专利名称：双作用活塞式斯特林发动机的杆密封机构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及双作用活塞式斯特林发动机的杆密封机构。
背景技术：
随着全球能源与环保的形势日趋严峻，斯特林发动机由于其具有多种能源的广泛适应性和优良的环境特性已越来越受到重视。在生物质动力、太阳能动力、水下动力、空间站动力、热泵空调动力、车用混合推进动力等方面得到了广泛的研究与重视，用于热电联产可取得更高的热效率和经济效率。从能源利用的角度，表1列举了斯特林发动机引人注目的性质特征。
表1斯特林发动机的性质特征 斯特林发动机还有许多问题要解决，其实际过程是偏离可逆过程的，存在着各种不可逆损失，主要包括泄漏损失、回热损失、流阻压降损失、穿梭损失、泵气损失、导热损失、不完全换热损失等。发动机内部工质的流动不是简单的单向流动，而是复杂的交变流动，热力、传热、流动过程互相耦合，其中工质的密封是关键问题之一，目前国内外还没有很好地解决。所以，研究新型密封装置，强化发动机热量传递与能量转化过程，提高其循环热效率，已成为斯特林发动机的重要研究课题之一。
斯特林发动机内通常采用的工质是氦、氢、氩或氮气，而且是利用气体从高压膨胀到低压，其中氦气的泄漏性和渗漏性相当高，因而为了保证发动机正常运转，必须使发动机内的气体量不变，从而使发动机的压比基本上保持不变。
密封可分为静密封和动密封两大类。静密封主要依靠垫片或密封面的静态变形而达到密封目的，由于是二接触零件在室温下紧固后达到的，因此必须考虑两接触件在高温下工作时，二者的高温膨胀率是否一致的问题，如不一致，则需要预先估算室温下预紧变形量是否能满足高温下膨胀率的差别。动密封是依靠两相对滑动或转动零部件的间隙的“阻塞”或“节流”作用达到密封目的，其可分为接触型机械密封与非接触型密封两大类，具体应用的有(1)展-卷膜密封。利用展-卷膜的伸长与缩短来适应双作用活塞杆与孔的运动要求，而展-卷膜上下间的压差则是利用膜下面的油压来调节。随着工质温度的升高，则展-卷膜的寿命显著下降，此外，使整机结构相对复杂，因此目前已较少使用这种结构。(2)气封节流型密封。利用两相对运动部件之间的微小间隙形成节流阻塞作用达到密封目的。但这种密封并不是绝对可靠的密封，其泄漏的气量与间隙数值的三次方成正比，要尽可能在结构与加工条件允许的情况下，减小间隙，增加密封长度以减少气体的泄漏量。通常推荐活塞杆的密封气环间距为1/4的杆直径。(3)磁流体型密封。利用铁磁流体在磁力作用下在轴上形成一个O型液体环，达到密封的目的。这种密封的优点是对零部件的加工要求(表面粗糙度、同心度及晃动)低，缺点是每级压差小，只有0.35kPa，故实用时需多级密封。铁磁流体的温升是限制密封装置速度的唯一因素。
目前国外很重视密封装置的研制，并已取得了成果，如荷兰菲利普公司的“袜套式密封”装置和瑞典联合斯特林发动机公司的新型滑动密封装置效果都很好。后者成本低，寿命较长。除菲利普公司外，德国和瑞典的斯特林发动机研制单位都采用滑动密封装置，其使用寿命一般仅2000-2500小时，显然不能满足使用要求，还需进一步完善。
实用新型内容为了进一步提高斯特林发动机的机体与活塞杆之间的密封性，本实用新型提供一种双作用活塞式斯特林发动机的杆密封机构。
本实用新型的技术方案如下 双作用活塞式斯特林发动机的杆密封机构包括机体和活塞杆，活塞杆与机体的活塞杆孔配合，活塞杆孔为台阶孔；台阶孔的大端口位于机体内侧，小端口位于机体外侧；与滑靴配合的活塞杆杆端为球状，球状杆端与杆身之间设有环形凸台，活塞杆的环形凸台位于活塞杆孔的大端台阶孔内； 所述机体的活塞杆孔后部孔壁径向上设有两条密封环槽，密封环槽内设有O型密封圈 所述活塞杆的环形凸台的外圆周上连接着柔性材料密封套，柔性材料密封套的另一端连接着机体的活塞杆孔中部孔壁。
所述O型密封圈与密封环槽的轴向侧壁之间分别设有保护挡圈。
所述保护挡圈材料为聚四氟乙烯或皮革。
所述柔性材料密封套的一端通过环状垫片A固定连接着活塞杆的环形凸台轴向外端面，柔性材料密封套与环形凸台的外圆周通过内卡簧固定连接；其另一端通过外卡簧固定连接着机体的活塞杆孔中部孔壁，该侧柔性材料密封套与活塞杆孔的大端台介孔的轴向端面之间设有环状垫片B。
所述柔性材料密封套材料为夹布橡胶。
本实用新型的工作原理为(1)如图1、图2所示，O型密封圈在本身弹力的作用下使环内圆与杆外壁压紧，形成第一密封面，这样，气体就不能通过气环内圆与杆外圆之间隙向外泄漏。另外，环与环槽之间的气体压力在环端面上产生轴向力，使环与环槽侧面压紧，形成第二密封面。不仅如此，气体压力还作用在O型密封圈外侧圆周上，这样大大加强了第一密封面的径向力。(2)对采用多道O型密封圈的密封效果进行试验发现，气体通过第一道环的节流压差是很大的，当膨胀腔内压力为p时，经第一道环后压力降至0.26p，经第二、三道环后压力则分别降至0.1p和0.075p。但是，O型密封圈数越多则摩擦损失越大，机械效率下降，本实用新型采用2道O型密封圈。(3)采用特种柔性夹布橡胶构成的套式密封系统为末级密封装置。环状垫片A、B起压紧固定柔性密封材料的作用，内圈卡簧、外圈卡簧起径向密封作用。其中环状垫片A和内圈卡簧固定于活塞杆部件上，并随着活塞杆作往复运动；环状垫片B和外圈卡簧固定于机体零件上。由于密封膜两侧压差已经很小，其不但有效地阻碍了工质的泄漏，而且使整机的使用寿命得到了极大的延长。
本实用新型结构简单，运动摩擦阻力很小，密封性能良好，装配沟槽，容易制造。O型密封圈使用压力(工质工作压力)的极限受工作温度、运动速度和设计好坏等影响，运动密封可达40Mpa。允许的使用温度随所用合成橡胶种类和不同的配方比例而异，本密封装置适用温度范围为-20～+200℃。为了防止密封圈挤入间隙造成咬伤，O型密封圈的两侧都应加置保护挡圈。
图1为本实用新型结构示意图， 图2为本实用新型活塞杆向左运动到位状态图。
具体实施方式
以下结合附图，通过实施例对本实用新型作进一步地说明。
实施例1 参见图1，双作用活塞式斯特林发动机的杆密封机构包括机体1和活塞杆2，活塞杆2与机体1的活塞杆孔配合，活塞杆孔为台阶孔；台阶孔的大端口位于机体内侧，小端口位于机体外侧；与滑靴3配合的活塞杆杆端为球状，滑靴3连接着斜盘4；球状杆端与杆身之间设有环形凸台，活塞杆2的环形凸台位于活塞杆孔的大端台阶孔内； 机体1的活塞杆孔后部孔壁径向上设有两条密封环槽，密封环槽内装有O型密封圈5，O型密封圈5与密封环槽的轴向侧壁之间分别安装有保护挡圈6，保护挡圈材料为聚四氟乙烯或皮革。
活塞杆2的环形凸台的外圆周固定连接着柔性材料密封套7，柔性材料密封套7的另一端固定连接着机体的活塞杆孔中部孔壁。柔性材料密封套材料为夹布橡胶。
工作时，当活塞杆向左运动到位后，见图2；接着向右运动，向右运动到位状态见图1，再接着向左运动；如此循环。
实施例2 柔性材料密封套7的一端通过环状垫片A10固定连接着活塞杆的环形凸台轴向外端面，柔性材料密封套7与环形凸台的外圆周通过内卡簧8固定连接；其另一端通过外卡簧9固定连接着机体的活塞杆孔中部孔壁，该侧柔性材料密封套与活塞杆孔的大端台介孔的轴向端面之间安装有环状垫片B11。
其它同实施例1。
权利要求1.双作用活塞式斯特林发动机的杆密封机构，包括机体和活塞杆，活塞杆与机体的活塞杆孔配合，活塞杆孔为台阶孔；台阶孔的大端口位于机体内侧，小端口位于机体外侧；与滑靴配合的活塞杆杆端为球状，球状杆端与杆身之间设有环形凸台，活塞杆的环形凸台位于活塞杆孔的大端台阶孔内，其特征在于
所述机体的活塞杆孔后部孔壁径向上设有两条密封环槽，密封环槽内设有O型密封圈，
所述活塞杆的环形凸台的外圆周上连接着柔性材料密封套，柔性材料密封套的另一端连接着机体的活塞杆孔中部孔壁。
2.根据权利要求1所述的双作用活塞式斯特林发动机的杆密封机构，其特征在于所述O型密封圈与密封环槽的轴向侧壁之间分别设有保护挡圈。
3.根据权利要求2所述的双作用活塞式斯特林发动机的杆密封机构，其特征在于所述保护挡圈材料为聚四氟乙烯或皮革。
4.根据权利要求1所述的双作用活塞式斯特林发动机的杆密封机构，其特征在于所述柔性材料密封套的一端通过环状垫片A固定连接着活塞杆的环形凸台轴向外端面，柔性材料密封套与环形凸台的外圆周通过内卡簧固定连接；其另一端通过外卡簧固定连接着机体的活塞杆孔中部孔壁，该侧柔性材料密封套与活塞杆孔的大端台介孔的轴向端面之间设有环状垫片B。
5.根据权利要求4所述的双作用活塞式斯特林发动机的杆密封机构，其特征在于所述柔性材料密封套材料为夹布橡胶。
专利摘要本实用新型涉及双作用活塞式斯特林发动机的杆密封机构。本实用新型的活塞杆与机体的活塞杆孔配合，与滑靴配合的活塞杆杆端为球状；所述机体的活塞杆孔后部孔壁径向上设有两条密封环槽，密封环槽内设有O型密封圈；所述球状杆端与杆身之间设有环形凸台，活塞杆的环形凸台位于活塞杆孔的大端台阶孔内，活塞杆的环形凸台的外圆周上连接着柔性材料密封套，柔性材料密封套的另一端连接着机体的活塞杆孔中部孔壁。本实用新型结构简单，运动摩擦阻力很小，密封性能良好，装配沟槽，容易制造。O型密封圈的运动密封可达40MPa。本密封机构的适用温度范围为-20～+200℃。
文档编号F02G1/053GK201486688SQ20092017257
公开日2010年5月26日 申请日期2009年6月15日 优先权日2009年6月15日
发明者左承基, 唐景春, 钱叶剑 申请人:合肥工业大学