浅析往复活塞式压缩机中活塞环的特性及应用

耿丹

沈阳申元气体压缩机有限责任公司 辽宁沈阳 110141

先了解一下活塞式压缩机的应用范围及特点。

它可以应用在焦炉气、煤气、天然气为原料的化工流程中。

它适用压力范围广，不论流量大小，均能达到所需压力和制冷量要求；热效率高，单位耗电量少；可维修性强。

1 活塞环的简介

活塞环是密封气缸镜面与活塞间缝隙用的零件。对活塞环的基本要求是密封可靠和耐磨损。

活塞环上有开口，在自由状态时，其直径大于气缸直径，因此活塞环装入气缸时，由于材料本身的弹性，产生一个对气缸壁的预压力。活塞环装在活塞中与槽壁间应留有间隙。压缩机正常工作时，活塞环在压力差作用下，被推向压力较低的一方，即密封了气体沿环槽端面的泄露。作用在活塞环内圆上的压力大于作用在活塞环外圆上的压力，于是形成压力差，将环压向气缸镜面，阻止了气体沿气缸壁面的泄露[1]。

气体从高压侧环逐级漏到最后一道环时，每道环所承受的压力差相差甚大，第一道活塞环承受着主要的压力差，第二道环承受的压力差就不大，以后各环逐级减小。因此环数不必过多，反而会增加气缸磨损，增大摩擦功。

2 活塞环的环数可以按以下公式估算：

3 活塞环材料

3.1 无油润滑压缩机活塞环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为树脂为基体，填充不同材料压制而成。

聚四氟乙烯树脂—粒度0.02-0.06mm，比重2.17±0.3%g/cm3，抗拉强度≥50kgf/cm2，延伸率≥360%，膨胀系数（140-160）x10-6l/℃

温差产生的膨胀或收缩量Δh计算公式：

Δh=hxαx（t-t0）环境温度 t（℃） 规定温度 t0

膨胀系数α（l/℃） 零件的长度h（mm）

3.2 压差较大的活塞压缩机活塞环用聚醚醚铜（PEEK）材料。

聚醚醚铜（PEEK）：是在主链结构中含有一个铜键和两个醚键的重复单元所构成的高聚物，属特种高分子材料。

适用于压差60公斤-120公斤的活塞环，且此活塞环为两半斜开口。

4 设计活塞环时需要考虑哪些因素

①进排气压力及温度。②缸径及缸套材料。③活塞外径及槽宽、槽深。④气体成分及排气量。⑤气缸是否有油润滑。⑥气缸布置形式

5 活塞环在安装过程中的要求

①活塞环安装时，应核对轴向间隙。②应小心避免用力多度造成折断。③应事先仔细清理气缸内的杂质及粉尘。④多个活塞环安装时，各环的切口必须相互错开。⑤两瓣或多瓣结构的活塞环安装时，应一组一组安装，并注意每组环各瓣的组合顺序。

6 气体介质变化对活塞环的影响

（1）活塞环材料选取很大程度上取决于气体介质，介质发生大变化，活塞环也应重新设计。

（2）介质中含有杂质，会加速非金属材料的磨损，并且使泄漏增大，还可能刮伤气缸镜面，造成更大的损失。

（3）压缩机前置气体干燥、过滤器的性能好坏将影响活塞环的使用效果与使用寿命。

7 活塞环的间隙计算

7.1 活塞环的开口间隙

活塞环是由填充聚四氟乙烯（4F）或聚醚醚铜（PEEK）材料制造的。当活塞在气缸里工作时，由于气体经过压缩后，温度必然升高，而金属及非金属都有热膨胀性，活塞环在气缸内会膨胀伸长。如果活塞环在安装之前没有留出一定间隙，当温度升高时，活塞环就必然在气缸内两头对顶，使活塞环和气缸胀死在一起，造成气缸和活塞的严重损坏，同时会引起电机超载被迫停车[2]。

活塞环的开口间隙值应按设计的规定数值，或根据材料的热膨胀按下式估算：

K=πDa（t1- t2）（不考虑气缸的膨胀）式中D—气缸直径 a—材料的线膨胀系数

t1--活塞环的最高工作温度 t2--安装时的环境温度

7.2 活塞环与环槽的轴向间隙

活塞环与环槽的轴向间隙要严格控制。如果间隙留的过小会使活塞环卡住引起泄漏，间隙过大会加强力度，产生振动和缩短环的使用寿命。

活塞环与环槽的轴向间隙数值可根据材料的热膨胀按下式估算：

K=Ha（t1-t2）式中H—活塞环的宽度 a—材料的线膨胀系数

t1--活塞环的最高工作温度 t2--安装时的环境温度

8 活塞环在压缩机运行过程中会出现的问题

压缩机正常平稳运行时，活塞环的寿命一般会在8000小时左右。但是在压缩机运行过程中偶尔也会遇到一些情况使活塞环磨损坏，这时就应该及时处理问题，确保压缩机正常运行[3]。

容易造成活塞环磨损的原因及解决方法如下：

（1）气缸镜面粗糙：应把气缸镜面重新研磨，保证合理的粗糙度。

（2）凝液或冷凝水：应设置排液功能的缓冲器，使油膜和冷凝水彻底分离。

（3）气体中混入夹杂物：应按现场运行实际情况清洗吸气口及管线。

9 结语

活塞环的特性及应用被越来越多的压缩机企业更重视，深知小环节给大结构带来的影响，从此促进企业的可持续、健康、良好的的发展，在激烈的市场竞争中立于不败之地，进一步实现提高企业效益和社会经济效益的双赢。