随着技术的发展,压缩机有关零件的粗糙度问题也在不断演变,出现了不同的观点,探析不同的观点有益于获得该问题较为正确的认识。
  我们都知道粗糙度与光洁度的对应关系是:
  为了表述更准确和兼顾历史表述,作者在文中会交替使用粗糙度和光洁度两种说法中的一种,不至于与新国标矛盾。
  我们不妨对不同的压缩机零件粗糙度进行探究。
  1、轴瓦与轴径
  轴瓦是一种滑动轴承,轴瓦的作用是支撑轴,并使轴在润滑油的参与下,减少摩擦,减少此处产生的热量和磨损。
  过去要求轴瓦与轴的接触面积不小于80%。
  经过多年实践,人们普遍认为轴瓦间隙的测量与调整方法如下:
  即轴瓦的顶隙应为轴径的0.15%~0.2%,侧隙应为顶隙的60%~100%, 轴向间隙应为1~3mm等。表面硬度在HV40以下的铝锡合金轴瓦内表面粗糙度在国内为:Ra=0.8μm;国外轴瓦专业生产厂对轴瓦内表面加工是采用镗、拉并用,加工后的表面粗糙度一般为:Ra=0.40~0.50μm。
  也有人认为:曲轴径粗糙度应为:Ra=1.40~0.8μm。并经抛光,粗糙度降为Ra=0.1~1.2μm;轴瓦镗削后Ra=1.4~0.8μm。此处,不同的观点和不同的要求会呈现不同的状态。
  我们不妨看看以下的例子:
  潍坊钢厂氧气厂曾有一台4M12制氧空气压缩机。不知什么原因,屡次出现烧瓦现象,虽然他们进行了多次修理,但都开不起车来。他们到作者所在单位求援,作者单位派作者前去帮助解决问题。作者对已拆开的运动部件进行了一番观察分析,观看了一下主轴和轴瓦情况,觉得问题比较严重。作者回单位找了一位质量检查技师和一位机加工技师,他们也愿意同作者一起对这台压缩机进行认真的修理。我们发现该空气压缩机主轴径严重磨损,曲轴的椭圆度和圆锥度已达0.07~0.08mm,最大一主轴径椭圆度和圆锥度竟达0.17~0.18mm,粗糙度相当差。因为那时该氧气厂要供转炉炼钢车间所需的氧气,不可能更换曲轴,短期也买不到所需的曲轴,作者认为只能把死马当活马医。
  我们先从主轴径下手,决定用麻绳缠绕纱布的拉磨方法进行修理。三个人轮番拉磨,好不容易使主轴径椭圆度和圆锥度度达到0.04~0.05mm,最差的主轴径尺寸已达d-0.3mm。粗糙度达Ra 0.1~0.2μm,高于出厂值。我们并先后配好轴瓦并精心刮研。考虑到使用原厂配件时,最差主轴瓦侧隙太大,无法调小;只好把此轴承座油孔及分油管直径扩大一倍。
  经过三天三夜鏖战,终于达到可以试车的要求。开车15分钟后,厂长请我们先回去休息。他说:以前开车从未超过15秒,现在看来是没有问题了。
  另一个蹊跷轴瓦,发生在一台6M50氮氢压缩机上。该新压缩机投用不久,就发现9号轴承座烧瓦。用户换了多次轴瓦,空载开车时,还是出现烧瓦。化肥厂请制造厂的服务人员协助修理,他们换了轴瓦并刮研后检查装机。空载起动开车时,未超过10分钟就又出现烧瓦,其先后换了47付轴瓦。最后,制造商的一位技术人员说:这个轴瓦不能刮研,把压缩机找正搞好,把轴处理好后,把原厂拿来的轴瓦直接装上就行。问题就这么解决了。
  这说明新型铝合金瓦要求轴颈椭圆度和圆锥度极小,表面光洁度高,瓦口和瓦底不用修刮,瓦口间隙不用特意修刮成油楔,以便增大实际接触面积,以减小接触应力。
  其实,一般曲轴径粗糙度为:Ra=1.40~0.8μm,当于7~8级光洁度;而经合理的抛光后,粗糙度可降为Ra=0.1~1.2μm;当于8~11级光洁度。在这种情况下,配上高技术高质量的轴瓦,在压缩机找正合格的情况下,在合理磨合和合理润滑条件下,轴瓦不会出现问题。
  2、活塞杆
  活塞杆作为填充聚四氟乙烯密封件摩擦的偶件状态,在很大程度上影响填充聚四氟乙烯零件的寿命。所谓的“碳纤密封件”还需要合适的偶件才能达到长寿命或超长寿命。
  在这方面国内外的学者认识差异较大,对活塞杆的粗糙度有截然不同的说法。这些说法有些是国外供应商的说法在国内的流传。有的说气缸和活塞杆的粗糙度应达到Ra0.1~0.2;也有人说活塞杆的粗糙度不应太高,他们认为原因在于磨合时要产生预涂敷作用,在气缸和活塞杆的表面会形成预涂敷膜,以保证后续的低磨损量。
  作者认为正确的说法应是:填充聚四氟乙烯零件的摩擦偶件其粗糙度应该是越低越好,即光洁度越高越好;低的活塞杆粗糙度配粒度小的聚四氟乙烯和填充剂制成的密封件寿命会更长。
  在化工压缩机中,填料最外边几环往往是担负着密封回气腔的作用,里边填料的漏气在回气腔漏至回收管,并排到回收装置。维护好此处活塞杆的表面光洁度和密封环的状态至关重要,这几环填料的损坏会划伤活塞杆,使应该导往回收管的高压化工气体直接漏到中体,或直接漏入大气,造成化工气体严重流失并且污染环境或造成失火、中毒现象。
  所以采用抛光活塞杆,并设法维护好此摩擦面的状态就很重要。
  3、气缸
  我们不妨从一些特殊的气缸情况开始了解:
  一种特殊的气缸镜面
  人们称之为蛇皮或锉皮现象。早年作者在研制L3.5-20/7时,发现一级气缸屡次出现蛇皮镜面,为了解决这种现象,作者曾调整了活塞环的配方和活塞环的弹力数据进行试验,均不能见效。历经多次试验,并请教过国内一些顶尖的学者,他们也无能为力。后来,作者与几个技师同事研究解决该问题,作者提出了一种解决方案,但同事们不以为然。作者还是坚持试验,要求试验人员把活塞环外圆摩擦面中间切一道槽,以便储一些油。后来发现还真正解决了问题。在以后,作者也发现过,有些压缩机某级气缸会出现这种现象。
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  作者经过分析,认为是某些高速压缩机的活塞环尺寸与活塞速度不匹配,在行程中间瞬时速度峰值时,发生了极短时间的局部高温,产生了烧蚀。呈现在气缸镜面处的是直径约2~3mm的不连续浅坑,虽然不至于形成拉缸,对压缩机性能也没有明显的影响,但不好看。
  压缩机气缸的进一步探究
  压缩机的气缸镜面或缸套应是铸态材料。有些人试图用氮化钢制作压缩机缸套与PEEK活塞环配合,结果不理想。
  作者认为:用氮化钢制作压缩机缸套应该用铸态氮化钢,而轧制的氮化钢容易产生分层磨损。
  现在,有些新的材料观与经典材料观不同,它们不是轧制,而是粉末冶金、纳米粉末冶金、弹性球和弹性管类,类似于碳纳米管的聚合,这些材料在航空航天领域、军工领域不断发展。压缩机应该借鉴上述有关新材料,运用到压缩机气缸与活塞环的实践中。
  同样,作者也认为压缩机气缸镜面光洁度越高越好,高光洁度的压缩机气缸镜面,容易形成气力悬浮效果,使镜面与活塞环磨损量极小。那种认为聚四氟乙烯密封件初期在较低光洁度的气缸镜面摩擦中产生预涂覆而得到延长活塞环寿命的理论值得商榷。
  一种新的润滑理论是弹性润滑和悬浮润滑
  我们不妨从“共晶滚球”谈起,“共晶滚球”曾经风靡润滑界一段时间。虽然一段时间遭热捧和冷遇,但其不失是一种弹性润滑的创始,其打破了均质润滑的束缚。就在深圳超美科技网页上不遗余力的宣传“共晶滚球”时,刊载了北京的一位博士导师在电子显微镜下观察到:共晶滚球是一种悬浮的液体球在均质润滑剂中的存在。到底“共晶滚球”是颗粒状还是凝胶状悬浮球?对此,深圳超美科技并未深究,看来是默认了。凝胶状悬浮球不同于纳米金刚石、纳米碳化钨、纳米铜、纳米钛等微粒说,应该属于一种弹性润滑或悬浮润滑。
  为了提高压缩机气缸的耐磨性和减小摩擦力,压缩机气缸都进行珩磨用机械抛光方式提高摩擦零件的表面光洁度是最常用的技术手段,其不仅能提高表面光洁度,而且,在抛光过程中也随之产生一定的表面硬化作用。
  内燃机气缸套珩磨要求与压缩机不同,其要求呈现网纹:1、珩磨网纹在缸套中心方向的夹角120°±20°;2、微观不平度的算术平均值(Ra):对于100mm、95mm缸套平均值0.5~0.90μm范围0.4~1.0μm,对于135mm、130mm缸套平均值0.5~1.1μm范围0.4~1.1μm;3、网纹沟槽深度平均值0.0034~0.0063mm范围0.0025~0.0075mm。
  由于压缩机气缸直径大,行业普遍没有要求呈现珩磨网纹。当压缩机气缸或气缸套采用高强度铸铁时,在精磨阶段采用高硬度大目数油石,配以合适的珩磨头转速,润滑冷却合理时,气缸镜面会出现乌黑、发亮的高表面光洁度。虽然也有人提出网纹说和拉削气缸说,但主流还是普通珩磨。
  也有人提出过,珩磨气缸的最后工序应用填充聚四氟乙烯制成的磨条,以便在气缸镜面形成预涂覆聚四氟乙烯微观薄膜。这种说法坚持的时间也不长。
  4、螺杆
  螺杆压缩机转子的光洁度决定着螺杆压缩机的性能和稳定性能的持久性,螺杆转子的表面光洁度的高低程度是一种压缩机档次的象征。作者从螺杆压缩机吸气口就可以看到其光洁度如何。诸如GHH、凯撒、阿特拉斯·科普柯的转子光洁度都很好。有些螺杆压缩机主机在使用20年后,仍能保持性能的稳定。
  单螺杆压缩机的蜗杆的表面光洁度也是越高越好,高到一定程度,会抵消单螺杆空压机的抱轴现象。
  另外,JPLUS2000高效抗磨节能润滑油添加剂是一种新的润滑技术,其对于受伤的摩擦面具有一定的修复作用。作者在东风柴油机车和SS4电动机车的螺杆空压机中,多次用于修复强烈异音的空压机,收到奇异的效果。这些发生异音的螺杆空压机都是用的进口空压机油,在有些特殊工况下,还是会发生异音。只有JPLUS2000高效抗磨节能润滑油添加剂可以救赎这些空压机,否则,只好从机车上拆下,换一台备用机上去,这台机器就须返厂,这会产生品牌的负面影响,产生机会损失和机器损失。
  实际上,这是高效抗磨节能润滑油添加剂修复了螺杆压缩机的轴承,从而保护了螺杆压缩机的螺杆,使其免遭破坏。
  5、总结
  表面粗糙度对压缩机有关零件的影响主要表现在以下几个方面:
  a 表面粗糙度影响零件的耐磨性:表面粗糙度越大,表面越粗糙,配合表面间的有效接触面积越小,真实比压越大,摩擦阻力越大,磨损就越快;
  b 表面粗糙度影响配合的稳定性:对间隙配合来说,表面越粗糙,就越易磨损,使工作过程中间隙逐渐增大;对过盈配合来说,由于装配时将微观凸峰挤平,减小了实际有效过盈,降低了连接强度;
  c 表面粗糙度影响零件的疲劳强度:表面粗糙度大的零件的表面存在较大的波谷,它们像尖角缺口和裂纹一样,对应力集中很敏感,从而影响零件的疲劳强度;
  d 表面粗糙度影响零件的耐腐蚀性:粗糙的零件表面,易使腐蚀性气体或液体通过表面的微观凹谷渗入到金属内层,造成表面腐蚀;
  e 影响密封性:表面粗糙度差的零件表面之间无法严密地贴合,气体或液体通过接触面间的缝隙渗漏。