淺析往復(fù)活塞式壓縮機中活塞環(huán)的特性及應(yīng)用

耿丹

沈陽申元氣體壓縮機有限責(zé)任公司 遼寧沈陽 110141

先了解一下活塞式壓縮機的應(yīng)用范圍及特點。

它可以應(yīng)用在焦爐氣、煤氣、天然氣為原料的化工流程中。

它適用壓力范圍廣，不論流量大小，均能達到所需壓力和制冷量要求；熱效率高，單位耗電量少；可維修性強。

1 活塞環(huán)的簡介

活塞環(huán)是密封氣缸鏡面與活塞間縫隙用的零件。對活塞環(huán)的基本要求是密封可靠和耐磨損。

活塞環(huán)上有開口，在自由狀態(tài)時，其直徑大于氣缸直徑，因此活塞環(huán)裝入氣缸時，由于材料本身的彈性，產(chǎn)生一個對氣缸壁的預(yù)壓力。活塞環(huán)裝在活塞中與槽壁間應(yīng)留有間隙。壓縮機正常工作時，活塞環(huán)在壓力差作用下，被推向壓力較低的一方，即密封了氣體沿環(huán)槽端面的泄露。作用在活塞環(huán)內(nèi)圓上的壓力大于作用在活塞環(huán)外圓上的壓力，于是形成壓力差，將環(huán)壓向氣缸鏡面，阻止了氣體沿氣缸壁面的泄露[1]。

氣體從高壓側(cè)環(huán)逐級漏到最后一道環(huán)時，每道環(huán)所承受的壓力差相差甚大，第一道活塞環(huán)承受著主要的壓力差，第二道環(huán)承受的壓力差就不大，以后各環(huán)逐級減小。因此環(huán)數(shù)不必過多，反而會增加氣缸磨損，增大摩擦功。

2 活塞環(huán)的環(huán)數(shù)可以按以下公式估算：

3 活塞環(huán)材料

3.1 無油潤滑壓縮機活塞環(huán)用的填充聚四氟乙烯材料。

填充聚四氟乙烯是以聚四氟乙烯為樹脂為基體，填充不同材料壓制而成。

聚四氟乙烯樹脂—粒度0.02-0.06mm，比重2.17±0.3%g/cm3，抗拉強度≥50kgf/cm2，延伸率≥360%，膨脹系數(shù)（140-160）x10-6l/℃

溫差產(chǎn)生的膨脹或收縮量Δh計算公式：

Δh=hxαx（t-t0）環(huán)境溫度 t（℃） 規(guī)定溫度 t0

膨脹系數(shù)α（l/℃） 零件的長度h（mm）

3.2 壓差較大的活塞壓縮機活塞環(huán)用聚醚醚銅（PEEK）材料。

聚醚醚銅（PEEK）：是在主鏈結(jié)構(gòu)中含有一個銅鍵和兩個醚鍵的重復(fù)單元所構(gòu)成的高聚物，屬特種高分子材料。

適用于壓差60公斤-120公斤的活塞環(huán)，且此活塞環(huán)為兩半斜開口。

4 設(shè)計活塞環(huán)時需要考慮哪些因素

①進排氣壓力及溫度。②缸徑及缸套材料。③活塞外徑及槽寬、槽深。④氣體成分及排氣量。⑤氣缸是否有油潤滑。⑥氣缸布置形式

5 活塞環(huán)在安裝過程中的要求

①活塞環(huán)安裝時，應(yīng)核對軸向間隙。②應(yīng)小心避免用力多度造成折斷。③應(yīng)事先仔細清理氣缸內(nèi)的雜質(zhì)及粉塵。④多個活塞環(huán)安裝時，各環(huán)的切口必須相互錯開。⑤兩瓣或多瓣結(jié)構(gòu)的活塞環(huán)安裝時，應(yīng)一組一組安裝，并注意每組環(huán)各瓣的組合順序。

6 氣體介質(zhì)變化對活塞環(huán)的影響

（1）活塞環(huán)材料選取很大程度上取決于氣體介質(zhì)，介質(zhì)發(fā)生大變化，活塞環(huán)也應(yīng)重新設(shè)計。

（2）介質(zhì)中含有雜質(zhì)，會加速非金屬材料的磨損，并且使泄漏增大，還可能刮傷氣缸鏡面，造成更大的損失。

（3）壓縮機前置氣體干燥、過濾器的性能好壞將影響活塞環(huán)的使用效果與使用壽命。

7 活塞環(huán)的間隙計算

7.1 活塞環(huán)的開口間隙

活塞環(huán)是由填充聚四氟乙烯（4F）或聚醚醚銅（PEEK）材料制造的。當(dāng)活塞在氣缸里工作時，由于氣體經(jīng)過壓縮后，溫度必然升高，而金屬及非金屬都有熱膨脹性，活塞環(huán)在氣缸內(nèi)會膨脹伸長。如果活塞環(huán)在安裝之前沒有留出一定間隙，當(dāng)溫度升高時，活塞環(huán)就必然在氣缸內(nèi)兩頭對頂，使活塞環(huán)和氣缸脹死在一起，造成氣缸和活塞的嚴重損壞，同時會引起電機超載被迫停車[2]。

活塞環(huán)的開口間隙值應(yīng)按設(shè)計的規(guī)定數(shù)值，或根據(jù)材料的熱膨脹按下式估算：

K=πDa（t1- t2）（不考慮氣缸的膨脹）式中D—氣缸直徑 a—材料的線膨脹系數(shù)

t1--活塞環(huán)的最高工作溫度 t2--安裝時的環(huán)境溫度

7.2 活塞環(huán)與環(huán)槽的軸向間隙

活塞環(huán)與環(huán)槽的軸向間隙要嚴格控制。如果間隙留的過小會使活塞環(huán)卡住引起泄漏，間隙過大會加強力度，產(chǎn)生振動和縮短環(huán)的使用壽命。

活塞環(huán)與環(huán)槽的軸向間隙數(shù)值可根據(jù)材料的熱膨脹按下式估算：

K=Ha（t1-t2）式中H—活塞環(huán)的寬度 a—材料的線膨脹系數(shù)

t1--活塞環(huán)的最高工作溫度 t2--安裝時的環(huán)境溫度

8 活塞環(huán)在壓縮機運行過程中會出現(xiàn)的問題

壓縮機正常平穩(wěn)運行時，活塞環(huán)的壽命一般會在8000小時左右。但是在壓縮機運行過程中偶爾也會遇到一些情況使活塞環(huán)磨損壞，這時就應(yīng)該及時處理問題，確保壓縮機正常運行[3]。

容易造成活塞環(huán)磨損的原因及解決方法如下：

（1）氣缸鏡面粗糙：應(yīng)把氣缸鏡面重新研磨，保證合理的粗糙度。

（2）凝液或冷凝水：應(yīng)設(shè)置排液功能的緩沖器，使油膜和冷凝水徹底分離。

（3）氣體中混入夾雜物：應(yīng)按現(xiàn)場運行實際情況清洗吸氣口及管線。

9 結(jié)語

活塞環(huán)的特性及應(yīng)用被越來越多的壓縮機企業(yè)更重視，深知小環(huán)節(jié)給大結(jié)構(gòu)帶來的影響，從此促進企業(yè)的可持續(xù)、健康、良好的的發(fā)展，在激烈的市場競爭中立于不敗之地，進一步實現(xiàn)提高企業(yè)效益和社會經(jīng)濟效益的雙贏。