用于活塞环的单元环及其活塞环制造技术

本发明专利技术针对现有活塞环密封性能差等缺点提供了一种新式活塞环，其优点是密封严、寿命长、成本低、易推广。该发明专利技术的本质是改变活塞环基本结构原理，在一单圆环的开口处附近装一张力元件，其张力沿圆环的切线方向作用在合口的两端头上，从而获得活塞环的张力，张力元件本身又恰能堵住工质从合口处沿径向的漏泄，两单圆环叠合在一起即可组成一道新式活塞环。经在蒸汽机车汽机中试验机车牵引力增加２０％以上，活塞环造价降低５０％以上，材料节约４０％以上。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机械工程领域，涉及活塞与缸套之间的密封技术。目前国内外活塞式机械中(如蒸汽机、内燃机、压缩机、抽吸机等)，除了在低温、低速下应用橡胶、塑料、皮革制作的类似活塞环的密封件外，大多数在较高温、较高速下均广泛应用金属制作的单环开口式活塞环，并以铸铁的居多。随着生产技术的发展，日益要求机械在高速、高温、高效率下工作，其活塞环就是主要的薄弱环节，它是活塞式机械成败和完善与否的关键部件。为了提高活塞环的密封性和使用寿命，人们一直在对它进行改进，长期以来提出了许多设想、方案和专利，特别是在活塞环的合口形式上和几个环的组合形式上提出的专利更多，甚至提出了《全密封活塞环》的专利。这些设想和改进虽能在一定程度上改善活塞环的某些性能，但其综合效益欠佳，难以广泛应用。目前广泛应用的活塞环的主要缺点是在理论上(即设计上)均没有实现所谓全密封、外圆工作面和合口处有漏泄、胀力易丧失，易折断、寿命短工艺复杂、难制造、成本高等。因此，继续对活塞环进行改进，实现大的突破，仍然是摆在人们面前的迫切任务。本专利技术的目的是实现活塞环理论上(即设计上)的全密封，即漏泄面积为零，在实际上接近全密封。本专利技术从改进活塞环的基本结构原理出发，应用新的产生胀力的原理，改善外圆工作面上的应力状态和接触、贴合程度，使其避免出现拉应力现象，并避免活塞环合口间隙引起的漏泄，还要简化制造工艺、降低成本、提高总的经济效益，为其广泛应用创造条件。本专利技术的技术方案(附图1、2、3、4)是在一外圆直径略小于缸套内径的单圆环的开口处附近装一胀力元件，其张力使合口处两端头在其圆周的切线方向上有胀开的趋势，从而使活塞环具有胀力，迫使外圆工作面能严密贴合，并使其胀力沿圆周能均匀分布。胀力元件的结构型式可据工作条件选定，图1中表示的是圆柱弹簧式的。因单圆环的外圆工作面直径小于气缸套内径，所以当撑大到缸套内径时，外圆工作面上要出现附加压应力。把胀力元件做成合适的几何形状，正好堵住工质从活塞环槽槽底沿径向往合口处的漏泄，再把两单圆环上无倒角的两端面贴合在一起，两个合口处错开90°角度以上，则另一环体就能堵住工质从轴向或从圆周方向漏向该合口处，所以合口处的漏泄面积为零。经试验对蒸汽机的铸铁活塞环来讲，单圆环体外径(∮1)小于缸套内径(∮2)0.2%为宜，即∮2-∮1≤2∮2×10-3。∮1过小则外圆工作面贴合不好，∮1加大则外圆工作面上压应力变小，∮1＝∮2密封最好;但因产生胀力引起的附加压应力为零。对于不同的材质和工作条件这一数值会有所不同。对新式活塞环体的材质没有弹性的要求，因为它不是依靠其环体的弹性产生胀力的，它是依靠胀力元件产生胀力的。对于胀力元件的材质没有耐磨性的要求，因为它不参于摩擦，故只要求其弹性。所以环体和胀力元件的选材都较容易，对蒸汽机和内燃机来讲，环体可选择合金铝、中碳钢、灰铸铁，胀力元件可选择50CrVA合金弹簧钢。现用活塞环的环体材质性能要兼有耐磨性和弹性，故难以选择，常用的铸铁活塞环弹性就较差。为了提高加工精度以使活塞环各工作面贴合良好，新式活塞环环体应用筒料在车床上一次装卡，一个工位车制完毕，也可以用横截面符合使用要求的拔料、轧料及条、带类型材，根据外圆工作面直径绕制而成。胀力元件用弹性材料绕制弹簧和加工堵漏垫片，可以分别在卷簧机、冲压机上进行，加工制造都简便易行。新式活塞环在使用中合口间隙变大后，其胀力会逐渐减小，当减小到不允许的程度，影响密封时，可以在放置弹簧的孔内加垫，恢复弹簧的压缩量，调整其弹力。当然也可以换长些的弹簧;但最好还是把弹簧设计为能使用到一个检修期为好。实施例如下1、该新式活塞环在建设型蒸汽机车和前进型蒸汽机车的汽室中试验，效果良好，外圆工作面接触环线无间断，贴合良好，磨耗均匀，环体材质虽为灰铸铁;但无折断，无不良反映。技术数据是环体外圆工作面直径∮300毫米，横截面为10毫米×10毫米，在合口端面上钻孔∮6毫米，孔深25毫米。胀力元件为圆柱弹簧，外径D＝5.8毫米，圈数20圈，自由高H0＝35毫米，簧丝直径d＝1.2毫米，材质为50CrVA合金弹簧钢。2、该新式活塞环在蒸汽机车汽缸中长期试验过。活塞环胀力均匀，接触、贴合良好，磨耗均匀，制造成本降低50%以上，环体材质用灰铸铁，材料节约50%以上，机车牵引力提高20%以上。技术数据是环体外圆工作面直径∮580毫米，横截面为17毫米×13毫米，在合口端面钻孔∮10毫米，深50毫米。胀力元件为圆柱弹簧，外径D＝9.5毫米;圈数20圈，自由高H0＝65毫米，簧丝直径d-2毫米，材质50CrVA合金弹簧钢。堵漏垫片为碳素钢。使用该新式活塞环可取得如下效果1、密封严由于有胀力元件的作用，外圆工作面贴合良好，合口不漏泄，实现了理论漏泄面积为零，又因为工艺简单，加工安装易保证精度，实际会接近全密封。2、寿命长由于外圆工作面贴合好，无拉应力，难以磨损，故耐磨性好，合口间隙变大后仍不漏泄，故能长久使用。3、工艺简环体在车床上一个工位车制完毕，不要胎具。胀力元件可以在卷簧机、冲压机上简便制造。单圆环没有油环、气环之分，故使工艺十分简便。4、成本低工艺简则费用少，设备省，材料便宜，且耗量少，故总成本低。5、效益高成本低，寿命长，则用量少，修理次数少，故投入少。又由于密封性能好，能提高机械效率，节约能源，减少污染，则经济和社会效益均高。 附图说明图1 单圆环 是表示新式活塞环的基本件的组装图，由环体1和胀力元件2两部分组成。在本图中，胀力元件又由支撑弹簧和堵漏垫片两零件组成。该图可作为专利技术摘要的附图。图2 隔圈 是表示新式活塞环油环中的一个零件，为一波浪形的有开口的圆环，作隔开组成油环的两单圆环使用，刮下的油可从隔圈进入活塞回油孔。图3 新式气环 是表示新式气环的组装图，由两个单圆环1、2及缸套3和活塞4组成。在单圆环的贴合面上无倒角，以防止漏泄。图4 新式油环 是表示新式油环的组装图，由2个单圆环1、3、隔圈2、缸套4和活塞5组成。油被刮向单圆环上无倒角的端面的方向。权利要求1.一种新式活塞环，其特征是在一单圆环的开口处附近装一胀力元件，其张力的方向与合口处圆周的切线方向平行，此张力作用在合口的两端头上，使合口间隙有加大的趋势，由此产生活塞环的胀力，迫使其外圆工作面与缸套内壁接触、贴合良好。胀力元件本身又恰好堵住工质从合口处沿径向的漏泄。一道新式活塞气环由两个单圆环叠合在一起组成。这两个单圆环体上无倒角的两个端面相叠合，且两个合口处与单圆环圆心的连线夹角为90°以上。一道气环活塞环槽中只放一道气环。一道新式活塞油环由两个单圆环夹着一个隔圈叠放在一起组成，这两个单圆环体上无倒角的两个端面都朝向一个轴向。油被刮向无倒角端面的方向。新式活塞环的单圆环没有气环和油环之分，它可以组成气环，也可以组成油环。2.由权利要求1所述的新式活塞环的单圆环的特征是单圆环体在自由状态下其外圆工作面的直径(∮1)应比缸套内径(∮2)小些，而减小的程度应根据环体材质、工作条件以在保证密封的条件下，以寿命最长来确定。对目前蒸汽机的铸铁活塞环来讲以∮2-∮1≤2∮2×10-3为宜。3.根据权利要求1、2所述的新式活塞环的单圆环的特征是单圆环体的材质应为能适应具体工作条件(温度、腐蚀、冲击、压力等本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新式活塞环，其特征是在一单圆环的开口处附近装一胀力元件，其张力的方向与合口处圆周的切线方向平行，此张力作用在合口的两端头上，使合口间隙有加大的趋势，由此产生活塞环的胀力，迫使其外圆工作面与缸套内壁接触、贴合良好。胀力元件本身又恰好堵住工质从合口处沿径向的漏泄。一道新式活塞气环由两个单圆环叠合在一起组成。这两个单圆环体上无倒角的两个端面相叠合，且两个合口处与单圆环圆心的连线夹角为９０°以上。一道气环活塞环槽中只放一道气环。一道新式活塞油环由两个单圆环夹着一个隔圈叠放在一起组成，这两个单圆环体上无倒角的两个端面都朝向一个轴向。油被刮向无倒角端面的方向。新式活塞环的单圆环没有气环和油环之分，它可以组成气环，也可以组成油环。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：董瑞，
申请(专利权)人：董瑞，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]