一、概述
1  無(wú)油潤(rùn)滑空壓機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中的作用氣缸有油潤(rùn)滑氣體空壓機(jī)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)有油潤(rùn)滑空壓機(jī)）排出的壓縮氣體，帶走了部分潤(rùn)滑油，它能弱化化工生產(chǎn)過(guò)程，降低產(chǎn) 品質(zhì)量和提高產(chǎn)品成本。必須指出，在不少情況下，如壓縮酸性氣體（氯氣、氯化氫、二氧化硫等）或氧氣時(shí)，是絕對(duì)不允許壓縮氣體中有礦物油的。
清除氣體中的潤(rùn)滑油是十分復(fù)雜的過(guò)程，需要大型除油設(shè)備，耗用很多資金。盡管如此，仍難以得到預(yù)期的效果。因?yàn)閴嚎s氣體內(nèi)的潤(rùn)滑油，不但以微粒和氣體狀態(tài)存在，而且有一部分呈氣溶狀態(tài)。因此，即使用最有效的油分離器及過(guò)濾器，也難以除去潤(rùn)滑油的痕跡。氣缸無(wú)油潤(rùn)滑氣體壓縮機(jī)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)）的產(chǎn)生，使這一技術(shù)難題迎刃而解。
隨著工業(yè)企業(yè)的蓬勃發(fā)展，對(duì)無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)的需求也逐漸增多，例如：
（1）用無(wú)油潤(rùn)滑氧氣壓縮機(jī)替代用甘油水溶液潤(rùn)滑的氧氣壓縮機(jī)，可經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)出大量壓縮氧氣。
（2）在塑料生產(chǎn)中，壓縮己內(nèi)酰胺、乙烯和其他類(lèi)似氣體，必須使用無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)，否則壓縮介質(zhì)內(nèi)殘余潤(rùn)滑油會(huì)破壞工藝流程和損壞產(chǎn)品。
（3）隨著各種生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化和自動(dòng)化，廣泛采用敏感的氣動(dòng)裝置。使用無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)生產(chǎn)的潔凈壓縮空氣，提高了自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備的可靠性，從而保證自動(dòng)化生產(chǎn)線的正常運(yùn)行。
（4）在食品、制藥等工業(yè)生產(chǎn)中，有些壓縮介質(zhì)也必須用無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)。
由上可見(jiàn)，無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中有相當(dāng)重要的作用。
我國(guó)專(zhuān)業(yè)氣體壓縮機(jī)制造廠早已生產(chǎn)出無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)系列產(chǎn)品，并在技術(shù)上不斷改進(jìn)。對(duì)有油潤(rùn)滑壓縮機(jī)加以技術(shù)改進(jìn)，也可以實(shí)現(xiàn)無(wú)油潤(rùn)滑。本文將介紹往復(fù)活塞式氣體壓縮機(jī)由加油潤(rùn)滑改為無(wú)油潤(rùn)滑時(shí)，對(duì)有關(guān)零、部件的改進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)。
2  有油潤(rùn)滑壓縮機(jī)的無(wú)油潤(rùn)滑技術(shù)改進(jìn)內(nèi)容
對(duì)我國(guó)工、礦企業(yè)目前廣泛使用的有油潤(rùn)滑壓縮機(jī)，除國(guó)家規(guī)定的淘汰產(chǎn)品和嚴(yán)重磨損及機(jī)體變形的以外，一般地說(shuō)，多數(shù)可以通過(guò)技術(shù)改進(jìn)來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)油潤(rùn)滑。主要改進(jìn)內(nèi)容如下。
（1） 用填充聚四氟乙烯（PTEE） 制造密封件（活塞環(huán)、填料密封圈、刮油環(huán)），以替代原金屬制密封件。PTEE 材料具有一定的彈性變形性能，因此，用其制造的密封件能很快地與氣缸鏡面或活塞表面形狀相吻合，在很大程度上減少壓縮氣體的泄漏，從而提高生產(chǎn)效率。PTEE 材料具有自潤(rùn)滑性能，與金屬摩擦?xí)r的摩擦系數(shù)很小，可顯著降低摩擦副的磨損，延長(zhǎng)其使用壽命。
（2） 在活塞上鑲裝PTEE 材料制造的支承環(huán)。
支承環(huán)的功能是防止活塞的金屬表面與氣缸鏡面直接接觸所產(chǎn)生的鏡面磨損以至拉傷；對(duì)活塞的運(yùn)行具有導(dǎo)向作用；對(duì)臥式或角度式壓縮機(jī)，還有支承活塞及部分活塞桿重力的作用。有油潤(rùn)滑臥式大、中型空氣壓縮機(jī)在活塞下部外圓90°-120°,范圍內(nèi)，澆注了一層軸承合金（俗稱(chēng)“托瓦”），作為活塞的支承面。“托瓦”不能替代支承環(huán)，改裝時(shí)可利用“托瓦”的部位，裝配設(shè)計(jì)的PETT 支承環(huán)。
（3）由于PETT 材料的導(dǎo)熱率低，有油潤(rùn)滑壓縮機(jī)改為無(wú)油潤(rùn)滑后，在壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)，活塞桿的溫度比改進(jìn)前明顯提高。為了解決這個(gè)問(wèn)題，把活塞桿改為中空結(jié)構(gòu)，利用壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的循環(huán)潤(rùn)滑油，導(dǎo)入活塞桿空心孔內(nèi)，對(duì)活塞桿進(jìn)行冷卻。實(shí)踐表明，這樣的改進(jìn)設(shè)計(jì)效果良好。
（4）有油潤(rùn)滑壓縮機(jī)改為無(wú)油潤(rùn)滑后，如仍使用原來(lái)的金屬制環(huán)形或條形閥片吸、排氣閥，在無(wú)潤(rùn)滑油的狀態(tài)下工作，則閥片與導(dǎo)向柱會(huì)很快磨損。為了保證氣閥正常工作，改進(jìn)設(shè)計(jì)時(shí)可以采用下述任一種方法：①采用無(wú)摩擦網(wǎng)狀氣閥，但必須按原氣閥的安裝條件，重新設(shè)計(jì)制造網(wǎng)狀氣閥；②將環(huán)形、條形閥片及導(dǎo)向柱改用Mc尼龍制造，同時(shí)用不銹彈簧鋼絲制造氣閥彈簧。
（5）有油潤(rùn)滑開(kāi)山空壓機(jī)改為無(wú)油潤(rùn)滑后，如用來(lái)壓縮具有腐蝕性、毒性、易燃易爆性等危險(xiǎn)氣體，應(yīng)在機(jī)身和氣缸之間增設(shè)中間接筒。中間接筒的主要功能是，嚴(yán)格防止活塞桿把十字頭導(dǎo)向部分的潤(rùn)滑油帶入氣缸而污染壓縮氣體；把由填料函泄漏出來(lái)的危險(xiǎn)性氣體收集起來(lái)，以防散入室內(nèi)空氣中，保證安全生產(chǎn)。用于上述壓縮介質(zhì)的氣體壓縮機(jī)，其氣缸或缸套必須用耐腐蝕材料制造。如原用材料不能滿足耐腐蝕要求，應(yīng)鑲裝耐腐蝕、耐磨損材料制造的缸套，并對(duì)氣缸的氣道和中間冷卻器的內(nèi)腔（氣體流經(jīng)的地方）刷涂防腐蝕涂料。有必要指出，增加中間接筒后對(duì)壓縮機(jī)的整體結(jié)構(gòu)會(huì)帶來(lái)影響。因此，對(duì)改進(jìn)設(shè)計(jì)的相關(guān)部分應(yīng)作適當(dāng)?shù)母难b，并認(rèn)真考慮改裝的經(jīng)濟(jì)性。除上述五項(xiàng)主要改進(jìn)內(nèi)容外，還應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要改善以下輔助裝置：采用新型高效氣體濾清器；對(duì)氣缸和中間冷卻器的冷卻水系統(tǒng)采取技術(shù)措施，以降低壓縮氣體的溫度及對(duì)暴露在周?chē)�環(huán)境空氣中的活塞桿采取防護(hù)措施，防止空氣中的粉塵污染活塞桿等。
二、活塞結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
這里所說(shuō)的活塞結(jié)構(gòu)是指用PTEE制造的活塞環(huán)和支承環(huán)在活塞體上安裝部位的結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)首先根據(jù)活塞兩側(cè)的工作壓力差及壓縮介質(zhì)的密度，選取活塞環(huán) 的數(shù)量。其次根據(jù)氣缸的直徑尺寸及其安裝布置方式（立式、臥式、角度式等）及活塞組件的質(zhì)（重）量，確定支承環(huán)的尺寸和安裝部位。
1 活塞結(jié)構(gòu)的類(lèi)型
常見(jiàn)的活塞結(jié)構(gòu)有以下幾種。
（1）單支承活塞結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)又有兩種，第一種，使用整圈式單開(kāi)口支承環(huán)，安裝在活塞中央部位。當(dāng)用于雙作用活塞時(shí)，在活塞的兩端頭裝活塞環(huán)；當(dāng)用于單作用活塞時(shí)，僅在活塞承壓的端頭裝活塞環(huán)。第 二種，主要使用整圈式無(wú)切口支承環(huán)。由于活塞體由兩個(gè)零件組成，便于套裝支承環(huán)�；钊�體的兩零件裝配后必須同軸，以保證活塞正常運(yùn)行。
（2）雙支承活塞結(jié)構(gòu)。主要用于較長(zhǎng)的活塞，或質(zhì)（重）量較大的活塞。有時(shí)用一根支承環(huán)認(rèn)為其寬度太大時(shí)，也使用雙支承活塞結(jié)構(gòu)。
（3）組合式活塞環(huán)與支承環(huán)活塞結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)主要用于短活塞，如鼓形活塞和錐臺(tái)形活塞。
2 活塞環(huán)數(shù)量的確定無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)的活
塞環(huán)數(shù)量應(yīng)根據(jù)活塞兩側(cè)工作壓力差和壓縮介質(zhì)的密度來(lái)確定。表 所列數(shù)據(jù)供選取活塞環(huán)數(shù)量時(shí)參考。
3  活塞與活塞環(huán)槽的結(jié)構(gòu)尺寸
無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)的活塞上裝有支承環(huán)， 因此活塞體與氣缸的徑向間隙比有油潤(rùn)滑時(shí)大得多。PTEE 材料的強(qiáng)度比鋼低，但其熱膨脹系數(shù)比鋼大4-5倍， 因此PETT活塞環(huán)的截面尺寸比金屬活塞環(huán)要大些，其環(huán)槽的結(jié)構(gòu)尺寸也相應(yīng)地要大些。一般無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)活塞與活塞環(huán)槽的結(jié)構(gòu)尺寸。