上海亦心空压机设备有限公司

在气缸中作往复运动的活塞上，设有两道活塞环和两道导向环，活塞环为一槽两环，搭接口结构，内衬一个弹力环。导向环为一槽一环，C型开口结构，设有卸载孔，以使导向环不承受气体压力，只起导向支撑作用。活塞环和导向环由机电工业部合肥所专业厂生产，配方为38%Cu十52%F4+6%玻璃纤维+4%石墨的填充聚四氟乙烯制成。弹力环则用瑞典带钢制作，活塞销做成中空结构,以用来储存适量润滑油脂

活塞环的设计计算

整体无背压活塞环工作时，非金属环受热膨胀，既要防止非金属环因过度膨胀而卡死在气缸内，又能起到良好的密封作用，应保证两者间有一个极小的热膨胀工作间隙C。C的大小直接影响到压缩机的排气量、功耗等，必须严格控制。

整体开口型活塞环设计参数有:活塞环数、内径、外径、径向厚度、轴向高度,开口间隙等。

有关活塞环数N的计算式较多，有活塞环环数的图表法、公式法及pV值法和改进的pV值法等，在压力较低时各法所得结果并无差别；当压力较高时用改进的pV值法较为适宜。

对填充PTFE环，一般资料建议取[pV]=0.196MPa ・m ・ s-1。就应用实践看，如果以此值计算活塞环环数，由于高压级的活塞环背压大，导致高压级的环数过多。环数增加将使压缩机相应的气缸和活塞轴向长度增加，机器尺寸加大、零件数增多，机器重量和成木增加，不便于气缸和活塞的加工和装配，还会增加磨损功耗。课题组经反复研究，确定了填充PTFE的推荐[pV]值:( 0.49~0.60 ) MPa・m/s，实际应用效果较好。

开口型导向环的设计

导向环镶嵌于活塞的导向环环槽中，不仅起着导向定位作用.保证活塞在气缸内往复运动的直线性和活塞与气缸的同心性，使活塞与气缸保持一定的工作间隙，防止活塞金属表而与气缸镜而直接接触而引起镜而磨损或拉伤，并使活塞受力均匀，使活塞环均匀磨损，提高活塞环的密封性能和运行寿命，而且具有支承活塞组件的重量等载荷的作用。因此，导向环是压缩机实现无油润滑的关键之一，它的性能好坏直接影响到压缩机运行的平稳性和使用寿命。对于角度式压缩机，由于无十字头，综合活塞力通过连杆传递到活塞销，在活塞销处产生一个通过活塞垂直作用于气缸壁上的分力，即侧压力。无润滑活塞环一般只起密封作用，而侧压力卞要由导向环承受，导向环的存在改善了活塞环的工作条件，提高了活塞环的密封性能和使用寿命。

开口型导向环的主要设计参数有径向厚度、轴向宽度、开口热膨胀间隙、自由外径开口角度和卸荷槽角度等。

导向环的径向厚度取决于允许的径向磨损量，还与其结构、材质、刚性和工作温度等有关。厚度增加，可提高环的刚度，但过大时反而使环材料内部易疏松而不耐磨。

导向环须有足够的轴向宽度来承受侧压力等载荷。

一般资料在对导向环的轴向宽度进行设计计算时，是以活塞和活塞杆等活塞组件的重量作为所承受的载荷为依据进行的。而实
际上，泞向环所承受的载荷不仅仅是活塞组件的重量，还应包括侧压力，而对于角度式压缩机，侧压力往往是活塞组件重量的几倍乃至数十倍。因此在对泞向环的轴向宽度进行设计计算时，必须考虑侧压力的影响。


一般建议安全系数取5~6，对*常用的泞向环材料填充聚四氟乙烯规定[k]0.03MPa。对于多级压缩，若按此值计算轴向宽度，由于高压级的*大活塞力大，相应的*大侧压力大，计算所得的高压级的轴向宽度要比低压级的大得多，从而使得高压级的泞向环过长，致使相应的活塞和气缸长度过大，机器尺寸加大，不便于活塞和气缸的加工与装配，压缩机变得笨重而不美观。中一级压缩时计算的轴向宽度也较大。特别是在对有油压缩机进行无油润滑改造时，受气缸和活塞实际结构尺寸的限制，[k]的取值往往超过了一般资料规定的[k]0.03MPa的控制值。因此，课题组认为从减小高压级泞向环的轴向宽度的角度看，建议[k]( 0.060.10 ) MPa，此时仍有足够的安全系数。

依据以上所述，对WW-1.65/7型和SW-2.1/7型等全无油润滑压缩机上的开口型泞向环进行了设计。压缩机采用两级压缩，泞向环采用填充PTFE制造，一、二级活塞上均设2道导向环。所设计的导向环通过了运行试验，压缩机投入批量生产，经使用表明:导向环寿命达8000h以上。

弹力环设计

开口型活塞环的自密封作用是建立在活塞环必须始终紧贴在气缸内壁的前提下的，活塞环在工作前必须具有一定的初弹力，否则，气体将直接穿过环外表而与气缸内壁之间的间隙泄漏，使活塞环失去自密封作用。

然而，在全无油压缩机中，活塞环是由非金属材料，如填充聚四氟乙烯(填充PTFE)等制成的，在常温下弹力极小，为确保活塞环在压缩机运转之前紧贴在气缸的内壁上，以达到预期的密封效果，人们常常在活塞环的内侧设置金属的弹力环以增加非金属活塞环的预弹力。

弹力环通常用瑞典带钢片或不锈钢钢带片制成，钢片厚度为0.35~O.5mm,其长度比活塞环内圆周长大lOmm~l5mm即可。安装时，将其弯成一个搭接圆，即为弹力环，把它和活塞环一起装入活塞环槽中，提高活塞环的初弹力，以实现活塞环的初始密封。

活塞销设计

对于全无油润滑压缩机，由于需要全无油，为减小活塞销间的相对运动时的摩擦和磨损，在连杆小头孔内加设滚针轴承，实际上活塞销是装在滚针轴承内圈孔内的。为了弥补滚针轴承存脂量少的不足，将活塞销设计成中空的结构。

在空腔内注入润滑脂，同时也起到了减轻重量的作用。在活塞销的一端加工一段螺纹，在此用丝堵来封装润滑脂。沿周向均匀开设4个小孔，使空腔内预热后的油脂通过孔补充滚针轴承所需润滑脂。

活塞设计

从结构上看，活塞一般分为筒形活塞、盘型活塞和级差活塞。对于小型、微型无十字头的压缩机，是通过活塞销与连杆直接连接的，因此木活塞组件选用筒形活塞。当压缩机工作时，侧向力将活塞压向气缸表而，这样侧向力主要由活塞裙部承受。为了防止活塞销附近的裙部局部扩张后可能磨坏，在活塞销座上设置加强筋。

活塞环槽是安装活塞环的空间，为减少切口处的泄漏，以提高环的密封性能，采用单槽双环结构，即在活塞环槽上放置两个环，使切口互相错开。所以活塞环槽的宽度应为相应活塞环轴向高度的2倍，而其径向深度必须略大于活塞环的径向厚度。

为在其上安装泞向环，活塞上开有泞向环槽。槽的宽度和深度应与对应的异向环的尺寸相适应。

活塞销孔的位置一般资料取中心线到顶端的距离L为0.6倍活塞总高度H，致使相应气缸长度过大，机器尺寸加大，不便于活塞和气缸的加工与装配，压缩机变得笨重而不美观。取L≈0.4H，这样在保证压缩机所需的径长比要求的前提下，可以使设计出的气缸轴向尺寸缩短，不仅便于气缸的加工和活塞组件的装配，降低制造、加工和装配成木，而且使整机高度降低，结构紧凑、美观。

在选用活塞材料时，常可选用灰铸铁或铸铝。铸铁造价低而重量大，而铸铝重量轻，而价格高一般应根据动平衡的需要而选择。

结论

经过精确的设计与装配，活塞组件结构设计合理，密封效果理想，应用于SW-2.5/7型全无油压缩机上，机器的反算输气系数高达0.835以上。远远好于同类型其他全无油压缩机和半无油压缩机达到了有油润滑压缩机的活塞密封效果。