淺析往復活塞式壓縮機中活塞環的特性及應用

耿丹

沈陽申元氣體壓縮機有限責任公司 遼寧沈陽 110141

先了解一下活塞式壓縮機的應用范圍及特點。

它可以應用在焦爐氣、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 活塞環的簡介

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

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

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

2 活塞環的環數可以按以下公式估算：

3 活塞環材料

3.1 無油潤滑壓縮機活塞環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（140-160）x10-6l/℃

溫差產生的膨脹或收縮量Δh計算公式：

Δh=hxαx（t-t0）環境溫度 t（℃） 規定溫度 t0

膨脹系數α（l/℃） 零件的長度h（mm）

3.2 壓差較大的活塞壓縮機活塞環用聚醚醚銅（PEEK）材料。

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

適用于壓差60公斤-120公斤的活塞環，且此活塞環為兩半斜開口。

4 設計活塞環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 活塞環在安裝過程中的要求

①活塞環安裝時，應核對軸向間隙。②應小心避免用力多度造成折斷。③應事先仔細清理氣缸內的雜質及粉塵。④多個活塞環安裝時，各環的切口必須相互錯開。⑤兩瓣或多瓣結構的活塞環安裝時，應一組一組安裝，并注意每組環各瓣的組合順序。

6 氣體介質變化對活塞環的影響

（1）活塞環材料選取很大程度上取決于氣體介質，介質發生大變化，活塞環也應重新設計。

（2）介質中含有雜質，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的使用效果與使用壽命。

7 活塞環的間隙計算

7.1 活塞環的開口間隙

活塞環是由填充聚四氟乙烯（4F）或聚醚醚銅（PEEK）材料制造的。當活塞在氣缸里工作時，由于氣體經過壓縮后，溫度必然升高，而金屬及非金屬都有熱膨脹性，活塞環在氣缸內會膨脹伸長。如果活塞環在安裝之前沒有留出一定間隙，當溫度升高時，活塞環就必然在氣缸內兩頭對頂，使活塞環和氣缸脹死在一起，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]。

活塞環的開口間隙值應按設計的規定數值，或根據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

t1--活塞環的最高工作溫度 t2--安裝時的環境溫度

7.2 活塞環與環槽的軸向間隙

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

活塞環與環槽的軸向間隙數值可根據材料的熱膨脹按下式估算：

K=Ha（t1-t2）式中H—活塞環的寬度 a—材料的線膨脹系數

t1--活塞環的最高工作溫度 t2--安裝時的環境溫度

8 活塞環在壓縮機運行過程中會出現的問題

壓縮機正常平穩運行時，活塞環的壽命一般會在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磨損壞，這時就應該及時處理問題，確保壓縮機正常運行[3]。

容易造成活塞環磨損的原因及解決方法如下：

（1）氣缸鏡面粗糙：應把氣缸鏡面重新研磨，保證合理的粗糙度。

（2）凝液或冷凝水：應設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：應按現場運行實際情況清洗吸氣口及管線。

9 結語

活塞環的特性及應用被越來越多的壓縮機企業更重視，深知小環節給大結構帶來的影響，從此促進企業的可持續、健康、良好的的發展，在激烈的市場競爭中立于不敗之地，進一步實現提高企業效益和社會經濟效益的雙贏。