活塞式压缩机活塞环过快磨损的分析及解决办法＊

郑喜忠

(中煤集团鄂尔多斯能源化工有限公司，内蒙古鄂尔多斯乌审旗图克镇工业园区 017317）

活塞式压缩机活塞环过快磨损的分析及解决办法＊

郑喜忠

(中煤集团鄂尔多斯能源化工有限公司，内蒙古鄂尔多斯乌审旗图克镇工业园区 017317）

对活塞环磨损过快进行剖析，找出解决方法来延长其使用寿命，更好地服务于生产。

活塞环;压缩机;磨损

哈尔滨气化厂空分分厂共有活塞式压缩机12台，担负着全厂仪表空气、低压氮气、中压氮气的输送工作，其设备运行状况直接关系着全厂的安全稳定生产，活塞环是活塞压缩机的主要易损件。我厂采用的是填充聚四氟乙烯材料的活塞环，价格较贵而且活塞环更换工作量大，材料耗费也大。所以下面通过对活塞环的工作原理的分析，探讨活塞环过快磨损的原因和解决办法，以延长设备的运转周期，提高经济效益。

1 活塞环的作用及工作原理

活塞环的作用包括:密封、调节机油、导热或传热、导向或支承四个作用。密封是用来密封活塞与气缸之间的间隙，阻止压缩机容积内的气体沿活塞泄漏;调节机油是把气缸壁上多余润滑油刮下，同时又使缸壁上布有薄薄的油膜，保证气缸和活塞及环的正常润滑;导热是通过活塞环将活塞的热量传导给缸套，即起冷却作用，活塞顶所受的热量有70%～80%是通过活塞环传给缸壁而散掉的;支承是指活塞环将活塞包支在气缸中，防止活塞与气缸直接接触，保证活塞平衡运动，降低摩擦阻力，防止活塞撞缸。

活塞与气缸之间存在相对滑动，有一定的间隙，采用活塞环密封装置是为防止压缩机在工作中被压缩的气体从这些间隙中大量泄漏。活塞环嵌于活塞的环槽内，工作时外缘紧贴气缸镜面，背向高压气体一侧的端面紧压在环槽上，由此阻塞间隙密封气体。普通的活塞环都有切口，气体能通过切口泄漏，此外，气缸和活塞环的圆度、圆柱度误差及环槽和环的端面平面度误差也是造成泄漏的因素。所以，活塞环常常不是一道，而是需要二或更多道同时使用，气体通过每一道环便产生一次节流作用，达到进一步减少泄漏的目的。活塞环的密封是阻塞密封和节流密封的组合。

气体经过每一道活塞环的阻塞密封后，仍要泄漏到第一道环之后，在流经切口间隙时，由于节流的作用，此时压力约降至气缸内气体压力的26%，经第二道环的密封后，气体压力约为原压力的10%。到第三道环后约为7.6%。因此活塞环的密封作用主要是靠前面三道环所承担。活塞环数目过多会增加摩擦功的损失。所以在低压氮气及仪表空气压缩机中采用两道活塞环，对于高压级，由于第一道环所承受压力差的绝对值比低压级时大，磨损也快，第一道环磨损后使切口增大，泄漏量大大增加，即失去密封作用，这时主要压力差便由第二道环承受。第二道环即起第一道环的作用。其磨损也将加剧，依次类推。在高压级中，由于前面几道环磨损很快，寿命要比低压级中短得多。为了维持高压级中环的更换时间大致和低压级中相等，高压级中采用较多的活塞环数。一般环的数目可根据所密封的压力差选取。由于中压氮气压缩机工作压力较高，故一级采用七道活塞环，二级采用十道活塞环。

活塞环必须制有切口，用以获得有效弹力。(在工厂使用的活塞环采用弹力环获得有效弹力），以便环的外缘始终贴紧气缸镜面。如果没有初弹力，活塞环的外缘便不一定贴着气缸镜面，压缩气体时高压的气体便可能从环的外缘与气缸之间的间隙泄漏。环内缘的气体压力不再能使环压向缸壁，这是因为内外缘的压力相互平衡掉了，甚至因为外缘直径大而作用力大。此力将环压向环槽内。具有切口的整体式活塞环要具有弹力，在自由状态时其各部分的曲率半径应大于气缸半径，弹力的大小与曲率半径的大小有关。一般低压、中压级的活塞环弹力比压应达到(0.3～1.0）×105N/m2，高压级达(1.0～1.5）×105N/m2，小直径高压级达(2.0～3.0）×105N/m2。

2 活塞环过快磨损的分析及解决办法

我厂的压缩机均为气缸无油润滑压缩机。填充聚四氟乙烯材料的活塞环是一种自润滑元件，其自润滑机理是:依靠填充聚四氟乙烯和对应金属表面初磨合时，在摩擦表面粘着一层极薄的由聚四氟乙烯分子为主所组成的自润滑薄膜。这种自润滑薄膜一旦建立之后，活塞环的运动状况就改善了，此后摩擦面间的摩擦即为填充聚四氟乙烯分子间的相对摩擦，摩擦系数大大降低，仅出现微量的稳定的磨损。由此可知，如果这种薄膜一旦被破坏，就会造成活塞环直接与金属气缸壁面摩擦，摩擦系数大，活塞环的磨损加快，所以活塞环的寿命短。根据填充聚四氟乙烯的特点，以下几个因素会造成活塞环磨损过快:

1．汽缸制造质量不佳，缸壁表面光洁度未达设计要求。

2．气缸表面锈蚀。

因素1、2的解决办法:气缸表面做抛光处理。

3．连杆与曲轴不垂直、活塞的环槽歪斜。解决办法:修复或更换。

4．活塞环工作开口量过小。解决办法:拆下加大开口量。

5．被压缩介质粉尘含量较大。解决办法:保证入口滤清器完好，检修过程中，气缸及阀腔内应吹扫干净，防止杂质进入气缸内。

6．气缸内有液相水分。解决办法:检查主机冷却水和辅机冷却水部分是否有漏水现象，如有要进行分析漏水之处后检修，并且定期排放冷却器中析出的水分。

7．汽缸中冷却不好，温度过高，或有积碳。解决办法:检查各级冷却器的冷却效果，可以通过加大冷却水循环量来降温，如不行可清理冷却器;检查各级气阀，检修或更换密封性不好的气阀;定期清理或冲洗气缸冷却水路污垢，保持冷却水流道畅通无阻。

8．活塞环与槽轴向间隙过小导致活塞环卡在活塞环槽中，形成偏磨。活塞环卡在活塞环槽中受热膨胀所致，在安装和拆卸的状态下无法发现。因此，购买活塞环应满足技术文件和图纸中的各项要求。另外，活塞环与活塞环槽的轴向间隙不能小于规程要求。如果轴向间隙过小，将会造成活塞环在槽内涨死。这样在活塞环径向磨损后活塞环便不再同气缸壁贴合，造成泄漏量过大，活塞环不能正常工作。

9．活塞环与槽轴向间隙过大。如果活塞环与槽轴向间隙过大，活塞环一活塞槽的撞击将会加大，这样不但会使活塞环过早破坏，而且会造成活塞体环槽变形，甚至失效，对于我厂使用的内装弹力环式活塞环还将引起气缸壁的损坏。

由8、9中分析可以看到，活塞环与槽轴向间隙值在检修中是一个不容忽视的问题，必须严格遵守规程要求，发现间隙过大或过小都必须更换合适的活塞环。必要时可以修整环槽以符合要求。

10．弹力环弹力过大或表面硬度过大。这种情况只存在于我厂ZW型压缩机中，在活塞环的工作原理分析中可以看到，活塞环必须具有有效弹力，才能正常工作，但这种弹力如果过大，会使活塞环与气缸壁接触部分的比压大大高于正常时的比压。活塞环与气缸壁间的摩擦力也大大增加，造成活塞环磨损过快。同时，一般压缩机的活塞平均速度都在3 m/s左右，在这种线速度和大摩擦力的条件下，气缸壁与活塞环的表面接触温度会急剧上升，气缸的磨损也会加快。因此活塞环内弹力环的弹力不宜过大。

3 结 论

活塞环磨损过快既有日常检修及维护使用中的方法不当，也有设备本身存在的设计方面的不足，应针对具体情况具体分析，加以改进，以便活塞环的使用寿命达到设计要求。

［1］化工部人事教育司，化工部教育培训中心．压缩机［M］．北京:化学工业出版社出版，1997．

The Analysis And Solution of The Piston Ring Quickly W earing of The Piston Com pressor

ZHENG Xizhong

(China Coal Group Erdos Energy Chemical Industry Co．，Ltd．，Tuke Town Industry Park，
Wushen，Erdos，Inner Mongolia 017317，China）

Analysis of the piston ring quickly wearing，find the solution to prolong its life to better serve the production．

piston ring;compressor;abrasion

TH457

C

1007-7804(2011）04-0021-03

10.3969/j.issn.1007-7804.2011.04.005

2011-07-12

郑喜忠 (1971），男，汉族。机械工程师，从事设备管理及采购管理工作。