2024年4月23日发(作者：布安露)
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分
类
号
：
TS
734
T
S7
548
；
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4
文献
标
志
码
：
B
文
章
编号
：
100
7
9211
(
2008
)
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Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ
在全无油润滑压缩机中，活塞与气缸和缸盖组成气体
２活塞环的弹力
开口有背压活塞环的自紧密封作用的前提是活塞环在
空间，实现气体的吸入、压缩和排出等过程。活塞与气缸
之间的密封是通过活塞环来实现的。全无油润滑压缩机中
的活塞环不仅是实现气体的密封元件，而且还要实现气缸
与活塞之间的无油润滑，减小它们之间的摩擦。它的结构
是否合理，将直接影响到密封效果和使用寿命，从而影响
全无油压缩机的可靠性、经济性和寿命。
工作前必须具有一定的初弹力，使活塞环外圆面紧贴在气
缸内壁，否则，气体将直接穿过环外圆面与气缸内壁之间
的间隙而泄漏，无法实现自紧密封。
在有油润滑压缩机中，开口有背压活塞环一般由金属
材料制造，通过改变曲率半径靠自身的弹性就能获得足够
的初弹力。对于全无油压缩机，为了实现气缸与活塞之间
ｌ活塞环的密封原理
活塞环是往复活塞式压缩机上的密封元件，目前往复
活塞式压缩机上所用的活塞环绝大多数是开口型活塞环，
又称开口有背压活塞环。开口有背压活塞环是一个带切Ｉ：１
的圆环，其开口形式有直切口、斜切口和搭切口三种，如图
１所示。压缩机工作时，气体通过活塞环切口的泄漏量和横
截面成比例。显然，直切口形式泄漏截面最大；在切口间隙
相同时，斜切口泄漏面积较小；搭切口呈阶梯形，工作时相
互搭接，气流需经过两次曲折，泄漏量大大减少。从所掌
握的资料和实践经验来看，大多数全无油压缩机上均采用
搭切口环。
图１活塞环切口形式
在自由状态下，活塞环外径大干气缸直径，装入气缸
后直径变小，仅在切口处留下一定的热膨胀间隙。靠活塞
环的回弹力将外圆面压贴在气缸内壁上，使两者之间产生
一
定的预压力。当活塞在气缸内作往复运动时，在压缩气
体压力ｐ的作用下，与活塞运动方向相反的活塞环的侧面
被压贴在活塞环槽的一个侧面上，如图２所示。活塞环内
侧存在着接近于压缩气体压力的背压的作用，使得活塞环
外侧与气缸内壁紧密贴合，从而堵塞活塞环与气缸内壁间
的泄漏通道。当气体通过活塞与气缸之间、活塞环与活塞
环槽之间的这些间隙形成的曲折
流道时，受到节流阻塞和旋涡滞阻
作用，形成很大的阻力降而实现了
对气体的密封。可见，活塞环工作
时的密封压力是由气体压力产生
的，气缸内压力越大，密封压力也
越大，开口有背压活塞环具有自紧
图２开口有背压活塞
密封的特性。
环密封原理
的无油润滑，活塞环需由填充聚四氟乙烯（Ｐ Ｔ Ｆ Ｅ）等非金
属自润滑材料制成。显然非金属的自身性能决定了非金属
开口环的弹力要比金属环的弹力小得多。为确保活塞环在
压缩机运转之前紧贴在气缸的内壁上，以达到预期的密封
效果，一般在活塞环的内侧设置金属的弹力环以增加非金
属活塞环的预弹力，建立起活塞环的初始密封。
有关在全无油压缩机中是否设置弹力环的问题，目前
尚有争论。刘宗安等 认为填充Ｐ Ｔ Ｆ Ｅ等自润滑材料是线
性热膨胀系数很大的材料，由其制成的非金属活塞环在
常温下有一定的弹力，无需借助弹力环来保证它与气缸内
壁之间的线接触。工作时，气体压力提高，温度随之提高，
活塞环会发生线性膨胀，如果线性膨胀量大于活塞环的
切口量，环内就会产生压缩变形，由虎克定律知环内必然
出现热应力，从而产生弹力，即非金属环在较高温度下具
有良好的弹性。只要选好比压，就能据比压与切口量的关
系，确定出合理的切Ｉｍｌ值。然而由于非金属环的自身弹力
有限，无法建立活塞与气缸内壁间的初始密封，工作时必
然有气体通过活塞环与气缸间的间隙而泄漏，形成气体短
路，增大活塞环与汽缸内壁的间隙，无法获得所需的气体
压力；而相应的温升必然比设计值小得多，不能保证线性
膨胀量大于活塞环的切口量的关系，致使非金属环弹力不
足而泄漏。
另外，柳志荣等 ’ 认为在活塞环内侧设置弹力环具
有一些弊病。当活塞作上下往复运动时，活塞环对弹力环
有一惯性作用，使弹力环对活塞环槽壁产生撞击力，造成
环槽的磨损，使轴向间隙增大，甚至导致活塞体的损坏。另
外，活塞环从槽中逸出时会划伤气缸镜面。因此建议在缸
径不大情况下（立式＜ｄ）６００ｒａｍ；卧式＜＋３００ｒａｍ）取消弹
力环。但这完全可以通过结构上的考虑来防止弹力环在活
塞环槽中串动而引起对活塞造成的损伤，如将弹力环嵌入
活塞环中。
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缩
机
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滑
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中
图
分
类
号
：
TS
734
T
S7
548
；
’
4
文献
标
志
码
：
B
文
章
编号
：
100
7
9211
(
2008
)
2
0
008
0
03
河
北
省科
技
领军
人
才创
新
资
金
项
目
(
065
4
7
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河
北
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育
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目
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2
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北
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河
北
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大
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20
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6
024
)
。
Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ
在全无油润滑压缩机中，活塞与气缸和缸盖组成气体
２活塞环的弹力
开口有背压活塞环的自紧密封作用的前提是活塞环在
空间，实现气体的吸入、压缩和排出等过程。活塞与气缸
之间的密封是通过活塞环来实现的。全无油润滑压缩机中
的活塞环不仅是实现气体的密封元件，而且还要实现气缸
与活塞之间的无油润滑，减小它们之间的摩擦。它的结构
是否合理，将直接影响到密封效果和使用寿命，从而影响
全无油压缩机的可靠性、经济性和寿命。
工作前必须具有一定的初弹力，使活塞环外圆面紧贴在气
缸内壁，否则，气体将直接穿过环外圆面与气缸内壁之间
的间隙而泄漏，无法实现自紧密封。
在有油润滑压缩机中，开口有背压活塞环一般由金属
材料制造，通过改变曲率半径靠自身的弹性就能获得足够
的初弹力。对于全无油压缩机，为了实现气缸与活塞之间
ｌ活塞环的密封原理
活塞环是往复活塞式压缩机上的密封元件，目前往复
活塞式压缩机上所用的活塞环绝大多数是开口型活塞环，
又称开口有背压活塞环。开口有背压活塞环是一个带切Ｉ：１
的圆环，其开口形式有直切口、斜切口和搭切口三种，如图
１所示。压缩机工作时，气体通过活塞环切口的泄漏量和横
截面成比例。显然，直切口形式泄漏截面最大；在切口间隙
相同时，斜切口泄漏面积较小；搭切口呈阶梯形，工作时相
互搭接，气流需经过两次曲折，泄漏量大大减少。从所掌
握的资料和实践经验来看，大多数全无油压缩机上均采用
搭切口环。
图１活塞环切口形式
在自由状态下，活塞环外径大干气缸直径，装入气缸
后直径变小，仅在切口处留下一定的热膨胀间隙。靠活塞
环的回弹力将外圆面压贴在气缸内壁上，使两者之间产生
一
定的预压力。当活塞在气缸内作往复运动时，在压缩气
体压力ｐ的作用下，与活塞运动方向相反的活塞环的侧面
被压贴在活塞环槽的一个侧面上，如图２所示。活塞环内
侧存在着接近于压缩气体压力的背压的作用，使得活塞环
外侧与气缸内壁紧密贴合，从而堵塞活塞环与气缸内壁间
的泄漏通道。当气体通过活塞与气缸之间、活塞环与活塞
环槽之间的这些间隙形成的曲折
流道时，受到节流阻塞和旋涡滞阻
作用，形成很大的阻力降而实现了
对气体的密封。可见，活塞环工作
时的密封压力是由气体压力产生
的，气缸内压力越大，密封压力也
越大，开口有背压活塞环具有自紧
图２开口有背压活塞
密封的特性。
环密封原理
的无油润滑，活塞环需由填充聚四氟乙烯（Ｐ Ｔ Ｆ Ｅ）等非金
属自润滑材料制成。显然非金属的自身性能决定了非金属
开口环的弹力要比金属环的弹力小得多。为确保活塞环在
压缩机运转之前紧贴在气缸的内壁上，以达到预期的密封
效果，一般在活塞环的内侧设置金属的弹力环以增加非金
属活塞环的预弹力，建立起活塞环的初始密封。
有关在全无油压缩机中是否设置弹力环的问题，目前
尚有争论。刘宗安等 认为填充Ｐ Ｔ Ｆ Ｅ等自润滑材料是线
性热膨胀系数很大的材料，由其制成的非金属活塞环在
常温下有一定的弹力，无需借助弹力环来保证它与气缸内
壁之间的线接触。工作时，气体压力提高，温度随之提高，
活塞环会发生线性膨胀，如果线性膨胀量大于活塞环的
切口量，环内就会产生压缩变形，由虎克定律知环内必然
出现热应力，从而产生弹力，即非金属环在较高温度下具
有良好的弹性。只要选好比压，就能据比压与切口量的关
系，确定出合理的切Ｉｍｌ值。然而由于非金属环的自身弹力
有限，无法建立活塞与气缸内壁间的初始密封，工作时必
然有气体通过活塞环与气缸间的间隙而泄漏，形成气体短
路，增大活塞环与汽缸内壁的间隙，无法获得所需的气体
压力；而相应的温升必然比设计值小得多，不能保证线性
膨胀量大于活塞环的切口量的关系，致使非金属环弹力不
足而泄漏。
另外，柳志荣等 ’ 认为在活塞环内侧设置弹力环具
有一些弊病。当活塞作上下往复运动时，活塞环对弹力环
有一惯性作用，使弹力环对活塞环槽壁产生撞击力，造成
环槽的磨损，使轴向间隙增大，甚至导致活塞体的损坏。另
外，活塞环从槽中逸出时会划伤气缸镜面。因此建议在缸
径不大情况下（立式＜ｄ）６００ｒａｍ；卧式＜＋３００ｒａｍ）取消弹
力环。但这完全可以通过结构上的考虑来防止弹力环在活
塞环槽中串动而引起对活塞造成的损伤，如将弹力环嵌入
活塞环中。
３ 对比试验及分析
８１
摹
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果
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可
见
弹
，
。
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省
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中
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，
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环
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塞
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塞
环
，
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环
的
长度
。
一
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塞
环
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长
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在
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槽
中
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自
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浮
动起
到
散
去
部
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，
的
1
。
．
1
～
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．
。
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一
一
的
效
果
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环
和
活
塞
环
，
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入
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槽
中
以
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环
。
的
初
弹
力
实
现
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始密
封
4
、
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在
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油
压
缩
机
密封
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设
置
弹力
环
十分
必
要弹
，
。
弹力
环的
结
构
参数有
径
向
厚度
自由
开
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宽
度
轴向
宽
、
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环
的
轴
向
宽
度
。
一
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活
塞环的
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，
力
环
起着提
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活
塞
环
的
初
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始
，
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塞环的
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合关
系
确
定
密封提高
活
塞
环的
密
封效
果
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命
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用
压
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计非常
重
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径
向
厚度
对
其弹
。
高
活
塞直
径
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弹力
环
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用
越明
显
在
保
证
密
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效果
，
，
。
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影
响
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小
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塞
。
，
，
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薄
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弹力
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提高
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，，
环
提供
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够
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初弹
力
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密封
效果
径
向
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，
。
塞
环
的
使
用
寿命
口
。
度
太大
预
弹
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塞
环
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果
提
高
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剧
活
，，
，
塞环的
磨
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，
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献
[
／
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3
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环
应
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sw
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油
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文
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塞
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J
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压
缩机
技
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径
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术
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．
m
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弹力
环
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尺
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1
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滑
压
缩机
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明
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环
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术
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缩
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显
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另
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缩机
在
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环
情
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行
，