Piston rings? No problem New piston rings for refrigeration compressors

Abstract

Reliable, durable and economical operation of reciprocating refrigeration compressors, as well as automobile engines, depends on the performance properties of components and parts. The most important parts of the piston mechanism are sealing and oil scraper rings, which prevent the leakage of compressed gas into the crankcase and the removal of lubricating oil into the compression cavity.
These rings must have high wear resistance and low coefficient of friction, quickly run in and prevent active wear of cylinder liners.

Full Text

В холодильных поршневых компрессорах наиболее широкое распространение получили чугунные кольца. Обладая достаточной упругостью, они успешно выполняют свои функции в первый период эксплуатации. Со временем происходит износ как рабочих поверхностей колец, так и цилиндровых гильз. Ресурс колец составляет не более 10 тыс. ч, а гильзы заменяют через 20-25 тыс. ч работы компрессора.

В поршневых компрессорах применяются также полимерные кольца, изготовленные из термостабилизированного капрона ТНК-2Г5. Такие кольца благодаря низкому коэффициенту трения незначительно влияют на износ цилиндровой гильзы. Однако при повышении температуры конца сжатия, например, при недостаточной плотности клапанов или поломке клапанной пластины, кольца расплавляются.

Рис. 1. Металлокерамические уплотнительные кольца для холодильных поршневых компрессоров

Поиском оптимального материала для поршневых колец в течение многих лет занимался Институт проблем материаловедения АН УССР. Ведущее направление в этих поисках - создание материала способом порошковой металлургии. Был разработан и технологически освоен композитный материал на железографитовой основе с антифрикционными добавками (молибден, цинк, сульфиды и др.). Поршневые кольца из этого материала, так называемой металлокерамики, прошли всесторонние лабораторные испытания, которые показали значительно лучшие по сравнению с чугуном характеристики (см. таблицу).

Таблица 1

Показатели	Металлоке­рамика	Чугун
Коэффициент трения	0,022	0,03
Коэффициент прочности	150... 190	150...220
Предел прочности изгиба, МПа	750...850	350...500
Твердость HRB	70...90	98...103
Модуль упругости, mm	100...140	77...80

Таблица 2

Марка компрессора	П110	АУ45	П40	4ПБ20
Размеры, мм: D	115+0,07	81,88+0,065	76+0,06	67,5+0,05
D (в свободном состоянии)	120-0,3	87-0,3	80-0,3	70-0,3
в	5,8-0,1	4-0,1	3,4-0,1	4-0,1
н	O -0,005 J -0,015	2,5-0,07	2,2-0,05	3-0,05
6 (в свободном состоянии)	16	13,5	9,5	8
8 (в рабочем состоянии)*	0,035...0,05	0,025...0,035	0,025...0.035	0,015...0,025
*8 — тепловой зазор замка в рабочем состоянии, измеряемый в контрольной гильзе, диаметр которой равен Д+0,03 (Dцил— номинальный диаметр цилиндра).

В результате длительных сравни тельных эксплуатационных испытаний более 600 автомобильных двигателей с металлокерамическими поршневыми кольцами было установлено, что их износостойкость выше, чем у чугунных колец, в 1,5 и более раза, а износ стенок цилиндровых гильз ниже на 30 % при вдвое уменьшен ном расходе масла. Металлокерамические кольца успешно применяются в автомобилях ВАЗ и МЗМ. В компрессорах с такими кольцами показатели поизносостонкости и расходу масла оказались значительно лучше, поскольку условия их работы менее тяжелые по сравнению с автомобильными двигателями.

Однако, несмотря на отличные характеристики колец из металлокерамики, путь к их внедрению был нелегким. Это обусловлено отсутствием в то время высокоточного технологического оборудования, специального режущего инструмента, должной культуры производства и квалифицированных кадров.

И вот недавно ЗАО «Промхолод» освоил выпуск металлокерамических уплотнительных и маслосъемных колец для поршневых компрессоров (рис. 1 и 2).

Рис. 2. Металлокерамические маслосъемные кольца для холодильных поршневых компрессоров

Технологический процесс их изготовления делится на два этапа. На первом этапе из смеси порошков путем прессования, спекания и отжига в специальных вакуумных печах получают полуфабрикат - заготовки поршневых колец. На втором этапе их подвергают механической обработке с помощью сверхтвердых режущих инструментов на высокоточных станках с числовым программным управлением.

Поршневые металлокерамические кольца соответствуют Техническим условиям УЗ-05-203 92775-472-96.

Кольца прошли сертификационные испытания и имеют украинский сертификат соответствия.

При всех высоких эксплуатационных характеристиках стоимость металлокерамических поршневых колец ниже стоимости чугунных.