[发明专利]全金属粘弹性超高压密封柱塞

说明书

本发明涉及一种用于超高压的全金属粘弹性密封。

一般在柱塞或活塞上使流体在柱塞运动中不产生泄漏多用密封环或软密封（如图1，图2所示）。这只适用于几百大气压以下的压力。此外在非常精密的地方，这种机构容易产生爬行现象。在压力大到1000大气压上下或需要高精度时，常不用密封材料而靠加工精度将柱塞和缸筒的间隙做得很小。泄漏量和间隙的三次方成比例，所以当间隙很小时泄漏量可以极小。但当压力大到几千大气压时，这种结构也不适用了，因为在非常高的压力下，缸筒内径要因弹性变形而变大;柱塞外径则因弹性变形而缩小。这种因弹性变形而使间隙变大的现象会使这种密封在一定压力以上效力变得很低而产生严重泄漏。

本发明的目的在于创造出一种防止在高压下泄漏量变大的结构。这种结构不但可防止在超高压力下（10，000大气压以上）流体的泄漏的变大，而且使柱塞和缸筒间完全没有接触和摩擦。

本发明的具体解决方案如下：

一种主要由缸筒、柱塞杆和柱塞组成的全金属粘弹性密封，在柱塞端部有一承压孔，该孔为一盲孔，孔深为柱塞长度的70～92%，孔径大小为柱塞直径的60～80%。承压孔为圆柱形，孔的中心线位于柱塞的轴心线上。在受压条件下，该孔因内部受到压力使柱塞涨大，而形成密封。

本发明作为动密封，当柱塞向缸筒内压下时，缸筒因为其里面的压力而涨大。与此同时，柱塞承压孔的内壁也要受到向外的压力，这是内压。缸筒和柱塞间的间隙和缸筒里的流体相通，也会有压力。这压力使柱塞外壁也受到压力，这是外压。内压因承压孔里面流体是静止的，因此，压力沿柱塞轴向方向大小是一致的。而外压因为油在间隙里有泄漏，要沿柱塞轴向方面产生压力降，只有在端部才和缸筒内压力一样。离端部愈远，则压力愈小，在柱塞尾部则压力为0。因此在柱塞的端部附近，柱塞因承压孔内壁受到的内压而涨大，靠近柱塞尾部间隙中的压力减小了，缸筒因受到的压力较小，涨大量也较小，但柱塞的涨大量加大了，因而在那里形成一个间隙很小的喉部。靠调节承压孔的大小和深浅，这喉部间隙可以使之极小，而且压力愈大，则喉部间隙愈小。这就使泄漏量很小而构成一种密封。

在本发明结构中，喉部间隙永远不会变为0，即缸筒内表面和柱塞外表面永远不会接触。因为间隙中的压力降和间隙的三次方成正比。当间隙非常小时，间隙中的压力降也变得接近于0。这就使在柱塞尾部处的压力变得接近于缸筒里的压力。使缸筒在该处涨大量增大，而柱塞在该处的内外压近乎平衡，涨大量变小。这变化使间隙不会变得太小。因此，只要间隙小到一定程度，间隙里的压力会和承压孔内压达到平衡，而不会再减小。这就使喉部间隙虽随压力增大而减小，却永远不会变为0。因此本发明结构使柱塞缸体间完全没有接触和摩擦。

图1为现有的密封环结构图。

图2为现有的软密封结构图。

图3为本发明全金属粘弹性超高压密封的结构图，它是实施本发明的一个实施例。

图4为应用本实施例全金属粘弹性超高压密封的测量油液在高压下折光系数的仪器图。

在图3中，本实施例全金属粘弹性超高压密封主要由缸筒（6）、柱塞杆（1）和柱塞（2）组成。柱塞直径为12mm，长60mm。在柱塞端（5）处有一承压孔（4），该孔为一盲孔，孔深55mm，直径8mm。柱塞和缸筒间直径方向的初始间隙为2微米。承压孔（4）为圆柱形孔，孔的中心线位于柱塞（2）的轴心线上。

图4是本发明全金属粘弹性超高压密封用于测量油液在高压下折光系数的仪器简图。图4中，A为低压腔，B为高压腔。高压腔的底部用石英平晶（8）封住后再用下盖板（9）压住。在下盖板（9）中有一孔，可射入激光束，射入后由屋脊棱镜（10）反射出。通过光程在高压下的变化可计算出高压腔B中高压油的折光系数，通过光谱分析也可知高压油的结构。为了将油压到高压（最高达15000大气压），可将一般的压力油由上盖板（11）中的进油孔（12）打进低压腔A，活塞（7）下行，使柱塞将腔C中的油压缩，使之达到所需压力，再经球阀（13）到达高压腔B。因为腔C和B的压力要达到10000大气压以上，不能用普通的密封，而且有时还要通过测量腔A中的压力来核算腔B中的压力，因此密封不能有摩擦力。应用由柱塞杆（1）、柱塞（2）、高压缸缸筒（6）和在柱塞端部（5）处的承压孔（4）组成的本实施例全金属粘弹性超高压密封结构在喉部（3）处形成的密封，可使压力达10000大气压，并可保持24小时不变。