CN201232628Y

CN201232628Y - 活塞环密封结构

Info

Publication number: CN201232628Y
Application number: CNU2008200296871U
Authority: CN
Inventors: 王跃飞; 冯健美; 王宇; 彭学院
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2008-07-18
Filing date: 2008-07-18
Publication date: 2009-05-06
Anticipated expiration: 2018-07-18

Abstract

本实用新型涉及一种活塞环密封结构，包括气缸、安装于气缸内的活塞以及安装于活塞环槽中的活塞环，其特征在于：所述活塞环外圆工作面上周向开设有2个或者多于2个的圆弧状卸荷槽，所述卸荷槽通过加工于活塞环内的小孔道与活塞环高压侧连通，所述活塞环与活塞环槽之间设有O型圈。该密封结构主要应用于压缩高压气体的往复压缩机中。该活塞环密封结构同传统活塞环相比，具有磨损小、无径向颤振的优点，因此寿命长、可靠性高。

Description

活塞环密封结构

技术领域

本实用新型属于机械密封领域，涉及一种气缸与活塞间的密封结构，尤其是压缩高压气体的往复压缩机的活塞环密封结构。

背景技术

以往的活塞环(这里称为传统活塞环)，在密封活塞与气缸之间间隙时，由于这些环都具有切口，因此气体能通过切口泄漏，此外，气缸和活塞环都可能有不圆度、不柱度，环槽和环的端面有不平度，这些也会造成泄漏，所以活塞环常常不是一道，而是需要几道环同时使用。但是实际上绝大部分压差都是由前面三道环承担，所以在传统的活塞环密封当中真正起作用的是前面三道环，一旦前面几道环磨损就得更换新的活塞环，因此活塞环一直是压缩机中的易损件。对于有油润滑的活塞环，由于有油润滑所以在压缩机工作时活塞环与气缸的摩擦很小，并且润滑油还可以起到冷却的作用，所以该处的温度不高，活塞环工作环境良好，活塞环的寿命一般比较长。然而无油压缩机因为气缸内没有润滑油润滑，所以摩擦严重，并且没有润滑油的冷却，产生的热量不能及时地排出，活塞环工作环境比较恶劣，所以活塞环寿命比较短。

综上，提高无油润滑活塞环的使用寿命和密封性能，是无润滑压缩机待解决的两大技术关键。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种活塞环密封结构，该密封结构可以减小活塞环工作面上的平均压力，能够减小气缸和活塞环之间的摩擦和磨损，延长活塞环的使用寿命。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来解决的：

这种活塞环密封结构，包括气缸、安装于气缸内的活塞以及安装于活塞环槽中的活塞环，所述活塞环外圆工作面上周向开设有2个或者多于2个的圆弧状卸荷槽，所述卸荷槽通过加工于活塞环内的小孔道与活塞环高压侧连通，所述活塞环与活塞环槽之间设有O型圈。

上述小孔道的孔直径为2～4mm，小孔道一端出口开设于活塞环高压侧端面上，另一端出口开设于卸荷槽内。

上述卸荷槽均匀分布于活塞环的外圆工作面上，与活塞环开口处相邻的卸荷槽距开口处3mm以上。

上述O型圈处于预压缩状态，所述O型圈外缘顶紧所述活塞环的内环面。

本实用新型的活塞环密封结构采用在活塞环工作面上开设卸荷槽的方式，将活塞环高压侧的压力引入活塞环工作面中部，有效的改善了活塞环工作面上的压力分布状态，减小了活塞环工作面上的平均压力，使得气缸和活塞环之间的摩擦和磨损明显减小，能够大幅度延长活塞环的使用寿命，为高压压缩机，特别是高压无油压缩机提供了一种可靠的活塞环密封结构。

附图说明

图1是本实用新型的活塞环密封结构在气缸中的示意剖面图；

图2是本实用新型活塞环的平面图；

图3是本实用新型活塞环沿垂直轴线的剖视图；

图4是本实用新型活塞环在工作中的受力图；

图5是传统活塞环在工作中的受力图。

其中：1为气缸；2为活塞环；3为活塞；4为卸荷槽；5为小孔道；6为O型圈；7为活塞环槽；a为活塞环工作面；b为气缸镜面；c为活塞环高压侧端面。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

参见图1，为本实用新型的活塞环密封结构在气缸中的示意剖面图，包括气缸1、安装于气缸1内的活塞3以及安装于活塞环槽7中的活塞环2，活塞环2外圆工作面a上周向开设有2个或者多于2个的圆弧状卸荷槽4(如图3)，所述卸荷槽4通过加工于活塞环内的小孔道5与活塞环高压侧连通，小孔道5一端连接在卸荷槽4的中间位置，另一端连接在活塞环高压侧端面c上。活塞环高压侧通过活塞3与气缸1的间隙泄漏来的高压气体从小孔5引至卸荷槽4中，从而改变了活塞环2工作面上的压力分布情况。活塞环2与活塞环槽7之间设有O型圈6，O型圈6处于预压缩状态，为活塞环2提供张力使活塞环2沿周向受力均匀，与气缸贴合得更好。

以上活塞环2外圆工作面a上也可以根据需要设置多个卸荷槽4，例如设置三个、四个、五个或者六个卸荷槽4，所述多个卸荷槽4周向均匀分布于活塞环2外圆工作面a上，与活塞环2开口处8相邻的卸荷槽距开口处3mm以上。每个卸荷槽4沿活塞轴中心线截面为光滑过渡的圆弧状，沿垂直轴线截面为半个田径跑道形状。

该结构在工作时，来自压缩机工作腔中的高压气体通过小孔道5被引至卸荷槽4中，这就使活塞环工作面a的受力情况发生改变，具体受力情况如图4所示。假设活塞环2前高压侧的压力为p₁，活塞环2后低压侧压力为p₃，活塞环2与活塞环槽7之间的压力为p₂，卸荷槽4开设在活塞环2的工作面中央且设槽的宽度占活塞环高度的

活塞环2外圆表面虽然是紧贴在气缸1的镜面b上的，但是二者之间依然有间隙，，它的一端作用有压力p₁，另一端作用有压力p₃，而且认为沿环高压力是直线分布的，所以其平均值

为

p_{2}^{'} = \frac{3 n + 1}{4 n} p_{1} + \frac{n - 1}{4 n} p_{3},

因此活塞环作用在气缸(1)镜面上的平均压力p_m为

p_{m} = \frac{d_{i}}{d_{o}} p_{2} - (\frac{3 n + 1}{4 n} p_{1} + \frac{n - 1}{4 n} p_{3}),

式中d_i为活塞环内径，d_o为活塞环外径。若略去活塞环的厚度的影响，并近似地认为p₂≈p₁，则

p_{m} = \frac{n - 1}{4 n} (p_{1} - p_{3}) .

传统的活塞环的受力如图5所示，同样假设活塞环的前端的压力是p₁，后端作用的压力是p₃，环内缘的压力为p₂，而气缸与活塞环之间间隙的压力分布按线性分布其平均值

p_{2}^{'} = \frac{p_{1} + p_{3}}{2}

所以传统活塞环作用在气缸镜面的平均压力为

p_{m} = \frac{d_{i}}{d_{o}} p_{2} - \frac{p_{1} + p_{3}}{2},

其中d_i为活塞环内径，d_o为活塞环外径。环的厚度一般影响较小，并近似的认为p₂≈p₁，所以

p_{m} \approx \frac{1}{2} (p_{1} - p_{3}) .

因为n>1，所以

\frac{n - 1}{4 n} < \frac{1}{2},

证明本发明的活塞环密封结构比传统的活塞环密封结构作用在气缸镜面上的平均压力要小，从而使工作中的摩擦及磨损减小，由此产生的摩擦热也就减小了。

针对活塞环2与气缸镜面b之间的不易贴合的问题，本发明采用将处于预压缩状态的O型圈6安装在活塞环2与活塞环槽7之间的结构来解决。由于活塞环2考虑热膨胀必须有径向切口，这就使活塞环的受力沿周向不均匀，而处于预压缩状态的O型圈6在安装好以后由于其处于压缩状态，会为活塞环2提供较大的初始张力使活塞环2沿周向受力更加均匀，更好地贴合在气缸镜面b上。

因此，本发明活塞环结构减小了活塞环与气缸之间的摩擦，同时较其他活塞环密封结构来说也避免了活塞环局部磨损严重的现象。从而达到延长使用寿命的目的。

Claims

1.一种活塞环密封结构，包括气缸(1)、安装于气缸(1)内的活塞(3)以及安装于活塞环槽(7)中的活塞环(2)，其特征在于：所述活塞环(2)外圆工作面(a)上周向开设有2个或者多于2个的圆弧状卸荷槽(4)，所述卸荷槽(4)通过加工于活塞环内的小孔道(5)与活塞环高压侧连通，所述活塞环(2)与活塞环槽(7)之间设有O型圈(6)。

2.根据权利要求1所述的活塞环密封结构，其特征在于：所述小孔道(5)的孔直径为2～4mm，小孔道(5)一端出口开设于活塞环高压侧端面(c)上，另一端出口开设于卸荷槽(4)内。

3.根据权利要求1所述的活塞环密封结构，其特征在于：所述卸荷槽(4)均匀分布于活塞环(2)的外圆工作面(a)上，与活塞环(2)开口处(8)相邻的卸荷槽距开口处3mm以上。

4.根据权利要求1所述的活塞环密封结构，其特征在于：所述O型圈(6)处于预压缩状态，所述O型圈(6)外缘顶紧所述活塞环(2)的内环面。