[發明專利]活塞裝置

有效

• 申請號: 201580059789.0
• 申請日: 2015-09-04
• 公開（公告）號: CN107076302B
• 公開（公告）日: 2020-03-27
• 發明（設計）人: 蒂姆·科爾曼;艾倫·R·斯托克納;達納·R·科爾德倫
• 申請（專利權）人: 西港能源有限公司
• 主分類號: F16J1/00
• 分類號: F16J1/00;F16J9/00
• 代理公司: 北京匯知杰知識產權代理有限公司 11587
• 代理人: 吳煥芳;楊勇

一種活塞裝置，包括可以容納密封件的周向活塞槽，該密封件用于當活塞以往復運動進行移動時在活塞與缸膛之間進行密封。活塞裝置包括：至少部分地由活塞主體限定的、將缸膛的前側與活塞槽內在密封件下面的空間流體連接的第一流體流動通道；以及部分地由活塞主體限定的、將缸膛的后側與活塞槽內在密封件下面的空間流體連接的第二流體流動通道。這兩個流體流動通道允許在活塞密封件周圍的受控的流體流動，并且包括設置在活塞槽的側壁中的槽道或者設置在活塞主體中的孔口。

技術領域

本發明涉及一種允許在密封件周圍的受控流體流動的活塞裝置。

背景技術

在缸膛內往復運動的活塞是本領域公知的，并且其已經長期用于壓縮流體和/或以增加的壓力傳遞不同流體的泵、液壓傳動裝置、發動機、氣動傳動裝置以及其他的液壓機器或氣動機器。當活塞在氣缸內移動時，采用活塞密封件或活塞密封組件進行動態密封，以抑制或防止流體在活塞與氣缸壁之間泄漏。

由于活塞在缸膛內的運動，活塞密封件實質上會經受磨損，并且由于過度磨損和/或由于由被壓縮的流體施加在密封件上的壓力引起的應力，活塞密封件有時會出現故障(fail，失效)。在高壓往復式泵的情況下和/或在泵處理低溫流體的情況下，這樣的操作狀況甚至可能更具挑戰性。

這樣的往復式泵的一個示例是用于將液態氣體燃料從低溫容器傳遞到氣體燃料內燃機的泵。這樣的泵可以在相對較高的壓力，約4600psi，以及低溫例如約零下130攝氏度以及更低的溫度下處理流體。難以向這樣的泵的活塞提供有效的密封件，這尤其是因為密封件的材料必須承受所泵送流體的低溫以及作用在密封件上的高壓縮應力。而且，制作泵部件和密封件的材料的不同收縮系數可能導致在活塞密封件與氣缸壁之間形成間隙，該間隙允許流體從壓縮室經過活塞密封件泄漏到泵的低壓側。

如圖1A和圖1B中示出的，對于這樣的往復式泵，通常在活塞槽190中設置密封件160，以使活塞130抵靠該活塞130于其中進行往復的泵缸的內膛120密封。因為由密封件和活塞槽的制造公差引入的尺寸變化，并且因為由壓縮室中的流體施加在密封件上的壓力，密封件160在活塞槽內的位置可能存在可變性。密封件160可以在密封槽內沿軸向方向——分別沿箭頭A和B的方向——移動。活塞槽是由兩個相對的側壁以及連接在這兩個側壁之間的底表面形成的，這兩個相對的側壁為較靠近壓縮室150的前側壁140和較靠近活塞的驅動軸的后側壁170。例如，如圖1A中示出的，當活塞130在泵的吸入沖程期間沿方向“A”移動時，密封件160被朝向活塞槽的前側壁140推進，從而在密封件與活塞槽的后側壁170之間創建間隙G1，流體可以通過該間隙流動。當泵活塞針對壓縮沖程反轉方向并且活塞130沿方向“B”移動時，密封件160被朝向活塞槽190的后側壁170推進，并且流體可以從壓縮室150通過在密封件160與前側壁140之間創建的間隙進行泄漏，并且流入在密封件160下面的空間182，然后流過后側壁170與密封件160之間的間隙G2。如圖1A和圖1B中可見，在活塞于缸膛內的往復運動期間，在密封件160與活塞槽的后側壁170之間創建的間隙的大小可以改變，例如在G1和G2之間改變。類似地，在活塞運動期間，在活塞槽的前側壁140與密封件160之間創建的空間也可以改變。在活塞槽中于密封件周圍創建的間隙和空間的大小的變化引起在密封件下面的空間182內的流體壓力的一些變化，這改變了推進密封件與缸膛120接觸的力。推進密封件與內膛接觸的力的這種變化影響密封件的磨損。在活塞槽內于密封件周圍創建的間隙和空間的大小的變化還影響密封件兩端的壓力降，這是影響密封件磨損的另一因素。