【壓縮機網】活塞式壓縮機的無油潤滑是指壓縮機氣缸的無油潤滑和填料的無油潤滑。無油潤滑的優點是氣缸的活塞環、導向環以及填料密封元件，都是用自潤滑材料制成，壓縮機工作時不需要向氣缸和填料函注油，節約潤滑油。由于沒有潤滑油進入氣缸，壓縮氣體比較清潔。無油潤滑最先使用的材料是石墨，通過與氣缸或活塞桿的磨合產生石墨潤滑膜，潤滑膜起潤滑油膜的作用，摩擦系數小。但石墨材質較脆，沒有良好的塑性，用石墨制造的填料密封元件，安裝和使用過程中容易碎裂，使用壽命不長，很快就被聚四氟乙烯和填充聚四氟乙烯所取代。

　　通過在聚四氟乙烯中填充石墨粉、銅粉、二硫化鉬、碳纖維等，提高聚四氟乙烯的機械性能，使填充聚四氟乙烯廣范應用于壓縮機的無油潤滑密封元件的制造，如活塞環、導向環、填料密封環等。目前用碳纖維填充聚四氟乙烯制得的填充聚四氟乙烯CFRP，機械性能好，保持了聚四氟乙烯良好的自潤滑性能，是壓縮機無油潤滑活塞環、導向環、填料密封元件的常用材料。用粉末冶金的方法，在鋼件或者銅件的零件磨損面制作一層耐磨層，這個耐磨層的摩擦面也是密封元件工作的摩擦面，是自潤滑材料，如銅基銅粉金屬塑料FH-1A、鐵基銅粉金塑復合材料FH-1B等，也是制作活塞環、導向環和高壓密封填料阻流環的良好材料?，F在大多數壓縮機填料都是無油潤滑填料。

　　壓縮機填料的無油潤滑，就是要在不往填料函注入潤滑油的條件下，壓縮機填料不僅密封可靠，而且要有更長的使用壽命，還要求刮油環的刮油效果要好，不允許潤滑十字頭及其滑道的機械油從刮油環處隨活塞桿竄向氣缸座填料端而影響機器的清潔。根據現場使用經驗，用CFRP刮油環的刮油效果一般都是可靠的，需要重點解決的是填料函密封不漏和填料密封元件使用壽命更長的問題。

　　氣缸座與氣缸連接的一端是填料函的位置，與壓縮機中體連接的一端是刮油環的位置。壓縮機填料是指密封氣缸座和活塞桿間隙的組件，一般低壓段填料密封設置3至4組密封元件組件，中、高壓段填料密封設置5至8組密封元件組件?，F在使用的壓縮機填料多為平面填料，平面填料的密封元件都是自緊式的，密封環的外圓裝有箍緊彈簧，當填料磨損后能自動補償。填料盒底座與氣缸座之間是靜密封，可用鋁墊、銅墊、10號鋼墊片、不銹鋼墊片、O型密封圈等來密封，具體選用何種墊片密封，要根據壓力、介質和使用溫度來確定。

　　有的填料函組件在填料盒底座的內圓設計有填料導向套，填料導向套與活塞桿用間隙配合，起活塞桿導向作用，但活塞、活塞桿、十字頭是連接在一起的往復運動組合件，活塞桿有活塞導向套和十字頭滑道的同時導向作用，填料導向套實際上不起導向作用，倒像是一個多余的摩擦件。已經有填料導向套的填料函，檢修時用不著去更換導向套。填料盒與填料盒之間，有的采用加工精度很高的平面貼合進行密封。如果填料盒之間相接觸的密封面加工精度不要求很高，則用O型密封圈來密封冷卻水通道的水，讓水不從填料組件中漏出來，也不讓氣體向冷卻水通道泄漏，同時不讓氣體通過填料盒之間的接觸面向外泄漏。

　　圖1是填料密封的裝配示意圖，填料盒底座與氣缸座之間用O型密封圈密封，填料盒底座與氣缸的密封面壓緊貼合，是通過填料函與氣缸連接螺栓來壓緊實現的，O型密封圈不會被壓力擠出O型圈槽，密封無泄漏?；钊麠U與填料盒之間的間隙是用密封元件組件來密封的，軸向靠彈簧箍緊力將填料壓緊使密封元件內圓緊貼活塞桿而密封，徑向靠氣缸內壓力將填料密封元件壓緊貼合中體端（低壓端）的平面進行密封，軸向、徑向都密封好了，填料密封就無泄漏。以下選擇幾種填料密封元件組件，作為填料無油潤滑的良好密封元件組件，供壓縮機檢修、維護保養、改造和設計時參考選用，也供對壓縮機進行無油潤滑改造時選用。

　　1、典型的三、六瓣密封元件組件

　　典型的三、六瓣密封元件組件見圖2。三、六瓣密封元件組件由兩個填料密封元件構成一組密封組件，朝向氣缸一側由三瓣組成，背離氣缸一側由六瓣組成，每一個填料的外圈繞有箍緊的螺旋彈簧，把它們箍在活塞桿上?；钊綁嚎s機填料無油潤滑改造時，一般都借用原機的箍緊彈簧。密封元件組件在填料盒中留有一定的軸向間隙（填充四氟組件實際應用中大概在0.20～0.40mm之間），防止密封元件在使用過程中因熱膨脹后卡在填料盒里，或者軸向方向壓得很緊，造成填料密封元件不能正常密封或不能正常工作。三瓣環箍在活塞桿上，切口留有間隙，壓縮機運行時，高壓氣體導入密封環外圓的小室，把三瓣、六瓣密封元件壓緊箍在活塞桿上，三瓣環的徑向切口與六瓣環的錯開，由圓柱銷定位，利用三瓣環從軸向擋住六瓣環徑向切口，阻止氣體沿軸向泄漏。六瓣環的徑向切口由三個弓形小帽所蓋住，阻止氣體沿徑向泄漏。三瓣環、六瓣密封環徑向切口所留的間隙，便于工作過程中密封環內圓磨損后能自動補償。密封壓力越高，三瓣環、六瓣環對活塞桿箍得越緊，六瓣環蓋住徑向切口的3個弓形小帽對3個鞍形辨壓得越緊，因而具有自緊密封作用。

　　三辨環、六辨環的軸向厚度，一般為6至9mm，活塞桿直徑大的選用大值，活塞桿直徑小的選用小值。如4M8（3）-36/320氮氫氣壓縮機的三辨環、六辨環軸向厚度是8mm，6M40-340/320氮氫氣壓縮機填料的密封元件軸向厚度是9mm。

　　三辨環、六辨環的徑向切口確定。三辨環、六辨環的徑向切口由磨損量確定的切口與熱膨脹確定的切口尺寸相加而得。在設計時可以假定內圓磨損量為a(如a為0.5mm或0.80mm或1.0mm)時，三辨環、六辨環切口處無徑向間隙后，密封開始失效。以這個用磨損量確定的切口的大?。好芊庠哪p，圓周長尺寸的減少約是直徑尺寸減少的π倍（π為圓周率）。從內圓周上開始切三個切口，當填料密封開始失效時，內圓周上的磨損量為aπ，三辨環、六辨環都要切3個徑向切口，切口就為aπ除以3，也就確定了三辨環、六辨環磨損量所需的徑向切口尺寸。

　　在25～250℃的環境下，聚四氟乙烯的線性熱膨脹系數是10～12×10-5/℃之間，大約是鑄鐵的10倍。填充聚四氟乙烯材料，是聚四氟乙烯加入填充劑（石墨、二硫化鉬、青銅等）提高強度和耐磨性而成，線熱膨脹系數通常比聚四氟乙烯略小。填料密封元件最高工作溫度100℃，活塞桿直徑為d，工作溫度下，密封環的圓周長增加量為πd(100-25)×12×10-5mm，是要被切掉的，3個切口也需除3，就得到熱膨脹的切口尺寸。將2個切口尺寸加起來就得出密封環的切口尺寸。

　　以下要提到的其它填料密封元件的徑向切口尺寸，以確定密封失效的內圓磨損量和工作溫度下的熱膨脹量來計算，參考這個三、六辨填料密封元件切口尺寸計算方法確定，不再贅述。

　　用銅基軸承合金制造的三、六瓣填料密封元件，是注油潤滑的。當內圓磨損時，外圈就不成圓形，每個六瓣環的弓形小帽尖角伸出圓周時，可能會使外圍的箍緊螺旋彈簧損壞。內圈磨損直徑變大到一定程度后，活塞桿直徑變小，三辨環、六辨環的內圓變大，六辨環的三個鞍形辨內圓面與活塞桿接觸面會出現間隙而泄漏，六瓣環弓形小帽與鞍形瓣接觸面之間的貼合就會不好，三辨環與活塞桿貼合得也不好，都會引起泄漏。六辨環組成的小零件多，強度不會很好，這是注油潤滑的三、六瓣密封元件的缺點。另外，三、六瓣密封元件的制造較復雜，無定位圓柱銷就有可能使三瓣環與六瓣環的徑向切口重合而泄漏。注油潤滑的三、六瓣密封元件組件，現在已經很少使用，多數使用的是填充聚四氟乙烯制造的無油潤滑的密封元件。

　　用填充聚四氟乙烯或碳纖維增強四氟乙烯（CFRP）制造的三、六瓣密封元件，是無油潤滑密封元件，填料不需注油潤滑。當內圓磨損時，外圓的弓形小帽伸出圓周外，因材料有良好塑性，不會損傷箍緊螺旋彈簧，鞍形瓣內圓磨損后，在箍緊彈簧和密封環外小室壓力的作用下，隨時保持與活塞桿接觸而無間隙，同時也保持著六瓣環弓形小帽與鞍形瓣接觸面之間的良好貼合，密封可靠，因此有較長的使用壽命。

　　填充聚四氟乙烯或碳纖維增強四氟乙烯（CFRP）制造的密封元件，熱膨脹系數α大，接近碳鋼的十倍，安裝時密封元件組件在填料盒中必須要有足夠的軸向間隙δ，根據經驗，應取最高工作溫度為t2為100℃左右，常溫t1為20～30°，填料密封元件組件的總軸向厚度為b，則熱膨脹間隙應為δ=b(t2-t1)α，還要再多留出0.10～0.20mm，有效防止壓縮機試車或者運行過程中，填料密封元件組件因軸向間隙小而致卡住，以防活塞桿拉毛而損壞，這是壓縮機維修人員和設計人員必須要重視的。

　　4M8-36/320氮氫氣壓縮機的一二段、三四段填料的密封元件是用填充聚四氟乙烯制造的，采用三、六瓣密封元件組件，密封良好，是三、六瓣密封元件組件的應用實例之一。如活塞桿直徑小，三、六辨填料密封元件的六辨環因尺寸更小，強度就會受到影響，因此直徑小的活塞桿，不能用三、六辨填料密封元件組件，只能用其它填料密封元件組件。壓縮機填料無油潤滑的密封元件常用填充聚四氟乙烯或碳纖維增強四氟乙烯（CFRP）制造。

　　2、單環、帶弓形小帽環的密封元件組件

　　為了發揮三、六瓣密封元件組件密封良好的優點，克服三瓣環、六瓣環切口多，制造較難，切口多就是泄漏通道多，切口多強度不好，特別是六瓣環的弓形小帽蓋著的六個接觸面接觸不好就是泄漏通道，弓形小帽在使用一定的時間后易磨損等缺陷，以及為了延長密封元件的使用壽命，將三瓣環設計為只有一個切口的單環，六瓣環設計成有一個徑向切口并帶有一弓形小帽的密封環，取消定位圓柱銷，單環的徑向切口與帶弓形小帽環的徑向切口錯開約180°，擋住氣體的泄漏通道。單環、帶弓形小帽環的密封元件組件見圖3。

　　單環、帶弓形小帽環的密封元件組件，在很多壓縮機中低壓段（級）填料密封中也得到應用，特別是用無油潤滑材料制造，常用于用于填料密封的無油潤滑。由于填充聚四氟乙烯在中壓、高壓容易發生冷流變形，不設阻流環的填充四氟密封元件組件，只能用于壓縮機的低壓段填料密封，不能用于中、高壓段填料的密封。

　　3、低壓側增設阻流環的單環、帶弓形小帽環的密封元件組件

　　由填充聚四氟乙烯制造的單環、帶弓形小帽環的密封元件組件，只能用于中、低壓的填料密封。一般低壓填料設置3至5組、中壓設置5至7組填料密封元件，當用于高壓級填料密封時，在單環、帶弓形小帽環的密封元件組件低壓一側（或軸側）增設一個阻流環，就成為低壓側增設阻流環的單環、帶弓形小帽環的密封元件組件，可靠、安全地用于高壓填料的密封。

　　阻流環建議采用雙環阻流環，材質用銅基銅粉金塑復合材料或鐵基銅粉金塑復合材料，厚度比密封環小2mm，外圓彈簧箍緊阻流環，工作時，密封室內壓力壓緊阻流環，與箍緊彈簧共同作用，使阻流環切口貼合，切口完全貼合后，雙環阻流環內圓與活塞桿之間只能是間隙配合，不能出現過盈而加大對活塞桿的摩擦而使溫度升高。雙環阻流環的內環、外環切口的切口值應相等。雙環阻流環的內環、外環切口建議用0.50mm，內圓比活塞桿直徑大0.20至0.30mm，0.5÷3.14=0.16mm，比0.20、0.30都小，目的是：當外環抱緊內環使切口貼合后，內環與活塞桿還是間隙配合，減小活塞桿與填料密封的摩擦，避免填料溫度過高，又要對填充聚四氟乙烯的冷流變形有很好的阻流效果。雙環阻流環的內環切口與外環切口互相錯開約180°，雙環阻流環的外圓切口與帶弓形小帽環的徑向切口互相錯開90°以上至180°。低壓側增設雙環阻流環的單環、帶弓形小帽環的密封元件組件見圖4。

　　〈注：本文未完待續，更多精彩見下期--〉