专利名称：活塞环密封不漏技术的制作方法
无油润滑活塞环由于受到气体力背压的作用而使其紧贴气镜面，阻止气体的泄漏通道而产生节流密封能力，有油润滑的铸铁活塞环，除了对气缸有预紧密封力外，工作时同样受到气体力背压的作用。活塞环工作时，其泄漏主要是环高压侧气体沿切口的轴向泄漏和环槽底背间隙内气体向切口泄漏的联合泄漏，见
图1。
为了避免环槽底部背压气体向活塞环切口的泄漏，将活塞环设计成双层环，内层起径向密封作用，叫内环，外层叫外环，轴向宽度不变，两环切口互相错开。再阻止活塞环高压侧气体沿切口的轴向泄漏，在双层环的基础上把外环设计成2根(两根以上均可)，切口互相错开约180°，起轴向密封作用，两根外环切口与内环切口互相错开约90°，成为一糟三环活塞环结构，密封原理见图2。这样，工作时外环切口处轴向泄漏由两根外环互相挡住，活塞环背间隙内气体向外环切口的泄漏由内环挡住，外环内圆面与内环外圆面贴合而密封。为减轻磨损，须注意外环与气缸壁接触面积与磨损之间的正比关系。
“一槽三环”活塞环能正常工作。活塞往复运行，速度的大小和方向都是周期性变化的，这是活塞体与活塞环、气体分子之间发生相对运动产生惯性力而形成气体力背压的根据。内、外活塞环均为工程塑料环的无油润滑活塞，当活塞运行到外止点开始回转时，各环槽中活塞环、背间隙内气体因惯性相对活塞向外止点端运动，各环立即贴合外止点端环槽侧面，同时环槽底部气体运动到外止点端，造成环槽底外止点端背压略高于内止点端，往内止点运行过程中，气体从内止点端侧间隙进入背间隙，将内环张开压紧外环紧贴气缸镜面起密封作用。活塞到内止点后往外止点运行的过程，工作原理也一样。压缩机开始启动后，外环内圆与内环外圆之间的气体，因惯性作用由外环切口排向环槽，同时内环压紧外环使外环紧贴气缸镜面而工作，环槽底部气体的往复运动始终将活塞环张开紧贴气缸镜面。即使气缸失圆，由于工程塑料的特性，气体力背压照样能使活塞环紧贴气缸镜面在起密封作用。若内环用金属硬材料制造，气缸仍为无油润滑，气缸失圆时外环紧贴气缸镜面，其内圆面就会与内环外圆面之间出现间隙，有气体经此间隙向切口泄漏的可能。因此，对磨损较大失圆的气缸，无油润滑的活塞内环宜用工程塑料制造。
内、外活塞环均为铸铁的有油润滑活塞，因活塞环均有初弹比压，工作时又受气体力背压作用。内环压紧外环，外环压紧贴合气缸镜面而密封。若内环用工程塑料等软材料制造，内环外圆面与外环内圆面的密封同无油润滑的一样。只要气缸尺寸、椭圆度、圆锥度等满足要求，新装的有油润滑活塞环与气缸镜面经短时间的磨合，就能与气缸镜面贴合密封良好，只要不进行拆检，能长期保持良好密封。若气缸磨损较严重，尺寸、椭圆度、圆锥度等不能满足要求，则外环张开后与气缸镜面出现间隙，气体经此间隙泄漏，必须经过长时间的磨合，活塞环才能紧贴气缸镜面，一般情况下是不允许的，这对于汽车发动机要格外引起注意。
现有活塞环密封，椐有关资料，泄漏系数λ1＝0.90-0.98。“一槽三环”活塞环运行中，会有很少量的气体沿活塞环与环槽侧间隙泄漏，通过提高活塞内、外环制造精度等，采用两道以上环密封，达活塞环密封基本不漏或无泄漏，λ1可取上限值或接近1，从而增加气缸打气量，对提高压缩机的技术经济性有重要意义。活塞环密封的泄漏是活塞式压缩机和发动机的主要泄漏，其它方面如填料、气阀、气门，管路等的泄漏较容易解决，用此技术设计或改造活塞式压缩机，可以增加打气量创造出好的经济效益；设计或改造活塞式四冲程发动机，吸气过程油底壳内空气难以从活塞环切口漏进气缸，多吸入空气，压缩、膨胀两过程严密不漏，必然提高压缩过程终止时的压力，且膨胀过程因多吸入空气的助燃作用，燃油燃烧较完全，排气过程所排尾气中一氧化碳和碳氢化合物的含量下降，对保护大气环境有利，燃烧较完全多产生的能量增大了发动机的功率和扭矩，对提高发动机的经济性和动力性、节约燃油有重要的现实意义。
以4M8-36/320氢氮压缩机为例，通过一级的理论分析计算，说明活塞环密封不漏技术应用的经济意义。部分技术参数；一级缸径D1＝500mm，活塞杆直径d＝65mm，活塞行程S＝320mm，主机转速n＝375r/mm，设计压力(绝压)一入Ps＝0.126Mpa，一出Pd≤0.35MPa，二出Pd2＝0.88MPa。正常实际操作压力一入PS＝0.126MPa，一出Pd＝0.400-0.420MPa。按等压缩比省功原则，有一、二级压缩比
一出压力Pd＝ε1Ps＝0.33MPa。一、二级缸均为双作用气缸，活塞均只有2根活塞环密封，气体沿活塞环切口泄漏难免，盖侧压力高时气体漏向轴侧，轴侧压力高时漏向盖侧，循环往复，泄漏造成打气量下降，压力高时泄漏较大，二级泄漏比一级大，致使一出压力比设计压力高得多，应用活塞环密封不漏技术可以解快一出超压问题。一级双作用气缸每分钟工作容积Vh＝(πD12/4+πD12/4-πd2/4)Sn＝46.702m3/min。
现有活塞环密封，取λL＝0.94，λT＝0.96，λP＝0.96，凝析系数φ1＝0.98。λV＝1-α[(Pd/Ps)1/m-1]，取α＝0.07，m＝1.2，查图并计算得Ps′＝0.117MPa，Pd′＝0.444MPa，则λv＝0.857。λ＝λlλTλVλPφ1＝0.728，一入实际打气量V＝λVh＝34.0m3/min。
一槽三环活塞环密封，取λ1＝0.98，λT＝0.96，λP＝0.96，φ1＝0.98。Ps＝0.126MPa，Pd＝0.35MPa，查图并计算得Ps′＝0.117MPa，Pd′＝0.389MPa。λV＝1-α(ε′1/m-1)＝0.88，λ＝λlλTλVλPφ1＝0.78，实际气量可达V＝λVh＝36.42m3/min。以3300m3半水煤气生产1吨合成氨，吨氨价1700元，则单机年增效益达(3.42-34.00)×60×24×310×1700/3300＝556512.00元。还有一出压力的降低使压缩机功率下降，起到节能增产的效果。
权利要求
要求保护活塞环密封不漏技术即一槽三环活塞环结构的技术方法在活塞式机器改造和设计中的应用，其特征是活塞环切口轴向泄漏由外环互相挡住，环槽底背间隙内气体向外环切口的泄漏由内环挡住。符合其特征的活塞环密封不漏改造方法，都是要求保护的。
全文摘要
活塞环密封不漏技术是对活塞环的密封进行新的组合,克服了现有活塞环密封有气体沿环切口泄漏的缺点,气缸有、无油润滑均可应用。其密封原理符合惯性定律等,至少采用两道环的密封,实现活塞环密封泄漏很微小,接近于无泄漏,使用过程中不会因活塞环磨损造成切口过大而漏气,工作寿命长。在活塞式机器中有广泛用途,起节能、增产的作用。
文档编号F16J9/08GK1274054SQ99106840
公开日2000年11月22日 申请日期1999年5月15日 优先权日1999年5月15日
发明者刘恩全 申请人:刘恩全