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气体压缩机实现无油润滑的技术改进

2018-08-25

一、概述

1 无油润滑空压机在工业生产中的作用气缸有油润滑气体空压机(以下简称有油润滑空压机)排出的压缩气体,带走了部分润滑油,它能弱化化工生产过程,降低产 品质量和提高产品成本。必须指出,在不少情况下,如压缩酸性气体(氯气、氯化氢、二氧化硫等)或氧气时,是不允许压缩气体中有矿物油的。

清除气体中的润滑油是十分复杂的过程,需要大型除油设备,耗用很多资金。尽管如此,仍难以得到预期的效果。因为压缩气体内的润滑油,不但以微粒和气体状态存在,而且有一部分呈气溶状态。因此,即使用有效的油分离器及过滤器,也难以除去润滑油的痕迹。气缸无油润滑气体压缩机(以下简称无油润滑压缩机)的产生,使这一技术难题迎刃而解。

随着工业企业的蓬勃发展,对无油润滑压缩机的需求也逐渐增多,例如:

(1)用无油润滑氧气压缩机替代用甘油水溶液润滑的氧气压缩机,可经济地生产出大量压缩氧气。

(2)在塑料生产中,压缩己内酰胺、乙烯和其他类似气体,必须使用无油润滑压缩机,否则压缩介质内残余润滑油会破坏工艺流程和损坏产品。

(3)随着各种生产过程的机械化和自动化,广泛采用敏感的气动装置。使用无油润滑压缩机生产的洁净压缩空气,提高了自动化生产设备的可靠性,从而保证自动化生产线的正常运行。

(4)在食品、制药等工业生产中,有些压缩介质也必须用无油润滑压缩机。

由上可见,无油润滑压缩机在工业生产中有相当重要的作用。

我国气体压缩机制造厂早已生产出无油润滑压缩机系列产品,并在技术上不断改进。对有油润滑压缩机加以技术改进,也可以实现无油润滑。本文将介绍往复活塞式气体压缩机由加油润滑改为无油润滑时,对有关零、部件的改进设计技术。

2 有油润滑压缩机的无油润滑技术改进内容

对我国工、矿企业目前广泛使用的有油润滑压缩机,除国家规定的淘汰产品和严重磨损及机体变形的以外,一般地说,多数可以通过技术改进来实现无油润滑。主要改进内容如下。

(1) 用填充聚四氟乙烯(PTEE) 制造密封件(活塞环、填料密封圈、刮油环),以替代原金属制密封件。PTEE 材料具有一定的弹性变形性能,因此,用其制造的密封件能很快地与气缸镜面或活塞表面形状相吻合,在很大程度上减少压缩气体的泄漏,从而提高生产效率。PTEE 材料具有自润滑性能,与金属擦时的摩擦系数很小,可显著降低摩擦副的磨损,延长其使用寿命。

(2) 在活塞上镶装PTEE 材料制造的支承环。

支承环的功能是防止活塞的金属表面与气缸镜面直接接触所产生的镜面磨损以至拉伤;对活塞的运行具有导向作用;对卧式或角度式压缩机,还有支承活塞及部分活塞杆重力的作用。有油润滑卧式大、中型空气缩机在活塞下部外圆90°-120°,范围内,浇注了一层轴承合金(俗称“托瓦”),作为活塞的支承面。“托瓦”不能替代支承环,改装时可利用“托瓦”的部位,装配设计的PETT 支承环。

(3)由于PETT 材料的导热率低,有油润滑压缩机改为无油润滑后,在压缩机运行时,活塞杆的温度比改进前明显提高。为了解决这个问题,把活塞杆改为中空结构,利用压缩机驱动系统的循环润滑油,导入活塞杆空心孔内,对活塞杆进行冷却。实践表明,这样的改进设计效果良好。

(4)有油润滑压缩机改为无油润滑后,如仍使用原来的金属制环形或条形阀片吸、排气阀,在无润滑油的状态下工作,则阀片与导向柱会很快磨损。为了保证气阀正常工作,改进设计时可以采用下述任一种方法:①采用无摩擦网状气阀,但必须按原气阀的安装条件,重新设计制造网状气阀;②将环形、条形阀片及导向柱改用Mc尼龙制造,同时用不锈弹簧钢丝制造气阀弹簧。

(5)有油润滑开山空压机改为无油润滑后,如用来压缩具有腐蚀性、毒性、易燃易爆性等危险气体,应在机身和气缸之间增设中间接筒。中间接筒的主要功能是,严格防止活塞杆把十字头导向部分的润滑油带入气缸而污染压缩气体;把由填料函泄漏出来的危险性气体收集起来,以防散入室内空气中,保证安全生产。用于上述压缩介质的气体压缩机,其气缸或缸套必须用耐腐蚀材料制造。如原用材料不能满足耐腐蚀要求,应镶装耐腐蚀、耐磨损材料制造的缸套,并对气缸的气道和中间冷却器的内腔(气体流经的地方)刷涂防腐蚀涂料。

有必要指出,增加中间接筒后对压缩机的整体结构会带来影响。因此,对改进设计的相关部分应作适当的改装,并认真考虑改装的经济性。

除上述五项主要改进内容外,还应根据实际需要改善以下辅助装置:采用新型高效气体滤清器;对气缸和中间冷却器的冷却水系统采取技术措施,以降低压缩气体的温度及对暴露在周围环境空气中的活塞杆采取防护措施,防止空气中的粉尘污染活塞杆等。

二、活塞结构的设计

这里所说的活塞结构是指用PTEE制造的活塞环和支承环在活塞体上安装部位的结构。设计时,应首先根据活塞两侧的工作压力差及压缩介质的密度,选取活塞环 的数量。其次根据气缸的直径尺寸及其安装布置方式(立式、卧式、角度式等)及活塞组件的质(重)量,确定支承环的尺寸和安装部位。

1 活塞结构的类型

常见的活塞结构有以下几种。

(1)单支承活塞结构。这种结构又有两种,种如图la 所示,使用整圈式单开口支承环,安装在活塞中央部位。当用于双作用活塞时,在活塞的两端头装活塞环;当用于单作用活塞时,仅在活塞承压的端头装活塞环。第 二种如图lb所示,主要使用整圈式无切口支承环。由于活塞体由两个零件组成,便于套装支承环。活塞体的两零件装配后必须同轴,以保证活塞正常运行。

(2)双支承活塞结构。如图+ 所示,主要用于较长的活塞,或质(重)量较大的活塞。有时用一根支承环认为其宽度太大时,也使用双支承活塞结构。

(3)组合式活塞环与支承环活塞结构。这种结构主要用于短活塞,如鼓形活塞和锥台形活塞。

2 活塞环数量的确定无油润滑压缩机的活

塞环数量应根据活塞两侧工作压力差和压缩介质的密度来确定。表 所列数据供选取活塞环数量时参考。

3 活塞与活塞环槽的结构尺寸

无油润滑压缩机的活塞上装有支承环, 因此活塞体与气缸的径向间隙比有油润滑时大得多。PTEE 材料的强度比钢低,但其热膨胀系数比钢大4-5倍, 因此PETT活塞环的截面尺寸比金属活塞环要大些,其环槽的结构尺寸也相应地要大些。一般无油润滑压缩机活塞与活塞环槽的结构尺寸。

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