大型往复式压缩机活塞支承环的改进

张世甫

(洛阳三隆安装检修有限公司 ， 河南 洛阳 471000)

往复式压缩机支承环也叫导向环，是一种用于气缸活塞上支承活塞运动的零件，它能防止活塞在运动过程中与缸体直接接触和摩擦，起到保护缸体与活塞不被破坏的作用。老式压缩机活塞支承，由60°～90°角带状巴氏合金来完成，将其直接焊接在活塞上，机床加工后再根据活塞中心高度进行刮研调整，最终使活塞达到冷态的中心高度。现在使用较多的支承是聚四氟乙烯(PTFE)的环形塑料支承环，这种形式的改进方便设备的维护与检修，但存在支承环厚度减薄或其他问题，更主要的是使活塞在气缸内严重偏离中心运行。而将360°整圈环形支承改造成120°角支承，可以解决塑料支承环带来的这些问题，同时又节约了2/3的成本，还能使活塞在气缸中心最佳位置运行。本文就如何对往复机活塞支承环进行改造做出详细说明。

1 活塞支承改造

1.1 120°片式支承环结构形式

考虑彻底改造原支承环结构，将整个支承环去掉，在活塞下面只加一个弧长为120°的支承环。由于支承环的承压角度在90°左右，如果用一个弧长120°支承环来进行支承，应该是没有问题的。将360°整圈环形塑料支承环切成120°弧长，放置在活塞正下方。另外，为防止支承环在活塞凹槽中左右窜动，需要在活塞凹槽内的支承环两端设计定位，选择在两端各加一个L型挡板，挡板应留出“热胀间隙值”，要大于支撑环的120°弧长，再使用两颗M10螺栓紧固，挡板螺栓一定要有必要的防松措施(挡板和螺栓材质要考虑介质特性)。

1.2 目前施工现场处理办法

①在支承环下面，凹槽里面直接加入120°的铁垫片，为防止支承环胀死，可将支承环开口间隙适当加宽一点，这种方法不提倡，只能说暂时解决一下活塞过度偏低的问题，活塞也调整不到最佳中心位置；②降低十字头中心高度。如果活塞改造困难，也可考虑降低十字头的中心高度，即使不能在气缸或滑道的中心运行，但也确保了活塞、活塞杆、十字头的垂直运行；十字头中心高度还不宜降得过多，防止出现其他意外，因为十字中心下降后最终会出现两条平行轴线，下调中心过大，会造成活塞杆下面偏磨。还要注意检查刮油环、填料函径向活动是否灵活，防止截流轴套及各环是否卡涩与偏磨。

1.3 支承环改造的原因

活塞热态运行中，为避免支承环膨胀后出现胀缸现象，可减薄支承环的厚度，这样活塞中心就会降得比较低，导致活塞在气缸中心下方运行，活塞中心偏差改变了活塞杆的垂直受力，以后对节流套、密封填料、活塞杆、十字头可能带来影响与损坏，所以对360°整圈环形支承环的改造非常有必要。

1.4 支承环厚度的计算

因原有支撑环厚度不够，需重新计算活塞在气缸中心运行的支撑环厚度。以某厂2D45型往复式压缩机一级气缸为例，原支承环采用PTFE360°整圈环形支承结构一级气缸相关设计参数如下：气缸内径670 mm；环境温度40 ℃；活塞外径663 mm；工作温度109 ℃；支承环槽深12.65 mm；原支承环厚度15 mm。

经计算冷态下活塞加支撑环的总高度为667.7 mm，比气缸内径小2.3 mm，使用塞尺检查一级活塞冷态时在气缸的上下间隙，上间隙4.7 mm，下间隙2.3 mm，活塞在气缸内的上下间隙偏差为2.4 mm；计算结果2.3 mm与现场测量的2.4 mm基本一致。活塞在气缸的上下偏差数值主要由支撑环厚度偏薄和预留热膨胀量造成，显然支承环的厚度是不能够保证热态下活塞运行在气缸中心。

活塞长期在气缸中心下方运行，偏差过多会造成节流套、主填料、活塞杆的偏磨，活塞杆的弯曲与断裂。要使热态下活塞与气缸中心保持一致，需要将支承环厚度增加到15.61 mm，加厚的支承环如果仍然采用360°整圈结构，热态运行中就会出现胀缸，支承环与气缸的间隙不够，膨胀导致支承环卡在气缸内，若长期运行，支承环和气缸气缸之间会发生严重的磨损，甚至会将气缸拉毛，360°整圈环形支承环进行改造成120°片式支承环后就显得非常有必要了，这样活塞、活塞杆、十字头三者在同一中心运行，消除了原支承环存在的隐患。

1.5 改造后的优势

①1个支承环可变为3个使用，节省了运行成本；②活塞在气缸中心高度调整变得非常简单，可保持最佳中心高度，如果支承厚度出现磨损，在活塞的凹槽与支承环间，可任意加减调整垫片，基本能确保证活塞在气缸的中心运行，也确保了活塞、活塞杆、十字头3个部件同一中心运行。

1.6 改造后对活塞杆垂直跳动值的影响

活塞支承环的厚度不够，不能保证活塞在气缸中心，且支撑环的厚度偏差越大，其活塞杆在十字头连接处的冷态垂直跳动偏差越大。根据API618《石油、化工和气体工业用往复压缩机》标准中不同气缸间隙下的活塞杆径向跳动值见表1。

表1 不同气缸间隙的活塞杆径向跳动

这台2D45的往复压缩机实际使用的360°环形活塞环比理论计算的薄0.80 mm，冷态下气缸间隙偏差间隙有2.4 mm(0.096 in.)，假若十字头在滑道中心(API图表中的十字头应低于滑道中心0.508)，则下沉差=1.22 mm，那么活塞杆在十字头处的垂直跳动>0.15 mm(0.006 1 in.)，该处的跳动值过大，对十字头接头与活塞杆接口部位造成极大损伤。为了减少对活塞杆与十字头接口的损伤，对支撑环的改造就显得十分有必要性。

改造前冷态下的气缸间隙偏差是2.4 mm，支撑环按计算数据加厚0.80 mm后气缸间隙偏差只有0.80 mm(0.032 in.)，假若十字头在滑道中心，则下沉差=0.406 mm，那么活塞杆在十字头处的垂直跳动值大概在0.11 mm(0.004 6 in.)。因此支撑环改成120°片式支撑环后，活塞杆在十字头处冷态下的垂直跳动值降低很多，减少了活塞杆与十字头连接处的垂直受力。

2 结束语

在检修安装活塞时，可根据活塞直径的大小，首先进行大概的热膨胀计算，然后进行冷态调整，当机组正常运行时，活塞与十字头的中心，基本在各自的气缸或滑道中心运行，既然两头的支承件都在中心了，中间的活塞杆即使有点偏差，也微不足道，其中还含有活塞杆自重的挠度差和计算的偏差。除非气缸与滑道出现较大角差和径向偏差。