往复压缩机支承环设计

摘 要：对往复压缩机活塞支承环尺寸的计算方法进行了探讨。

关键词：活塞支承环；尺寸计算

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

Key words：piston rider ring；dimension calculating

在工艺往复式压缩机的设计过程中，为了减少活塞往复运动引起的气缸镜面磨损，同时提高活塞的使用周期，需要在活塞体上增加单独承载的支承环。尤其对于要求无油润滑的工况，支承环的设计结果对于设备的启用周期有很大影响。支承环结构形式分为剖分式和整体式，因篇幅所限本文仅讨论剖分式计算方法。

1 支承环轴向宽度B

对于卧式和角式压缩机，支承环直接承受活塞组件的重量。现在支承环的主流材质使用CFRP （填充聚四氟乙烯）、PEEK（聚醚醚酮）等非金属材质，设计时考虑环可以在运转一定时间后旋转120°，这样可提高其使用寿命3倍。

对于卧式压缩机非金属支承环总轴向宽度，按API618标准公式计算：

[P]=100×Wt / （ 0.866 ×DC×B ），bar；

最大比压[P]：在无油润滑结构中，不得大于5psi（0.35bar）；

在有油润滑结构中，不得大于10psi（0.70bar）。

如果计算的支承环总轴向宽度B过长（最长不能大于150mm），可以采用数只短的支承环组成，其总值以达到相同的总轴向宽度B数值。考虑到支承环的宽度因素，卧式压缩机允许把支承环放置在活塞的两端。

另据API618标准规定：整体支承环允许有2/3轴向宽度进入阀腔口，对接支承环最大允许有1/2轴向宽度进入阀腔口。如果宽度设计有问题，在有气缸套的条件下，阀腔口可用数个小孔来代替常规的单个大孔，从而解决该问题。

2 径向厚度t

在气缸直径较小时，支承环径向厚度t可与活塞环t相等。在气缸直径较大时，即活塞环的t大于10mm时，支承环t =0.7-0.8活塞环t 。

支承环径向厚度与活塞环径向厚度不一样。活塞环以其径向厚度的1/2～1/3作为摩损极限，其径向厚度大，相对使用寿命长。而支承环的允许摩损数量仅为气缸与活塞的径向间隙1/2 左右。因此，支承环径向厚度太大没有必要。

支承环径向厚度与气缸和活塞径向间隙有关，一般突出活塞之外的径向尺寸为0.25 t 左右，最大不能超过0.5 t，否则将引起冷流而损坏。

3 气缸与支承环的径向（运转）间隙Δt

气缸与支承环的径向间隙过大时，将不能起到定中心作用。径向间隙过小，因支承环热膨胀，会引起支承环紧压在气缸工作面上，比压增大，加速磨损。

4 轴向厚度间隙Δh

当轴向厚度间隙过大，支承环在工作时要受到冲击而造成冷流而损坏，当轴向厚度间隙过小，受热膨胀导致支承环被胀死。因此在设计温度下计算支承环轴向厚度，要考虑到活塞和支承环的材料线膨胀的最小间隙Δh。

Δh=C3× K2×Tp × B；

式中：C3-间隙系数，C3=（1.2～1.3）；

5 支承環开口间隙S

支承环的开口间隙，能保证支承环在设计温度中周向膨胀而不至于胀死，而引起的重大事故。填充聚四氟乙烯的材料推荐间隙角度10°，而树脂粘结材料的建议采用90°平接。

S=3.14×K2×Dc×cos（θ），mm；

式中：θ-接头的间隙角度，°；

根据经验积累，推荐下列参考值：

S=（0.028～0.032）×Dc ，mm；

6 卸荷槽

轴向厚度在50mm以上的轴向或径向槽，可见表4推荐值，表中Db为活塞直径。无论是轴向还是径向槽都应有圆角半径2.0mm，如果圆角半径小于2.0mm，半径就等于槽的深度。轴向开槽角度对于CFRP推荐倾斜10°，而树脂推荐直切口。

7 结语

对于支承环尺寸的设计，各设计厂商有不同的经验与理论计算方法。同时随着材料工艺的不断发展、模拟计算软件的应用，类似支承环等压缩机零部件的设计方法还将不断优化。

作者简介：

窦春（1981- ），男，汉族，江苏高邮人，本科学历，上海大隆机器厂有限公司工程师，研究方向：往复式压缩机设计与开发。