件在温度相同时应具有尽可能相同的热膨胀,其中,线性热膨胀系数至少应比非合金钢或铁的线性热膨胀系数小4倍。由此保证,活塞和缸筒之间的温度差实际上不会附加地改变密封缝隙。
通过在至少一个活塞或缸筒构件上采用石墨(这些构件形成缝隙密封装置的缝隙边界面),可以在发生故障时增加防止密封面损伤的可靠性。若由于外部影响(如侧向冲击或地震)产生了轴线的某些偏移,有可能发生这类故障情况。在这种情况下接触部分不会咬死,而是由烧结石墨制成的或镀有镍石墨层的那个构件被磨掉。由此获得的优点是,经过一个磨合时间后自动形成密封缝隙,以及活塞缸筒组件可以正常工作。但这一设计形式还有另一个优点,即活塞和缸筒在开始时实际上以一种滑合座组装在一起,经过适当的磨合,烧结石墨或具有镍石墨镀层的构件,亦即活塞套或缸筒衬套被磨平,因此通过磨合形成了密封缝隙。在要求密封缝隙尽可能小时就可以采用这一做法,并可以接受用于磨合的较高费用和紧接着消除磨损。替代烧结石墨或镍石墨镀层,也可以使用其他具有相同的热力学特性和自润滑性能的材料。不过所提及的材料证实是特别合适的。
为了在工作期间即使活塞和缸筒构件受热负荷并可能由此造成长度改变时,活塞和缸筒也不会偏离中心线,将各个构件在采用弹性夹紧件的情况下组装在一起,这些弹性夹紧件沿锥形定心面的轴线或中心线方向作用。通过锥形定心面与夹紧力的共同作用获得了一个优点,即,即使构件之间沿径向存在温度差也不会产生附加的间隙,因为这些构件在锥形导引面中沿轴向始终保持互相压靠在一起。这就保证了活塞和缸筒之间的同心度。
在按本发明的密封装置中,两个互相隔开间距设置的导向装置的每一个由多个板状弹性构件组成。所建议的这种具有弹性构件的导向装置结构提供的优点是,实施往复直线运动的活塞准确地定心在其中心线上并沿中心线导引。这些导向装置没有相对运动的构件并因而没有滑动磨损。活塞这样被两个导向装置导引和定心:它可相对于缸筒实施无接触式的纯轴向相对运动。这例如应用在无润滑剂的氧气压气机中,或在斯特林自由活塞发动机的无润滑剂活塞上。各个导向装置的弹性构件设在一个平面中,这一平面大体垂直于作往复运动的机器构件的中心线。在此平面内有设计为板状的主弹性构件部分。此主弹性构件部分的结构可以按已知的方法计算运动参数和弹簧参数,所以也可以准确确定机器构件的运动。在长的主弹性构件部分的外部设有较短的辅助弹性构件部分,后者垂直于主弹性构件部分,所以,此辅助弹性构件部分大体平行于中心线延伸。辅助弹性构件部分与主弹性构件部分的连接通过附加的连接件实现,此连接件配备有相应的紧固件,用于连接主弹性构件部分和辅助弹性构件部分的端部。采用在每个主弹性构件部分和有关的辅助弹性构件部分之间这种附加的连接件的结构,得到的优点是,弹性构件在折角部位是刚性的,弹性构件的变形只发生在板状区。各辅助弹性构件部分和主弹性构件部分以及连接件,可根据技术规定非常准确地制造,所以它们在组装时无论是有关的尺寸精度还是强度都具有所希望的值。采用传统的加工方法可以做到与规定的尺寸和强度值准确地一致,因为弹性构件和连接件具有简单的形状。此外,各个构件可以方便地加以检验,那些与标准数据有偏差的零件易于剔出。由多个弹性构件部分组装成的每个弹性构件可以适应各种不同的要求并带来明显的优点,即弹性构件的任何部分在加工时都不必变形,例如弯曲。各个弹性构件部分的板状设计,在任何时候都可以准确地加工到所要求的尺寸,例如通过磨削。通常情况下,主弹性构件部分和辅助弹性构件部分是平板。
每个导向装置的板状弹性构件最好设置为中心对称的,所以从中心线出发,在导向装置平面内沿径向向外延伸四个、六个或更多个弹性构件部分。在导向装置平面内的弹性构件部分的数量可以是奇数的,但是最好每个弹性构件包括一个在中心线两侧对称延伸的主弹性构件部分。因此,位于一个平面内的弹性构件之间各包容了一个相同大小的角度,这样做得到的优点是使机器的构件在中心线上准确对称地定心。
长的主弹性部分和短的辅助弹性部分的尺寸按已知的方式选择,使得导引活塞的这两个导向装置的刚度沿中心线方向比垂直于中心线方向至少大100倍。根据所要求的在密封缝隙区内的导引精度以及所产生的横向力,导向装置使用的刚度比为500和500以上。在按本发明的装置中现在还得到其他一些优点:通过匹配各个弹性构件部分可以改变承力、刚度或运动距离。刚度比例如不仅可通过改变板状弹性构件的尺寸来改变,而且也可以通过设置互相隔开距离的平行的两个辅助弹性部分或主弹性部分来改变,或将辅助弹性部分以及主弹性部分都作如此的设计。若要求不改变弹性常数,则可以在一个导向装置中在两个隔开间距排列的平面内设两组板状弹性构件。这就导致在保持大体相同刚度比的情况下提高了有关导向装置的承载能力。在所有这些不同的结构和实施形式中,总是可以使用主弹性构件部分、辅助弹性构件部分和连接件的相同的基本构件,所以简化了计算的基础,也使各个构件的制造容易得多。另一个优点在于,各弹性构件的主弹性部分可设计为整体式或分为两部分。若导向装置设在轴的端部,则主弹性部分设计为整体式是有利的,因为它便可借助于一个中央连接件与轴相连接。但若导向装置设在机器构件轴线区内任何地方,那么往往将主弹性构件部分设计为两个部分更为有利,此时主弹性构件部分朝向中心轴线的内端,通过适当的固定装置与轴连接。
利用那些构成按本发明密封装置的构件按要求的组合,可使活塞在缸筒内得到准确导引,从而可以无润滑剂运行,而且在活塞与缸筒之间的密封缝隙可具有最小尺寸。通过使用两个互相隔开间距设置的相同的导向装置,使活塞准确地沿中心轴线导引,并避免会造成故障的运动偏移。因此例如可以使自由活塞发动机,例如斯特林发动机的活塞或活塞杆,在不使用润滑剂的情况下在缸筒中移动,而且导引的是工作活塞和柱塞。由于磨损或润滑剂残渣污染压力介质的情况得以完全避免。在氧气压气机的设计或具有其他的不允许被润滑剂或磨损污染的压力介质的压缩机设计中涉及的情况相同。按本发明的密封装置不需要润滑剂,并且还保证在工作过程中在密封缝隙部位不产生磨损。
下面借助于表示实施例的附图详细说明本发明。其中:
图1通过一台示意表示的具有电磁式驱动装置的压缩机的纵剖面;
图2通过按图1所示具有一个带镀层的活塞的压缩和活塞缸筒区的纵剖面;
图3在图1和2上所示活塞导向装置之一的局部前视图;
图4具有双弹性构件和分成两部分的主弹性部分的导向装置的局部视图;
图5具有分为两部分的主弹性部分和成对设置的主弹性部分和辅助弹性部分的导向装置的局部视图;
图6图1的局部视图,具有用于缸筒的在外壳上的弹性支撑;以及
图7按图6沿中心轴线方向的结构视图,具有通过缸筒和活塞的局部剖面。
图1表示通过压缩机1的纵剖面,图中只表示了上部,下部按中心对称有相同的结构。压缩机1在外壳5中有一个电驱动装置,它由固定的电磁线圈10和可纵向移动的衔铁11组成。衔铁11与活塞杆6连接,活塞杆6和衔铁11有共同的中心轴线2,并可沿此中心轴线2的方向移动。活塞杆6支承在两个导向装置8和9上并准确地同心导引,这两个导向装置8和9互相隔开间距设置。在活塞杆6的前端16固定有一个带活塞套13的活塞7。活塞7被缸筒衬套4所围绕,缸筒衬套4是缸筒3的组成部分。缸筒3本身与外壳5相连并形成外壳5的一部分。缸筒3包括用于压力介质的工作腔18,以及按已知的方式具有入口阀19和出口阀20。在活塞套13和缸筒衬套4之间形成一个缝隙密封装置12,其中,活塞7无接触式地在缸筒衬套4中被导引。采用按本发明的这两个导向装置8、9的设计和结构,可以获得这种无接触式缝隙密封装置的设计。在图示的实例中,例如在活塞直径为45毫米时,在缝隙密封装置处的缝隙宽度可设计为0.01毫米。
活塞7由多个部分组成。活塞杆6有一个盘状法兰21,它构成圆筒状活塞套13的固定装置。第二个盘状法兰22与活塞套13的另一端共同作用,并通过弹性夹紧件23和夹紧螺母24与活塞杆6的前端16连接。这两个盘状法兰21、22有锥形的边缘区25或25′。活塞套13的两个端面同样设计为锥形。盘状法兰21的锥形边缘区25使活塞套13定心和准确地沿中心轴线2被导引。弹性夹紧件23沿中心轴线2的方向产生一个持续的夹紧力,并保证即使因温度变化而使其长度改变时也始终能将活塞套13准确同心地夹紧在两个盘状法兰21、22之间。弹性夹紧件23由一个板簧组成。在图示的举例中,活塞套13由烧结的石墨制成,在盘状法兰21、22的两个锥形边缘区25和25′之间的夹紧保证有持久的预压力和可靠地固定烧结件13。用作活塞套13和缸筒衬套4的材料所具有的线性热膨胀系数,至少比非合金钢的小四倍,后者的线性热膨胀系数为每开尔文度11.1×10-6。含例如36%镍的高合金镍钢的线膨胀系数可具有每开尔文度0.9×10-6。
缸筒衬套4一端通过弹性夹紧件26和紧固件27另一端通过锥形定心面28支承和定心在缸筒3中。弹性夹紧件26同样由一个盘状弹簧构成,但也可以由其他已知的弹性构件构成。在由于温度差造成缸筒衬套4长度改变的情况下,缸筒衬套4始终被沿中心轴线方向压紧在锥形定心面28上。因此在缸筒衬套上也保证了始终无间隙地导引和不出现相对于中心轴线2的偏移。
为保证缸筒3和缸筒衬套4定位在中心轴线2上,在缸筒3的外壳部分61上并在缸筒3与外壳5之间设计一个锥形定心面29。缸筒3与外壳5之间的连接,通过图中未表示的在锥形定心面29区域内的连接件来实现。因为不论是外壳5还是缸筒3,它们的锥形定心面29由相同的材料制成,所以这里没有温度引起的轴向移动。在缸筒3的和活塞7的各构件部分之间的锥形定心面,保证各构件准确地相对于中心轴线2同心地组装在一起,并因而为构成缝隙密封装置12所希望的最小缝隙提供了前提条件。
两个导向装置8和9定心和导引活塞杆6或活塞7,使活塞套13外表面14无接触和准确平行于缸筒衬套4的圆筒面15地移动。活塞7沿移动运动的全长的移动沿箭头31方向进行。其中第一个导向装置8设置在活塞7的近旁,第二个导向装置9设在活塞杆6的后端17上。导向装置8、9安排在两个平面32、33中,它们大体垂直于中心轴线2。这两个平面32、33并因而这两个导向装置8、9沿中心轴线2的方向互相间隔一个距离地设置,这一距离根据支承条件和压缩机的结构情况决定。
两个导向装置8、9中的每一个由多个弹性构件34组成,由图3可最清楚地看出。弹性构件34各由一个分为两部分的较长的主弹性部分35以及两个较短的辅助弹性部分36组成,后者刚性地固定在主弹性部分35的外端37上并与外壳5连接。在这种情况下,辅助弹性部分36大体垂直于主弹性部分35设置,并因而大体平行于中心轴线2延伸。主弹性部分35的外端37与辅助弹性部分36之间的刚性连接借助于连接件38实现。弹性构件34一方面通过辅助弹性部分36和紧固件39与外壳5牢固连接,另一方面通过主弹性部分35以及法兰40和夹紧件41与作往复运动的活塞杆6和活塞7牢固连接。在这里,这两个导向装置8、9结构完全相同,但由图1可见安排为镜像对称的。因此活塞7得到准确导引和定心,以致于在活塞7和缸筒衬套4之间只需要一个非常薄的缝隙12。由此,活塞腔18的密封可通过无接触式的缝隙密封装置12来实现,不再需要那些通过相对运动会被磨损或用坏的密封装置。由每个导向装置8、9的弹性构件34所构成的弹性系统设计为,沿平面32、33方向的刚度,比沿中心轴线2方向的刚度至少大100倍。在图1所示的实例中,垂直于中心轴线2的刚度比沿中心轴线2方向的刚度约高200倍。为此,弹性构件使用厚度为1.18毫米的淬炎弹簧钢制造。每个导向装置8、9有两个弹性构件34,它们互相成直线设置,并各由两个主弹性部分35和两个辅助弹性部分36组成。主弹性部分35的长度约13厘米,辅助弹性部分的长度约2.2厘米。因此活塞行程可有20毫米。活塞直径为45毫米,往复运动频率为每秒振荡50次。
图2表示活塞7的另一种结构,其中压缩机1的其余部分与图1所示的相同。在缸筒3中仍采用了一个缸筒衬套4,它由高含镍量的钢制成,在图示之实例中用36%镍合金材料制造。缸筒衬套4在缸筒3中的定心和夹紧,在这里也通过锥形定心面28、弹性夹紧件26和紧固件27来实现。活塞7同样由多个部分组成。活塞套44被夹紧在从活塞杆6伸出的盘状法兰42与第二个盘状法兰43之间。夹紧力由形式上为盘形弹簧的弹性夹紧件23和夹紧螺母24产生。其中,夹紧螺母24拧在活塞杆6的前端16上。活塞套44由高含镍量的钢制造。在活塞套44的外表面45上镀有适用的镍石墨镀层46,例如其成分为15-25重量百分比的石墨和75-85%镍。镀层46构成了面对着缸筒衬套4的缝隙密封装置12的边界面。在圆筒形活塞套44两端处的锥形边缘区47或47′有一个斜度,它在活塞套44上作用一个拉伸预应力。由于选用的材料钢允许这样做并是有利的。
不仅在按图1的活塞7结构形式中而且在按图2的活塞7结构形式中,活塞套13或44和缸筒衬套4的尺寸在一开始都选择为,使构件组装时在缝隙密封装置12区域内构成尽可能小的缝隙。对在活塞7和缸筒衬套4之间的密封装置,要求有一个非常均匀的圆环形横截面和与此同时缝隙密封装置12的缝隙厚度应绝对是最小的时,可将活塞套44和缸筒衬套4的直径选择为,它们形成一种几乎是滑合座或一种比较紧的滑动配合。通过仔细小心的磨合,活塞套13的烧结石墨材料或活塞套44上的镀层46被磨平,并因而产生一个很窄的缝隙密封装置12。也可以将缸筒衬套4与活塞套13之间的材料组合加以交换。通过导向装置8和9以及活塞7和缸筒3不同构件的锥形定心面对活塞7准确地导引,可在任何情况下构成一种很窄的和无接触式的缝隙密封装置12,以及可无润滑剂地工作。因为在正常工作时活塞7无接触地在缸筒衬套4中运行,所以不产生磨损,由此也防止了污染压力介质。
图3表示在图1或2中所使用的导向装置8、9沿中心线2方向的局部视图。由图可见,在每个平面32或33中设有两个弹性构件34,沿周向看在两个弹性构件34之间各包容了一个同样的角度。其中,每个弹性构件34由两个主弹性部分35、两个辅助弹性部分36和两个连接件38组成。较短的辅助弹性部分36背对连接件38的端部,借助于紧固件39刚性地固定在压缩机1的外壳5上。轴向往复运动的活塞杆6有一个法兰40和一个夹紧件41,后者用来将主弹性部分35的里端53与法兰40连接起来。较短的辅助弹性部分36由扁平的矩形板构成。主弹性部分35设计为梯形并从里端53向外端37展宽。弹性部分35、36的形状按已知的方法根据所要求的弹簧特性确定。在法兰40上制有肋55,它们构成了主弹性部分35里端53的定位面56。通过肋55和相应的定位面56以及主弹性部分35里端53的形状设计,使主弹性部分35相对于活塞杆6的位置准确确定。在这一位置下,主弹性部分35的里端53借助于夹紧件41和螺钉58夹紧和固定。
图4表示了一种导向装置50,其原理与图1和2表示的结构相当。但在每个导向装置50上有两个彼此相隔一定距离的平面51、52,其中各设有一些弹性构件34。这两个平面51、52互相平行并大体垂直于活塞杆6的中心轴线2。如针对图3所介绍和表示的那样,在这里的每个平面51、52中也设置了两个弹性构件34,沿周向看在弹性构件34之间包容了相同的角度。在这里除了法兰40和夹紧件41之外,在活塞杆6上还设有两块定心板54和一个定距盘57。定心板54上有带定位面56的肋55。成对设置的弹性部分35的里端53夹紧在定心板54与法兰40或夹紧件41之间。夹紧力借助于螺钉58产生。在图4中所表示的有两个弹性平面51、52的导向装置50的结构,可以承受较大的纵向和横向力。除此之外,这一结构可以有如图1所示和介绍的简单结构的相同运动过程。尤其是保证了活塞杆6和有关活塞7沿箭头31方向的直线往复运动的自由度。按图3和4所述的分为两部分的主弹性部分35的结构形式用在中心线2上导向装置50的前和后设有其他的机器构件的场合是特别合适的,因为这些构件不允许连续的整体式弹性构件34套在活塞杆6上。此外,主弹性部分35的制造也得到了简化,因为它们的尺寸较小,并在需要时还可以更换弹性构件34的单个部分。但是按本发明的意义上来讲绝对可以例如在图1的平面33中使用整体式主弹性部分35。它有一个中心孔,并可以套在活塞杆6上并接着将它夹牢。
图5表示按本发明用于密封装置的导向装置另一种结构形式,其中,每一个弹性构件34中,不仅主弹性部分35而且辅助弹性部分36,都成对地互相平行并隔开间距地设置。主弹性部分35的里端53与活塞杆6的法兰40的连接,用图3或4所示之同样方法进行。主弹性部分35的外端和与之对接的辅助弹性部分36端部之间的连接件38作了相应的设计,并具有用于成对设置的平行弹性件的定位面。为了将辅助弹性部分36与外壳5连接起来,采用了适当的紧固和夹紧件60。具有平行弹性构件35的导向装置的设计,导致一种沿两个纵向运动方向对称的具有相应的有利应力变化的弹簧特性。图1中所表示的简单弹性构件由于在夹紧区内弯曲和力的关系而在机器构件向前和向后运动时弹簧特性是不一样的。以零点为基准,简单弹性构件的正负特性曲线是不对称的。
在所有已介绍的导向装置8、9的结构形式中,在每个平面32、33或51、52内至少设两个弹性构件34被证明是合乎目的的,弹性构件34设计为对中心轴线2中心对称,以及沿周向看它们的定向轴线成90°角相交。假如结构条件和产生的力需要,也可以将弹性构件设置成互成60°或45°角。相应地在往复运动的活塞7的区域内和在外壳5上要有更多的固定和定位点。与导向装置各种可能的设计无关,它们保证作直线往复运动的活塞7沿中心轴线2的准确定心,以及减小了由于横向力造成的相对于此中心轴线2的偏离,从而允许在运动的活塞与固定的缸筒衬套4之间为最小的缝隙,并同时可以是无接触式缝隙密封装置。
图6和7表示了缸筒3与外壳5之间的连接的另一种有利的设计。缸筒3的外壳部分61有一个圆柱形外表面62,它设计成准确地与中心轴线2同心。在外壳5上至少设有三个(在图示的实例中为四个)弹性支撑65。这四个支撑65沿径向各错开90°,并通过固定部分67和用已知的紧固件68(例如螺钉)固定在外壳5上。每一个支撑65有一个弹性舌片69,在它的自由端设有一个支撑面64。在支撑面64上连接着一个向外发散的倾斜的导引面63。在外壳5上还设有一个定位面66,它位于一个相对于中心轴线2的径向平面内,并构成了用于缸筒3外壳部分61的支承和固定面。在缸筒3与外壳5组装前,作有记号的支撑65的支撑面64被加工成使它们构成一个内径的边界,这一内径小于外壳部分61上外表面63的外径。若缸筒3外壳部分61顺中心轴线2的方向推入支撑65之间时,舌片69便产生弹性变形,并在缸筒3的外表面62与支撑65的支撑面64之间形成了一种无间隙的滑合座。在支撑65上弹性舌片69的变形,产生了四个同样大小朝着中心轴线2方向作用的径向力,它们使外壳部分61并因而使缸筒3相对于中心轴线2无间隙地定心。在定心的装配位置下,缸筒3的外壳部分61贴靠在外壳5的定位面66上,并借助于已知的连接件30(例如螺钉)与外壳5连接。在缸筒3与外壳5之间连接的这一实施形式,保证了一种无间隙的定心和固定,并避免了连接件30对结构同心度的影响。此外,还可以将外表面62制在一个环形支架上,或制在外壳部分61的朝向外壳5的端面70上的一个槽中。于是外表面62被设计为外部表面或内部表面。支撑65便相应地设在外壳5的内部,以及在弹性舌片69上的支撑面64则取决于外表面62的方向,朝向里或朝向外。在弹性舌片69具有设在外面的支撑面64,此支撑面插入一个支架或外壳部分61的一个槽内的情况下,在没有组装的状态下,它的原始直径大于缸筒31外壳部分61上的外表面62的直径。因此,如上所述,在每种实施形式中都保证了无间隙地导引。
Claims (13)
1.活塞-缸筒组件中的密封装置,它有一个在带缸筒衬套(4)的缸筒(3)内可沿中心轴线(2)的方向纵向运动的活塞(7),有一个活塞套(13)和在缸筒衬套(4)与活塞套(13)之间的一个不接触式缝隙密封装置(12),用于密封一种处于过压下的液态或气态的介质,其中,活塞缸筒组件装在外壳(5)内,其特征为:活塞(7)与两个沿中心轴线(2)的方向互相隔开间距设置并固定在外壳(5)上的导向装置(8、9;50)刚性连接,导向装置(8、9;50)的部分(35)可沿中心轴线(2)的方向作有限的运动,以及沿中心轴线(2)的方向弹性地导引活塞(7),导向装置(8、9;50)垂直于中心轴线(2)的刚度至少比沿中心轴线(2)方向的大100倍,并使活塞(7)相对于中心轴线(2)准确同心,在缝隙密封装置(12)所在区内彼此对置着的活塞套(13)和缸筒衬套(4)具有基本上光滑的外表面(14、15),以及,缸筒(3)或活塞(7)的这一局部区(4、13)所采用的材料的线性热膨胀系数至少比非合金钢的小四倍。
2.按照权利要求1所述的密封装置,其特征为:活塞(7)和缸筒(3)由多个构件(13、21,22或3,4)组成,这些构件在锥形定心面(25、28)中互相压紧,并相对于中心轴线(2)无间隙地定心。
3.按照权利要求1或2所述的密封装置,其特征为:缸筒(3)的外壳部分(61)相对于外壳(5)在锥形定心面(29)中互相压紧,或,此外壳部分(61)借助于至少三个弹性地固定在外壳(5)上的支撑(65)在外表面(62)上无间隙地导引,并通过连接件(30)沿轴向压靠在外壳(5)的定位面(66)上,外壳部分(61)并因而缸筒(3)相对于中心轴线(2)无间隙地定心。
4.按照权利要求1至3之一所述的密封装置,其特征为:在组成活塞(7)和/或缸筒(3)的构件上装有弹性的夹紧件(23、26),这些弹性夹紧件(23、26)沿锥形定心面(25、28、29)的轴线方向作用。
5.按照权利要求1至4之一所述的密封装置,其特征为:界定缝隙密封装置(12)的缝隙的活塞(7)的活塞套(13)由烧结的石墨制成,以及界定此缝隙的缸筒(3)的缸筒衬套(4)由高含镍量的钢制成。
6.按照权利要求1至4之一所述的密封装置,其特征为:界定缝隙装置(12)缝隙的活塞(7)的活塞套(44)和缸筒衬套(4)由高含镍量的钢制成,并在活塞套(44)朝着此缝隙的那个表面(14)上镀有镍石墨层。
7.按照权利要求1至6之一所述的密封装置,其特征为:两个导向装置(8,9;50)中的每一个由多个板状弹性构件(34)组成,它们设置在一个与活塞(7)的中心轴线(2)大体垂直延伸的平面(32、33;51、52)中,每一个弹性构件(34)一方面在中心轴线(2)的区域与活塞(7)牢固连接,另一方面在弹性构件(34)外端区与外壳(5)牢固连接,每一个弹性构件(34)至少有一个位于垂直于中心轴线(2)的平面(32,33;51,52)内的长的主弹性部分(35),以及在每一个朝向外壳(5)的那一端至少有一个短的大体平行于中心轴线(2)设置的辅助弹性部分(36),在每一个辅助弹性部分(36)与有关的主弹性部分(35)之间设有连接件(38),辅助弹性部分(36)通过此连接件(38)与主弹性部分(35)的外端(37)刚性连接。
8.按照权利要求7所述的密封装置,其特征为:两个导向装置(8,9;50)中的每一个至少包括两个中心对称的弹性构件(34),它们设置在一个垂直于活塞(7)中心轴线(2)的平面(32,33;51,52)中,并与此中心轴线(2)径向相交,其中,沿周向看,在弹性构件(34)之间各包容一个大小相同的角度。
9.按照权利要求7所述的密封装置,其特征为:至少其中一个导向装置(8,9;50)有两个设有弹性构件(34)的平面(51,52),这些平面(51,52)平行地、沿中心轴线(2)的方向互相隔开间距并垂直于中心轴线(2)延伸。
10.按照权利要求7所述的密封装置,其特征为:每个弹性构件(34)由一个整体式或多件式主弹性部分(35)和两对平行延伸的辅助弹性部分(36)组成。
11.按照权利要求7所述的密封装置,其特征为:每个弹性构件(34)由一对平行设置的整体式或多件式主弹性部分(35)和两对平行延伸的辅助弹性部分(36)组成。
12.按照权利要求1至11之一所述的密封装置,其特征为:活塞(7)、缸筒(3)和导向装置(8,9;50)是斯特林自由活塞发动机的一部分。
13.按照权利要求1至11之一所述的密封装置,其特征为:活塞(7)、缸筒(3)和导向装置(8,9;50)是具有直线往复驱动装置(10,11)的压缩机(1)的一部分。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH3392/1994 | 1994-11-14 | ||
CH339294 | 1994-11-14 | ||
CH3392/94 | 1994-11-14 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN1138890A true CN1138890A (zh) | 1996-12-25 |
CN1071845C CN1071845C (zh) | 2001-09-26 |
Family
ID=4254989
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN95191211A Expired - Fee Related CN1071845C (zh) | 1994-11-14 | 1995-11-09 | 活塞缸筒组件中的密封装置 |
Country Status (10)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5826491A (zh) |
EP (1) | EP0739450B1 (zh) |
JP (1) | JP3512192B2 (zh) |
CN (1) | CN1071845C (zh) |
AT (1) | ATE166949T1 (zh) |
CA (1) | CA2181169A1 (zh) |
DE (1) | DE59502408D1 (zh) |
DK (1) | DK0739450T3 (zh) |
ES (1) | ES2118631T3 (zh) |
WO (1) | WO1996015368A1 (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104251197A (zh) * | 2013-06-28 | 2014-12-31 | Lg电子株式会社 | 线性压缩机 |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NL1019858C2 (nl) * | 2002-01-29 | 2003-09-08 | Thales Nederland Bv | De onderhavige uitvinding heeft in het algemeen betrekking op cryogene koelers en in het bijzonder op de werkwijze voor de assemblage van de compressor van cryogene koelers en op middelen voor het in positie houden van de zuiger die in dergelijke cryogene koelers wordt gebruikt. |
US8490414B2 (en) * | 2007-05-16 | 2013-07-23 | Raytheon Company | Cryocooler with moving piston and moving cylinder |
US9856866B2 (en) | 2011-01-28 | 2018-01-02 | Wabtec Holding Corp. | Oil-free air compressor for rail vehicles |
WO2013011064A1 (de) * | 2011-07-21 | 2013-01-24 | Mahle International Gmbh | Nockenwelle und zugehöriges herstellverfahren |
JP6082310B2 (ja) * | 2013-04-26 | 2017-02-15 | 株式会社神戸製鋼所 | 往復動圧縮機 |
JP6570359B2 (ja) * | 2015-07-24 | 2019-09-04 | 三輪精機株式会社 | エアコンプレッサ |
US10422329B2 (en) | 2017-08-14 | 2019-09-24 | Raytheon Company | Push-pull compressor having ultra-high efficiency for cryocoolers or other systems |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US166592A (en) * | 1875-08-10 | Improvement in pistons for steam-engines | ||
US2888879A (en) * | 1953-09-30 | 1959-06-02 | Union Carbide Corp | Immersion pump for liquefied gases |
US2856249A (en) * | 1955-01-11 | 1958-10-14 | Maquinaria Petrolifera S A | High-pressure pump liner and packing |
DE1133856B (de) * | 1958-05-19 | 1962-07-26 | Carl Lott | Kolben fuer Luftkompressoren |
US3261598A (en) * | 1964-07-02 | 1966-07-19 | Fairchild Hiller Corp | Spring mechanism |
US3727900A (en) * | 1971-03-09 | 1973-04-17 | Fema Corp | Adjustable non-linear spring and spring suspension system |
US4044655A (en) * | 1975-10-01 | 1977-08-30 | Kennametal Inc. | High pressure plunger and method of manufacture |
SE408324B (sv) * | 1976-10-15 | 1979-06-05 | Sandvik Ab | Kolv foretredesvis for hogtryckskompressorer |
EP0028144A1 (en) * | 1979-10-29 | 1981-05-06 | Gordon Davey | Support system for a reciprocating compressor piston |
DE3315556C1 (de) * | 1983-04-29 | 1984-11-29 | Goetze Ag, 5093 Burscheid | Verschleissfeste Beschichtung |
US5318412A (en) * | 1992-04-03 | 1994-06-07 | General Electric Company | Flexible suspension for an oil free linear motor compressor |
-
1995
- 1995-11-09 CN CN95191211A patent/CN1071845C/zh not_active Expired - Fee Related
- 1995-11-09 CA CA002181169A patent/CA2181169A1/en not_active Abandoned
- 1995-11-09 WO PCT/CH1995/000259 patent/WO1996015368A1/de active IP Right Grant
- 1995-11-09 JP JP51561496A patent/JP3512192B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1995-11-09 DK DK95935791T patent/DK0739450T3/da active
- 1995-11-09 AT AT95935791T patent/ATE166949T1/de not_active IP Right Cessation
- 1995-11-09 EP EP95935791A patent/EP0739450B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1995-11-09 US US08/669,503 patent/US5826491A/en not_active Expired - Fee Related
- 1995-11-09 DE DE59502408T patent/DE59502408D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1995-11-09 ES ES95935791T patent/ES2118631T3/es not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104251197A (zh) * | 2013-06-28 | 2014-12-31 | Lg电子株式会社 | 线性压缩机 |
CN104251197B (zh) * | 2013-06-28 | 2017-04-12 | Lg电子株式会社 | 线性压缩机 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
AU3769295A (en) | 1996-06-06 |
CN1071845C (zh) | 2001-09-26 |
JPH09507894A (ja) | 1997-08-12 |
CA2181169A1 (en) | 1996-05-23 |
ES2118631T3 (es) | 1998-09-16 |
AU691351B2 (en) | 1998-05-14 |
EP0739450A1 (de) | 1996-10-30 |
JP3512192B2 (ja) | 2004-03-29 |
DK0739450T3 (da) | 1999-02-01 |
US5826491A (en) | 1998-10-27 |
DE59502408D1 (de) | 1998-07-09 |
ATE166949T1 (de) | 1998-06-15 |
EP0739450B1 (de) | 1998-06-03 |
WO1996015368A1 (de) | 1996-05-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3844359B2 (ja) | 機械要素を案内およびセンタリングする装置 | |
US8726503B2 (en) | Method of positioning a bearing assembly and centering support structure therefor | |
US6457722B1 (en) | Sealing element for dry running systems and the use of a sealing element of this kind | |
US9360112B2 (en) | Assembly for sealing a sliding interface | |
EP0351549B1 (en) | Spring loaded guide ring | |
CN1071845C (zh) | 活塞缸筒组件中的密封装置 | |
JP2000055036A (ja) | ラジアル軸受 | |
EP3080490B1 (en) | Single seal ring stuffing box | |
CN1084941A (zh) | 滚柱轴承用的保持架 | |
CN112814892B (zh) | 液压机的活塞和液压活塞机 | |
US3046062A (en) | Resilient bushing or piston element | |
CN108843685A (zh) | 一种动压径向气体轴承 | |
US20030024387A1 (en) | Piston ring improvements for a stirling engine | |
US4171665A (en) | Piston, especially for a pneumatic cylinder | |
JPH0517993B2 (zh) | ||
US11796065B2 (en) | Piston rod seal | |
GB2592098A (en) | Shaft mounting assembly | |
CN1114775C (zh) | 干式运行的活塞式压气机用的密封件和这种密封件的应用 | |
CN115163656B (zh) | 一种承压效果好的空气动压箔片轴承 | |
JP2017166597A (ja) | 密封構造および密封装置 | |
RU2070996C1 (ru) | Подшипниковый узел | |
US20160281853A1 (en) | Seal assembly and/or component thereof and method of manufacturing and/or using same | |
EP0840026A2 (en) | Bearing assembly |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
C19 | Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |