專利名稱：一種小型斯特林發動機用活塞桿密封組件的制作方法
技術領域：
本實用新型是關于密封件，特別是關于小型斯特林發動機用活塞桿密封件。
背景技術：
斯特林發動機是通過外部燃燒產生的熱量或熱源加熱閉式循環內的工質的一種 外燃式發動機，斯特林發動機工作時，工質氣體(一般為氦氣或氫氣)在斯特林發動機內 部閉式循環做功，工質氣體不消耗，但存在一定的微量泄漏，因此當發動機運行到一定時間 后，即工質氣體壓力下降到一定值后，就需要從外界充壓容器給發動機補充工質。為了提高 發動機的可靠性，延長由于工質泄漏造成的補氣時間間隔，提高工質系統密封技術尤為重 要，如專利號為CN 200520042633. 5的專利公開了一種活塞式氣體壓縮機活塞桿高壓密封 組件，該密封結構帶有彈簧壓緊式的自動補償結構，密封效果較好，是目前斯特林發動機上 廣泛使用的密封結構。但該密封結構也存在以下幾點不足1、零件較多、結構復雜、運動部分質量較大，比較適合功率中型或偏大的發動機 用，難以滿足小型斯特林發動機對結構緊湊、零部件少、重量輕的需求；2、對于小型斯特林發動機，為了保證發動機運行所需要的工質，常采用一個與 發動機冷腔連通的充壓容器來保證發動機的長時間運行，這樣就需要在活塞桿上的密 封結構具有雙重功能，即該密封組件在發動機靜態情況下保證充壓容器內的高壓氣體 能進入冷腔；在發動機動態時保證氣體不會從冷腔泄漏到充壓容器中，具有可靠密封狀 態，也就是密封結構可以根據發動機的運行狀態進行密封和連通的切換。顯然專利號為 CN200520042633. 5的專利公開的密封結構難以滿足上述要求；3、上述的結構摩擦力大，耗功較大，難以滿足小型斯特林發動機的需要。
發明內容本實用新型的目的在于提供一種小型斯特林發動機用活塞桿密封組件，解決現有 密封組件零部件多、結構復雜，難以實現根據發動機運行狀態進行密封和連通狀態切換，難 以滿足小型斯特林發動機應用需要的技術問題，該密封組件具有零件數目少、結構簡單、質 量輕、摩擦耗功小，可以根據發動機運行狀態進行密封和連通狀態雙向切換的特點。本實用新型的目的是通過以下的技術方案實現的小型斯特林發動機用活塞桿密封組件，包括活塞桿、缸套，活塞桿和缸套間隙配 合，其特征在于所述的活塞桿密封組件為至少由上下兩道密封環組成的密封結構構成； 在所述的活塞桿上設置有上密封環槽和下密封環槽，環形的上、下密封環布置在上、下密封 環槽內，在活塞桿上密封環槽上部，還設置有與上密封環槽底部連通的上引氣孔和上引氣 腔；在活塞桿下密封環槽下部，還設置有與下密封環槽底部連通的下引氣孔和下引氣腔； 上引氣腔與斯特林發動機的冷腔連通，下引氣腔與斯特林發動機的充壓氣源連通。上述的小型斯特林發動機用活塞桿密封組件，在所述的上密封環和下密封環之間 設置有緩沖腔。[0010]上述的小型斯特林發動機用活塞桿密封組件，采用填充聚四氟乙烯的材料制作而 成的上密封環和下密封環具有傾斜的開口。上述的小型斯特林發動機用活塞桿密封組件，所述的缸套與活塞桿之間、以及缸 套內孔與上密封環和下密封環的外環面之間預留0. 2 1. Omm的間隙。上述的小型斯特林發動機用密封組件，所述的缸套內孔表面粗糙度在RaO. 1 0. 2之間。上述的小型斯特林發動機用密封組件，所述的活塞桿下端在中心位置開有中心 孔，與下引氣孔連通，用作下引氣腔。總之，本實用新型具有以下優點1)采用以上結構，可以實現采用充壓容器形式的斯特林發動機在動態和靜態時密 封效果的切換。2)該密封組件除去活塞桿和缸套，僅由兩密封環組成，零件數目少，結構簡單，重 量輕，摩擦耗功小。3)各零件結構簡單，易于實現，成本低，適合批量生產。以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
圖1是傳統的斯特林發動機活塞桿主密封結構示意圖。圖2是本實用新型小型斯特林發動機活塞桿密封組件的結構示意圖。其中1.活塞桿，2.缸套，3.下引氣腔，4.下引氣孔，5.下密封環，6.下密封環槽， 7.上引氣腔，8.上引氣孔，9.上密封環，10.上密封環槽，11.緩沖腔。
具體實施方式
圖1是傳統的斯特林發動機活塞桿主密封結構示意圖，該主密封結構密封可靠性 高，適用于功率在中等和偏大的發動機用，但該密封結構由于零件比較復雜、配合精度要求 高，使得機加工難度大，成本高。另外，其結構復雜、重量大的缺陷也不適用于小型熱氣機 用，最主要的是該密封結構不能滿足小型斯特林發動機帶充壓形式的工質系統對密封組件 要求動態密封和靜態連通狀態的雙向切換功能的需要。圖2所示為本實用新型的一個實施例，其包括活塞桿1、缸套2，以及至少由上下 兩道密封環組成的密封結構構成；在活塞桿1上設置有上密封環槽10和下密封環槽6，密 封環槽設置成矩形或梯形結構；與密封環槽匹配的環形的上密封環9布置在上密封環槽10 內，下密封環6布置在下密封環槽6內；上、下密封環的厚度需要小于活塞桿1上的密封環 槽的寬度，其內環面的直徑要略大于活塞桿1密封環槽的底徑，一般密封環槽面需要保證 一定的粗糙度。在活塞桿1上密封環槽10上部，還設置有與上密封環槽10底部連通的上引氣孔 8和上引氣腔7，上引氣腔7為一個環形的、截面為V形的切槽，當然也可以是截面為矩形或 其它形狀，上引氣孔8設置成沿活塞桿1圓周均勻布置的多個，上引氣孔8盡量開在環槽的 底部。在活塞桿1下密封環槽6下部，還設置有與下密封環槽6底部連通的下引氣孔4和 下引氣腔3，同樣下引氣孔4也設置成沿活塞桿1圓周均勻布置的多個，下引氣孔4也盡量
4開在環槽的底部。上引氣腔7與斯特林發動機的冷腔連通，下引氣腔3與斯特林發動機的 充壓氣源連通，下引氣腔3設置在活塞桿1的下端中心位置，也就是在活塞桿1下部開一個 中心孔，與充壓氣源連通，兵與下引氣孔4連通。所述的活塞桿1和缸套2通過機加工方式獲得，上、下密封環采用填充聚四氟乙烯 的材料，采用機加工或者注塑成型再精加工的方式獲得。在活塞桿1上、下密封環槽之間還設置有一個緩沖腔11，形狀為截面為矩形的一 個環槽，當然緩沖腔11也不局限于矩形槽，可以開成任意截面的一定大小的環槽或者間斷 的槽。缸套2與密封環之間預留一定的間隙，保證在發動機靜態情況下充壓容器內的高 壓氣體進入冷腔的目的，而且設計間隙應該不大于1mm，一般為0. 2 1. 0mm。當發動機靜態時，即活塞靜態時，活塞桿1和缸套2之間的間隙使冷腔和高壓容器 連通；當活塞運動時，活塞桿1上部與缸套2等組成的冷腔中的高壓氣體通過上引氣腔7、 上引氣孔8到達上密封環9內環面，使上密封環9撐開貼緊缸套2內壁，使之具有密封效果； 活塞桿1下部的下引氣腔3與充壓容器相連通，高壓氣體通過下引氣腔3和下引氣孔4到 達下密封環5內環面，使下活塞環撐開貼緊缸套2內壁，使之具有密封效果。兩道密封環能 夠達到很好的密封冷腔和充壓氣源壓力容器的效果，同時可以實現靜態和動態的切換。按本實用新型的方案研制了 IkW左右的四缸雙作用式斯特林發動機用活塞桿1 密封組件，其密封組件重量較傳統主密封降低了 62%，制造成本大大降低，加工周期大大縮 短，經過配機試驗，密封組件的性能、可靠性滿足使用要求。以上實施例僅用于說明本實用新型而非限制本實用新型所描述的技術方案，并不 局限于以上的形式，還可以對本實用新型進行修改或等同的替換；一切不脫離本實用新型 的精神和范圍的技術方案及其改進，都將落入本實用新型的保護范圍。
權利要求一種小型斯特林發動機用活塞桿密封組件，包括活塞桿(1)、缸套(2)，活塞桿(1)和缸套(2)間隙配合，其特征在于所述的活塞桿密封組件為至少由上下兩道密封環組成的密封結構構成；在所述的活塞桿(1)上設置有上密封環槽(10)和下密封環槽(6)，環形的上、下密封環(9、5)布置在上、下密封環槽(10、6)內，在活塞桿(1)上密封環槽(10)上部，還設置有與上密封環槽(10)底部連通的上引氣孔(8)和上引氣腔(7)；在活塞桿下密封環槽(6)下部，還設置有與下密封環槽(6)底部連通的下引氣孔(4)和下引氣腔(3)；上引氣腔(7)與斯特林發動機的冷腔連通，下引氣腔(3)與斯特林發動機的充壓氣源連通。
2.根據權利要求1所述的小型斯特林發動機用活塞桿密封組件，其特征在于在所述 的上密封環(9)和下密封環(5)之間設置有緩沖腔(11)。
3.根據權利要求1或2所述的小型斯特林發動機用活塞桿密封組件，其特征在于采 用填充聚四氟乙烯的材料制作而成的上密封環(9)和下密封環(5)具有傾斜的開口。
4.根據權利要求1或2所述的小型斯特林發動機用活塞桿密封組件，其特征在于缸 套(2)與活塞桿(1)之間、以及缸套(2)內孔與上密封環(9)和下密封環(5)的外環面之 間預留0. 2 1. Omm的間隙。
5.根據權利要求3所述的小型斯特林發動機用活塞桿密封組件，其特征在于缸套(2) 與活塞桿(1)之間、以及缸套(2)內孔與上密封環(9)和下密封環(5)的外環面之間預留 0. 2 1. Omm的間隙。
6.根據權利要求4所述的小型斯特林發動機用活塞桿密封組件，其特征在于缸套(2) 內孔表面粗糙度在RaO. 1 0. 2之間。
7.根據權利要求5所述的小型斯特林發動機用活塞桿密封組件，其特征在于缸套(2) 內孔表面粗糙度在RaO. 1 0. 2之間。
8.根據權利要求6所述的小型斯特林發動機用活塞桿密封組件，其特征在于所述的 活塞桿(1)下端在中心位置開有中心孔，與下引氣孔(4)連通，用作下引氣腔(3)。
9.根據權利要求7所述的小型斯特林發動機用活塞桿密封組件，其特征在于所述的 活塞桿(1)下端在中心位置開有中心孔，與下引氣孔(4)連通，用作下引氣腔(3)。
專利摘要本實用新型公開了一種小型斯特林發動機用活塞桿密封組件，包括活塞桿、缸套，以及至少由上下兩道密封環組成的密封結構構成；在活塞桿上設置有上密封環槽和下密封環槽，環形的上、下密封環布置在上、下密封環槽內，在活塞桿上密封環槽上部，還設置有與上密封環槽底部連通的上引氣孔和上引氣腔；在活塞桿下密封環槽下部，還設置有與下密封環槽底部連通的下引氣孔和下引氣腔；上引氣腔與斯特林發動機的冷腔連通，下引氣腔與斯特林發動機的充壓氣源連通；該密封組件具有零件數目少、結構簡單、質量輕的優點，可以根據發動機的運行狀態實現密封與連通狀態的切換，非常適用于1kW左右的小型斯特林發動機使用。
文檔編號F02G1/053GK201696163SQ201020161410
公開日2011年1月5日 申請日期2010年4月15日 優先權日2010年4月15日
發明者劉志輝, 周建明, 彭小方, 梁偉青, 熊衛星, 許世杰, 賈大偉 申請人:上海齊耀動力技術有限公司