一、六十年代與世界同步研制出中國(guó)第一代填充聚四氟塑料環(huán)無(wú)油壓縮機(jī)
我國(guó)最早從事填充聚四氟乙烯環(huán)無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)的研制工作是沈陽(yáng)氣體壓縮機(jī)廠和中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所。自1964年起開(kāi)展對(duì)壓縮機(jī)的活塞環(huán)、浮動(dòng)環(huán)、密封圈和導(dǎo)向套等自潤(rùn)滑材料的試驗(yàn)研究工作。1965年8月，國(guó)家科委在沈陽(yáng)舉行了科研成果鑒定會(huì)，參加會(huì)議有三十余家研究單位和大專(zhuān)院校專(zhuān)家，沈陽(yáng)氣體壓縮機(jī)研究所發(fā)表了研制工作報(bào)告“塑料活塞環(huán)無(wú)油壓縮機(jī)的低壓試驗(yàn)總結(jié)”和中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所研制工作報(bào)告“填充含氟塑料的磨擦磨損性能及其作為氣缸無(wú)潤(rùn)滑壓縮機(jī)活塞環(huán)之研究”第一報(bào)、第二報(bào)。報(bào)告全部以機(jī)密加印發(fā)放。會(huì)議未邀請(qǐng)壓縮機(jī)制造廠參加。
沈氣所研制工作報(bào)告?zhèn)戎赜趬嚎s機(jī)無(wú)油結(jié)構(gòu)，蘭州化學(xué)物理所側(cè)重材料配方及工藝，本人則參與了全過(guò)程的研制工作，從參與配方、工藝的全過(guò)程研制，同時(shí)還自力更生自制設(shè)備如燒結(jié)爐等的設(shè)計(jì)制造。沈氣所選用2z-4.5/25型空壓機(jī)改制試驗(yàn)機(jī)，該機(jī)為立式兩列，行程s=170，轉(zhuǎn)速330r/min，根據(jù)當(dāng)時(shí)對(duì)無(wú)潤(rùn)滑的定義，就是氣缸中的活塞環(huán)和填料中的密封環(huán)是采用自潤(rùn)滑材料代替原金屬材料，它無(wú)須加注壓縮機(jī)油潤(rùn)滑，可以保證輸氣絕對(duì)不含油和油霧。為此，需防止曲軸箱的油和油霧沿活塞桿爬進(jìn)填料和氣缸，在無(wú)參考資料的情況下，采用了在十字頭處加鋼管將活塞桿置于鋼管中，鋼管帶外沿帽的結(jié)構(gòu)，后從剛進(jìn)口的迷宮式壓縮機(jī)中學(xué)到采用新結(jié)構(gòu)青銅材質(zhì)的刮油環(huán)及將接筒和活塞桿加長(zhǎng)相當(dāng)于1.5倍行程,這樣以確保機(jī)身潤(rùn)滑油不會(huì)沿活塞桿爬進(jìn)填料和氣缸。沈氣所為無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)在結(jié)構(gòu)方面、選材方面進(jìn)行多方面的創(chuàng)新研究。
★ 由于氣體不含油，使氣閥的工作處于干摩擦狀態(tài)工作，因此尋求自潤(rùn)滑的閥片材料、閥片結(jié)構(gòu)及熱處理，如用環(huán)狀閥片其導(dǎo)向銷(xiāo)調(diào)質(zhì)硬度很快就磨損；改淬火，閥片就磨出缺口；采用填充四氟導(dǎo)向銷(xiāo)仍然不滿(mǎn)意；選用高吸附能力硅脂潤(rùn)滑油涂抹可以改善；改網(wǎng)狀閥片后，其銑薄處，尤其是當(dāng)?shù)陀?℃進(jìn)氣時(shí)，易發(fā)生冷脆性折斷。
★為了保證活塞環(huán)工作，根據(jù)當(dāng)時(shí)塑料活塞環(huán)幾乎沒(méi)有彈力，為保證預(yù)密封力采用張力環(huán)，其比壓在0.1-0.3kgf/cm2范圍內(nèi)。
★為了防止活塞在氣缸里，在往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與氣缸壁面相碰撞必須設(shè)浮動(dòng)環(huán)（或稱(chēng)導(dǎo)向支撐環(huán)），對(duì)立式壓縮機(jī)浮動(dòng)環(huán)的軸向高度則應(yīng)為活塞環(huán)軸向高度的1.5-2倍。對(duì)臥式壓縮機(jī)軸向高度應(yīng)按比壓確定：
q=g+0.5gd［］dm×h0.3(kgf/cm²)
q—比壓kgf/cm²
g—活塞重量kg
gd—活塞桿重量kgdm—浮動(dòng)環(huán)的平均直徑cmh—浮動(dòng)環(huán)的軸向高度cm
★活塞環(huán)、浮動(dòng)環(huán)、密封環(huán)的配合間隙在材料配比尚未定型之前必須通過(guò)實(shí)際測(cè)試來(lái)決定。
①活塞環(huán)的測(cè)試是將環(huán)放置在內(nèi)徑等于氣缸直徑的內(nèi)模和漲力環(huán)之間加熱至150℃，根據(jù)其厚度不同，保溫2-3小時(shí)。
②浮動(dòng)環(huán)的測(cè)試是將環(huán)放置在外徑等于氣缸直徑和內(nèi)徑等于活塞上浮動(dòng)環(huán)槽的底徑的二個(gè)固定槽之間加熱至150℃，根據(jù)其厚度不同，保溫2-3小時(shí)。
③密封圈的測(cè)試是將塑料密封環(huán)的實(shí)際軸向厚度（注意測(cè)試方向與成型方向相同）加熱至100℃保溫1-2小時(shí)，保溫后的試樣用千分卡測(cè)量其變形量，為確保其精確性，采用多點(diǎn)測(cè)量，取其平均值。
④活塞環(huán)的軸向間隙應(yīng)為實(shí)測(cè)膨脹值再加0.05-0.10毫米的間隙，以確定活塞環(huán)槽的尺寸。浮動(dòng)環(huán)在與活塞環(huán)材料一致，厚度一致的條件下，其與浮動(dòng)環(huán)槽的間隙應(yīng)該比活塞環(huán)與活塞環(huán)槽的間隙大些，因活塞環(huán)徑向是處于半自由狀態(tài)，而浮動(dòng)環(huán)則不然。
在25kgf/cm2二級(jí)壓縮的空氣壓縮機(jī)、無(wú)油潤(rùn)滑試驗(yàn)中，經(jīng)616小時(shí)試驗(yàn)后復(fù)試活塞環(huán)、浮動(dòng)環(huán)的尺寸時(shí)發(fā)現(xiàn)：
★一級(jí)活塞環(huán)的軸向厚度增厚0.11-0.22mm；
★二級(jí)浮動(dòng)環(huán)的厚度增厚0.17-0.22mm,二級(jí)活塞環(huán)增厚0.08-0.121mm；
★各級(jí)環(huán)的開(kāi)口間隙則比未運(yùn)行前增大了；
★在恒溫箱中測(cè)定膨脹系數(shù)時(shí)也發(fā)現(xiàn)了活塞環(huán)在加熱保溫后，在同一溫度下測(cè)定值比計(jì)算小得多，而冷至常溫后，開(kāi)口間隙無(wú)法恢復(fù)到原始狀態(tài)，在蘇聯(lián)出版的“氟塑料”一書(shū)中曾提出應(yīng)在工作溫度以上50-70℃進(jìn)行消除應(yīng)力處理。
⑤氣缸與活塞的徑向間隙應(yīng)比有潤(rùn)滑的鑄鐵環(huán)大，大致在（0.01-0.015）d，d為氣缸直徑。但對(duì)立式壓縮機(jī)而言，最小間隙不應(yīng)少于0.5mm，對(duì)臥式壓縮機(jī)而言不應(yīng)小于1mm。
⑥ 氣缸表面粗糙度，當(dāng)時(shí)國(guó)際上存在兩種觀點(diǎn)：一種認(rèn)為一般以6為宜，其解釋是：在塑料環(huán)與氣缸鏡面運(yùn)動(dòng)相對(duì)摩擦過(guò)程中，塑料分子轉(zhuǎn)移到金屬表面，而以6的粗糙度最有利于形成塑料薄膜，經(jīng)過(guò)初期磨合后，從塑料對(duì)金屬變?yōu)樗芰蠈?duì)塑料，其摩擦磨損變成微小。另一種觀點(diǎn)認(rèn)為越高的表面粗糙度越有利減少磨損，其理由是認(rèn)為氣體通過(guò)填料的泄漏值：
yt=洫3d△p霯（cm2/s）
ä—徑向間隙cm
d—活塞桿直徑cm
膒—密封壓差kg/cm²
ì—?jiǎng)恿φ扯认禂?shù)kgs/cm²
l—密封長(zhǎng)度cm
其中對(duì)泄漏量的影響以徑向間隙和動(dòng)力粘性系數(shù)影響最大。壓縮機(jī)有油潤(rùn)滑時(shí)，潤(rùn)滑油的動(dòng)力粘性系數(shù)=（1200-2400）10-6,而空氣的動(dòng)力粘性系數(shù)僅2.23×10-6,由此可見(jiàn),從動(dòng)力粘性系數(shù)考慮是非常不利的,即要達(dá)到有油潤(rùn)滑同樣的泄漏值,潯匭牒芐,渲?jǐn)场即意伪砻娲植诙鹊囊蟾摺Ｔ?5kgf/cm²壓力下試驗(yàn),獲得良好的密封效果。
⑦活塞環(huán)的數(shù)量不需要油潤(rùn)滑狀態(tài)時(shí)那樣多。注油壓縮機(jī)活塞環(huán)數(shù)量一般是：
1-5kgf/cm²2-3環(huán)
5-30kgf/cm²3-6環(huán)
30-120kgf/cm²6-12環(huán)
120-350kgf/cm²12-24環(huán)
在沈氣廠25kgf/cm²二級(jí)壓縮的試驗(yàn)中，一級(jí)排壓4.2kgf/cm²，二級(jí)排壓25kgf/cm²均用2個(gè)活塞環(huán)也能很好密封。撫順石油二廠進(jìn)口的意大利新比隆公司無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)nb/1型排壓8kgf/cm²（g），單級(jí)壓縮僅用石墨活塞環(huán)二個(gè)，4hc/1型循環(huán)無(wú)潤(rùn)滑壓縮機(jī)進(jìn)氣壓力為25.9-32.9kgf/cm²,排壓力為39.9-46.9kgf/cm²,僅用4個(gè)活塞環(huán)。
⑧無(wú)潤(rùn)滑壓縮機(jī)密封環(huán)的組數(shù)與有油潤(rùn)滑一樣。
在25kgf/cm²密封壓力下，采用3組密封環(huán)取得密封效果良好。意大利新比隆公司在4hc/1型當(dāng)吸氣壓力為39.9kgf/cm²，排氣壓力為46.9kgf/cm²時(shí)取6組密封填料。
⑨密封圈的型式采用有油潤(rùn)滑的平填料，三、六方瓣結(jié)構(gòu)型式。在靠近氣缸的第一密封填料盒前安置一個(gè)節(jié)流環(huán)，可以分散氣流，以緩沖對(duì)于第一道密封環(huán)的沖擊。不必強(qiáng)求像高壓壓縮機(jī)填料設(shè)阻流環(huán)和活塞桿內(nèi)通油冷卻等。但良好的導(dǎo)熱能予以考慮有利于延長(zhǎng)使用壽命。
中國(guó)科學(xué)蘭州化學(xué)物理所自1964年開(kāi)始對(duì)壓縮機(jī)的活塞環(huán)、浮動(dòng)環(huán)、密封環(huán)和導(dǎo)向套等自潤(rùn)滑材料的試驗(yàn)研究工作經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，其質(zhì)量也相當(dāng)于西德林德公司六十年代的產(chǎn)品水平。
廠每100小時(shí)磨損量0.0145-0.036mm，西德同類(lèi)壓縮機(jī)在0.03-0.05mm，蘇聯(lián)排壓為8kgf/cm2，二級(jí)壓縮的石墨環(huán)壓縮機(jī)磨損量為0.05-0.09mm。1964-1965年期間研制的配方列表如下：
填充聚四氟乙烯塑料環(huán)的成型方法是在350kgf/cm²-600kgf/cm²壓力下，冷卻壓成型（保壓3分鐘），燒結(jié)是在250℃以下以每小時(shí)60℃升溫，在大于250℃時(shí)以每小時(shí)30℃升溫至310-320℃保溫1小時(shí)，然后以每小時(shí)60℃升溫至380℃±5℃，保溫2-3小時(shí)，然后隨爐冷卻，冷至250℃取出。必要時(shí)可進(jìn)行補(bǔ)壓定型。
凡乳液制品均是冷壓成型隨模子燒結(jié)，380℃保溫2-3小時(shí)，然后用減半壓力熱壓，冷至250℃以下取出。
二、國(guó)家科委十分關(guān)注我國(guó)無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)的發(fā)展
在完成課題研究之后，1965年末沈氣廠成功地試制了三臺(tái)2zw-14/3-5.4型無(wú)潤(rùn)滑氨氣壓縮機(jī)，該機(jī)作為5013工程從氨水中提煉重水使用，二臺(tái) 2zw-7/8型空氣無(wú)潤(rùn)滑壓縮機(jī)用于北京化工實(shí)驗(yàn)廠儀表控制使用，并開(kāi)始試制z5.5-6/6型迷宮式壓縮機(jī)供給北京維尼倫廠使用。通過(guò)課題研究成果發(fā)表會(huì)之后，尤其是登報(bào)之后，許許多多的壓縮機(jī)設(shè)計(jì)、制造、使用、研究單位及高等院校紛紛參與無(wú)油壓縮機(jī)的開(kāi)發(fā)研制，及填充聚四氟乙烯材料這研究。國(guó)家科委技術(shù)科學(xué)學(xué)組根據(jù)1966年2月24日在上海召開(kāi)的“固體自潤(rùn)滑高聚物材料工作協(xié)調(diào)會(huì)議”決定，由中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所組織有關(guān)單位開(kāi)展氣體壓縮機(jī)氣缸無(wú)油潤(rùn)滑的調(diào)查與研究協(xié)調(diào)工作，由國(guó)家科委技術(shù)科學(xué)學(xué)組、蘭州化學(xué)物理所、沈氣所、蘭州化肥廠、上材所、西安交大等十六個(gè)單位組成。對(duì)表三中的單位進(jìn)行如下調(diào)研。
此次協(xié)調(diào)會(huì)對(duì)一九六五年成果發(fā)表會(huì)進(jìn)一步進(jìn)行肯定和總結(jié)，同時(shí)參觀了撫順石油二廠首次進(jìn)口的意大利新比隆公司的石墨環(huán)和塑料環(huán)無(wú)潤(rùn)滑壓縮機(jī)，參觀了大連冷凍機(jī)廠、上海塑料研究所和上海材料研究所，有關(guān)氟塑料成型加工及性能測(cè)試及軸承材料的研究和性能測(cè)試設(shè)備。
沈氣廠和沈氣所在低壓塑料環(huán)無(wú)潤(rùn)滑壓縮機(jī)研究成果的基礎(chǔ)上開(kāi)展了對(duì)高壓和全無(wú)油潤(rùn)滑的研制工作。一是將高壓填料試驗(yàn)機(jī)改為無(wú)油試驗(yàn)機(jī)，二是利用2z- 0.9/5型空壓機(jī)改為全無(wú)油試驗(yàn)機(jī)。三是為噴氣織布機(jī)提供無(wú)油潔凈氣源。此三項(xiàng)工作均已開(kāi)展，如高壓填料試驗(yàn)機(jī)考慮盡可能減少磨擦面積和磨擦熱，將t型密封填料改為三、六瓣平填料密封另加三瓣無(wú)間隙環(huán)作為阻流環(huán)，組成一組密封填料，一共采用6組高壓填料。并已經(jīng)注意到高壓填料密封必須高度重視其磨擦熱的導(dǎo)出，并決定將活塞桿中間打油孔直接通入壓力油冷卻。對(duì)化工部大連化工廠調(diào)研，大化廠介紹了在工藝設(shè)備流程中所采用的壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)潤(rùn)滑的意義及所作5(- 3/285-320型高壓氮?dú)錃庋h(huán)機(jī)填料密封采用五種材料、六種結(jié)構(gòu)、九次試驗(yàn)的情況。從大連化工廠對(duì)5(填料無(wú)油改造的九次試驗(yàn)失敗說(shuō)明“t”型結(jié)構(gòu)不適應(yīng)于高壓填料密封；必須高度重視磨擦熱的導(dǎo)出。調(diào)研組肯定了平填料結(jié)構(gòu)適用于無(wú)潤(rùn)滑。塑料密封環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程有磨損，必須考慮自動(dòng)補(bǔ)償，并提出用粉末冶金浸漬du材料作為阻流環(huán)；應(yīng)考慮留有足夠的間隙以適應(yīng)熱膨脹系數(shù)大；為減輕對(duì)第一道密封環(huán)的壓力，應(yīng)考慮設(shè)置節(jié)流環(huán)，以分散氣流減輕對(duì)第一道密封環(huán)的沖擊。對(duì)于磨擦熱的導(dǎo)出提出了兩種冷卻裝置，一種是填料盒的<
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