一种低温泵的低温端活塞的制作方法

本发明涉及到低温活塞技术领域，具体涉及到一种低温泵的低温端活塞。

背景技术：

一些泵在高压下传送流体，而一些泵在低温下产生流体，在这些过程中需要使用到活塞机构。

活塞机构可以通过外界机械力或是气体、液体压力产生往复运动，以将其他能量转换为所需要机械能，供机械设备使用；活塞机构主要由活塞缸、套设配合于活塞缸内的活塞以及相关的密封、固定结构组成，对于某些应用在低温、高压环境的活塞机构，如低温液体泵，需要将高压低温的液态气体通过低温泵输送出来；低温泵抽送液体时就会存在一个低温冷端与常温暖端，冷端附近的活塞结构容易受到外部低温的影响，相应的因冷热变化，会使得各结构出现一定的热胀冷缩，特别是对于密封结构来说，频繁的热胀冷缩势必会对密封性能造成考验，因此可见，如何进行较好的密封是十分有必要解决的问题。

如中国实用新型专利(公开号：cn202719131u)在2013年公开了一种活塞弹性密封环及活塞机构，活塞机构包括活塞，活塞末端外周装配有一个或多个活塞弹性密封环，该活塞弹性密封环包括一绕成环状的弹性金属片，该金属片外包覆碳纤维密封圈，该密封圈具有形成至少一z字形的交错开口。该密封环能够适应热胀冷缩而产生的变化，在活塞缸体冷热变形情况下，仍会具有的密封性；但是z字形的交错开口不能保证密封圈在长期的运动过程中开口能够对准和连接；弹性金属片与密封圈也有错位的风险，影响密封效果；而且采用碳纤维的材质成本较高，加工难度较大，应力不好控制，不适宜大范围使用。

另外,活塞在频繁的往复运动过程中，密封结构会出现磨损，磨损会使得密封效果下降，影响活塞的使用周期；在活塞上设置单一的密封结构，不能很好的抵御这种风险，不能改善活塞密封组件的寿命以增加活塞的使用或保养周期。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种低温泵的低温端活塞。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种低温泵的低温端活塞，包括圆柱形的活塞本体，所述活塞本体的外圆周上设有若干密封槽；所述密封槽中分别设有第一密封结构和/或第二密封结构；

所述第一密封结构包括弹簧、阶梯弹性柱和第一密封环；对应所述第一密封结构的所述密封槽中沿所述活塞本体的径向均匀分布有若干圆孔；所述弹簧及所述阶梯弹性柱设置在所述圆孔中，所述阶梯弹性柱一端套设在所述弹簧中；所述第一密封环设置在所述密封槽中、并使其内圆周面紧密贴合所述阶梯弹性柱的另一端部；

所述第二密封结构包括第二密封环和弹性片；所述第二密封环具有开口结构，所述开口结构包括设置在所述第二密封环一端的第一凹槽，以及设置在所述第二密封环另一端的凸起；所述第一凹槽连接并配合所述凸起；所述第二密封环的内圆周面上还设有第二凹槽，所述第二凹槽内设有所述弹性片。

本低温端活塞通过多道的第一密封结构、第二密封结构进行密封，密封效果较好；当低温流体通过低温泵从低温容器中抽取出来，低温泵冷端的环境温度会明显降低，相应的活塞组件的温度均会有所降低；活塞及密封件的热胀冷缩效应明显；

在所述弹簧和所述阶梯弹性柱的配合下能够根据环境变化自适应的调整第一密封环与活塞及活塞缸的接触紧密程度，并在长期往复运动中第一密封环出现磨损后自动伸缩顶紧第一密封环，起到补充和抵消磨损的作用，从整体上延长所述第一密封结构的使用寿命；径向均布的弹性柱在提供弹性作用力时更加均匀，均布的圆孔设置避免在活塞本体上开设过多的内部容纳空间，以免降低活塞本体的强度。即使离液压油液一端最近的一道所述第一密封结构在运动过程中，出现油液渗漏的情况，弹簧所在的区域内还能够容纳少量渗漏的油液，降低其进一步往下一密封结构渗漏的速度。

同样的所述第二密封结构中的弹性片和第二密封环均能根据受力情况自适应的热胀冷缩，始终紧密贴合所述活塞本体及活塞缸，保持良好的密封效果。两者之间还具有较好的协同效果，强度较高的第二密封环保护弹性片，避免其在往复运动中频繁摩擦，影响弹性片寿命和弹性变形能力；同时弹性片的弹性力能够弥补第二密封环的外圆周在长期摩擦过程中磨损产生的间隙。

所述开口结构的设置便于打开第二密封环安装所述弹性片，也有利于安装在活塞本体的密封槽内；在安装好后，开口结构始终连接在一起，多个配合的面中至少有一对平行的面是相互接触的或是重叠的，能够承受第二密封结构轴向或周向的力；确保第二密封结构始终处于良性的密封状态。

进一步的，所述第一密封结构与所述第二密封结构交替设置；或者所述第一密封结构与所述第二密封结构沿所述活塞本体顺序设置。

进一步的，同一所述密封槽内的所述圆孔绕所述活塞本体的中轴线中心对称设置；所述圆孔的直径小于所述密封槽的轴向宽度；所述圆孔与所述密封槽的连接处倒角过渡。

中心对称设置的所述圆孔有利于各个弹簧提供均衡的作用力；到角设置避免直角及锐角处的应力集中，避免密封槽受损产生的渣屑影响密封效果。

进一步的，所述阶梯弹性柱具有一体成型的第一柱体和第二柱体；所述第一柱体的直径小于所述第二柱体的直径；所述第一柱体套设在所述弹簧中；所述第二柱体与所述圆孔的内壁将所述弹簧限制在所述圆孔中；所述第二柱体的外径小于或等于所述圆孔的直径。

所述第二柱体与所述第一密封环的内圆周接触的端面为弧形，其轮廓及弧度与所述第一密封环的内圆周面相适配。

进一步的，所述第一凹槽沿所述第二密封环的周向设置，在径向上贯穿所述第二密封环的内圆周面和外圆周面；相应的所述凸起也沿所述第二密封环的周向设置。

进一步的，所述第一凹槽沿所述第二密封环的轴向设置，在轴向上贯穿所述第二密封环；相应的所述凸起也沿所述第二密封环的轴向设置。

在长期的往复运动过程中，第一凹槽、凸起以及错开设置的弹性片的配合使第二密封结构的开口不会出现错位对不准的情况。

进一步的，所述弹性片具有弹性片开口，所述弹性片开口错开所述开口结构90°～180°设置；所述弹性片的一端紧贴所述第二凹槽的内壁、另一端沿径向的漏出所述第二凹槽。

内侧漏出部分弹性片，有利于弹性片的一端紧密配合密封槽，另一端紧密卡合在第二凹槽中，避免第二凹槽与与之相应的所述密封槽之间出现间隙，影响密封效果。

进一步的，所述活塞本体的一端中部开有内螺纹孔，所述内螺纹孔用于固定连接活塞杆；所述活塞本体的另一端设有活塞头，所述活塞头靠近所述活塞本体的端面的部分设有扭力区，所述扭力区做强化处理；所述活塞本体靠近所述活塞头的端面为斜面，逐渐向中部隆起。

由于活塞本体是需要与活塞杆螺接的，因此需要在活塞本体上设置一个能够安装卡钳或夹钳的区域，由于活塞本体的外圆周面是非常重要的配合面，直接将卡钳卡在外圆周面上，对活塞本体是有损害的，会影响密封效果；在活塞头靠近端面的地方设置一个扭力区能够让卡钳有一个合适的位置卡住活塞本体，这样便于活塞杆与活塞本体的螺接扭动；扭力区的外圆周面做多边形平面及强化处理，增加强度。

扭力区及端面斜面的设置，有利于减小活塞头部顶入与活塞缸端部后，活塞本体及活塞缸端部之间的死体积，减少该区域内油液的堆积，在往复运动过程中，死体积内液体产生的泡沫较少，有利于回流。

进一步的，所述密封槽为四道，等距平行的设置在所述活塞本体的外圆周面内；所述活塞本体在所述密封槽的两侧处还设有滑动环。

一种低温泵，包括上述任一所述的低温端活塞。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本低温泵的低温端活塞在第一密封结构和第二密封结构配合的作用下，能够较好的抵消环境温度变化产生的热胀冷缩效应，始终保持良好的密封状态，使用周期及寿命长；2、所述弹簧和所述弹性柱的配合下能够根据环境变化自适应的调整第一密封环与活塞及活塞缸的接触紧密程度，并在长期往复运动中起到补充和抵消磨损的作用，从整体上延长所述第一密封结构的使用寿命；3、强度较高的第二密封环保护弹性片，避免其在往复运动中频繁摩擦；同时弹性片的弹性力能够弥补第二密封环长期摩擦过程中磨损产生的间隙；4、扭力区能够让卡钳有一个合适的位置卡住活塞本体，便于活塞杆与活塞本体的螺接扭动；5、活塞本体及活塞缸端部之间的死体积小，减少该区域内油液的堆积及泡沫的产生，有利于回流。

附图说明

图1为本发明一种低温泵的低温端活塞的结构示意图；

图2为本发明一种低温泵的低温端活塞的a向结构示意图；

图3为本发明一种低温泵的低温端活塞的b-b结构示意图；

图4为本发明一种低温泵的低温端活塞的第二密封结构示意图；

图5为本发明一种低温泵的低温端活塞的第二密封结构c向放大示意图；

图6为本发明一种低温泵的低温端活塞的第二密封结构d-d向放大示意图；

图7为本发明另一种低温泵的低温端活塞的结构示意图；

图中：1、活塞本体；2、第一密封结构；201、弹簧；202、阶梯弹性柱；203、第一密封环；204、圆孔；3、第二密封结构；301、第二密封环；302、弹性片；303、开口结构；304、弹性片开口；4、内螺纹孔；5、活塞头；6、扭力区；7、滑动环；8、第一凹槽；801、凹槽水平边一；802、凹槽水平边二；9、凸起；901、凸起水平边一；902、凸起水平边二；10、第二凹槽。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中间”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例一：

如图1～图6所示，一种低温泵的低温端活塞，包括圆柱形的活塞本体1，所述活塞本体1的外圆周上设有四道密封槽；所述密封槽中交替的设有第一密封结构2和第二密封结构3；

所述第一密封结构2包括弹簧201、阶梯弹性柱202和第一密封环203；如图3所示，每个对应所述第一密封结构2的所述密封槽中沿所述活塞本体1的径向均匀分布有八个圆孔204；所述弹簧201及所述阶梯弹性柱202设置在所述圆孔204中，所述阶梯弹性柱202一端套设在所述弹簧201中；所述第一密封环203设置在所述密封槽中、并使其内圆周面紧密贴合所述阶梯弹性柱202的另一端部；

如图4所示，所述第二密封结构3包括第二密封环301和弹性片302；所述第二密封环301具有开口结构303，所述开口结构303包括设置在所述第二密封环301一端的第一凹槽8，以及设置在所述第二密封环301另一端的凸起9；所述第一凹槽8连接并配合所述凸起9；所述第二密封环301的内圆周面上还设有第二凹槽10，所述第二凹槽10内设有所述弹性片302。

本低温端活塞通过多道的第一密封结构2、第二密封结构3进行密封，密封效果较好；当低温流体通过低温泵从低温容器中抽取出来，低温泵冷端的环境温度会明显降低，相应的活塞组件的温度均会有所降低；活塞及密封件的热胀冷缩效应明显；

在所述弹簧201和所述阶梯弹性柱202的配合下能够根据环境变化自适应的调整第一密封环203与活塞及活塞缸的接触紧密程度，并在长期往复运动中第一密封环203出现磨损后自动伸缩顶紧第一密封环203，起到补充和抵消磨损的作用，从整体上延长所述第一密封结构的使用寿命；径向均布的弹性柱在提供弹性作用力时更加均匀，均布的圆孔设置避免在活塞本体上开设过多的内部容纳空间，以免降低活塞本体的强度。即使离液压油液一端最近的一道所述第一密封结构2在运动过程中，出现油液渗漏的情况，弹簧所在的区域内还能够容纳少量渗漏的油液，降低其进一步往下一密封结构渗漏的速度。

同样的所述第二密封结构3中的弹性片302和第二密封环301均能根据受力情况自适应的热胀冷缩，始终紧密贴合所述活塞本体及活塞缸，保持良好的密封效果。两者之间还具有较好的协同效果，强度较高的第二密封环301保护弹性片302，避免其在往复运动中频繁摩擦，影响弹性片302寿命和弹性变形能力；同时弹性片302的弹性力能够弥补第二密封环301的外圆周在长期摩擦过程中磨损产生的间隙。

所述开口结构303的设置便于打开第二密封环301安装所述弹性片302，也有利于安装在活塞本体1的密封槽内；在安装好后，开口结构303始终连接在一起，多个配合的面中至少有一对平行的面是相互接触的或是重叠的，能够承受第二密封结构3轴向或周向的力；确保第二密封结构3始终处于良性的密封状态。

进一步的，所述圆孔204的直径小于所述密封槽的轴向宽度；所述圆孔204与所述密封槽的连接处倒角过渡。

中心对称设置的所述圆孔204有利于各个弹簧提供均衡的作用力；到角设置避免直角及锐角处的应力集中，避免密封槽受损产生的渣屑影响密封效果。

进一步的，所述阶梯弹性柱202具有一体成型的第一柱体和第二柱体；所述第一柱体的直径小于所述第二柱体的直径；所述第一柱体套设在所述弹簧中；所述第二柱体与所述圆孔204的内壁将所述弹簧201限制在所述圆孔204中；所述第二柱体的外径小于或等于所述圆孔204的直径。

所述阶梯弹性柱202与所述第一密封环203的内圆周接触的端面为弧形，其轮廓及弧度与所述第一密封环203的内圆周面相适配。

进一步的，如图5所示，所述第一凹槽8沿所述第二密封环301的周向设置，在径向上贯穿所述第二密封环301的内圆周面和外圆周面；相应的所述凸起9也沿所述第二密封环301的周向设置。

在长期的往复运动过程中，第一凹槽、凸起以及错开设置的弹性片的配合使第二密封结构的开口不会出现错位对不准的情况。

具体的，开口结构303始终连接在一起，五个配合的面中至少有一对平行的面是相互接触的或是重叠的，如凹槽水平边一801与凸起水平边一901保持平行且接触，凹槽水平边二802与凸起水平边二902保持平行且接触；能够承受密封组件轴向的力；确保密封组件始终处于密封状态。

进一步的，所述弹性片302具有弹性片开口304，所述弹性片开口304错开所述开口结构90°设置；所述弹性片302的一端紧贴所述第二凹槽10的内壁、另一端沿径向的漏出所述第二凹槽10。

内侧漏出部分弹性片302，有利于弹性片302的一端紧密配合密封槽，另一端紧密卡合在第二凹槽10中，减少第二凹槽10与与之相应的所述密封槽之间的间隙，影响密封效果。

进一步的，所述活塞本体1的一端中部开有内螺纹孔4，所述内螺纹孔4用于固定连接活塞杆；所述活塞本体1的另一端设有活塞头5，所述活塞头5靠近所述活塞本体1的端面的部分设有扭力区6，所述扭力区6做强化处理；所述活塞本体1靠近所述活塞头5的端面为斜面，逐渐向中部隆起。

扭力区6的设置能够让卡钳有一个合适的位置卡住活塞本体1，这样便于活塞杆与活塞本体1的螺接扭动；扭力区6的外轮廓面为六边形面并强化处理，增加强度。

扭力区6及端面斜面的设置，还有利于减小活塞头部顶入与活塞缸端部后，活塞本体1及活塞缸端部之间的死体积，减少该区域内油液的堆积，在往复运动过程中，死体积内液体产生的泡沫较少，有利于回流。

进一步的，所述密封槽等距平行的设置在所述活塞本体1的外圆周面内；所述活塞本体1在靠近所述活塞头5的一侧还设有滑动环7。

实施例二：

本实施例与实施例一的区别在于，所述第一密封结构与所述第二密封结构设置的位置不同。

具体的，如图7所示，所述第二密封结构3与所述第一密封结构2沿所述活塞本体1从左至右顺序设置。采用该种设置，使得所述活塞本体1内部实体部分的厚度基本保持一致，从而能够增强所述活塞本体的强度和稳定性。特别是内螺纹孔4对应的活塞本体的实体厚度增大，增强了该处的连接强度。

实施例三：

本实施例与实施例一的区别在于，所述开口结构的设置不同。

所述第一凹槽8沿所述第二密封环301的轴向设置，在轴向上贯穿所述第二密封环301的上下端面；相应的所述凸起9也沿所述第二密封环301的轴向设置。

采用本结构的开口结构，所述第一凹槽的开槽方向是与活塞往复运动的方向一致的，当泵活塞组件设置在活塞的密封槽中，密封槽的槽内侧刚好能够遮挡住所述第一凹槽，并能够压住所述凸起，避免了所述凸起在所述第一凹槽内轴向移动，避免其错位；同时使得所述第二密封环301的外圆周面上仅有一条轴向接口缝，受到挤压变形后，接口缝会变得非常小，降低了流体渗漏的可能，提高了密封性。

实施例四：

一种低温泵，所述低温泵的冷端设有活塞组件，所述活塞组件包括实施例一所述的活塞，所述活塞包括圆柱形的活塞本体，所述活塞本体的外圆周上设有若干密封槽；所述密封槽中分别设有第一密封结构和/或第二密封结构；

所述第一密封结构包括弹簧、阶梯弹性柱和第一密封环；对应所述第一密封结构的所述密封槽中沿所述活塞本体的径向均匀分布有若干圆孔；所述弹簧及所述阶梯弹性柱设置在所述圆孔中，所述阶梯弹性柱一端套设在所述弹簧中；所述第一密封环设置在所述密封槽中、并使其内圆周面紧密贴合所述阶梯弹性柱的另一端部；

所述第二密封结构包括第二密封环和弹性片；所述第二密封环具有开口结构，所述开口结构包括设置在所述第二密封环一端的第一凹槽，以及设置在所述第二密封环另一端的凸起；所述第一凹槽连接并配合所述凸起；所述第二密封环的内圆周面上还设有第二凹槽，所述第二凹槽内设有所述弹性片。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。