活塞壓縮機(jī)的抗磨與防銹及密封與潤(rùn)滑技術(shù)

崔 亮

(大化集團(tuán)大連碳化工有限公司，遼寧大連 116600)

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活塞壓縮機(jī)的抗磨與防銹及密封與潤(rùn)滑技術(shù)

崔 亮

(大化集團(tuán)大連碳化工有限公司，遼寧大連 116600)

從實(shí)際生產(chǎn)出發(fā)，在設(shè)備的運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)的活塞環(huán)導(dǎo)向環(huán)等易損耗部件更換頻繁，對(duì)生產(chǎn)造成很大影響。本文通過(guò)對(duì)活塞式壓縮機(jī)氣缸摩擦的抗磨防銹，氣缸和軸承的密封與潤(rùn)滑的研究與調(diào)整，并就設(shè)計(jì)和制造中的一些問(wèn)題提出了有效的解決方法，減少了易損耗部件的更換次數(shù)并更好的保護(hù)氣缸，防止氣缸出現(xiàn)嚴(yán)重磨損。

活塞壓縮機(jī)；抗磨；防銹；密封；潤(rùn)滑；改造

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，壓縮機(jī)已經(jīng)成為眾多企業(yè)中的重要通用設(shè)備。壓縮機(jī)是壓縮氣體提高氣體壓力并輸送氣體的設(shè)備，它廣泛的應(yīng)用于石油化工、空調(diào)制冷、紡織、冶煉、儀表控制、醫(yī)藥、食品等諸多行業(yè)。在化工生產(chǎn)中，大中型的往復(fù)式活塞壓縮機(jī)及離心式壓縮機(jī)已經(jīng)成為生產(chǎn)中不可或缺的重要設(shè)備。由于往復(fù)式活塞壓縮機(jī)有著熱效率高、單位耗電量少、造價(jià)低廉、設(shè)計(jì)制造技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，我公司采用往復(fù)式活塞壓縮機(jī)。但往復(fù)式活塞壓縮機(jī)由于運(yùn)動(dòng)部件多結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致檢修工作量大，易損部件更換頻繁。因此對(duì)壓縮機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)、減少易損部件的更換次數(shù)保證長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行已經(jīng)成為每一個(gè)設(shè)備管理人員工作中的重點(diǎn)。

1 往復(fù)式壓縮機(jī)簡(jiǎn)介

往復(fù)式壓縮機(jī)是通過(guò)將曲軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為活塞往復(fù)式運(yùn)動(dòng)的連桿機(jī)構(gòu)。通過(guò)活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)改變氣缸內(nèi)的容積，使氣缸內(nèi)產(chǎn)生壓力變化從而完成氣體的吸氣、壓縮、排氣、膨脹的過(guò)程。所以往復(fù)式壓縮機(jī)是依靠機(jī)械運(yùn)動(dòng)來(lái)壓縮氣體體積從而實(shí)現(xiàn)提高氣體壓力。

2 抗磨與防銹

全無(wú)油空壓機(jī)活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)是在無(wú)潤(rùn)滑的條件下進(jìn)行的，這就要求氣缸、活塞和導(dǎo)向環(huán)抗腐蝕，又耐磨。要同時(shí)解決這兩個(gè)問(wèn)題，關(guān)鍵是選用合理的摩擦材料和制造工藝。

國(guó)外有用鋁合金制造氣缸，鏡面經(jīng)硬質(zhì)氧化處理，再浸漬聚四氟乙烯(PTFE)效果較佳，但國(guó)內(nèi)未見有成熟的工藝，而普遍采用合金鑄鐵制造氣缸。然而防銹問(wèn)題仍未能解決好。

從理論上分析，合金鑄鐵表面較稀松，與填充聚四氟乙烯的活塞環(huán)和導(dǎo)向環(huán)組成摩擦副時(shí)，容易產(chǎn)生薄膜轉(zhuǎn)移，使氣缸壁形成一層聚四氟乙烯薄膜，環(huán)與氣缸之間的摩擦就變成了薄膜間的摩擦，摩擦系數(shù)隨機(jī)降低，磨損減少。實(shí)踐表明，氣缸和環(huán)的材料配方及其制造工藝十分重要，否則就無(wú)法較好地同時(shí)解決防銹和抗磨間的問(wèn)題。為了解決這個(gè)問(wèn)題我公司與相關(guān)的生產(chǎn)廠家聯(lián)系，經(jīng)過(guò)協(xié)商在生產(chǎn)廠家提供的相關(guān)數(shù)據(jù)的前提下進(jìn)行了進(jìn)一步的研究和實(shí)踐。經(jīng)多次研究和實(shí)踐我們最終選定以銅鉻鉬(Cu—Cr—Mo)合金鑄鐵制造氣缸，以合理的填充聚四氟乙烯制造活塞環(huán)和導(dǎo)向環(huán)，輔以適當(dāng)?shù)闹圃旃に?，就可以取得較滿意的效果，有效的提高了氣缸的抗磨耐腐性。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)，氣缸表面的粗糙度要適當(dāng)，過(guò)于粗糙，會(huì)加快環(huán)的磨損，過(guò)于光滑則難以形成薄膜層，環(huán)的磨損同樣會(huì)加快。表1是WW-0.6/10和WW-0.9/7型機(jī)分別工作了527 h和627 h耐久性試驗(yàn)后環(huán)的磨損情況。

表1 WW-0.6/10和WW-0.9/7型機(jī)耐久性試驗(yàn)的磨損情況

一般情況下，環(huán)的初始磨損比正常時(shí)大，若以該摩擦副的極限磨損來(lái)計(jì)算，則活塞環(huán)壽命在7 000 h以上，導(dǎo)向環(huán)的壽命在9 000 h以上，完全可以滿足使用的要求。

3 密封與潤(rùn)滑

往復(fù)式壓縮機(jī)普遍采用接觸式密封，密封形式是以活塞環(huán)來(lái)密封氣缸內(nèi)的高壓氣體，防止高壓氣體從活塞和氣缸之間的間隙泄漏。氣體泄漏往往會(huì)導(dǎo)致氣體壓力達(dá)不到預(yù)定壓力及氣量不足等后果，所以活塞環(huán)的密封效果對(duì)密封氣缸的重要性不言而喻。其泄漏通道主要有三條：1)環(huán)的切口間隙；2)環(huán)與氣缸壁的間隙；3)環(huán)與活塞環(huán)槽接觸表面的間隙。環(huán)的切口形式有三種。

分別為直切口、斜切口、塔切口。其中斜切口要比直切口泄漏量要小，而塔切口的切口呈階梯形，互相搭接，氣體通過(guò)切口要經(jīng)過(guò)兩次曲折，故泄漏量比前兩者都要大大減少。隨著磨損增加，環(huán)的切口間隙會(huì)成正比地增大，直切口和斜切口環(huán)的切口會(huì)成為最主要的泄漏通道，因此對(duì)密封性要求高的全無(wú)油空壓機(jī)選用塔切口最適宜。

有人認(rèn)為活塞環(huán)對(duì)氣缸壁的密封全靠氣體的壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)，提出不設(shè)彈力環(huán)；也有人認(rèn)為彈力環(huán)易出毛病不愿采用。這些觀點(diǎn)起碼在微型機(jī)上是不可取的。一個(gè)不容忽視的問(wèn)題是活塞外圓表面在設(shè)備工作前必須緊貼在氣缸壁上，否則在設(shè)備工作過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)氣體沿活塞環(huán)外圓表面流動(dòng)致使環(huán)與氣缸的間隙增大造成密封不嚴(yán)的嚴(yán)重后果。而填充聚四氟乙烯環(huán)的彈力極小，特別是直徑小的環(huán)，更無(wú)法建立環(huán)的初始密封彈力，所以對(duì)彈力環(huán)的設(shè)置尤為重要，根據(jù)長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐與諸多相關(guān)資料表明：增設(shè)彈力環(huán)將會(huì)有效的減少通過(guò)活塞環(huán)泄漏的高壓氣體。軸承也是全無(wú)油空壓機(jī)的關(guān)鍵零件之一，除正確選用、保證質(zhì)量、合理安裝外，其密封性能、潤(rùn)滑質(zhì)量及其裝入量對(duì)機(jī)器的壽命均有直接的影響。

Ⅰ.阻塞密封 Ⅱ.節(jié)流密封1.彈力環(huán) 2.活塞環(huán) 3.活塞 4.氣缸圖1 密封結(jié)構(gòu)

連桿大頭及支撐曲軸的軸承大多數(shù)采用帶密封圈的單列向心球軸承。值得注意的是，選用橡膠圈的比金屬的好很多。因在新裝或定期更換潤(rùn)滑油脂時(shí)，必然要將密封圈取出，而在拆裝過(guò)程中，由于外力作用密封圈會(huì)產(chǎn)生變形的情況是不可避免的，但橡膠圈密封圈彈性好，外力消失后能夠及時(shí)復(fù)原，而金屬密封圈則由于局部永久變形而降低密封效果，甩出潤(rùn)滑油脂，引起機(jī)器的早期損壞。

連桿小頭選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、摩擦系數(shù)小的滾珠軸承。為避免受力不均，同一根連桿小頭上不宜用兩個(gè)并列組合的形式，由于忽視此問(wèn)題而引起的機(jī)器早期損壞的例子并不少見。采用單個(gè)雙列有保持架的滾珠軸承可靠性較高，同時(shí)將活塞銷做成空心，注入潤(rùn)滑油脂，可彌補(bǔ)滾珠軸承存脂量少的缺點(diǎn)。另外，在滾珠軸承兩端裝上填充聚四氟乙烯密封圈或皮碗可防止?jié)櫥椭Τ?，但結(jié)構(gòu)形式要合理，否則會(huì)因密封不良造成滾珠軸承失油。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)多次的改造與實(shí)驗(yàn)后我廠的全無(wú)油活塞式壓縮機(jī)的檢修及更換易損件的次數(shù)明顯減少，不僅很好的保證了生產(chǎn)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，而且能夠創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益節(jié)省開支。希望該研究成果能夠?yàn)槿珖?guó)的設(shè)備管理人員提供一定的借鑒。

[1] 韓俊英.提高全無(wú)油壓縮機(jī)的性能和可靠性的研究[J].流體工程，1985(2)

[2] 楊紹侃編譯.無(wú)潤(rùn)滑活塞密封的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)[M].西安：西安交通大學(xué)科研處科技情報(bào)室，1983

[3] 郁永章.活塞式壓縮機(jī)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1983

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1005-8370(2016)02-21-03

2016-02-01