改进M50型压缩机一级活塞组件

1.存在的问题

1）正常运行中，一级活塞体突然出现碎裂。

2）在活塞杆与活塞体接触的台阶背侧，活塞杆断裂，断面非常整齐，并且未发现存在裂纹的隐性伤痕。

3）该活塞环由铸铁制作成基础环，在其外周镶嵌浇注有巴氏合金的减摩层，该减摩层同时可起到密封作用，活塞环发生异常磨损及巴氏合金局部脱落后，导致密封性变差，引起压缩机打气量不足。

4）活塞体支承环作用欠缺。该活塞组件支承环仅为120°，气缸内壁镜面对其的支承作用较小，压缩机运转过程中，一级气缸体振动偏大。

2.原因分析

1）活塞体碎裂主要原因：①该压缩机采用钢制环状气阀，气阀运行一段时间后，阀片出现断裂并掉入气缸，活塞体受到断裂阀片的大量镶嵌后，活塞体的强度大为降低，导致活塞体碎裂；②一级活塞组件使用时间长后，铝质活塞体芯部受交变载荷作用而发生塑性变形，活塞杆与活塞体预紧力下降，活塞体芯部产生间隙，活塞体受到额外的冲击载荷而发生破裂。

2）根据对活塞杆断裂面的分析，活塞组件在高速运转中曾受到横向力的作用，支承活塞体用的支承环磨损均较大，从支承环槽中脱出。由于活塞体与气缸之间的间隙较小，活塞体受到支承环的局部卡阻后，产生附加弯矩，导致活塞杆在上述部位断裂。另外，该120°支承环仅靠其两端的定位块限定周向位置，而定位块又用了2只M6的螺钉固定，在压缩机运行一段时间后，该定位块发生脱落，导致支承环磨损后，容易从支承环槽中脱出。

3）活塞环异常磨损的主要原因：①一级进气中污物（半水煤气中夹带的硫黄、焦油及水分等）较多，影响压缩机一级气缸的润滑效果，导致活塞环使用早期就出现异常磨损；②一级气缸的注油管垫片为铝质，受气缸循环冷却水腐蚀后，发生泄漏。由于一级气缸运行的特殊性，其一级排气压力与气缸循环冷却水水压相当，活塞运动吸气时，缸内压力远低于循环冷却水水压，导致大量循环冷却水进入气缸内，严重破坏了气缸润滑状况，导致一级活塞环周边的巴氏合金减摩层快速磨损、密封失效，严重影响压缩机的一级打气量。(www.xing528.com)

4）活塞体支承环存在缺陷。原设计活塞体上的支承环槽较浅，仅为5mm，而支承环的厚度也仅为10mm，故活塞组件安装后，环槽对支承环的限定作用有限。一旦支承环润滑状况变差、发生异常快速磨损后，极易从环槽中脱出而卡阻在活塞体与气缸壁之间，从而产生附加弯矩，最终由于活塞杆承受拉力及附加弯矩的双重作用，造成断裂。再者，由于支承环槽较浅，使用一段时间后，其直角容易磨损成圆角，甚至直角台阶被磨平，增大了支承环脱出环槽的可能性。

3.采取的措施

1）针对钢制环状阀片易断而镶嵌进入活塞体的问题，采用聚醚醚酮（PEEK）阀片气阀代替原有的钢制环状阀片气阀。一方面，大大延长了气阀的使用寿命；另一方面，即使有断裂的阀片掉入气缸内，受到活塞体撞击后，阀片只会粉碎而不会镶嵌到活塞体内，消除了阀片对活塞体强度的削弱作用。另外，适当增大了新制作活塞体的芯部直径及内部加强筋板的厚度，一定程度上也提高了一级活塞体的强度。

2）增加活塞体支承环槽的深度，并相应增加支承环的厚度，使其两者之间的配合尺寸达到10mm；同时，将支承环由120°增加到360°，仅留其热胀间隙。这样，即使支承环磨损后，也难以从支承环槽中脱出。同时，气缸镜面也起到了对活塞体往复运动的支承和导向作用，一定程度上也减轻了气缸体的振动。

3）采用聚醚砜树脂（PES）替换原活塞环和支撑环材质。聚醚砜树脂（PES）的性能优于普遍采用的聚四氟乙烯，而且制造成本又大大低于聚醚醚酮（PEEK）树脂材料。

4）加强压缩机的运行管理，提高其一级进气半水煤气的净化度，定期检查和检修其易损件。

4.使用效果

按照压缩机运行的相关技术参数及要求，设计制作了PES活塞环和支承环。新制作的一级活塞体组件使用后，该级的气体排出压力、温度均符合设计工艺指标，使用效果良好。