无油润滑压缩机活塞环的设计及计算

2000年第4期(总第162期)　　　　　　　　　　　　压缩机技术　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 3

设计研究

文章编号:1006-2971(2000)04-0003-02

无油润滑压缩机活塞环的设计及计算

张文祥,李延斌

(沈阳工业大学,辽宁沈阳110023)

摘　要:在分析无油润滑压缩机活塞环受力情况的基础上,提出了活塞环材料的选择方法,论述了无油润滑活塞环设计的基本要求及其各参数的确定。关键词:无油润滑;活塞环;设计中图分类号:TH457　　文献标识码:B

当缸内压力逐渐升高到略大于p2时,排气阀打开,排气结束后气缸压力仍为p2。

在膨胀过程中气缸内残存气体膨胀,活塞环承受=)2,当缸内气体下p1,进气阀打开,此时的pp0p1)/2。由于密封背压的变化和运动惯性力的作用,活塞环出现瞬时悬浮。

1　前言

由于无油润滑技术的日趋成熟,使得一些有油润滑机械将被人们考虑是否用无油润滑机械所代替

。近年来,压缩机行业的专业技术人员进行了深入的探讨和尝试。实践证明,,程,,本文将对无油润滑压缩机活塞环的设计及其相关的材料选择、运动状况做一论述。

3　活塞环的材料选择

活塞环作为密封元件组装在活塞上,通过活塞的往复运动来实现压缩机吸、排气的过程。它将会引起粘着、疲劳、变形和腐蚀等多种形式的磨损。其磨损寿命除取决于工作介质、压力、速度、温度和环的结构等因素外,很大程度上还取决于材料的性质。所以

,在设计时,必须根据这些因素选取相应性质的材料。

目前,国内作为无油润滑活塞环的主要材料有填充聚四氟乙烯、填充聚酰亚胺、铸型尼龙和金属塑料等。对于它们的机械性质和摩擦磨损特性,因其基材、填料的不同和运转参数(介质、压力、速度、温

2　活塞环的受力分析

活塞环在压缩及排气过程中的受力情况见图1a;

活塞环在膨胀及吸气过程中的受力情况见图1b。

图1　活塞环受力图

度)的变化有很大的差异。所以,设计时需针对特定的工作条件或根据模拟、台架试验结果进行选材。

由图可知,在压缩过程中,由于背压作用,使活塞环贴紧在气缸壁上,在背压力和惯性力作用下,环的下侧紧贴环槽。此时,气缸壁压向活塞环的力,其轴向线性分布为

Δp=(p2-p0)/2

收稿日期:2000-06-20

4　活塞环的设计

活塞环设计包括结构设计,环数、尺寸和间隙的确定,导向环比压计算等。

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411　活塞环的结构

　d———工作预留间隙,一般取d=0110mm413　径向厚度和轴向宽度的确定

无油润滑压缩机初期的导向环与普通的金属活塞环一样是开口型的,只是轴向宽度大些,这种结构的导向环性质较差。现在设计的大多数为整体套胀导向环,选用的材料需具有一定的延伸率,以防止热胀时被拉断。装配时,导向环与热胀工具一起加热。有时需重复加热预胀、复胀才能完成。套胀后的活塞及导向环再一起加热,以消除其应力。套胀前导向环内径的设计过盈量为活塞导向环槽底名义尺寸的2%～3%为宜。若有松动,则可适当增大过盈量。

高聚物活塞环的轴向宽度和径向厚度比金属环要大,轴向宽度增大是为了防止环的变形,径向厚度加大是为了延长寿命。环的径向磨损量一般规定为环厚度的1/3,而美国规定允许磨损量为环径厚度的50%,环的轴向宽度和环的内、外径关系见表1。

表1　活塞环内、外径与轴向宽度

活塞环外径

30～4045～7580～155160～275400～600610～860

mm

活塞环内径

20～3033～6364～139156～366371～570580～770

轴向宽度

568121518

开口型活塞环见图2。从密封性能来看,c最好,a最差,b次之;从机加工难易性来看,a最易,c最

好,b次之

。

414　环数的确定

a直切口　b斜切口　c搭切口

pV值来初步确定p为活塞线速度,有效平mk1)p1(p2/p1)

K=114

(K-1)/K

图2　活塞环的切口型式

为了减轻活塞环的背压,有的采用T

型活塞环(图3)。在背压作用下,当T时,密封压力为19162滑压缩机上,8000h以上。

式中　K———被压缩介质绝热指数,空气和氮气的

　p1———吸入压力,MPa　p2———排出压力,MPa

V=SN/30cm/s

式中　S———行程,cm

　N———转速,r/min

1气缸　2T型活塞环　3弹力环　4活塞

图3　T型环剖面

填充聚四氟乙烯临界pV值为98～118MPa

cm/s(1000～1200kgf/cm2 cm/s),一般取其中1/5～1/6作为允许pV值,即1916MPa cm/s(200kgf/cm2 cm/s),则环数n=pmV/200。由于摩擦温度对活塞

412　活塞环的开口间隙

开口间隙决定压缩机容积效率。间隙大则泄漏多,间隙太小,则容易卡死并加速磨损。其计算公式为

ΔL=αDCP(t2-t1)+d

ΔL—式中　——间隙,mmα—　——材料的线胀系数,l/℃

　DCP———活塞环中径,mm

　t2———被压缩介质最高工作温度,℃　t1———被压缩介质最低工作温度,℃

环的磨损影响也很大,pV值并没有反映出温度的因素,即使环设计在pV值的范围内,因温度变化也会影响寿命。所以,单纯由pV值确定环数是不充分的,还要考虑其它因素的影响。

参考文献:

[1]　林梅,等.活塞式压缩机原理[M].北京:机械工业出版社,

1987.

[2]　活塞式压缩机编写组.活塞式压缩机设计[M].机械工业出

版社,1974.

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/n2aj.html