【jdb电子游戏平台网站 网】活塞装在气缸内，活塞上装有多道活塞环，起密封活塞两侧气体的作用。无油润滑活塞上装有一道自润滑的活塞导向环，有油润滑的活塞体，镶有巴氏合金对活塞进行支撑，自身有导向作用。活塞环结构简单，就是一个开有切口的圆环，装在活塞上的环槽内，工作时外圆面与气缸镜面贴合，阻止气体的泄漏通道，起密封作用。如果要用好它，就必须有一定的理论与实践。

　　现在使用的活塞环有两大类：一类是具有预紧弹力的铸铁活塞环，在自身外张弹力的作用下，与气缸镜面贴合，用于气缸注油润滑的jdb电子游戏平台网站 。另一类是无张力的工程塑料活塞环，如填充聚四氟乙烯活塞环，装入气缸内它的外圆面不可能与气缸镜面完全接触，工作时在活塞环背压作用下才与气缸镜面完全接触起密封作用。jdb电子游戏平台网站 停机后，则与气缸镜面不能完全接触，用于气缸不注油的无油润滑。

　　无论是气缸注油润滑的活塞环，还是无油润滑的工程塑料活塞环，泄漏通道就是活塞环的切口。阻止气体沿活塞环切口的泄漏，传统方法是在装配时每相邻两道活塞环的切口互相错开180°。切口泄漏只能是减小，没有彻底实现活塞环密封无泄漏。本文介绍活塞环密封无泄漏的技术方法并以活塞环密封无泄漏为基础，阐述jdb电子游戏平台网站 气缸的无油润滑。

　　jdb电子游戏平台网站 的无油润滑是指填料密封无油润滑的气缸的无油润滑；jdb电子游戏平台网站 填料密封的无油润滑是用无油润滑的填充聚四氟乙烯来制造填料密封元件；气缸的无油润滑是用具有自润滑特性的工程原料来制造活塞环和活塞导向环，不对气缸和填料注油润滑，取消注油器及注油管。目前，制造无油润滑活塞环、导向环的材料，以碳纤维增强的填充聚四氟乙烯CFRP为好。高压差活塞密封，可用铜基铜粉金塑复合材料制造活塞环和导向环，活塞用剖分式结构。

　　无油润滑的优点是节约润滑油，压缩气体清洁，如合成氨厂用的氢氮jdb电子游戏平台网站 ，输送到合成塔的气体不含油污，能确保合成催化剂使用寿命长而不易中毒。缺点是碳纤维增强聚四氟乙烯CFRP的热膨胀系数大，约是铸铁的10倍，CFRP活塞环切口比铸铁活塞环的要大得多，约大9～10倍；若开切口小，活塞环工作热胀后对气缸贴得太紧，导致气缸和活塞环磨损快；切口大，开始工作时，气体沿切口泄漏大，活塞环开始工作后，只有达到工作温度时，受热膨胀使切口减小或切口相互贴合，泄漏才减小。切口大的活塞环对气缸贴紧程度比切口小的活塞环小得多，气缸和活塞环产生的磨损就要轻得多，CFRP活塞环切口的确定就显得尤为重要。

　　1、活塞环的受力分析

　　活塞环的受力分析见图1。活塞环工作时受到8个力的作用：周期性变化的往复惯性力F，气缸的支承力N2，活塞环本身对气缸的预紧弹力T（没有外张弹力的工程塑料活塞环没有此力），受力方向始终与运动方向相反的摩擦力M，低压侧活塞环槽的侧面支承力N1，活塞环槽底背间隙内的气体力P2，低压一侧的气体力P3，高压侧的气体力P1，还受到两侧轴向方向的力产生的弯矩的作用。

　　用自润滑材料制造的活塞环，如果按照铸铁活塞环来开切口尺寸，或者切口偏小，当活塞环工作后，温度上升，活塞环受热膨胀使切口接触后，温度继续上升，活塞环继续热胀，活塞环对气缸热胀力加大，气缸的支承力N2相应的加大，造成活塞环对气缸的磨损加快。合理设计活塞环的切口尺寸，可以减轻活塞环和气缸的磨损。活塞环装在环槽中，侧间隙小了，工作时温度上升后，会使活塞环抵紧环槽侧面，造成活塞环和环槽侧面的磨损加快。合理设计活塞环的轴向尺寸，可以减小活塞环侧面和活塞环的磨损。在气缸的工作温度下，活塞环切口刚好为0，活塞侧面与环槽刚好没有间隙，或者侧间隙为0，是活塞环工作理想的状态。

　　规定活塞环受力与活塞杆受拉力的方向一致为正，活塞环受力与活塞杆受压力的方向一致为负。当活塞环受力的合力为正时，活塞环贴合盖侧的环槽侧面；当活塞环受力的合力为负时，活塞环贴合轴侧的环槽侧面，气体不沿侧间隙泄漏；当活塞环受力的合力为0时，活塞环从贴合环槽的轴侧侧面转变为贴合盖的环槽侧侧面，或者说活塞环从贴合环槽的盖侧侧面转变为贴合轴侧的环槽侧侧面，气体从活塞环与环槽的侧间隙泄漏。

　　jdb电子游戏平台网站 带负荷工作时，活塞环受力分析图中，各道活塞环所受的力P1、P2、P3不同，其受力的合力也不同，每一道活塞环从贴合环槽的轴（盖）侧侧面转变为贴合盖（轴）侧的环槽侧侧面的时间不同。只有在活塞上各道环从轴侧贴合盖侧侧面的时间点相同，或者从盖侧贴合轴侧侧面的时间点一样，气体才会从活塞环测间隙穿过活塞泄漏。所以，气体从活塞上高压侧的第一道活塞环的侧间隙泄漏后，进入高压侧的第二道活塞环，第二道活塞环的受力的合力不为0，气体不会再沿第二道活塞环的侧间隙泄漏。同理，第二道活塞环受力的合力为0时，第三道环的受力的合力也不为0，气体不会沿第三道活塞环的侧间隙泄漏。当活塞环受力分析图中的预紧弹力T=0时，即活塞环没有贴紧气缸镜面的预紧弹力，活塞环是工程塑料活塞环，或者是与气缸为间隙配合的金属活塞环。jdb电子游戏平台网站 停止活塞不工作时，工程塑料活塞环就脱离与气缸镜面贴合，没有密封作用；活塞工作时，工程塑料活塞环就贴合气缸镜面起密封作用。

　　2、无外张弹力的活塞环密封原理

　　无预紧弹力的的活塞环开始贴合气缸镜面起密封作用的原理见图2。假使活塞处在内止点和中点之间，启动jdb电子游戏平台网站 ，活塞开始向气缸盖侧运动，活塞环就贴合轴侧的环槽侧面，活塞环外圆面与气缸镜面间的气体，因有惯性与活塞运动方向相反，运动到活塞环的轴侧，同时活塞环内圆面与环槽底背间隙内的气体，因惯性由盖侧向轴侧运动，使背间隙内轴侧压力升高，活塞环张开贴合气缸镜面起密封作用。活塞环因惯性已经贴合环槽的轴侧侧面，阻止背间隙内气体向环槽轴侧侧面泄漏，背间隙内的盖侧压力降低，高压侧气体从侧间隙进入背间隙，活塞环密封的背压在背间隙内形成。活塞继续运行，到气缸中点之后，即速度最大和加速度为0之后，当受力的合力等于0时，活塞环从贴合轴侧环槽的侧面转变为贴合盖侧的环槽侧面，由于惯性作用，背间隙内的气体，因有惯性继续还在从轴侧向盖侧运动，并不立即从盖侧向轴侧侧间隙跑出来，不会使背压力降低，活塞环不会脱离与气缸镜面的接触。继续运行，活塞环始终在背压力作用下贴合气缸镜面，阻止气体泄漏通道起密封作用。用铸铁制造的活塞环，工作时活塞环除了自身对气缸的预紧力外，同样受到背间隙内背压力的作用。

　　这是没有外张弹力的活塞环能起密封作用的原理，根据这个原理，无论活塞环尺寸大小，活塞在气缸内作往复运动，活塞环就贴合气缸镜面起密封作用。这在jdb电子游戏平台网站 教科书中从未提到过。

　　2DZ5.5-1.8/285-320氮氢气循环jdb电子游戏平台网站 的活塞环，是没有预紧弹力的填充聚四氟乙烯活塞环，未设张力环，机器照样正常运行。L3.3-17/320氮氢气jdb电子游戏平台网站 、4M8-36/320氮氢气jdb电子游戏平台网站 等jdb电子游戏平台网站 的气缸无油润滑改造，低压段活塞环用填充聚四氟乙烯活塞环或碳纤维填充聚四氟乙烯活塞环，高压段用铜基铜粉金塑复合材料制作活塞环，都未设置张力环，jdb电子游戏平台网站 也一样运行得很好。2D6.5-8/150氮氢气jdb电子游戏平台网站 的活塞环或L3.3-17/320氮氢气jdb电子游戏平台网站 、4M8-36/320 氮氢气jdb电子游戏平台网站 等jdb电子游戏平台网站 的气缸无油润滑改造，都是对无预紧弹力的活塞环贴合气缸镜面起密封作用原理的有力证明。

　　再结合活塞环的受力分析：气缸的磨损是气体背压力P2与预紧弹力T作用于活塞环，使活塞环对气缸镜面压紧，并不断往复摩擦造成的。对于注油润滑的jdb电子游戏平台网站 气缸来说，减小活塞环的预紧弹力T，理论上可减小摩擦力M，减少jdb电子游戏平台网站 的摩擦功耗，提高jdb电子游戏平台网站 的效率，是有一定现实意义的。

　　3、活塞环密封泄漏原理

　　为了提高活塞环的密封效果和提高活塞式jdb电子游戏平台网站 的效率，还应该对活塞环的泄漏机理进行研究。图3是活塞环的泄漏原理图，活塞环高压侧气体和背间隙内的气体，都是沿切口泄漏到下一道活塞环的，切口是活塞环密封的泄漏通道。泄漏造成活塞式jdb电子游戏平台网站 的效率不是很高，降低气体沿活塞环切口的泄漏，阻止气体沿活塞环切口的泄漏，都可以提高jdb电子游戏平台网站 的效率。

　　减少气体沿活塞环切口的泄漏，通常采用斜切口、搭接切口，也采用两根活塞环切口互相错开同装在一个环槽中。阻止气体沿活塞环切口泄漏，常规做法是让活塞环工作热胀后，切口间隙刚好贴合。因气缸的排气侧工作温度高，进气侧工作温度低，气缸工作温度无法测准，只能测气缸进气温度和排气温度，从而算出活塞或活塞环工作的平均温度。气缸的平均温度可能不代表活塞的工作温度，无法将活塞环切口的大小设计得恰到好处。活塞环在气缸内工作，活塞环和气缸都会磨损，磨损后活塞环切口间隙变大，切口泄漏也加大。阻止气体沿活塞环切口泄漏的常规做法，不能从根本上解决阻止气体沿活塞环切口泄漏的问题。

　　4、一槽三环活塞环密封不漏原理

　　依据活塞环泄漏的原理，建议采用一槽三环的活塞环密封，一槽三环的活塞环密封原理见图4。活塞环的切口互相错开约180°，活塞环与内环的切口互相错开约90°。密封不漏的原理：活塞环切口的泄漏由两根活塞环互相挡住，背间隙内气体向活塞环切口的泄漏由内环挡住，内环处切口的泄漏由两根活塞环挡住，运行过程中不会因为活塞环外圆和气缸壁内圆磨损造成活塞环切口过大而漏气，密封可靠，使用周期长。活塞环、内环都可用铸铁环，也都可用工程塑料环。

　　活塞环、内环材料可以任意搭配使用：铸铁活塞环配铸铁内环，铸铁活塞环配工程塑料内环，工程塑料的活塞环配铸铁内环，工程塑料的无油润滑活塞环配工程塑料内环。

　　在jdb电子游戏平台网站 教科书中，一槽三环的活塞环密封提到过，说这种活塞环组合密封好，但第一道环的密封压力最大，容易磨损。经实际应用，不是这么回事。实际上，密封很好的一槽三环活塞环密封，切口泄漏已被挡住，活塞环与环槽的侧间隙都会有很微量的泄漏，特别是在活塞环从贴合盖（轴）的环槽侧面转变为贴合轴（盖）侧的环槽侧面时，背间隙内气体就从侧间隙泄漏到下一道活塞环，这种微量泄漏，使各道活塞环之间缓慢地建立一定的压力平衡关系，不至于使第一道活塞环所承受的负荷过重，造成活塞环快速磨损而过早损坏。

　　一槽三环活塞环密封的不漏，活塞两端的脏物不能进入中间破坏润滑膜，有油润滑的气缸，润滑膜是油膜，无油润滑的气缸，润滑膜为填充聚四氟乙烯膜或其它的工程塑料润滑膜。任意两道环中间的润滑油不能漏向活塞的两端，因此活塞工作范围内的气缸镜面很干净，任意两端活塞环之间的活塞部分也很干净，注油到任意两道活塞环的中间部位，使得两端活塞环之间的压力和两端的工作压力平衡，不会因为活塞环承受的压差大而过早磨损，是理想的活塞环组合密封。

　　2002年下半年，4M8（3A）-36/320jdb电子游戏平台网站 的一、二级活塞环改为一槽三环的密封，活塞环槽不变，只设计制造好活塞环，把一、二级的每一道活塞环都更换为三根环，改后一入压力从0.34MPa升高为0.36MPa，说明用一槽三环的密封改造活塞环密封，jdb电子游戏平台网站 的生产能力或容积流量提高。2003年，用同样的方法改造6M25-180/314jdb电子游戏平台网站 的一至四级活塞环，改造前生产统计的台时产碳铵量小于2.8吨/小时（与4M8jdb电子游戏平台网站 同开用，台时产量折4M8jdb电子游戏平台网站 ），改造后生产统计的台时产量大于3.05吨/小时（与4M8jdb电子游戏平台网站 同开用，台时产量折4M8jdb电子游戏平台网站 ），生产能力提高（3.05-2.8）÷2.8=0.089=8.9%，节能降耗的效果十分明显。证明一槽三环密封不漏，能提高活塞式压缩的效率和生产能力。

　　5、一槽三环活塞环密封在有油润滑jdb电子游戏平台网站 上应用的拆检情况

　　2002年下半年，4M8（3A）-36/320jdb电子游戏平台网站 的一、二级活塞环改为一槽三环的密封，把一极活塞环改成了三根，活塞环槽不变，活塞环侧间隙，活塞环槽底与活塞环内圆的间隙都没有改变。2003年，用同样的方法改造6M25-180/314jdb电子游戏平台网站 的一至四级活塞环。改造成一槽三环活塞环密封后，在检修时对活塞环进行拆检。拆检活塞、气缸密封的情况如图5所示。

　　拆检的情况是：各根活塞环完好且有油润滑，至少说明活塞环密封良好，活塞两端的脏物不能进入中间破坏润滑膜，任意两道环中间的润滑油也不能漏向活塞的两端，活塞工作范围内的气缸镜面很干净，两端活塞环之间的活塞部分也很干净。拆检常规活塞环，即一个环槽装一根活塞环的情况是：活塞环运行的范围内，气缸和活塞差不多一样脏，且有很多污染物，看不到干净的润滑油。

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