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　　6、根据活塞环贴合气缸镜面原理设计活塞导向环、活塞环

　　3000吨/年合成氨装置用2D6.5-8/150氢氮气jdb电子游戏平台网站 ，一、二、三段用填充聚四氟乙烯制造活塞环和活塞导向环，四段用聚酰亚胺制造活塞环，2Z1.75-1.55/180-200循环jdb电子游戏平台网站 用尼龙或聚四氟乙烯制造活塞环、导向环。导向环的轴向厚度比活塞环的轴向厚度大，在当时算是实现了jdb电子游戏平台网站 的无油润滑。无油润滑的2D6.5-8/150氢氮气jdb电子游戏平台网站 、2Z1.78-1.55/180-200循环jdb电子游戏平台网站 ，以及气缸注油润滑的jdb电子游戏平台网站 ，在jdb电子游戏平台网站 检修更换活塞环时发现，磨损过的活塞环、导向环都有一个共同现象：切口处径向厚度最大，磨损得最小，与切口成约180°的位置径向厚度最小，磨损得最大，见图5所示。

　　为什么会出现这种现象？这与活塞环贴合气缸镜面起密封作用的原理相关联。在切口处，由于气体沿切口泄漏，切口处背压最低，切口处活塞环对气缸的背压力就最小，磨损就轻。活塞环背间隙内的气体，也要从切口处漏向活塞环压力低的一侧，离切口越远的背间隙内，形成的背压越大，因此与活塞环切口约成180°的位置，活塞环磨损最大，径向厚度最小。这就证明，没有外张弹力的无油润滑活塞环，是活塞环槽内背压力向外压紧活塞环，活塞环又压紧气缸镜面起密封作用的。

　　活塞导向环支撑着活塞，起着活塞在气缸中往复运行的导向作用，不要求导向环起密封作用。如果导向环具有密封作用，那就必然形成背压，导向环就起活塞环的作用，导向环的轴向厚度比活塞环的轴向厚度大，背压所形成的力比活塞环的大，造成导向环过早磨损，让导向环的导向作用削弱。为了不能让导向环背间隙内形成背压而当活塞环用，在导向环的两端开径向的均布槽，宽度3至8mm，深2至3mm，或更深一点，让背间隙内气体沿这些径向槽泄漏出来，使背压无法形成；在外圆面上开多条轴向气体通道，与端面上的径向槽互相错开，使导向环两端没有压力差，让导向环工作时不承受轴向负荷；导向环的两端外圆倒角20°，长度为5mm或3mm不等，或者加工成一定的锥度（如1比10、1比20）；当活塞向轴侧或盖侧运行时，气体从盖侧或轴侧端面进入20°倒角之内，或者进入锥度与气缸之间，将导向环向内圆收紧，抵消部分背压而减少磨损。选3mm还是5mm，或用锥度的大小，根据实际情况来确定。由于活塞导向环不受负荷，只起活塞的导向作用，CFRP制造的活塞导向环，在高、中、低压的jdb电子游戏平台网站 中都可以应用。据有关资料，活塞环的径向厚度（外圆半径与内圆半径的差）为t，轴向厚度为h，切口为s，外径为D。活塞导向环的基本尺寸也这样表达。活塞导向环的尺寸确定见图6。

　　活塞环与气缸镜面贴合起密封作用，CFRP活塞环的切口大，切口至少约是铸铁活塞环的8倍。用常规活塞环密封，jdb电子游戏平台网站 开始工作的一定时间内，活塞环密封漏气大。用一槽三环活塞环密封，就是活塞环切口大，照样能完全阻止气体的泄漏通道，又不至于让CFRP活塞环和气缸的磨损速度加大。

　　活塞环和活塞导向环切口尺寸的确定。气缸无油润滑，活塞环和导向环的材料多选用碳纤维增强填充聚四氟乙烯CFRP，其热膨胀系数比聚四氟乙烯的略小。在25℃至250℃的使用环境下，聚四氟乙烯的线膨胀系数是10～12×1/100000/℃，约是铸铁的10倍。取CFRP的线膨胀系数为δ=10×1/100000/℃。气缸最高排气温度为150℃左右，吸气最高温度为40℃，气缸设有冷却夹套对气缸进行冷却，若取气缸的平均温度作为活塞环、活塞导向环的工作温度，应该不会算低，也可取为活塞环的工作温度，如取常温为25℃，设活塞环、导向环工作温度为T，气缸吸气温度为40℃，排气温度为150℃，则气缸工作的平均温度T=(150+40)÷2=95℃，活塞环、导向环切口尺寸s=πDδ×(95-25)mm，就确定了活塞环、导向环切口尺寸。

　　同理，设活塞环、导向环的轴向间隙为c，则c=hδ(95-25)mm，取计算出的值为最大热胀间隙。活塞环、导向环轴向厚度尺寸公差也用此方法来进行确定，计算出活塞环的侧间隙c，每一道活塞环槽的轴向宽度为h，活塞环轴向厚度为h/2，以此值确定内环和外环厚度的公差尺寸。活塞导向环内圆与环槽底的外径并不相等，要留有径向热胀的轴向间隙，也利于导向环的装配。活塞环的内环内圆直径比活塞环槽底直径大1至3mm，气缸直径大取大值，活塞环直径小取小值，如直径大于1100mm的活塞环，取内圆比活塞环槽底直径大3mm。活塞环外径与气缸直径相等。确定好活塞导向环、活塞环的所有尺寸，画出活塞导向环、活塞环的施工图纸。

　　7、活塞环在气缸内的工作范围

　　应用一槽三环活塞环密封，导向环设在活塞的中间位置，活塞环置于导向环的两端。活塞两端密封压差小的设置2道活塞环密封，轴侧端和盖测端各设置1道；两端压差大的活塞，在导向环的轴侧和盖侧各设置2道活塞环密封。每一道活塞环在气缸内的工作范围，是在从内止点到外止点之间，也就在曲轴旋转半径的2倍的范围。当jdb电子游戏平台网站 工作活塞到达内止点时，最靠近止内止点端活塞环超出气缸镜面1～2mm；为了让活塞环对气缸的磨损均匀，规定了内、外止点端的活塞环在内、外止点端所能到达的位置。当活塞运行到外止点时，活塞环超出气缸镜面也是1～2mm。如果气缸上装的是直筒形的气缸套，活塞运行到内止点时，轴侧端活塞环距离内止点端的进、排气孔边缘2～3mm；活塞运行到外止点时，盖侧端活塞环距离外止点端的进、排气孔边缘也是2～3mm。

　　8、高压差的无油润滑活塞环密封

　　活塞两端压差在6MPa以上，传统上使用中、高压活塞环密封。使用常规标准活塞环，活塞环尺寸偏小，活塞环背压力大，使用过程中容易碎裂和折断，运行寿命偏短。例如4M8-36/320jdb电子游戏平台网站 的六级活塞密封是高压差活塞密封，原机设计活塞上装有20道标准的活塞环，拆检时活塞环有很多都碎断了。用一槽三环活塞环密封，把气缸活塞密封改为无油润滑，用碳纤维增强四氟乙烯制造活塞环和内环，活塞环加大尺寸，增加活塞环的机械强度。也可用铜基铜粉金塑复合复合材料FH-1A制造活塞环，用合金铸铁制造内环。内环有一定的外张弹力，将活塞环贴合在气缸壁上。由于活塞环尺寸加大，装配应力也大，将会难以装配，所以将活塞环设计为由两半圆组成，内环仍为单切口的活塞环结构，内环设计成必须能顺利装入环槽，因此必须对内环尺寸进行装配应力的校核。应设置四道活塞环密封，新设计的高压活塞环密封结构见图5，两道活塞环的切口互相错开约90°，内环切口与活塞环切口互相错开约45°。这对提高jdb电子游戏平台网站 高压段活塞环的密封效果和延长高压段的活塞使用寿命、提高机器效率、节能降耗都具有现实意义。

　　由两个半圆组成的活塞环装配，活塞环是两个半圆环，装在活塞环槽中容易脱落，更何况一个环槽里要装2根活塞环和1根内环，不能顺利的装进气缸。因此要制作专用的活塞环装配导向套工具来进行装配，做一个直径与气缸直径一样大、能把活塞环全部套完的轴套，内圆面的粗糙度要求比较高。如活塞组件装入气缸是从盖侧端装入，则装一道活塞环套一道进导套，装二道活塞环套一道进导套，直到把导向环、活塞环都套在导套内，从活塞盖侧顶端把活塞组件从盖侧推进气缸，直到活塞环全部进气缸，取出活塞环装配导套。若是级差式气缸，高压活塞在在盖侧的气缸内，则先装低压活塞，将活塞环装配导向套切成两半圆导套，外圆焊接螺栓来固定或用橡皮筋捆住，把活塞环、导向环一道一道地全部装入导向套内，再吊气缸套上活塞，推气缸套在活塞上，让活塞环全部进入了气缸，拆下活塞环装配导向套。若是倒级差式活塞，则高压气缸在轴侧，也用两半圆的活塞环装配导套来装配。若不用活塞装入气缸的专用工具，只能是只有一个切口的活塞环能顺利装进气缸。

　　9、活塞环装配强度的校核

　　活塞环的径向厚度为t，轴向厚度为h，切口为s，外圆直径为D，材料的弹性模量为E，活塞环装在活塞上的环槽里，再装入气缸内，能装进环槽的活塞环装配应力与轴向厚度h无关。内环的尺寸也这样表述。活塞环装配强度的校核公式为：

　　式中：E为材料的弹性模量，铸铁的弹性模量是120GPa。一般铸铁活塞环（灰铸铁、合金铸铁），许用应力根据直径大小按下表选取。

　　有jdb电子游戏平台网站 资料介绍：当把铸铁活塞环装入环槽中时，将环张开，其许用应力允许大10%。因为将环张开装入环槽是瞬时的，不像装入气缸中那样长期存在。填充聚四氟乙烯有良好的塑性，容易变形，应力校核铸铁活塞环能够顺利装配的，稍大一些的填充聚四氟乙烯的活塞环也一定能顺利装配。为了让活塞环、内环能够顺利装配，校核装配应力是必要的。

　　jdb电子游戏平台网站 的活塞环密封不漏及气缸与活塞的无油润滑，是比较新的技术。只要我们认真的去做，就能把这项技术用好。此技术的理论与在jdb电子游戏平台网站 上的应用都证明，能够提高jdb电子游戏平台网站 的容积流量，延长使用周期。若得以在jdb电子游戏平台网站 上普遍推广应用，就能实现活塞式jdb电子游戏平台网站 气缸和活塞的长周期、安全稳定和和高效节能运行。个人的力量十分有限，要做好一件好事并不容易，笔者愿与有志于jdb电子游戏平台网站 节能的有识之士一起，努力做好这项有意义的工作。

　　<注：本文连载完！>

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