CN114109642A - 一种方便更换活塞环的气缸检修结构及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及直缸型的气缸技术领域，公开了一种方便更换活塞环的气缸检修结构及其使用方法，用于方便串联气缸中的活塞环更换；包括开设在串联气缸的缸壁上相邻两个活塞之间的检修口组，每个检修口组包括一个检修口或多个沿气缸周向间隔设置的检修口，且检修口位于相邻两个活塞的止点之间；各活塞中，不位于串联气缸两端的活塞记作难拆活塞，每个难拆活塞与至少一个检修口组相邻，各难拆活塞的活塞环分别可拆卸地锚固在难拆活塞靠近检修口组的端面上。本发明中，通过设置在气缸侧面的检修口更换活塞环，实现了活塞环的灵活拆换，更换活塞环时不需要将活塞从气缸内取出，降低了设备检修工作量，扫平了采用串联气缸提升发动机功率密度道路上的障碍。

Description

一种方便更换活塞环的气缸检修结构及其使用方法

技术领域

本发明涉及直缸型的气缸技术领域，特别是涉及一种方便更换活塞环的气缸检修结构及其使用方法。

背景技术

串联气缸，即在一根活塞杆上串联多个活塞的气缸，优点在于可以获得和多个活塞有效面积成正比的输出功率。和一般的气缸相同，串联气缸中的活塞同样带有活塞环，活塞环一般包括起密封效果的气环，对于内燃机而言，还包括用于刮除过多的滑油，避免“烧机油”的油环。

对于串联气缸而言，最大的问题在于活塞环的更换。位于气缸两端的活塞的活塞环环很容易更换，但位于中部的活塞环就需要揪出整列活塞才能完成更换，这大大超出了所有活塞的行程，因此必须拆掉大量的配件才允许活塞被整列拔出，工作量极大。

目前串联气缸主要用于从动机械，比如用在印刷（张力控制）、半导体（点焊机、芯片研磨）、自动化控制、机器人等领域。这些从动机械工作环境不涉及高温、杂质、强烈振动，因此其活塞环的寿命很长，更换周期长，拆换活塞环的工作量尚可接受。但对于动力机械而言，由于活塞环更换周期短，这种拆换活塞环的工作量便无法接受了。因此串联气缸基本上未应用在动力机械上。目前已有的一个气缸内设置多个活塞的发动机，如苏联的T-64坦克上的6-TD二冲程柴油机，其气缸内的两个活塞是相互独立的，不属于串联气缸。

斯特林发动机是一种外燃机，其效率介于汽油与柴油机之间，能够利用各种热源运作，对于大量工业余热无法经济高效利用等问题，尤其是中小规模（一般为2MW及以下规模）的热电联用、垃圾发电等项目，斯特林机作为发电设备的应用受到广泛关注。

但斯特林发动机最大的问题是功率密度低，相同容积的气缸的斯特林发动机的功率比目前的汽油机或柴油机低一个数量级，因此其采用串联气缸来提升功率密度便显得较为必要。诸如CN111779590A-一种多级斯特林机及其稳态运行参数调控方法，便采用了串联气缸。该多级斯特林机通过将压缩腔和膨胀腔多级连接，实现了结构简单、能量传输效率高、输出功率灵活可调等功能。该多级斯特林机在保留了传统斯特林发电机对热源适应性强等优点的同时解决了传统斯特林发电机不适合采用大直径活塞的问题，可以通过大型化大幅度提高斯特林发电机的性价比。但该新型多级斯特林机也存在着相应的问题：一台设备包括多个斯特林工作单元，多个活塞设置在一个中心线上，使得取出活塞的工作量很大，不利于活塞环的更换。

T型活塞环是一种使用寿命较长的活塞环形式，活塞环随着磨损，活塞环向气缸壁移动。对于T型活塞环，移动到一定的承担后，环槽上的凸起会限制活塞环继续向气缸壁移动，活塞环的使用寿命更长。T型活塞环由于结构复杂，更换操作复杂（其箍在活塞侧面，T字的横部分位于内部，导致T型活塞环很难塞入环槽或取出）而没有得到广泛应用。

发明内容

本发明提供一种方便更换活塞环的气缸检修结构及其使用方法。

解决的技术问题是：目前的串联气缸更换活塞环困难，且由于发动机更换活塞环相对频繁，这对采用串联气缸提升发动机功率密度造成不利影响。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种方便更换活塞环的气缸检修结构，用于方便串联气缸中的活塞环更换；包括开设在串联气缸的缸壁上相邻两个活塞之间的检修口组，每个检修口组包括一个检修口或多个沿气缸周向间隔设置的检修口，且所述检修口位于相邻两个活塞的止点之间；

各活塞中，不位于串联气缸两端的活塞记作难拆活塞，每个所述难拆活塞与至少一个检修口组相邻，各难拆活塞的活塞环分别可拆卸地锚固在难拆活塞靠近检修口组的端面上。

进一步，所述检修口上封堵有活动盖板。

进一步，所述检修口边沿自缸壁向外延伸形成延长筒，所述活动盖板为封堵在延长筒开口处的密封板，所述密封板与延长筒开口紧密贴合并可拆卸连接。

进一步，每个检修口组包括多个沿气缸周向间隔设置的检修口，所述难拆活塞的活塞环由多个环分段对接拼合而成，每个分段与检修口组的一个检修口对应。

进一步，所述难拆活塞的活塞环由两个长度相等的环分段对接拼合而成。

进一步，检修口所在位置的气缸内径记作D，连接与检修口相邻的两个活塞的连接轴的直径记作d，活塞环的环宽记作b，检修口在串联气缸横截面上最大的宽度记作L，则L≥D*sin{arccos[(D-d-b)/2D]-π/4}。

进一步，相邻两个环分段的对接面所在的平面偏离活塞环的圆心设置。

进一步，所述难拆活塞中，活塞环所在的面上还可拆卸地锚固有环盖板，所述环盖板与所在的难拆活塞之间开设有用于夹持活塞环的环槽，所述环槽为开口朝向缸壁且与活塞环间隙配合的槽。

进一步，所述活塞环为T型活塞环，所述环槽为横截面呈T形的槽。

一种方便更换活塞环的气缸检修结构的使用方法，利用如权利上述的一种方便更换活塞环的气缸检修结构来更换活塞环，并包括以下步骤：

步骤一：将待更换活塞环的活塞移动到靠近检修口的止点位置；

步骤二：沿检修口拆除环盖板，取下原活塞环；

步骤三：沿检修口塞入新的活塞环，使之紧贴缸壁，然后装回环盖板，使活塞环进入环槽；

步骤四：封堵检修口。

本发明一种方便更换活塞环的气缸检修结构及其使用方法与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明中，通过设置在气缸侧面的检修口更换活塞环，实现了活塞环的灵活拆换，更换活塞环时不需要将活塞从气缸内取出，降低了设备检修工作量，扫平了采用串联气缸提升发动机功率密度道路上的障碍；

本发明，环槽设置在环盖板和活塞之间，且环盖板可拆卸，活塞环的形状不会影响其安装拆卸，即使活塞环为自内向外变小的T型槽也可直接放入，方便使用寿命更长的T型活塞环。

附图说明

图1为本发明的沿气缸中轴线剖面结构示意图；

图2为本发明的垂直气缸中轴线剖面结构示意图；图中剖切面经过检修口；

图3为在更换活塞环时本发明的沿气缸中轴线剖面结构示意图；

图4为在更换活塞环时本发明的垂直气缸中轴线剖面结构示意图；图中剖切面经过检修口；

其中，1-缸壁，11-检修口，12-延长筒，13-活动盖板，2-活塞，21-连接轴，3-活塞环，4-环盖板。

具体实施方式

如图1-2所示，一种方便更换活塞环的气缸检修结构，用于方便串联气缸中的活塞环3更换；包括开设在串联气缸的缸壁1上相邻两个活塞2之间的检修口组，每个检修口组包括一个检修口11或多个沿气缸周向间隔设置的检修口11，且检修口11位于相邻两个活塞2的止点之间。

活塞2在工作时不可经过检修口11，否则会漏气，因此这里严格限制了活塞2检修口11的位置是其位于活塞2行程以外的地方，也即设置在相邻两个止点之间，且两个止点还分别属于两个相邻的活塞2。

各活塞2中，不位于串联气缸两端的活塞2记作难拆活塞，每个难拆活塞与至少一个检修口组相邻，各难拆活塞的活塞环3分别可拆卸地锚固在难拆活塞靠近检修口组的端面上。位于串联气缸两端的活塞2的活塞环3更换没有什么难度，因此本发明主要解决位于内部的活塞2的活塞环3更换。

检修口11上封堵有活动盖板13。检修口11边沿自缸壁1向外延伸形成延长筒12，活动盖板13为封堵在延长筒12开口处的密封板，密封板与延长筒12开口紧密贴合并通过穿透活动盖板13穿入延长筒12的螺栓与延长筒12连接。这里活动盖板13对于斯特林发动机而言是必须的，因为活塞2的密封属于动密封，密封效果是有限的，而斯特林发动机中需要采用特殊的气体作为工作介质，如果不在检修口11上采用静密封的方式对其进行封堵，就势必会有工作介质泄漏，造成斯特林发动机无法正常工作。

每个检修口组包括多个沿气缸周向间隔设置的检修口11，难拆活塞的活塞环3由多个环分段对接拼合而成，每个分段与检修口组的一个检修口11对应。

这里如果活塞环3不分段的话，为了安装活塞环3，就必须把检修口11做的和气缸的内径一样宽，这样对气缸的强度不利。因此这里我们把活塞环3做成多个环分段，沿多个检修口11塞入。

本实施例中，难拆活塞的活塞环3由两个长度相等的环分段对接拼合而成。检修口11所在位置的气缸内径记作D，连接与检修口11相邻的两个活塞2的连接轴21的直径记作d，活塞环3的环宽记作b，检修口11在串联气缸横截面上最大的宽度记作L，则L≥D*sin{arccos[(D-d-b)/2D]-π/4}。

这里以图4左侧的环分段的安装为例，说明为什么需要L≥D*sin{arccos[(D-d-b)/2D]-π/4}。我们在使用中发现对于环分段，在塞入气缸时可能出现干涉的地方为连接轴21和靠近环分段外边缘的检修口11边沿，经建模分析，在L≥D*sin{arccos[(D-d-b)/2D]-π/4}时，这两处均不发生干涉。

本实施例中，相邻两个环分段的对接面所在的平面偏离活塞环3的圆心设置。也就是说活塞环3在被切开的时候的切口是斜切口，这样可确保对接的面积更大。

难拆活塞中，活塞环3所在的面上还可拆卸地锚固有环盖板4，环盖板4通过穿透环盖板4穿入活塞2的螺栓与活塞2连接，环盖板4与所在的难拆活塞之间开设有用于夹持活塞环3的环槽，环槽为开口朝向缸壁1且与活塞环3间隙配合的槽。这样做的好处是可以方便安装诸如T型活塞环这样的活塞环3。本实施例中，活塞环3为T型活塞环，环槽为横截面呈T形的槽。

如图3-4所示，一种方便更换活塞环的气缸检修结构的使用方法，利用如权利上述的一种方便更换活塞环的气缸检修结构来更换活塞环3，并包括以下步骤：

步骤一：将待更换活塞环3的活塞2移动到靠近检修口11的止点位置；

步骤二：沿检修口11拆除环盖板4，取下原活塞环3；

步骤三：沿检修口11塞入新的活塞环3，使之紧贴缸壁1，然后装回环盖板4，使活塞环3进入环槽；

这里注意塞入新的活塞环3时，要使活塞环3的内边缘介于缸壁1和连接轴21之间；

步骤四：封堵检修口11。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种方便更换活塞环的气缸检修结构，用于方便串联气缸中的活塞环（3）更换；其特征在于：包括开设在串联气缸的缸壁（1）上相邻两个活塞（2）之间的检修口组，每个检修口组包括一个检修口（11）或多个沿气缸周向间隔设置的检修口（11），且所述检修口（11）位于相邻两个活塞（2）的止点之间；

各活塞（2）中，不位于串联气缸两端的活塞（2）记作难拆活塞，每个所述难拆活塞与至少一个检修口组相邻，各难拆活塞的活塞环（3）分别可拆卸地锚固在难拆活塞靠近检修口组的端面上。

2.根据权利要求1所述的一种方便更换活塞环的气缸检修结构，其特征在于：所述检修口（11）上封堵有活动盖板（13）。

3.根据权利要求2所述的一种方便更换活塞环的气缸检修结构，其特征在于：所述检修口（11）边沿自缸壁（1）向外延伸形成延长筒（12），所述活动盖板（13）为封堵在延长筒（12）开口处的密封板，所述密封板与延长筒（12）开口紧密贴合并可拆卸连接。

4.根据权利要求1所述的一种方便更换活塞环的气缸检修结构，其特征在于：每个检修口组包括多个沿气缸周向间隔设置的检修口（11），所述难拆活塞的活塞环（3）由多个环分段对接拼合而成，每个分段与检修口组的一个检修口（11）对应。

5.根据权利要求4所述的一种方便更换活塞环的气缸检修结构，其特征在于：所述难拆活塞的活塞环（3）由两个长度相等的环分段对接拼合而成。

6.根据权利要求5所述的一种方便更换活塞环的气缸检修结构，其特征在于：检修口（11）所在位置的气缸内径记作D，连接与检修口（11）相邻的两个活塞（2）的连接轴（21）的直径记作d，活塞环（3）的环宽记作b，检修口（11）在串联气缸横截面上最大的宽度记作L，则L≥D*sin{arccos[(D-d-b)/2D]-π/4}。

7.根据权利要求4所述的一种方便更换活塞环的气缸检修结构，其特征在于：相邻两个环分段的对接面所在的平面偏离活塞环（3）的圆心设置。

8.根据权利要求1所述的一种方便更换活塞环的气缸检修结构，其特征在于：所述难拆活塞中，活塞环（3）所在的面上还可拆卸地锚固有环盖板（4），所述环盖板（4）与所在的难拆活塞之间开设有用于夹持活塞环（3）的环槽，所述环槽为开口朝向缸壁（1）且与活塞环（3）间隙配合的槽。

9.根据权利要求8所述的一种方便更换活塞环的气缸检修结构，其特征在于：所述活塞环（3）为T型活塞环，所述环槽为横截面呈T形的槽。

10.一种方便更换活塞环的气缸检修结构的使用方法，其特征在于：利用如权利要求8所述的一种方便更换活塞环的气缸检修结构来更换活塞环（3），并包括以下步骤：

步骤一：将待更换活塞环（3）的活塞（2）移动到靠近检修口（11）的止点位置；

步骤二：沿检修口（11）拆除环盖板（4），取下原活塞环（3）；

步骤三：沿检修口（11）塞入新的活塞环（3），使之紧贴缸壁（1），然后装回环盖板（4），使活塞环（3）进入环槽；

步骤四：封堵检修口（11）。

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