斯特林发动机密封方案分析
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根据被密封的偶合面在设备运转时有无相对运动， 可将密封分为静密封和动密封两大类。我们要进行的 密封属于动密封。
旋转密封
旋转密封的分类：静密封与动密封。在此主
要介绍动密封。
旋转密封
对密封件材料的要求 密封件材料应满足密封功能的要求。由于被
密封的工作介质以及设备工作条件的不同，密 封件材料应具有不同的适应性。
旋转密封
旋转密封件（二） ：旋转Variseal密封圈
旋转Variseal密封圈是一种用于旋转轴处的单向作用密封圈。 它由一个用Turcon 材料制作的U形密封圈和一个V形不锈钢弹簧所组成。
在密封圈的外部有一个凸缘，所以可以防止它在 沟槽内旋转；它的密封唇短而厚，降低了摩擦， 延长了使用寿命，在粘度很高的工作介质中也有 良好的密封效果。
密封材料的一般要求： 1）摩擦因数小，耐磨性好； 2）抗腐蚀性能好，能在工作介质中长期工作 ，其体积和硬度变化小； 3）与密封面贴合的柔软性和弹性好 ； 4）耐臭氧性和耐老化性好，使用寿命长； 5）加工性能好，价格低廉。
旋转密封
常用橡胶密封材料
常用的橡胶密封材料主要是合成橡胶。由于合成橡 胶的胶种较多，且各自的性能也各不相同。因此，在 选用时除要求其必须满足上述使用要求外，还应根据 不同胶种的特性和使用范围，参照密封件的工况条件 ，进行正确选择。常用橡胶密封材料所适应的介质和 使用温度范围见下表。
在低压和零压时，初始密封力由弹簧产生。当 系统压力升高后，则主要密封力由系统压力形成。 因此，从零压到高压均能保证良好密封。
密封圈的工作压力:不大于15MPa（动负载时）或不大于25MPa（静负载时）； 工作速度:不大于2m/s（旋转运动时）或不大于10m/s（往复运动时）； 工作温度:-100~+200℃；工作介质：各种液体、化学品和气体。 旋转Variseal密封圈的优点是：
LOGO
斯特林发动机工作进展报告
活塞环的密封原理
www.themegallery.com
百度文库
气环的首要作用是密封 , 要良好地密封 ,首先要以 一定的弹力 Po与气缸壁 压紧 ,同时借助于环背气 压 Pr形成第一密封面 (见 图 2) ,即周边密封。气体 进入环槽间隙 ,沿轴向将 环压在环槽的端面上 ,或 因惯性力而使活塞环端
旋转密封
常用金属密封材料
金属密封材料主要用于静密封。常用金属密封材料 的种类和应用范围见下表。
旋转密封
旋转密封件（一） ：旋转轴格来圈
旋转格来圈密封装置由一个高级Turcon材料的密封环格来圈和一个弹性施力的O形密封圈组合而成。
为适应高速和低速不同工况的需要，根据格来圈的截面大小不同，在密 封面上加工了一个或两个环形沟槽。 该沟槽具有以下功能：由于提高了密封表面的比压，因此提高了密封效 果；形成一个润滑油腔，从而降低了摩擦力。 为了保证介质压力能作用到O形密封圈上，在格来圈的侧面开有若干条 径向沟槽，用以托住O形密封圈。格来圈的背面，设计成内凹弧形，使之 增加接触面，并防止格来圈随轴产生旋转。 旋转格来圈具有如下优点： 1）内圆密封或外圆密封均能适用； 2）具有润滑腔，摩擦力小，无粘滞现象，起动时不爬行； 3）抗磨性和尺寸稳定性好。 旋转格来圈密封装置应用于有旋转或摆动运动的轴、杆、销、旋转接头 等处的动密封。它可承受两侧压力或交变压力的作用。 工作压力:不大于30MPa（1m/s时)，或不大于20MPa（2m/s时)；工作 温度:-54~+200℃（取决于O形密封圈的材质）；工作介质：石油基液压 油、难燃液、环保安全液压液（生物油）、水、空气等。
面压向环槽端面形成第 二密封面 ,即轴向密封 ( 见图 2)。
活塞环的密封原理
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在一般的发动机中 ,活塞环弹 力对缸壁的压力通常不超过 0 . 2MPa,而第一环环背压力 平均值可达2MPa以上 ,虽环 背压力大大超过环本身的弹 力造成的压力 p0 ,如果 p0降 到零,第一密封面不能形成,燃 气从环周漏掉,则环背便不能 利用气压力。因此,只要 p0
可外 接高 压气 泵
旋转密封
旋转密封
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旋转密封的方法：
密封的作用是阻止泄漏。造成泄漏的原因主要有 两方面：一是密封面上有间隙；二是密封部位两侧存 在较大压力差。消去或减小任一因素都可以阻止或减 小泄漏。因此，密封的方法通常有： 1）封住结合面的间隙； 2）切断泄漏通道； 3）增加泄漏通道中的阻力； 4）设置作功元件，对泄漏介质造成压力，以抵消或 平衡泄漏通道的压力差。
存在 ,燃气对环背的压力就能 帮助密封。如果环周密封好 , 漏气的唯一通道就是环端的 开口间隙。图 3是迷宫通道 的节流和压力变化。
活塞环的密封原理
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图 4是三环组成的迷宫式通道
。燃气通过活塞头部与气缸间 隙的节流到达第一环槽时 ,降 低到燃气压力的 76%左右 ,通 过第一环开口间隙 f 12 ,漏到 第二环槽时,压力降到燃气压 力的20% ,再通过 f 23 ,进入 第三环槽时,压力降到燃气压 力的7 . 6% ,从而使与曲轴箱 压力之差大大减小 ,正常漏气 量只有进气量的 0 . 2～1%。
1）旋转、往复动密封和静密封都能适用；2）精确控制时无爬行现象； 3）具有良好的刮除效果； 4）具有良好的抗磨性能和尺寸稳定性； 5）能适应急剧的温度变化； 6）可以消毒，对食品和药液等不会污染。
旋转密封
旋转密封件（三） ：
旋转密封
旋转密封件（四） ：弹簧蓄能密封圈
弹簧蓄能密封圈是由聚合材料密封壳和耐腐蚀的不锈钢金属弹簧 组成。密封圈安装在沟槽内，弹簧受压，形成向外的张力，促使 密封唇紧贴密封沟槽，由于弹簧永久给密封唇提供弹力，能弥补 密封壳磨损和配合零件的偏心，由此形成从真空到低压范围内的 密封。另外系统压力会辅助弹簧蓄能，压力越大，密封唇与沟槽 贴合的越充分，由此形成高压密封。
活塞环的密封原理
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如果活塞环外周与缸壁贴合不好有漏光 ,或者环的侧面 与环槽贴合不好 ,那么漏气的增加要比环端隙增加所引 起的漏气要严重得多。所以提高环和环槽的加工质量 , 减小环槽变形,对于密封也有极大的意义。
我们的方案
活塞密封 高压氦气
10MPa 氦气
旋转密封
旋转密封的分类：静密封与动密封。在此主
要介绍动密封。
旋转密封
对密封件材料的要求 密封件材料应满足密封功能的要求。由于被
密封的工作介质以及设备工作条件的不同，密 封件材料应具有不同的适应性。
旋转密封
旋转密封件（二） ：旋转Variseal密封圈
旋转Variseal密封圈是一种用于旋转轴处的单向作用密封圈。 它由一个用Turcon 材料制作的U形密封圈和一个V形不锈钢弹簧所组成。
在密封圈的外部有一个凸缘，所以可以防止它在 沟槽内旋转；它的密封唇短而厚，降低了摩擦， 延长了使用寿命，在粘度很高的工作介质中也有 良好的密封效果。
密封材料的一般要求： 1）摩擦因数小，耐磨性好； 2）抗腐蚀性能好，能在工作介质中长期工作 ，其体积和硬度变化小； 3）与密封面贴合的柔软性和弹性好 ； 4）耐臭氧性和耐老化性好，使用寿命长； 5）加工性能好，价格低廉。
旋转密封
常用橡胶密封材料
常用的橡胶密封材料主要是合成橡胶。由于合成橡 胶的胶种较多，且各自的性能也各不相同。因此，在 选用时除要求其必须满足上述使用要求外，还应根据 不同胶种的特性和使用范围，参照密封件的工况条件 ，进行正确选择。常用橡胶密封材料所适应的介质和 使用温度范围见下表。
在低压和零压时，初始密封力由弹簧产生。当 系统压力升高后，则主要密封力由系统压力形成。 因此，从零压到高压均能保证良好密封。
密封圈的工作压力:不大于15MPa（动负载时）或不大于25MPa（静负载时）； 工作速度:不大于2m/s（旋转运动时）或不大于10m/s（往复运动时）； 工作温度:-100~+200℃；工作介质：各种液体、化学品和气体。 旋转Variseal密封圈的优点是：
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气环的首要作用是密封 , 要良好地密封 ,首先要以 一定的弹力 Po与气缸壁 压紧 ,同时借助于环背气 压 Pr形成第一密封面 (见 图 2) ,即周边密封。气体 进入环槽间隙 ,沿轴向将 环压在环槽的端面上 ,或 因惯性力而使活塞环端
旋转密封
常用金属密封材料
金属密封材料主要用于静密封。常用金属密封材料 的种类和应用范围见下表。
旋转密封
旋转密封件（一） ：旋转轴格来圈
旋转格来圈密封装置由一个高级Turcon材料的密封环格来圈和一个弹性施力的O形密封圈组合而成。
为适应高速和低速不同工况的需要，根据格来圈的截面大小不同，在密 封面上加工了一个或两个环形沟槽。 该沟槽具有以下功能：由于提高了密封表面的比压，因此提高了密封效 果；形成一个润滑油腔，从而降低了摩擦力。 为了保证介质压力能作用到O形密封圈上，在格来圈的侧面开有若干条 径向沟槽，用以托住O形密封圈。格来圈的背面，设计成内凹弧形，使之 增加接触面，并防止格来圈随轴产生旋转。 旋转格来圈具有如下优点： 1）内圆密封或外圆密封均能适用； 2）具有润滑腔，摩擦力小，无粘滞现象，起动时不爬行； 3）抗磨性和尺寸稳定性好。 旋转格来圈密封装置应用于有旋转或摆动运动的轴、杆、销、旋转接头 等处的动密封。它可承受两侧压力或交变压力的作用。 工作压力:不大于30MPa（1m/s时)，或不大于20MPa（2m/s时)；工作 温度:-54~+200℃（取决于O形密封圈的材质）；工作介质：石油基液压 油、难燃液、环保安全液压液（生物油）、水、空气等。
面压向环槽端面形成第 二密封面 ,即轴向密封 ( 见图 2)。
活塞环的密封原理
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在一般的发动机中 ,活塞环弹 力对缸壁的压力通常不超过 0 . 2MPa,而第一环环背压力 平均值可达2MPa以上 ,虽环 背压力大大超过环本身的弹 力造成的压力 p0 ,如果 p0降 到零,第一密封面不能形成,燃 气从环周漏掉,则环背便不能 利用气压力。因此,只要 p0
可外 接高 压气 泵
旋转密封
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旋转密封的方法：
密封的作用是阻止泄漏。造成泄漏的原因主要有 两方面：一是密封面上有间隙；二是密封部位两侧存 在较大压力差。消去或减小任一因素都可以阻止或减 小泄漏。因此，密封的方法通常有： 1）封住结合面的间隙； 2）切断泄漏通道； 3）增加泄漏通道中的阻力； 4）设置作功元件，对泄漏介质造成压力，以抵消或 平衡泄漏通道的压力差。
存在 ,燃气对环背的压力就能 帮助密封。如果环周密封好 , 漏气的唯一通道就是环端的 开口间隙。图 3是迷宫通道 的节流和压力变化。
活塞环的密封原理
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图 4是三环组成的迷宫式通道
。燃气通过活塞头部与气缸间 隙的节流到达第一环槽时 ,降 低到燃气压力的 76%左右 ,通 过第一环开口间隙 f 12 ,漏到 第二环槽时,压力降到燃气压 力的20% ,再通过 f 23 ,进入 第三环槽时,压力降到燃气压 力的7 . 6% ,从而使与曲轴箱 压力之差大大减小 ,正常漏气 量只有进气量的 0 . 2～1%。
1）旋转、往复动密封和静密封都能适用；2）精确控制时无爬行现象； 3）具有良好的刮除效果； 4）具有良好的抗磨性能和尺寸稳定性； 5）能适应急剧的温度变化； 6）可以消毒，对食品和药液等不会污染。
旋转密封
旋转密封件（三） ：
旋转密封
旋转密封件（四） ：弹簧蓄能密封圈
弹簧蓄能密封圈是由聚合材料密封壳和耐腐蚀的不锈钢金属弹簧 组成。密封圈安装在沟槽内，弹簧受压，形成向外的张力，促使 密封唇紧贴密封沟槽，由于弹簧永久给密封唇提供弹力，能弥补 密封壳磨损和配合零件的偏心，由此形成从真空到低压范围内的 密封。另外系统压力会辅助弹簧蓄能，压力越大，密封唇与沟槽 贴合的越充分，由此形成高压密封。
活塞环的密封原理
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如果活塞环外周与缸壁贴合不好有漏光 ,或者环的侧面 与环槽贴合不好 ,那么漏气的增加要比环端隙增加所引 起的漏气要严重得多。所以提高环和环槽的加工质量 , 减小环槽变形,对于密封也有极大的意义。
我们的方案
活塞密封 高压氦气
10MPa 氦气