Поршневые кольца из фторопласта для компрессоров

Сухой поршневой компрессор нужен там, где в газе не допускается масло: сжатый воздух для пищевых и фармацевтических линий, азот, углекислота, технические газы. Цилиндр в таком компрессоре не смазывают, поэтому материал кольца сам создаёт тонкую плёнку переноса на зеркале и держит перепад давления между полостями. Фторопласт с наполнителем справляется с этим лучше металлов и большинства пластиков, потому что у него низкое трение по стали и он не схватывается с ней. Поршневые кольца относятся к той же группе, что и другие фторопластовые кольца на заказ, но подбор у них свой: наполнитель, зазор замка и состояние зеркала цилиндра.

Компрессор без смазки держит давление наполненным PTFE

В ступени поршневого компрессора стоит набор из нескольких поршневых колец и одного-двух направляющих. Поршневые кольца разрезные, давление газа поджимает их к зеркалу цилиндра и к стенке канавки. Направляющие кольца не держат давление: они несут вес поршня и не дают ему коснуться цилиндра. В крейцкопфных машинах есть ещё сальник штока, набранный из сегментных колец того же класса материалов.

Наполненный фторопласт выбирают для всех трёх групп. Жёсткость дают наполнители, низкое трение и химическую инертность даёт матрица PTFE. Пределы по температуре у фторопласта-4 широкие: справочное приложение к ГОСТ 10007-80 приводит рабочий диапазон от −269 до +260 °C. Для кольца на трении реальный предел ниже, его задают температура нагнетания ступени и нагрев от трения.

Чистый Ф-4 стирается быстрее композиции в десятки раз

Для поршневого кольца решающая цифра из лабораторных данных одна: композиция с коксом по стали 45 изнашивалась в 30–130 раз медленнее чистого Ф-4, а на тяжёлом режиме чистый материал прорезался раньше конца опыта (данные по композициям Ф4К20, Ф4С15 и Ф4Г). Значит, выбор для ступени компрессора идёт между наполнителями, и белое ненаполненное кольцо в комплект не попадает.

Кольцо из чистого Ф-4 иногда встречается в ремонтах как временное. На первых сотнях часов оно держит давление, затем радиальная толщина уходит, зазор в замке растёт, и производительность ступени падает. Если в образце, который вы прислали, нет признаков наполнителя (кольцо белое, мягкое, гнётся без трещин), для повтора такую марку мы не предлагаем.

Наполнитель выбирают по газу и зеркалу цилиндра

Наполнитель меняет не только износ кольца, но и износ цилиндра. Стекловолокно и бронза твёрже кокса и графита и на мягком чугунном или алюминиевом зеркале оставляют риски. Графит и дисульфид молибдена снижают трение на сухих газах, где плёнка переноса образуется плохо. Бронза отводит тепло, но в агрессивных газах исключена, а в кислороде её не ставят без прямого указания в документации изготовителя компрессора.

Доля наполнителя у поставщиков стержней гуляет на несколько процентов, поэтому в КП на кольца записывают композицию вместе с поставщиком заготовки, а таблицу выше читают как ориентир по марке. Пределы по средам и температуре задаёт сама матрица фторопласта PTFE.

Поршневое, направляющее и сальниковое кольцо несут разную нагрузку

Поршневое кольцо работает как уплотнение: на него давит перепад давления, оно прижимается к зеркалу и стенке канавки. Для него важнее всего сопротивление износу и сохранение упругости разрезного кольца. Ширину и радиальную толщину берут по канавке поршня, наружный диаметр по цилиндру.

Направляющее кольцо работает как подшипник скольжения. Давления газа оно почти не видит, зато несёт массу поршня, и удельная нагрузка у него выше. Для него берут более жёсткую композицию, часто с углеволокном или стеклом, а в замке оставляют разрез, чтобы газ не скапливался за кольцом. Когда направляющие стёрлись, поршень опускается, поршневые кольца с нижней стороны получают перегрузку и изнашиваются клином.

Сальниковые кольца штока собирают из сегментов, стянутых браслетной пружиной, и ставят парами так, чтобы одно кольцо перекрывало разрезы другого. Сегменты точат как единое кольцо, затем режут и подгоняют стыки; допуск на стык у них жёстче, чем у поршневого замка.

Зазор в замке считают по расширению фторопласта

Разрезное кольцо в горячей ступени удлиняется по окружности, а цилиндр вокруг него почти стоит на месте, и замок закрывается. Для Ф-4 справочное приложение к ГОСТ 10007-80 называет 11·10⁻⁵ 1/K на участке +50…+110 °C и 15·10⁻⁵ 1/K на участке +120…+200 °C, у стали и чугуна порядок 1,2·10⁻⁵ 1/K. Если монтажник оставил в замке зазор «на глаз», после выхода ступени на режим концы кольца упираются друг в друга, кольцо давит на зеркало и греется от трения ещё сильнее.

Пример расчёта для цилиндра Ø100 мм и нагрева кольца с +20 до +140 °C, коэффициент взят условно 13·10⁻⁵ 1/K как среднее для чистого Ф-4. Длина окружности 314 мм. Кольцо прирастает по окружности на 314 × 13·10⁻⁵ × 120 ≈ 4,9 мм, цилиндр на 314 × 1,2·10⁻⁵ × 120 ≈ 0,45 мм. Разница около 4,4 мм и есть верхняя оценка того, сколько зазора в замке съест нагрев.

У наполненных композиций коэффициент ниже, чем у чистого Ф-4, поэтому реальный зазор считают по паспорту композиции или по документации компрессора. Расчёт нужен для проверки: если в образце кольца зазор замка меньше полученной оценки для вашей марки, кольцо работало на пределе, и причина износа может быть в нём.

Форма замка и осевой зазор задают утечку и заклинивание

Прямой замок проще в изготовлении, но через него проходит больше газа. Косой замок под углом сглаживает утечку и приработку. Ступенчатый, или внахлёст, перекрывает зазор полкой и даёт наименьшую утечку, но сложнее в точении и чувствителен к правильной ориентации при сборке. В многокольцевой ступени замки соседних колец разводят по окружности.

Осевой зазор между кольцом и стенкой канавки тоже растёт с нагревом. Если его нет, кольцо зажимается в канавке, перестаёт следовать за цилиндром и стирается неравномерно. Поэтому при заказе по образцу нам нужны размеры не только кольца, но и канавки поршня: ширина, глубина и состояние стенок. Приработка зависит от зеркала цилиндра и его шероховатости под уплотнения.

Кислород, водород и сухие газы требуют отдельной оценки

Кольца для кислородного компрессора подбирают только по документации изготовителя компрессора: композиция должна быть допущена для кислорода, детали обезжиривают, а масло и смазки в контакт с кислородом не допускаются; это общий порядок подготовки уплотнений для кислорода. Такие заказы, как и кольца для водорода и горючих газов, мы принимаем только после отдельной техоценки, с документами на композицию.

Очень сухие газы, например азот после осушки, мешают образованию плёнки переноса, и износ колец на них выше, чем на атмосферном воздухе. Для таких ступеней выбирают композиции с графитом или дисульфидом молибдена и закладывают более частый контроль первой партии.

Отказ колец разбирают по фактам до заказа новых

Если новый комплект изношен быстрее прежнего, повторить заказ «такой же» значит получить тот же результат. Сначала собирают факты, затем решают, что менять: марку, зазор, цилиндр или режим. Тот же порядок годится и для рекламации изготовителю колец: он одинаков для обеих сторон.

1. Компрессор останавливают, сбрасывают давление и дают ступеням остыть; кольца снимает допущенный персонал. Сфотографируйте кольца по позициям в канавках, отметив верх и низ поршня.
2. Замерьте радиальную толщину в трёх точках и зазор в замке каждого кольца.
3. Запишите наработку в часах с момента установки и номер партии колец.
4. Запишите режим: газ, давление и температуру нагнетания ступени, влажность.
5. Осмотрите зеркало цилиндра: риски, задиры, овальность по замеру.
6. Сравните износ поршневых и направляющих колец: клиновой износ снизу указывает на направляющие.

С этими данными видно, где ошибка. Равномерный износ по всей окружности при нормальном зеркале говорит о марке или о сухом газе. Сомкнутый замок и следы перегрева говорят о зазоре. Риски на зеркале и износ, сосредоточенный в одном месте, указывают на цилиндр или на абразив в газе.

Комплект колец по образцу собирают по канавкам поршня

Для комплекта на ступень нужны: образцы колец, лучше все с одного поршня; диаметр цилиндра и его износ; ширина и глубина канавок; газ, давление и температура нагнетания; материал и состояние зеркала. Если старых колец нет, размеры восстанавливают по канавкам и цилиндру, а предположения о марке и зазоре записываются в КП отдельной строкой.

Кольца точат из стержней и трубных заготовок наполненного фторопласта на участке мехобработки, затем режут замок нужной формы. Из той же группы материалов делают и другие детали из фторопласта. Наша компания производит детали по чертежу, эскизу, фото или образцу, срок от 1 рабочего дня, в зависимости от сложности заказа.

Короткие ответы о фторопластовых поршневых кольцах

Какой фторопласт брать для поршневых колец компрессора без смазки?

Фторопластовые поршневые кольца для компрессора без смазки точат из наполненного PTFE: чаще всего это композиция с коксом Ф4К20 или с углеродом и графитом. Чистый фторопласт-4 на сухом трении изнашивается в десятки раз быстрее. Бронзу выбирают для смазываемых цилиндров, стекловолокно для направляющих колец при закалённом зеркале. Окончательную марку определяют газ, давление и материал цилиндра.

Какой зазор оставляют в замке фторопластового кольца?

Зазор в замке фторопластового поршневого кольца рассчитывают так, чтобы на рабочей температуре он не сомкнулся. Фторопласт-4 расширяется на 11–15·10⁻⁵ 1/K, сталь примерно на 1,2·10⁻⁵ 1/K. Пример: кольцо цилиндра Ø100 мм при нагреве на 120 °C прирастает по окружности примерно на 4,4 мм больше цилиндра. У наполненной марки цифра меньше и берётся из паспорта.

Нормы приведены по состоянию на октябрь 2026 года. Данные о материалах — ориентир для марок общего назначения; материал, размеры и допуски для вашего узла фиксируются в КП после технической оценки.

Почему изнашиваются направляющие кольца поршня?

Направляющие кольца поршня изнашиваются от массы поршня, перекоса, абразива в газе и шероховатого зеркала цилиндра. Когда их толщина уходит, поршень опускается и нижняя сторона поршневых колец стирается клином. Поэтому при ремонте ступени меняют поршневые и направляющие кольца вместе, а радиальную толщину направляющих замеряют при каждом плановом осмотре.