专利名称：一种小型斯特林发动机用活塞杆密封组件的制作方法
技术领域：
本实用新型是关于密封件，特别是关于小型斯特林发动机用活塞杆密封件。
背景技术：
斯特林发动机是通过外部燃烧产生的热量或热源加热闭式循环内的工质的一种 外燃式发动机，斯特林发动机工作时，工质气体(一般为氦气或氢气)在斯特林发动机内 部闭式循环做功，工质气体不消耗，但存在一定的微量泄漏，因此当发动机运行到一定时间 后，即工质气体压力下降到一定值后，就需要从外界充压容器给发动机补充工质。为了提高 发动机的可靠性，延长由于工质泄漏造成的补气时间间隔，提高工质系统密封技术尤为重 要，如专利号为CN 200520042633. 5的专利公开了一种活塞式气体压缩机活塞杆高压密封 组件，该密封结构带有弹簧压紧式的自动补偿结构，密封效果较好，是目前斯特林发动机上 广泛使用的密封结构。但该密封结构也存在以下几点不足1、零件较多、结构复杂、运动部分质量较大，比较适合功率中型或偏大的发动机 用，难以满足小型斯特林发动机对结构紧凑、零部件少、重量轻的需求；2、对于小型斯特林发动机，为了保证发动机运行所需要的工质，常采用一个与 发动机冷腔连通的充压容器来保证发动机的长时间运行，这样就需要在活塞杆上的密 封结构具有双重功能，即该密封组件在发动机静态情况下保证充压容器内的高压气体 能进入冷腔；在发动机动态时保证气体不会从冷腔泄漏到充压容器中，具有可靠密封状 态，也就是密封结构可以根据发动机的运行状态进行密封和连通的切换。显然专利号为 CN200520042633. 5的专利公开的密封结构难以满足上述要求；3、上述的结构摩擦力大，耗功较大，难以满足小型斯特林发动机的需要。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种小型斯特林发动机用活塞杆密封组件，解决现有 密封组件零部件多、结构复杂，难以实现根据发动机运行状态进行密封和连通状态切换，难 以满足小型斯特林发动机应用需要的技术问题，该密封组件具有零件数目少、结构简单、质 量轻、摩擦耗功小，可以根据发动机运行状态进行密封和连通状态双向切换的特点。本实用新型的目的是通过以下的技术方案实现的小型斯特林发动机用活塞杆密封组件，包括活塞杆、缸套，活塞杆和缸套间隙配 合，其特征在于所述的活塞杆密封组件为至少由上下两道密封环组成的密封结构构成； 在所述的活塞杆上设置有上密封环槽和下密封环槽，环形的上、下密封环布置在上、下密封 环槽内，在活塞杆上密封环槽上部，还设置有与上密封环槽底部连通的上引气孔和上引气 腔；在活塞杆下密封环槽下部，还设置有与下密封环槽底部连通的下引气孔和下引气腔； 上引气腔与斯特林发动机的冷腔连通，下引气腔与斯特林发动机的充压气源连通。上述的小型斯特林发动机用活塞杆密封组件，在所述的上密封环和下密封环之间 设置有缓冲腔。[0010]上述的小型斯特林发动机用活塞杆密封组件，采用填充聚四氟乙烯的材料制作而 成的上密封环和下密封环具有倾斜的开口。上述的小型斯特林发动机用活塞杆密封组件，所述的缸套与活塞杆之间、以及缸 套内孔与上密封环和下密封环的外环面之间预留0. 2 1. Omm的间隙。上述的小型斯特林发动机用密封组件，所述的缸套内孔表面粗糙度在RaO. 1 0. 2之间。上述的小型斯特林发动机用密封组件，所述的活塞杆下端在中心位置开有中心 孔，与下引气孔连通，用作下引气腔。总之，本实用新型具有以下优点1)采用以上结构，可以实现采用充压容器形式的斯特林发动机在动态和静态时密 封效果的切换。2)该密封组件除去活塞杆和缸套，仅由两密封环组成，零件数目少，结构简单，重 量轻，摩擦耗功小。3)各零件结构简单，易于实现，成本低，适合批量生产。以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是传统的斯特林发动机活塞杆主密封结构示意图。图2是本实用新型小型斯特林发动机活塞杆密封组件的结构示意图。其中1.活塞杆，2.缸套，3.下引气腔，4.下引气孔，5.下密封环，6.下密封环槽， 7.上引气腔，8.上引气孔，9.上密封环，10.上密封环槽，11.缓冲腔。
具体实施方式
图1是传统的斯特林发动机活塞杆主密封结构示意图，该主密封结构密封可靠性 高，适用于功率在中等和偏大的发动机用，但该密封结构由于零件比较复杂、配合精度要求 高，使得机加工难度大，成本高。另外，其结构复杂、重量大的缺陷也不适用于小型热气机 用，最主要的是该密封结构不能满足小型斯特林发动机带充压形式的工质系统对密封组件 要求动态密封和静态连通状态的双向切换功能的需要。图2所示为本实用新型的一个实施例，其包括活塞杆1、缸套2，以及至少由上下 两道密封环组成的密封结构构成；在活塞杆1上设置有上密封环槽10和下密封环槽6，密 封环槽设置成矩形或梯形结构；与密封环槽匹配的环形的上密封环9布置在上密封环槽10 内，下密封环6布置在下密封环槽6内；上、下密封环的厚度需要小于活塞杆1上的密封环 槽的宽度，其内环面的直径要略大于活塞杆1密封环槽的底径，一般密封环槽面需要保证 一定的粗糙度。在活塞杆1上密封环槽10上部，还设置有与上密封环槽10底部连通的上引气孔 8和上引气腔7，上引气腔7为一个环形的、截面为V形的切槽，当然也可以是截面为矩形或 其它形状，上引气孔8设置成沿活塞杆1圆周均勻布置的多个，上引气孔8尽量开在环槽的 底部。在活塞杆1下密封环槽6下部，还设置有与下密封环槽6底部连通的下引气孔4和 下引气腔3，同样下引气孔4也设置成沿活塞杆1圆周均勻布置的多个，下引气孔4也尽量
4开在环槽的底部。上引气腔7与斯特林发动机的冷腔连通，下引气腔3与斯特林发动机的 充压气源连通，下引气腔3设置在活塞杆1的下端中心位置，也就是在活塞杆1下部开一个 中心孔，与充压气源连通，兵与下引气孔4连通。所述的活塞杆1和缸套2通过机加工方式获得，上、下密封环采用填充聚四氟乙烯 的材料，采用机加工或者注塑成型再精加工的方式获得。在活塞杆1上、下密封环槽之间还设置有一个缓冲腔11，形状为截面为矩形的一 个环槽，当然缓冲腔11也不局限于矩形槽，可以开成任意截面的一定大小的环槽或者间断 的槽。缸套2与密封环之间预留一定的间隙，保证在发动机静态情况下充压容器内的高 压气体进入冷腔的目的，而且设计间隙应该不大于1mm，一般为0. 2 1. 0mm。当发动机静态时，即活塞静态时，活塞杆1和缸套2之间的间隙使冷腔和高压容器 连通；当活塞运动时，活塞杆1上部与缸套2等组成的冷腔中的高压气体通过上引气腔7、 上引气孔8到达上密封环9内环面，使上密封环9撑开贴紧缸套2内壁，使之具有密封效果； 活塞杆1下部的下引气腔3与充压容器相连通，高压气体通过下引气腔3和下引气孔4到 达下密封环5内环面，使下活塞环撑开贴紧缸套2内壁，使之具有密封效果。两道密封环能 够达到很好的密封冷腔和充压气源压力容器的效果，同时可以实现静态和动态的切换。按本实用新型的方案研制了 IkW左右的四缸双作用式斯特林发动机用活塞杆1 密封组件，其密封组件重量较传统主密封降低了 62%，制造成本大大降低，加工周期大大缩 短，经过配机试验，密封组件的性能、可靠性满足使用要求。以上实施例仅用于说明本实用新型而非限制本实用新型所描述的技术方案，并不 局限于以上的形式，还可以对本实用新型进行修改或等同的替换；一切不脱离本实用新型 的精神和范围的技术方案及其改进，都将落入本实用新型的保护范围。
权利要求一种小型斯特林发动机用活塞杆密封组件，包括活塞杆(1)、缸套(2)，活塞杆(1)和缸套(2)间隙配合，其特征在于所述的活塞杆密封组件为至少由上下两道密封环组成的密封结构构成；在所述的活塞杆(1)上设置有上密封环槽(10)和下密封环槽(6)，环形的上、下密封环(9、5)布置在上、下密封环槽(10、6)内，在活塞杆(1)上密封环槽(10)上部，还设置有与上密封环槽(10)底部连通的上引气孔(8)和上引气腔(7)；在活塞杆下密封环槽(6)下部，还设置有与下密封环槽(6)底部连通的下引气孔(4)和下引气腔(3)；上引气腔(7)与斯特林发动机的冷腔连通，下引气腔(3)与斯特林发动机的充压气源连通。
2.根据权利要求1所述的小型斯特林发动机用活塞杆密封组件，其特征在于在所述 的上密封环(9)和下密封环(5)之间设置有缓冲腔(11)。
3.根据权利要求1或2所述的小型斯特林发动机用活塞杆密封组件，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环(9)和下密封环(5)具有倾斜的开口。
4.根据权利要求1或2所述的小型斯特林发动机用活塞杆密封组件，其特征在于缸 套(2)与活塞杆(1)之间、以及缸套(2)内孔与上密封环(9)和下密封环(5)的外环面之 间预留0. 2 1. Omm的间隙。
5.根据权利要求3所述的小型斯特林发动机用活塞杆密封组件，其特征在于缸套(2) 与活塞杆(1)之间、以及缸套(2)内孔与上密封环(9)和下密封环(5)的外环面之间预留 0. 2 1. Omm的间隙。
6.根据权利要求4所述的小型斯特林发动机用活塞杆密封组件，其特征在于缸套(2) 内孔表面粗糙度在RaO. 1 0. 2之间。
7.根据权利要求5所述的小型斯特林发动机用活塞杆密封组件，其特征在于缸套(2) 内孔表面粗糙度在RaO. 1 0. 2之间。
8.根据权利要求6所述的小型斯特林发动机用活塞杆密封组件，其特征在于所述的 活塞杆(1)下端在中心位置开有中心孔，与下引气孔(4)连通，用作下引气腔(3)。
9.根据权利要求7所述的小型斯特林发动机用活塞杆密封组件，其特征在于所述的 活塞杆(1)下端在中心位置开有中心孔，与下引气孔(4)连通，用作下引气腔(3)。
专利摘要本实用新型公开了一种小型斯特林发动机用活塞杆密封组件，包括活塞杆、缸套，以及至少由上下两道密封环组成的密封结构构成；在活塞杆上设置有上密封环槽和下密封环槽，环形的上、下密封环布置在上、下密封环槽内，在活塞杆上密封环槽上部，还设置有与上密封环槽底部连通的上引气孔和上引气腔；在活塞杆下密封环槽下部，还设置有与下密封环槽底部连通的下引气孔和下引气腔；上引气腔与斯特林发动机的冷腔连通，下引气腔与斯特林发动机的充压气源连通；该密封组件具有零件数目少、结构简单、质量轻的优点，可以根据发动机的运行状态实现密封与连通状态的切换，非常适用于1kW左右的小型斯特林发动机使用。
文档编号F02G1/053GK201696163SQ201020161410
公开日2011年1月5日 申请日期2010年4月15日 优先权日2010年4月15日
发明者刘志辉, 周建明, 彭小方, 梁伟青, 熊卫星, 许世杰, 贾大伟 申请人:上海齐耀动力技术有限公司