往復(fù)壓縮機(jī)支承環(huán)設(shè)計(jì)

摘 要：對往復(fù)壓縮機(jī)活塞支承環(huán)尺寸的計(jì)算方法進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：活塞支承環(huán)；尺寸計(jì)算

Abstract：Discussion of the method for calculating the dimension of piston rider ring of reciprocating compressor.

Key words：piston rider ring；dimension calculating

在工藝往復(fù)式壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)過程中，為了減少活塞往復(fù)運(yùn)動引起的氣缸鏡面磨損，同時(shí)提高活塞的使用周期，需要在活塞體上增加單獨(dú)承載的支承環(huán)。尤其對于要求無油潤滑的工況，支承環(huán)的設(shè)計(jì)結(jié)果對于設(shè)備的啟用周期有很大影響。支承環(huán)結(jié)構(gòu)形式分為剖分式和整體式，因篇幅所限本文僅討論剖分式計(jì)算方法。

1 支承環(huán)軸向?qū)挾菳

對于臥式和角式壓縮機(jī)，支承環(huán)直接承受活塞組件的重量?，F(xiàn)在支承環(huán)的主流材質(zhì)使用CFRP （填充聚四氟乙烯）、PEEK（聚醚醚酮）等非金屬材質(zhì)，設(shè)計(jì)時(shí)考慮環(huán)可以在運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間后旋轉(zhuǎn)120°，這樣可提高其使用壽命3倍。

對于臥式壓縮機(jī)非金屬支承環(huán)總軸向?qū)挾?，按API618標(biāo)準(zhǔn)公式計(jì)算：

[P]=100×Wt / （ 0.866 ×DC×B ），bar；

最大比壓[P]：在無油潤滑結(jié)構(gòu)中，不得大于5psi（0.35bar）；

在有油潤滑結(jié)構(gòu)中，不得大于10psi（0.70bar）。

如果計(jì)算的支承環(huán)總軸向?qū)挾菳過長（最長不能大于150mm），可以采用數(shù)只短的支承環(huán)組成，其總值以達(dá)到相同的總軸向?qū)挾菳數(shù)值?？紤]到支承環(huán)的寬度因素，臥式壓縮機(jī)允許把支承環(huán)放置在活塞的兩端。

另據(jù)API618標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：整體支承環(huán)允許有2/3軸向?qū)挾冗M(jìn)入閥腔口，對接支承環(huán)最大允許有1/2軸向?qū)挾冗M(jìn)入閥腔口。如果寬度設(shè)計(jì)有問題，在有氣缸套的條件下，閥腔口可用數(shù)個(gè)小孔來代替常規(guī)的單個(gè)大孔，從而解決該問題。

2 徑向厚度t

在氣缸直徑較小時(shí)，支承環(huán)徑向厚度t可與活塞環(huán)t相等。在氣缸直徑較大時(shí)，即活塞環(huán)的t大于10mm時(shí)，支承環(huán)t =0.7-0.8活塞環(huán)t 。

支承環(huán)徑向厚度與活塞環(huán)徑向厚度不一樣?；钊h(huán)以其徑向厚度的1/2～1/3作為摩損極限，其徑向厚度大，相對使用壽命長。而支承環(huán)的允許摩損數(shù)量僅為氣缸與活塞的徑向間隙1/2 左右。因此，支承環(huán)徑向厚度太大沒有必要。

支承環(huán)徑向厚度與氣缸和活塞徑向間隙有關(guān)，一般突出活塞之外的徑向尺寸為0.25 t 左右，最大不能超過0.5 t，否則將引起冷流而損壞。

3 氣缸與支承環(huán)的徑向（運(yùn)轉(zhuǎn)）間隙Δt

氣缸與支承環(huán)的徑向間隙過大時(shí)，將不能起到定中心作用。徑向間隙過小，因支承環(huán)熱膨脹，會引起支承環(huán)緊壓在氣缸工作面上，比壓增大，加速磨損。

4 軸向厚度間隙Δh

當(dāng)軸向厚度間隙過大，支承環(huán)在工作時(shí)要受到?jīng)_擊而造成冷流而損壞，當(dāng)軸向厚度間隙過小，受熱膨脹導(dǎo)致支承環(huán)被脹死。因此在設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算支承環(huán)軸向厚度，要考慮到活塞和支承環(huán)的材料線膨脹的最小間隙Δh。

Δh=C3× K2×Tp × B；

式中：C3-間隙系數(shù)，C3=（1.2～1.3）；

5 支承環(huán)開口間隙S

支承環(huán)的開口間隙，能保證支承環(huán)在設(shè)計(jì)溫度中周向膨脹而不至于脹死，而引起的重大事故。填充聚四氟乙烯的材料推薦間隙角度10°，而樹脂粘結(jié)材料的建議采用90°平接。

S=3.14×K2×Dc×cos（θ），mm；

式中：θ-接頭的間隙角度，°；

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)積累，推薦下列參考值：

S=（0.028～0.032）×Dc ，mm；

6 卸荷槽

軸向厚度在50mm以上的軸向或徑向槽，可見表4推薦值，表中Db為活塞直徑。無論是軸向還是徑向槽都應(yīng)有圓角半徑2.0mm，如果圓角半徑小于2.0mm，半徑就等于槽的深度。軸向開槽角度對于CFRP推薦傾斜10°，而樹脂推薦直切口。

7 結(jié)語

對于支承環(huán)尺寸的設(shè)計(jì)，各設(shè)計(jì)廠商有不同的經(jīng)驗(yàn)與理論計(jì)算方法。同時(shí)隨著材料工藝的不斷發(fā)展、模擬計(jì)算軟件的應(yīng)用，類似支承環(huán)等壓縮機(jī)零部件的設(shè)計(jì)方法還將不斷優(yōu)化。

作者簡介：

竇春（1981- ），男，漢族，江蘇高郵人，本科學(xué)歷，上海大隆機(jī)器廠有限公司工程師，研究方向：往復(fù)式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)與開發(fā)。