專利名稱：活塞具有金屬密封環的軸向活塞泵的制作方法
技術領域：
本實用新型總體涉及軸向活塞泵，更具體地說，涉及汽缸和活塞的結構。
背景技術：
軸向活塞泵在本領域是公知的。典型的軸向活塞泵包括一個上面設有許多缸膛的汽缸體，和以滑動的方式布置在每一個缸膛內一個活塞組件。各活塞組件連接到一個旋轉斜盤上，該旋轉斜盤將旋轉運動轉換成活塞的往復運動。在工作過程中，當旋轉斜盤保持靜止時通過旋轉汽缸體本身，或者當汽缸體保持靜止時通過旋轉旋轉斜盤，各活塞在汽缸體的各缸膛內往復。在任何一種模式下，無論是旋轉汽缸體，或者是旋轉旋轉斜盤，汽缸壁和往復運動的活塞之間的間隙對軸向活塞泵的性能都至關重要，因為被稱為內部泄漏的汽缸壁和往復運動的活塞之間的泄漏是導致軸向活塞泵的致命的功率損耗的最重要的因素之一。典型的軸向活塞泵被設計和制造成操作溫度范圍在_30°C和+150°C之間。汽缸體的合金通常是用于支撐功能的銅基黃銅族，而活塞的合金通常是更耐久的鉻基硬鋼。使用兩種不同的合金導致兩個部件隨著氣溫和內部溫度的變化具有不同的熱膨脹速度。接下來導致汽缸壁和活塞之間的間隙膨脹和收縮。在高溫下卡缸和在低溫下嚴重泄漏是主要問題。因此最佳間隙是大得足以避免在高溫條件下卡缸而又小得足以避免在低溫條件下嚴重泄漏的間隙。傳統上，最佳間隙的實現完全取決于制造過程中活塞和缸膛的加工和精整精度。然而，汽缸和活塞隨著時間不可避免地會有磨損和裂縫，從而偏離最佳參數。由間隙尺寸以及熱膨脹和收縮特性帶來的競爭性標準也引起難以制造的挑戰，包括汽缸體和活塞材料以及可以應用的熱處理工藝的選擇范圍窄。本實用新型致力于通過提供一種具有帶金屬密封環的活塞的軸向活塞泵來克服上述問題。
實用新型內容本實用新型的一個目的是提供一種軸向活塞泵的設計方案，該泵具有帶金屬密封環的活塞，因此，可以消除由汽缸壁和活塞之間的非最佳間隙導致的卡缸和嚴重泄漏的缺陷。本實用新型的另一個目的是使用盤繞交織密封件(coiled felt seal,簡稱CFS),這是一種應用在活塞上的螺旋盤繞金屬密封，來提供如此設計的具有帶金屬密封環的活塞的軸向活塞栗。本實用新型提出了一種軸向活塞泵，包括:一個具有一個或多個缸膛的汽缸體；以及一個或多個活塞組件；其中活塞組件的數目與缸膛的數目匹配；其中每個活塞組件具有一個活塞，該活塞以往復運動的方式設置在每個缸膛內；以及其中每個活塞裝有一個金屬密封環，用于減少泄漏，并將該活塞同心保持在相應的缸膛內。根據本實用新型的各實施方式，活塞裝有撓性在缸膛的0.1%的范圍內的盤繞交織密封件CFS。結果是在制造軸向活塞泵的過程中，缸膛和活塞表面的研磨和拋光工藝就沒有必要。活塞和汽缸體的合金的選擇范圍變寬。歸根結底，使用盤繞交織密封件CFS降低了材料和加工成本，同時增強了軸向活塞泵的減少泄漏的性能。
下面參照附圖更詳細地描述本實用新型的各實施方式，其中；圖1展示了汽缸體旋轉型軸向活塞泵的一個實施方式的橫截面圖。圖2展示了一個示例性的汽缸體的橫截面圖和前視圖，該汽缸體配置有裝有盤繞交織密封件CFS的活塞。圖3展示了一個示例性的汽缸體的橫截面圖和前視圖，該汽缸體配置有無任何密封裝置的活塞。圖4展示了一個示例性的汽缸體的前視圖，該汽缸體配置有無任何密封裝置的活塞，重點在于缸膛和活塞之間是偏心的。圖5示出了可以用金屬薄片沖壓而成的部分環，其兩端具有凸的和凹的燕尾形接頭，以便在進一步接合時，使接合牢固。圖6示出了兩個部分環被疊置在一起，以便將第一部分環的凸的燕尾插到另一個部分環的凹的燕尾中，以便進一步接合構成螺旋盤管。圖7示出了本實用新型的管狀密封的坯料，它是金屬帶盤繞的螺旋管。圖8是本實用新型的完整的動態密封的局部剖視圖，該密封是通過研磨坯料的內徑和外徑從而密封中具有合適的功能而成的。圖9示出了具有輔助的虛部的部分環，用于解釋本實用新型的動態旋轉密封的原理。圖10是使用本實用新型的完整的動態旋轉密封的實施例的局部剖視圖。圖5-10中的標記的零部件的說明1-用金屬薄片沖壓而成的部分環。2-C型部分環上燕尾接頭的凸端。3-C型部分環上燕尾接頭的凹端。4-燕尾接合線，這是C型部分環燕尾接合的結果。5-由數個C型部分環沿螺旋形軌跡進一步接合而構成的螺旋彈簧管。6-不接觸軸的圓周，該圓周的直徑做得比軸的直徑略大，從而使它總是遠離軸。7-接觸軸的圓周，該圓周的直徑做得比軸的直徑略小，從而使它總是接觸軸。8-接觸殼體的圓周，該圓周的直徑做得比殼體的內徑略大，從而使它總是與殼體接觸。9-不接觸殼體的圓周，該圓周的直徑做得比殼體的內徑略小，從而使它總是遠離殼體。I O-殼體密封層，其外徑是接觸殼體的圓周，而其內徑是不接觸軸的圓周。 11-位移吸收層，其外徑是不接觸殼體的圓周，而其內徑是不接觸軸的圓周。12-軸密封層，其外徑是不接觸殼體的圓周，而其內徑是接觸軸的圓周。13-軸。14-指示軸旋轉方向的箭頭。[0035]15-當軸密封環展開時指示環展開方向的箭頭。16-假想的銷，該銷阻擋軸密封壞的旋轉。17-殼體。18-殼體的內徑。19-插在卡環槽內以保持定位環的卡環。20-保持密封壞組件的定位環。21-壓縮環，該壓縮環推動密封壞組件的源環以保持密封壞組件中所有的環彼此緊密接觸，從而阻止各環之間泄漏。22-為壓縮環提供壓縮力的壓縮彈簧。23-旋轉軸的外徑。24-完整的密封組件。25-卡環槽。
具體實施方式
在下面的說明中，具有帶金屬密封環的活塞的軸向活塞泵的設計方案作為優選實施例來說明。對本領域技術人員來說，顯然只要不背離本實用新型的范圍和思想，就可以做出各種改進，包括增加和/或替換。可以忽略特定的細節，以便不會使實用新型難以理解；但是公開內容寫得能使本領域技術人員不需要過度試驗即可實施這里的教導。參照圖1。展示的是汽缸體旋轉型軸向活塞泵的一個實施方式的橫截面圖。該軸向活塞泵包括至少一個容納所有泵部件的泵殼01。泵殼01可以用螺栓02安裝在主機上。閥板08和旋轉斜盤07組裝在殼體01內，并且用螺栓05和螺栓06緊固到位。里面開有缸膛09的汽缸體03安裝在泵殼01內、軸承04上。汽缸體03被推力彈簧14壓向閥板08，保持閥板08和汽缸體03牢牢接觸。活塞密封11，即CFS安裝在活塞10上。活塞密封11確保缸膛09和活塞10之間是零泄漏或者接近零泄漏，從而實現節能和更高的泵性能。參照圖2和圖3。在圖2中的橫截面圖中更清晰地顯示了 CFS活塞密封11。如在圖2中的前視圖中所看到的那樣，CFS活塞密封11還與缸膛09中的活塞10保持完美同心。通過保持兩個摩擦表面之間均勻分布的接觸，確保兩個接觸部分之間有更長的壽命。相比之下，如圖3中的15所示，沒有活塞密封的活塞則有可能在缸膛09中晃晃蕩蕩偏向一邊，從而會因過大的空間16而導致嚴重的泄漏。參照圖1。活塞10被活塞彈簧12從汽缸體03向外施壓。該施壓確保活塞10的暴露端通過球窩接頭13與旋轉斜盤07有牢固的接觸。當汽缸體03旋轉時，活塞的暴露端被壓縮以追隨旋轉斜盤07的表面。由于旋轉斜盤07與旋轉軸線成一角度，因此活塞必定沿軸向往復運動，從而驅動泵送動作。CFS的一個實施方式稱為螺旋彈簧管型動態旋轉密封，它的示例性應用公開在第10-號韓國專利申請中。用C型部分環構成的螺旋彈簧管型動態旋轉密封，這些C型部分環通過燕尾接合方法接合在一起。本實用新型的范疇落在泄漏的動態阻止技術中，當旋轉壓縮系統中的壓力上升時，靜止的殼體和旋轉軸之間不可避免地會出現泄漏。用在螺桿型壓縮系統上的動態旋轉密封被稱為“機械密封”。機械密封至少由六部分組成:定子體，轉子體，定子盤，轉子盤，轉子盤彈簧和轉子體盤密封。如果這些部件中任何一個出故障，整個密封功能就失效。定子盤和轉子盤是在壓力下通過接觸摩擦旋轉執行實際密封功能的部件。這兩個部件必須兼具高耐磨性能和低摩擦力。它們必須能夠以盡可能最快的速度散熱。表面積可以調節，以便有小的接觸面積，從而有小的摩擦熱，但小的面積會導致更快地磨損。高耐磨材料具有高摩擦力，而低摩擦力材料具有低耐磨性。如果它們用高耐磨材料制造，以便有長的壽命，摩擦熱就會影響相互接觸的介質的質量，在某些情況下甚至導致火災。機械密封中的兩個接觸面受到壓力和經常的摩擦，因此它們在所有情況下都會有磨損，甚至是亞微米級的磨損，但是當亞微米磨損在各種情況下沒有隨著磨損得到補償時，亞微米磨損間隙總是導致整個密封失效。換句話說，接觸盤、旋轉盤中的一個必須朝配套盤、靜止盤移動，以補償磨損。這意味著當旋轉體旋轉時，旋轉盤必須沿軸向在旋轉體上朝靜止盤前進。旋轉盤必須能夠在旋轉體上滑動，以不斷地朝靜止盤移動。因此在旋轉盤和旋轉體之間有另一個地方阻止泄漏。旋轉盤在旋轉體上因盤片磨損而造成的軸向移動的距離非常小，一年也就幾毫米，因此旋轉盤和旋轉體之間的密封可以通過簡單的橡膠O形環實現，這種方式更便宜，也可以通過金屬波紋管實現，這種方式性能更佳。簡而言之，現有技術中的旋轉動態密封的實際問題在旋轉盤和轉子體之間的密封上，不僅僅是在接觸盤上。插在旋轉盤和轉子體之間的橡膠O形環在高溫介質中會彎曲，并且在高壓介質下會被擠出，并且在腐蝕性介質中會被腐蝕，但沒有辦法忽略它。金屬波紋管更貴，有時是整個機械密封的三倍，并且金屬波紋管使得結構更復雜，這會妨礙薄而緊湊的設計，而這在精密機械中非常重要。最終的目標是生產單件式旋轉動態密封，該密封緊湊，密封性能更高，更便宜，并且維護成本更低，而本領域的一般稱為機械密封的旋轉動態密封系統具有如此多的部件，因此不可避免地會有相互關聯的復雜結構，生產成本昂貴，維護成本更高，并且壽命較短。圖5展示了 C型部分環1，它是本實用新型的基本的源環。部分環I必須通過壓機沖壓而成，或者利用薄板坯通過諸如激光切削或者電火花線切割之類的外形切削工藝制造，以使部分環I的完全平行的兩個面。C型部分環I是環的一部分被切掉的環，以便讓多個部分環通過在部分環I的兩端上形成的凸燕尾2和凹燕尾3而進一步接合。切口角度的值應該根據直徑相應確定。圖6展示了兩個部分環I通過第一部分環I的凸燕尾2和下一個部分環I的凹燕尾3而進一步接合的方法。圖7展示了通過部分環I的進一步接合而成的完整的螺旋彈簧管5，并且這些燕尾接合線4必須在接合之后通過焊接或者銅焊永久固定。完整的螺旋彈簧管5上的起點展示了凸燕尾2，而終點展示了凹燕尾3。當螺旋彈簧管5由部分環I的進一步接合而構成時，燕尾接合線4應該錯位地分布在該管表面上，錯位和部分環I的切口角度一樣大，因此燕尾接合線4會充分分布在管的表面上，避免不牢固的結合點重疊。圖8展示了本實用新型的密封組件24的局部剖視圖，該密封組件是完整實用新型的密封壞。密封組件24通過研磨內徑和外徑制造出4個不同的直徑而完成，兩個直徑在螺旋彈簧管5的內側上，另兩個直徑在螺旋彈簧管5的外側上。密封組件24的內徑的較小的直徑被稱為接觸軸的圓周7，該圓周做得比軸23的外徑小約0.5%,以便當軸13被插到密封組件24內時，總是與軸13緊緊接觸。密封組件24的內徑的較大的直徑被稱為不接觸軸的圓周6，該圓周做得比軸23的外徑略大，以在任何時候都防止不接觸軸的圓周6接觸軸23的外徑。密封組件24的外徑的較大的直徑被稱為接觸殼體的圓周8，該圓周做得比殼體18的內徑大約0.5%，以便當密封組件24被組裝到殼體17內時，保持接觸殼體的圓周8與殼體18的內徑總是緊緊接觸。密封組件24的外徑的較小的直徑被稱為不接觸殼體的圓周9，該圓周做得比殼體18的內徑略小，以在任何時候都防止不接觸殼體的圓周9接觸殼體18的內徑。制造這4個不同直徑的圓周的目的是在密封組件24內構造3個不同的功能層。第一層被稱為殼體密封層10，它是殼體密封環的堆積，其外徑是接觸殼體的圓周8，而內徑是不接觸軸的圓周6。殼體密封層的功能是阻塞殼體18的內徑和密封組件24之間的泄漏，而用于構造該層以使密封性能最佳的環的數目應該由設計者根據不同的尺寸確定。第二層被稱為軸密封層12，它是軸密封壞的堆積，其外徑是不接觸殼體的圓周9，而內徑是接觸軸的圓周7。軸密封層的功能是阻塞軸23的外徑和密封組件24之間的泄漏，而用于構造該層以使密封性能最佳的環的數目應該由設計者根據不同的尺寸確定。第三層被稱為位移吸收層11，它是浮環的堆積，其外徑是不接觸殼體的圓周9，而內徑是不接觸軸的圓周6。位移吸收層11構造在殼體密封層10和軸密封層12之間，以吸收軸的偏心振動，還通過隨著使用而磨損，從而吸收整個系統的尺寸變化。圖9展示了本實用新型的密封原理。由于這3個不同的功能層構造在單根金屬帶上，因此施加到密封組件24任何一點上的任何力會立即影響整個密封組件24。當密封組件24被用力插到殼體17內時，密封組件24被緊緊地固定在殼體17內，因為密封組件24的最外側直徑是接觸殼體的圓周8，該圓周比殼體18的內徑大0.5%。當殼體密封層10被緊緊地固定到殼體17上時，整個密封組件24被固定在殼體17內，軸密封層12也是如此。密封組件24的最內側直徑是軸密封層12的內徑，也是接觸軸的圓周7，該圓周做得比軸23的外徑小約0.5%，因此如果軸13被用力插到軸密封層12內，那么整個軸密封層13肯定會緊緊地粘到軸13上。如果軸13開始旋轉，那么軸密封層12也開始隨軸13 —起旋轉，但被緊緊地固定在殼體17內的殼體密封層10會阻止軸密封層12旋轉。這種情況與圖9的情況相同，圖9展示了軸密封層12的一個部分環通過軸13的旋轉力將要開始旋轉，通過假想的阻擋銷展示了殼體密封層10的阻擋作用。接觸軸的圓周7保持軸的直徑23，但軸13開始向箭頭14的方向旋轉，同時阻擋銷16阻止環12旋轉，然后接觸軸的圓周7和軸的直徑23之間的摩擦力被轉變成向箭頭15的方向打開部分環12。當部分環12被箭頭15方向的力打開時，環12和軸13之間的接觸斷開，換句話說，此時這里不再有接觸。不再接觸意味著沒有摩擦力產生，因此環12的打開結束，并且彈回其原始位置。環12彈回其原始位置意味著環12和軸13的接觸，并且接下來摩擦力再次打開環12。環12和軸13之間的開口可以是一毫米的百萬分之一，因為開口被打開到無論開口值如何小，只要開口的距離足以消除接觸即可。因此環12的開閉可以一秒鐘發生百萬次，換句話說，開口間隙也可以是一毫米的百萬分之一，在百萬分之一秒內通過該間隙不可能有泄漏。這種情況與普通橡膠O形環的靜態密封相同，因為環12和軸13的接觸在軸13的旋轉過程中事實上從來不斷開。這種狀況是螺旋彈簧和插到彈簧內的旋轉圓棒之間出現的獨一無二的現象，這種情形應該稱為接觸非接觸情形。這種接觸非接觸現象很久以前就被用在螺旋彈簧超限運轉離合器上，但本實用新型第一次將該現象用在動態密封上。圖10是典型的附圖，它展示了使用密封組件24的完整的動態旋轉密封的剖視圖。必須有一些部件將密封組件24保持在汽缸17內，包括定位環20和插在卡環槽25內的卡環19。還設有壓縮環21，用于將各源環推到一起，通過插到在壓縮環21上構造的孔內的壓縮彈簧22的彈簧力，阻止各源環之間的泄漏。本實用新型的上述說明是出于舉例說明和說明的目的而提供的。不意味窮舉或者將本實用新型限制到所公開的精確的形式。許多改進和改變對本領域普通技術人員來說是顯而易見的。選擇和描述各實施方式是為了更好地解釋本實用新型的原理和其實際應用，從而確保本領域其他普通技術人員能理解本實用新型的適合所想到的特定應用的各實施方式和各種改進。本實用新型的范圍由所附的權利要求書和其等價形式來限定。
權利要求1.一種軸向活塞泵,其特征在于,包括: 一個具有一個或多個缸膛的汽缸體；以及 一個或多個活塞組件； 其中活塞組件的數目與缸膛的數目匹配； 其中每個活塞組件具有一個活塞，該活塞以往復運動的方式設置在每個缸膛內；以及其中每個活塞裝有一個金屬密封環，用于減少泄漏，并將該活塞同心保持在相應的缸膛內。
2.根據權利要求1所述的軸向活塞泵，其特征在于，其中裝在每個活塞上的金屬密封環是盤繞交織密封件CFS。
3.根據權利要求1所述的軸向活塞泵，其特征在于，還包括一個旋轉斜盤；該旋轉斜盤連接到各活塞組件、壓制活塞以追隨旋轉斜盤的表面、與汽缸體的旋轉軸線成一角度旋轉并且使各活塞沿軸向往復運動。
專利摘要本實用新型涉及一種軸向活塞泵，包括一個具有一個或多個缸膛的汽缸體；以及一個或多個活塞組件；其中活塞組件的數目與缸膛的數目匹配；其中每個活塞組件具有一個活塞，該活塞以往復運動的方式設置在每個缸膛內；其中每個活塞裝有一個金屬密封環，該金屬密封環是盤繞交織密封件(CFS)，用于減少泄漏，并將該活塞同心保持在相應的缸膛內。
文檔編號F04B53/14GK202937445SQ20122032835
公開日2013年5月15日 申請日期2012年7月6日 優先權日2012年2月25日
發明者張京臺 申請人:昱曦機械高新科技有限公司