[其他]双层密封式活塞环

说明书

双层密封式活塞环，可用在所有使用活塞的机器、装置上。如内燃机，空气压缩机（含活塞式制冷机），活（柱）塞泵，液压装置，气功装置等。也可用在把活塞环（又称涨圈）作为密封件的机器、装置上。现有技术中以内燃机为例，是在每一道活塞环槽中装一只活塞环作为气环的。尽管已有的五十多种活塞环有各种开口形式，为了确定每一只活塞环的开口间隙还要做一些细致的工作，但活塞环的开口间隙还是存在泄漏，这泄漏还将随活塞，活塞环、缸体的磨耗而增加，这也是内燃机大修周期较短的一个主要原因。通常减少这种泄漏的方法是增加活塞环的道数。如美国通用汽车公司生产的GM12V－71N型及GM6V－7／7067－7040型二冲程压燃式发动机都是采用四道活塞环作为气环的，各国的许多重型汽车发动机也是采用四道活塞环作为气环的（参看人民交通出版社《进口汽车技术性能》）。而在大功率的中、低速柴油机上使用的活塞环道数更多。另一个例子是，当活塞环作为密封件使用时，由于开口间隙的问题，使活塞环的道数随活塞直径及流体压力的增加而增加，活塞环的道数在2－9之间。即使在使用了9道活塞环之后，活塞的直径及流体的压力还是要受到限制（参看黑龙江科学技术出版社《实用密封技术手册》第二十一章活塞环的密封装置）。

本发明创造的目的是：（1）减少，甚至消除由活塞环间隙产生的泄漏，而不论这泄漏的方向如何；（2）增加活塞、活塞环、缸体的使用寿命；（3）减少活塞环的道数并由此减少活塞的重量；（4）增加活塞环作为密封件使用的范围。

双层密封式活塞环是由装在一个活塞环槽中的两只活塞环组成。图1是双层密封式活塞环在槽中时的示意，这两个活塞环的开口必须相错开。图中标有1的是指气缸体，2是活塞，3是上活塞环，4是下活塞环。在其它附图中出现的5是指O型弹簧柱，6是指弹簧。图2是活塞环的制造参考用图，为平面图。图3是活塞环在缸内的状况，这时活塞环开口处的两个平面相迭处于径向封闭状态。所谓径向封闭状态，是指流体不能由缺口B内通过相迭的平面达到缺口A内，或者由缺口A内通过相迭的平面达到缺口B内。这是达到本发明目的的关键。由上面关于    径向封闭的定义知道，活塞环两端开口的面可以是各种形状或者有各种结构，当然，如图2所示的，开口的面为平面是最简单直观的。图4及图5给出了两种能够满足封闭定义的例子，其中图4是异型封闭，图5是结构封闭，即在两个不接触的平面之间增加一个O型弹簧圆柱，它随活塞环的变化呈各种椭圆形。

双层密封式活塞环能够阻止泄漏的理由是：在双层密封式活塞环的工作过程中，缸内与曲轴箱之间在几何上不存在允许流体通过的缝隙。讨论如下：考虑活塞环在槽内的位置如图1，这时我们看到，来自缸内的流体进入活塞环槽之后，上活塞环的开口间隙被下活塞环挡住了－－不论上活塞环的开口间隙如何，形状如何。下活塞环的开口间隙，指缺口A和缺口B，其中缺口A被上面的活塞环盖住了，而达到缺口B的流体不能通过封闭面到达缺口A，也不能向下进入活塞与缸体的侧隙－－这一点参看图3。在图3中用虚线表示了活塞存在时的位置，这时缸体与活塞的侧隙完全偏在下活塞环开口一侧，即使在这种情况下，缺口的    下面仍然是活塞的位置，这就是为什么到达缺口B的流体不能向下进入侧隙的道理。当活塞环开口处的面为平面且两相迭平面与其中点的切线有一α角时，则活塞、活塞环，缸体在一定的磨耗（或尺寸有类似的变化）范围内活塞环都保持径向封闭状态。对于来自曲轴箱的流体在到达缺口A之后就停止了，因为缺口A是不与任何向上的缝隙相通的。图6是双层密封式活塞环在槽内时的另一个位置，这时有关泄漏的讨论与活塞环位置如图一时相同。需要指出的是：双层密封式活塞环在缸内的位置一般只与流体压力的方向有关，也就是说只有如图1和图5所示的位置。所以活塞环只要在这两个位置不产生泄漏也就满足使用的要求了。至于在活塞的往复运动中流体通过活塞环在槽中位置的变动而产生的一些泄漏，（参看图1及图5。图1中流体进入活塞环槽，在图5中活塞环槽中的流体进入侧隙），尽管这种泄漏对机器，装置的功率、效率影响不大，但有时还是不得不考虑消除的，一个有效的办法是采用弹簧使双层密封式活塞环始终紧贴活塞环槽的下缘，参看图7。对于始终只来自一个方向的流体，与流体首先接触的那只活塞环，其开口的形式不受限制，开口的尺寸也可较大。这个结论也适用于图7中与弹簧相接触的那只活塞环。