活塞式壓縮機活塞環(huán)過快磨損的分析及解決辦法＊

鄭喜忠

(中煤集團鄂爾多斯能源化工有限公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯烏審旗圖克鎮(zhèn)工業(yè)園區(qū) 017317）

活塞式壓縮機活塞環(huán)過快磨損的分析及解決辦法＊

鄭喜忠

(中煤集團鄂爾多斯能源化工有限公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯烏審旗圖克鎮(zhèn)工業(yè)園區(qū) 017317）

對活塞環(huán)磨損過快進行剖析，找出解決方法來延長其使用壽命，更好地服務(wù)于生產(chǎn)。

活塞環(huán);壓縮機;磨損

哈爾濱氣化廠空分分廠共有活塞式壓縮機12臺，擔(dān)負(fù)著全廠儀表空氣、低壓氮氣、中壓氮氣的輸送工作，其設(shè)備運行狀況直接關(guān)系著全廠的安全穩(wěn)定生產(chǎn)，活塞環(huán)是活塞壓縮機的主要易損件。我廠采用的是填充聚四氟乙烯材料的活塞環(huán)，價格較貴而且活塞環(huán)更換工作量大，材料耗費也大。所以下面通過對活塞環(huán)的工作原理的分析，探討活塞環(huán)過快磨損的原因和解決辦法，以延長設(shè)備的運轉(zhuǎn)周期，提高經(jīng)濟效益。

1 活塞環(huán)的作用及工作原理

活塞環(huán)的作用包括:密封、調(diào)節(jié)機油、導(dǎo)熱或傳熱、導(dǎo)向或支承四個作用。密封是用來密封活塞與氣缸之間的間隙，阻止壓縮機容積內(nèi)的氣體沿活塞泄漏;調(diào)節(jié)機油是把氣缸壁上多余潤滑油刮下，同時又使缸壁上布有薄薄的油膜，保證氣缸和活塞及環(huán)的正常潤滑;導(dǎo)熱是通過活塞環(huán)將活塞的熱量傳導(dǎo)給缸套，即起冷卻作用，活塞頂所受的熱量有70%～80%是通過活塞環(huán)傳給缸壁而散掉的;支承是指活塞環(huán)將活塞包支在氣缸中，防止活塞與氣缸直接接觸，保證活塞平衡運動，降低摩擦阻力，防止活塞撞缸。

活塞與氣缸之間存在相對滑動，有一定的間隙，采用活塞環(huán)密封裝置是為防止壓縮機在工作中被壓縮的氣體從這些間隙中大量泄漏?；钊h(huán)嵌于活塞的環(huán)槽內(nèi)，工作時外緣緊貼氣缸鏡面，背向高壓氣體一側(cè)的端面緊壓在環(huán)槽上，由此阻塞間隙密封氣體。普通的活塞環(huán)都有切口，氣體能通過切口泄漏，此外，氣缸和活塞環(huán)的圓度、圓柱度誤差及環(huán)槽和環(huán)的端面平面度誤差也是造成泄漏的因素。所以，活塞環(huán)常常不是一道，而是需要二或更多道同時使用，氣體通過每一道環(huán)便產(chǎn)生一次節(jié)流作用，達到進一步減少泄漏的目的?；钊h(huán)的密封是阻塞密封和節(jié)流密封的組合。

氣體經(jīng)過每一道活塞環(huán)的阻塞密封后，仍要泄漏到第一道環(huán)之后，在流經(jīng)切口間隙時，由于節(jié)流的作用，此時壓力約降至氣缸內(nèi)氣體壓力的26%，經(jīng)第二道環(huán)的密封后，氣體壓力約為原壓力的10%。到第三道環(huán)后約為7.6%。因此活塞環(huán)的密封作用主要是靠前面三道環(huán)所承擔(dān)?；钊h(huán)數(shù)目過多會增加摩擦功的損失。所以在低壓氮氣及儀表空氣壓縮機中采用兩道活塞環(huán)，對于高壓級，由于第一道環(huán)所承受壓力差的絕對值比低壓級時大，磨損也快，第一道環(huán)磨損后使切口增大，泄漏量大大增加，即失去密封作用，這時主要壓力差便由第二道環(huán)承受。第二道環(huán)即起第一道環(huán)的作用。其磨損也將加劇，依次類推。在高壓級中，由于前面幾道環(huán)磨損很快，壽命要比低壓級中短得多。為了維持高壓級中環(huán)的更換時間大致和低壓級中相等，高壓級中采用較多的活塞環(huán)數(shù)。一般環(huán)的數(shù)目可根據(jù)所密封的壓力差選取。由于中壓氮氣壓縮機工作壓力較高，故一級采用七道活塞環(huán)，二級采用十道活塞環(huán)。

活塞環(huán)必須制有切口，用以獲得有效彈力。(在工廠使用的活塞環(huán)采用彈力環(huán)獲得有效彈力），以便環(huán)的外緣始終貼緊氣缸鏡面。如果沒有初彈力，活塞環(huán)的外緣便不一定貼著氣缸鏡面，壓縮氣體時高壓的氣體便可能從環(huán)的外緣與氣缸之間的間隙泄漏。環(huán)內(nèi)緣的氣體壓力不再能使環(huán)壓向缸壁，這是因為內(nèi)外緣的壓力相互平衡掉了，甚至因為外緣直徑大而作用力大。此力將環(huán)壓向環(huán)槽內(nèi)。具有切口的整體式活塞環(huán)要具有彈力，在自由狀態(tài)時其各部分的曲率半徑應(yīng)大于氣缸半徑，彈力的大小與曲率半徑的大小有關(guān)。一般低壓、中壓級的活塞環(huán)彈力比壓應(yīng)達到(0.3～1.0）×105N/m2，高壓級達(1.0～1.5）×105N/m2，小直徑高壓級達(2.0～3.0）×105N/m2。

2 活塞環(huán)過快磨損的分析及解決辦法

我廠的壓縮機均為氣缸無油潤滑壓縮機。填充聚四氟乙烯材料的活塞環(huán)是一種自潤滑元件，其自潤滑機理是:依靠填充聚四氟乙烯和對應(yīng)金屬表面初磨合時，在摩擦表面粘著一層極薄的由聚四氟乙烯分子為主所組成的自潤滑薄膜。這種自潤滑薄膜一旦建立之后，活塞環(huán)的運動狀況就改善了，此后摩擦面間的摩擦即為填充聚四氟乙烯分子間的相對摩擦，摩擦系數(shù)大大降低，僅出現(xiàn)微量的穩(wěn)定的磨損。由此可知，如果這種薄膜一旦被破壞，就會造成活塞環(huán)直接與金屬氣缸壁面摩擦，摩擦系數(shù)大，活塞環(huán)的磨損加快，所以活塞環(huán)的壽命短。根據(jù)填充聚四氟乙烯的特點，以下幾個因素會造成活塞環(huán)磨損過快:

1．汽缸制造質(zhì)量不佳，缸壁表面光潔度未達設(shè)計要求。

2．氣缸表面銹蝕。

因素1、2的解決辦法:氣缸表面做拋光處理。

3．連桿與曲軸不垂直、活塞的環(huán)槽歪斜。解決辦法:修復(fù)或更換。

4．活塞環(huán)工作開口量過小。解決辦法:拆下加大開口量。

5．被壓縮介質(zhì)粉塵含量較大。解決辦法:保證入口濾清器完好，檢修過程中，氣缸及閥腔內(nèi)應(yīng)吹掃干凈，防止雜質(zhì)進入氣缸內(nèi)。

6．氣缸內(nèi)有液相水分。解決辦法:檢查主機冷卻水和輔機冷卻水部分是否有漏水現(xiàn)象，如有要進行分析漏水之處后檢修，并且定期排放冷卻器中析出的水分。

7．汽缸中冷卻不好，溫度過高，或有積碳。解決辦法:檢查各級冷卻器的冷卻效果，可以通過加大冷卻水循環(huán)量來降溫，如不行可清理冷卻器;檢查各級氣閥，檢修或更換密封性不好的氣閥;定期清理或沖洗氣缸冷卻水路污垢，保持冷卻水流道暢通無阻。

8．活塞環(huán)與槽軸向間隙過小導(dǎo)致活塞環(huán)卡在活塞環(huán)槽中，形成偏磨。活塞環(huán)卡在活塞環(huán)槽中受熱膨脹所致，在安裝和拆卸的狀態(tài)下無法發(fā)現(xiàn)。因此，購買活塞環(huán)應(yīng)滿足技術(shù)文件和圖紙中的各項要求。另外，活塞環(huán)與活塞環(huán)槽的軸向間隙不能小于規(guī)程要求。如果軸向間隙過小，將會造成活塞環(huán)在槽內(nèi)漲死。這樣在活塞環(huán)徑向磨損后活塞環(huán)便不再同氣缸壁貼合，造成泄漏量過大，活塞環(huán)不能正常工作。

9．活塞環(huán)與槽軸向間隙過大。如果活塞環(huán)與槽軸向間隙過大，活塞環(huán)一活塞槽的撞擊將會加大，這樣不但會使活塞環(huán)過早破壞，而且會造成活塞體環(huán)槽變形，甚至失效，對于我廠使用的內(nèi)裝彈力環(huán)式活塞環(huán)還將引起氣缸壁的損壞。

由8、9中分析可以看到，活塞環(huán)與槽軸向間隙值在檢修中是一個不容忽視的問題，必須嚴(yán)格遵守規(guī)程要求，發(fā)現(xiàn)間隙過大或過小都必須更換合適的活塞環(huán)。必要時可以修整環(huán)槽以符合要求。

10．彈力環(huán)彈力過大或表面硬度過大。這種情況只存在于我廠ZW型壓縮機中，在活塞環(huán)的工作原理分析中可以看到，活塞環(huán)必須具有有效彈力，才能正常工作，但這種彈力如果過大，會使活塞環(huán)與氣缸壁接觸部分的比壓大大高于正常時的比壓?；钊h(huán)與氣缸壁間的摩擦力也大大增加，造成活塞環(huán)磨損過快。同時，一般壓縮機的活塞平均速度都在3 m/s左右，在這種線速度和大摩擦力的條件下，氣缸壁與活塞環(huán)的表面接觸溫度會急劇上升，氣缸的磨損也會加快。因此活塞環(huán)內(nèi)彈力環(huán)的彈力不宜過大。

3 結(jié) 論

活塞環(huán)磨損過快既有日常檢修及維護使用中的方法不當(dāng)，也有設(shè)備本身存在的設(shè)計方面的不足，應(yīng)針對具體情況具體分析，加以改進，以便活塞環(huán)的使用壽命達到設(shè)計要求。

［1］化工部人事教育司，化工部教育培訓(xùn)中心．壓縮機［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社出版，1997．

The Analysis And Solution of The Piston Ring Quickly W earing of The Piston Com pressor

ZHENG Xizhong

(China Coal Group Erdos Energy Chemical Industry Co．，Ltd．，Tuke Town Industry Park，
Wushen，Erdos，Inner Mongolia 017317，China）

Analysis of the piston ring quickly wearing，find the solution to prolong its life to better serve the production．

piston ring;compressor;abrasion

TH457

C

1007-7804(2011）04-0021-03

10.3969/j.issn.1007-7804.2011.04.005

2011-07-12

鄭喜忠 (1971），男，漢族。機械工程師，從事設(shè)備管理及采購管理工作。