用于卡洛尔流体机械的活塞动密封装置的利记博彩app

专利名称：用于卡洛尔流体机械的活塞动密封装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及卡洛尔流体机械，特别涉及用于卡洛尔流体机械的活塞动密 封装置。
背景技术：
一九七三年出版的加拿大杂志《Design Engineering》第四期中 『Compressor Uses New Rotary Principle文献1』 一文在世界上首次介 绍了一种新型压缩机，这种新型压縮机由牛津大学毕业的Robert Karol提出， 后由英国著名旋转机械专家Richard Ansdale作了进一步开发，并由英国 Well-worthy公司制造了样机。这种新型压縮机主要由一个具有球形外周回转 面的旋转气缸体、 一个与之相配的具有球形内表面的上下可剖分壳体、两个 具有球形端面的圆柱形活塞、 一根带有两个偏心轮的主轴，及两侧端盖和轴 承等组成；旋转气缸体上在垂直于其旋转轴线的对称平面内有两个轴线相互 垂直的贯通气缸孔，由主轴偏心轮驱动的两个活塞分别置于其中；旋转气缸 体轴线与主轴中心存在一个偏心距，其值等于主轴偏心轮回转半径；主轴驱 动活塞旋转时，活塞带动缸体以主轴转速之半同步旋转，因而活塞在缸体气 缸孔内以4r为行程相对于气缸孔做往复运动，实现压縮机的基本功能。
这种新型压縮机采用的基本机构学原理是"转动导杆机构"，见附图1，
比较早期的文献fC. H. KOmEBHMKB. TEOPMJI MEXAHMSMOB M MAIUMHA, MAmrM 3. 1945, P130- 13文献2』介绍了该禾几构的运动学转换方 式。"转动导杆机构"包括一个旋转的曲柄、 一个由曲柄驱动并沿导杆滑动的 滑块、 一个绕自身旋转中心旋转的导杆；导杆旋转中心与曲柄旋转中心存在一个偏心矩e，其值刚好等于曲柄回转半径r，所以曲柄驱动滑块旋转时，滑 块带动导杆以曲柄旋转速度之半同步转动；曲柄每旋转一周，滑块沿导杆走 过的行程为4r。将滑块视为活塞，导杆视为气缸孔，用与导杆旋转轴同轴的 固定回转面构成气缸孔端面，则具备了压縮机的基本构造和功能。"转动导杆 机构"在曲柄转角为180°时，曲柄与导杆垂直，导杆的旋转方向存在不确定 性，所以用该机构构造的压缩机需要另加一个约束条件来保证导杆做单方向 旋转，文献1所报导的新型压缩机采用了 180。设置的两个曲柄配合相互垂 直的两个导杆(气缸孔)解决了这一约束死点问题。
国外文献多将这种以"转动导杆机构"为基本原理构造的压縮机称为 Karol (中译名为"卡洛尔")压縮机，相应压縮机和液泵共同称为"卡洛尔 流体机械"。国内文献对基于"转动导杆机构"形成的压缩机有多种称呼，主 要有行星活塞压縮机、放射型转子压縮机、旋转气缸压縮机、旋转活塞压 缩机、转子活塞压縮机等。本发明根据原始文献，将相应压縮机统称为"卡 洛尔压縮机"，将相应压縮机和液泵统称为"卡洛尔流体机械"。
文献1所报导的"卡洛尔压縮机"缸体与壳体的配合回转面及活塞顶 面均为球面，因而制造困难，没有在商业领域得到应用。后来的研究人员将 旋转气缸体外周、壳体内孔、活塞顶面改为圆柱面『Method of and Apparatus for Effecting Volume Control of Compressor. United States Patent Number 4723895， Feb 9， 1988， IsaoHayase， Katsuta; Hitachi, Japan文献3』， 其基本结构见图2，使这种压縮机的结构大大简化，其低成本制造问题得到了 解决。本发明即针对这种具有圆柱回转面的"卡洛尔流体机械"，后文仍简称 "卡洛尔流体机械"。具有圆柱回转面的"卡洛尔流体机械"因为结构远比 活塞式压縮机简单，并具有较双螺杆、单螺杆、涡旋等回转式压縮机易于加工的优点，因而有望在气体压縮和液体输送领域获得商业性应用，故此受到 研究人员的重视。目前的卡洛尔流体机械，在活塞圆柱面与气缸内孔之间留有较大的径向 配合间隙，以保证二者相对运动灵活，但此处较大的圆周间隙造成了气缸工 作腔内被输送流体介质的严重泄漏，导致压縮机和液泵整机的容积效率和热 效率大幅度降低。如果采用减小此处间隙值的办法来降低泄漏量，则会造成 活塞与气缸孔之间机械摩擦损失的严重增加，造成压縮机和液泵的机械效率 下降，并容易造成机器运行中活塞因摩擦热变形较大而与气缸孔卡住。在工 作腔吸气结束的活塞下止点位置，活塞与气缸孔的接触密封面呈空间狭窄的 整周带形，其形状与活塞端面边缘空间轮廓线相同，因而结构上限制了无法 用传统的平面活塞环密封此处间隙。故此，现有的卡洛尔流体机械，活塞与 气缸孔配合处的圆周间隙没有任何有效的密封手段，造成工作腔内被输送流 体介质通过此处间隙严重泄漏。目前来看，这一泄漏问题是制约卡洛尔流体 机械容积效率和热效率提高的关键技术障碍之一。如果工作腔泄漏问题不能 良好解决，这种流体机械将因为在容积效率和热效率两个关键技术指标方面 无法与成熟的活塞、螺杆等往复式及回转式流体输送机械相比，而难于取得 商业性应用。 发明内容本发明的目的在于提供一种卡洛尔流体机械的活塞动密封装置，解决现 有卡洛尔流体机械气缸工作腔内被输送的流体介质通过活塞与气缸孔配合间 隙泄漏的动密封问题。它能有效减少气缸工作腔内被输送介质通过该部位间 隙产生的泄漏，在提高卡洛尔流体机械容积效率和热效率的同时，又不会导 致活塞和气缸因摩擦热变形严重而卡死，以及带来摩擦加剧而导致机械效率降低等问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下用于卡洛尔流体机械 的活塞动密封装置，包括设置在与气缸孔配合的活塞外圆柱面上的环槽、以 及置于所述环槽内的密封环，其特征在于，所述环槽靠近活塞端部设置，所 述环槽与活塞外圆柱面相交形成的空间轮廓线与活塞工作端面的外周空间轮 廓线相同，所述密封环与所述环槽具有相同的空间形状，二者在径向滑动配 合。所述密封环的暴露在所述环槽外部的空间轮廓表面与气缸孔表面形状相 同。所述密封环在径向设有切口；所述切口可以是直切口、斜切口、搭切口。
本发明的一种改进在于所述密封环为多条，并且沿环槽内周由上向下 依次叠置。所述多条密封环在径向设有切口，各密封环的切口周向相互错置； 所述切口可以是直切口、斜切口、搭切口。
本发明的另一种改进在于所述环槽为轴向并列设置的多道环槽，密封 环也相应为多条。所述多条密封环在径向设有切口，各密封环的切口周向相 互错置；所述切口可以是直切口、斜切口、搭切口。
本发明的其他技术特点在于所述密封环采用非金属自润滑材料或耐磨 金属材料制造而成；所述非金属自润滑材料为填充聚四氟乙烯或填充聚醚醚 酮；所述耐磨金属材料为灰铸铁，或球墨铸铁，或合金铸铁，或铜合金。
本发明的具有突出的有益效果。当卡洛尔流体机械气缸工作腔内建立压 力而正常运转时，本发明的所述密封环在气缸工作腔内被输送介质的压力作 用下，会贴紧于活塞环槽下表面，阻断由工作腔渗透到密封环背部(即活塞 环槽底部)的介质通过密封环与环槽下贴合面间隙的泄漏通道，减少工作腔 内介质的泄漏。同时，由气缸工作腔渗透到密封环背部的介质将密封环沿径 向胀开，从而使密封环外周圆柱面贴紧于气缸孔内表面，因密封环与气缸孔贴合面的形状和直径尺寸相同，故可很好阻断工作腔通过活塞与气缸孔径向 配合间隙的泄漏通道，减少工作腔内介质的泄漏。在活塞外圆柱面上靠近活 塞端部设置一道环槽，并在其内放置一条密封环便能满足绝大多数压力工况 的密封要求，数学建模及实验研究的结果表明，这一技术手段的采用会使卡洛尔流体机械在常用压力工况下的容积效率提高约5 10%，绝热指示效率提 高约3 8%。如果在活塞外圆柱面上靠近活塞端部设置的一道环槽中沿环槽内周由上 向下依次叠置多条密封环，并将各环切口错置；或在活塞外圆柱面上靠近活 塞端部设置多道环槽，相应每道环槽内设置一条密封环，并且各环切口错置。 则因为多条密封环的反复阻塞，以及多个错置密封环切口的多次节流效应， 气缸工作腔内的介质通过活塞与气缸孔的径向配合间隙的泄漏更加困难，故 而能够达到更好的密封效果，或密封更大的气缸工作腔压差。同样采用数学 建模及实验的研究结果表明，相同工作压力下，这一技术手段较前述基本密 封手段又可提高容积效率约2 4%。相比于传统的卡洛尔流体机械，采用本发明的相应技术手段，能够大幅 度减少压縮机或泵工作过程中气缸工作腔内被输送介质通过活塞与气缸孔径 向配合间隙部位的泄漏，因而不必采用努力减小运动副配合间隙的手段来控 制泄漏量，也不会产生由于运动间隙减小摩擦加剧而致的运动机构卡死和机 械效率降低问题。


图1是转动导杆机构运动转换关系原理示意图；图2是传统的卡洛尔流体机械主要零部件结构关系轴测示意图；图3是本发明的动密封装置结构及其在卡洛尔流体机械中的位置和安装方式轴测示意图；图4是本发明的密封环的结构平面投影三视图(主视图、俯视图、左视图)；图5是图3中安装有本发明动密封装置的卡洛尔流体机械主体部分的结 构剖视图，剖切平面同时通过图3中的轴线Ll和L2;图6a是本发明针对气缸孔与活塞外圆柱面配合间隙的动密封装置实施例 (活塞与密封环装配体)结构之二，活塞设一槽多环方案的轴测图；图6b是本发明针对气缸孔与活塞外圆柱面配合间隙的动密封装置实施例 (活塞与密封环装配体)结构之三，活塞设多槽多环方案的轴测图；图7a是图6a的活塞与密封环装配体剖视图，展示密封环在活塞环槽内 的装配关系，剖切平面同时通过图6a中的轴线L2和L3;图7b是图6b的活塞与密封环装配体剖视图，展示密封环在活塞环槽内 的装配关系，剖切平面同时通过图6b中的轴线L2和L3。图1中，各符号代表的意义如下A-曲柄；B-滑块(相当于活塞)；C-导杆(相当于气缸孔，也即旋转气缸体)；01-曲柄(即主轴)旋转中心；02-导 杆(即缸体)旋转中心(也即外壳内孔回转面中心)；6-曲柄(即主轴)转 角；导杆(即旋转气缸体)转角；CO-曲柄(即主轴)旋转角速度；导 杆(即旋转气缸体)角速度；r-曲柄回转半径；e-主轴(即曲柄)旋转中心 Ol与导杆(即缸体)旋转中心02之间的偏心距离。图2 图7b中，各零部件代号和名称如下1-壳体；2-旋转气缸体；3-活塞；4-密封环；41-第一密封环、42-第二密封环；5-主轴；6-端盖；7-主 轴轴承；8-缸体轴承。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式
做进一步的详细描述 图1是本发明所针对的卡洛尔流体机械的机构运动转换关系原理图。图 中的滑块相当于活塞，导杆相当于气缸孔，缸体(即导杆)与主轴(即曲柄) 中心的距离e刚好等于曲柄回转半径r。曲柄驱动滑块旋转时，滑块沿导杆滑动，并带动导杆以曲柄旋转速度之半同步转动。曲柄每旋转一周，滑块沿导杆走过的行程为4r。只有一个滑块及导杆的该机构在曲柄转角为180°时，导 杆的旋转方向存在不确定性。图2是传统的卡洛尔流体机械主要零部件结构关系示意图。旋转气缸体 与壳体配合的回转面为圆柱面，旋转气缸体上至少有两个相互垂直的气缸孔， 每个气缸孔内有一个活塞，活塞两端是与缸体外周具有相同直径的圆柱面。 每个活塞对应主轴上的一个驱动曲柄，各曲柄错角为180°。缸体与壳体配合 的圆柱面、活塞与气缸孔配合的圆柱面均留有较大的径向间隙，以保证运动 副的相对运动灵活。图3是本发明针对这一密封问题的主体解决方案。在活塞3与气缸孔2a 配合的圆柱形外周3c上靠近活塞3端部设置具有空间形状的环槽3a，在环槽 3a内设置与其具有相同空间形状的密封环4，密封环4与气缸孔2a贴合的外 周面是与气缸孔2a具有相同直径尺寸的圆柱面，因而二者能良好贴合。密封 环4在径向设有切口4a，以便于向活塞环槽3a内安装，并实现外周面磨损后 自动补偿功能，所述切口 4a可以是直切口、斜切口、搭切口。环槽3a与密 封环4在径向成滑动配合关系，压縮机或液泵工作时，密封环4因为自身径 向切口的存在，而被气缸工作腔内被输送流体介质的压力胀开，进而在径向 贴紧气缸孔内壁2a，从而密封活塞3与气缸孔2a的径向配合间隙。此外，密 封环4还被气缸工作腔内的介质压紧于活塞环槽3a下表面，阻断工作腔内介质绕过环槽底部(即密封环背部)通过密封环4与环槽3a下贴合面间隙向活 塞3与气缸孔2a径向配合间隙中的泄漏。活塞环槽3a与活塞3外圆柱面3c 相交形成的空间轮廓线3d与活塞就近端部外周空间轮廓线3b具有相同的空 间形状，并尽可能靠近活塞工作端部，以使机器结构紧凑。在一般工作压力 下，只需在活塞3外周工作端部设置一道环槽3a，并在其中放置一条密封环 4即可满足该部位的密封要求，此时密封环4与活塞环槽3a具有相同的基本 尺寸。
图4是本发明中密封环4的结构平面投影三视图(主视图、俯视图、左 视图)，整体上看接近空间扭曲的圆环形。密封环4的外周轮廓表面4c是与 气缸内孔2a具有相同直径尺寸的圆柱面，以便两者良好贴合。在密封环4周 向的任意部位设有一切口，以便于向活塞环槽内安装；切口可为常用的直切 口、斜切口、搭切口。密封环4的断面多为矩形，沿圆周方向的各断面形状 及尺寸相同。
图5是图3中安装有本发明密封装置的卡洛尔流体机械主体部分的结构 剖视图，剖切平面同时通过图3中的轴线L1和L2。由图可见，活塞3外圆柱 面3c靠近每个工作端面部位设有一道环槽3a，其内设有一条密封环4，用以 阻断气缸工作腔内被输送流体介质向活塞3与气缸孔2a配合圆柱面间隙中的 泄漏。
图6a、 7a是本发明针对这一密封问题的解决方案第二实施例。当被密封 气体介质的压力较高或密封的要求较高时，可在活塞3外周端部设置的一道 环槽3a内放置多条相同的密封环，例如第一密封环41、第二密封环42、……， 它们在活塞3轴线方向的上下空间端面依次贴合，并且最上和最下环的上、 下空间端面又分别与环槽3a的上、下空间端面贴合，各密封环41、 42、……的径向切口41a、 42a、……在周向相互错开安装，从而可提高密封效果。图6b、 7b是本发明针对这一密封问题的解决方案第三实施例。当被密封 气体介质的压力较高或密封的要求较高时，还可在活塞3外周端部等距或不 等距设置多道环槽，例如第一环槽3al、第二环槽3a2、 ，每道环槽内放置一条与其基本尺寸相同的密封环，例如第一密封环41 、第二密封环42 、……， 各密封环41、 42、……的径向切口41a、 42a、……在周向相互错开安装，从 而提高密封效果。本发明所述的密封环制造材料主要有两大类 一类是非金属自润滑材料， 常用的有填充聚四氟乙烯、填充聚醚醚酮等；另一类是耐磨金属材料，常用 的有灰铸铁、球墨铸铁、合金铸铁、铜合金等；第三类应用较少的是金属与 非金属的复合材料，主要是多孔烧结金属浸渍聚四氟乙烯等具有自润滑性能 的非金属成分。所述密封环的制造方法主要有模压成型、粉末冶金、铸造、 机加工等。上面结合附图所描述的本发明优选具体实施例仅用于说明本发明的实施 方式，而不是作为对前述发明目的和所附权利要求书内容和范围的限制，凡 是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修 饰，均仍属本发明技术和权利保护范畴。
权利要求
1. 用于卡洛尔流体机械的活塞动密封装置，包括设置在与气缸孔(2a)配合的活塞(3)外圆柱面(3c)上的环槽(3a)、以及置于所述环槽(3a)内的密封环(4)，其特征在于，所述环槽(3a)靠近活塞(3)端部设置，所述环槽(3a)与活塞(3)外圆柱面(3c)相交形成的空间轮廓线(3d)与活塞(3)工作端面的外周空间轮廓线(3b)相同，所述密封环(4)与所述环槽(3a)具有相同的空间形状，二者在径向滑动配合。
2、 根据权利要求1所述用于卡洛尔流体机械的活塞动密封装置，其特征 在于，所述密封环(4)的暴露在所述环槽(3a)外部的空间轮廓表面(4c)与气缸 孔(2a)内表面形状相同。
3、 根据权利要求l所述用于卡洛尔流体机械的活塞动密封装置，其特征 在于，所述密封环(4)在径向设有切口(4a)。
4、 根据权利要求1所述用于卡洛尔流体机械的活塞动密封装置，其特征 在于，所述密封环(4)为多条，并且沿环槽(3a)内周由上向下依次叠置。
5、 根据权利要求4所述用于卡洛尔流体机械的活塞动密封装置，其特征 在于，所述多条密封环(4)在径向设有切口(41a、 42a)，各环切口(41a、 42a) 周向相互错置。
6、 根据权利要求l所述用于卡洛尔流体机械的活塞动密封装置，其特征 在于，所述环槽(3a)为在活塞(3)轴向并列设置的多道环槽，密封环(4)也 相应为多条。
7、 根据权利要求6所述用于卡洛尔流体机械的缸体动密封装置，其特征 在于，所述多条密封环(41、 42)在径向设置切口(41a、 42a)，各环切口(41a、 42a)周向相互错置。
8、 根据权利要求1所述用于卡洛尔流体机械的活塞动密封装置，其特征在于，所述密封环(4)采用非金属自润滑材料或耐磨金属材料制造而成。
9、 根据权利要求8所述用于卡洛尔流体机械的活塞动密封装置，其特征 在于，所述非金属自润滑材料为填充聚四氟乙烯或填充聚醚醚酮。
10、 根据权利要求8所述用于卡洛尔流体机械的活塞动密封装置，其特 征在于，所述耐磨金属材料为灰铸铁，或球墨铸铁，或合金铸铁，或铜合金。
全文摘要
本发明涉及卡洛尔流体机械，公开了一种用于卡洛尔流体机械的活塞动密封装置，它包括设置在与气缸孔(2a)配合的活塞(3)外圆柱面(3c)上的环槽(3a)、以及置于所述环槽(3a)内的密封环(4)，其特征在于，所述环槽(3a)靠近活塞(3)端部设置，所述环槽(3a)与活塞(3)外圆柱面(3c)相交形成的空间轮廓线(3d)与活塞(3)工作端面的外周空间轮廓线(3b)相同，所述密封环(4)与所述环槽(3a)具有相同的空间形状，二者在径向滑动配合。相比于传统的卡洛尔流体机械，本发明能够大幅度减少工作腔内被输送介质通过活塞与气缸孔圆环形配合间隙的泄漏，从而提高这种流体机械的容积效率和热效率。
文档编号F04B53/00GK101280776SQ20081001800
公开日2008年10月8日 申请日期2008年4月18日 优先权日2008年4月18日
发明者冯诗愚, 郁永章, 顾兆林, 高秀峰, 魏进家 申请人:西安交通大学