往复式压缩机维护与维修.docx

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往复式压缩机维护与维修

活塞式压缩机课件

前言（名词与术语）：

压缩机：

用来压缩气体借以提高气体压力的机械称为压缩机。

也有把压缩机称为“压气机”和“气泵”的。

提升的压力小于0.2MPa时,称为鼓风机。

提升的压力小于0.02MPa时称为通风机。

容积式压缩机：

直接依靠改变气体容积来提高气体压力的压缩机，称为容积式压缩机。

容积式压缩机有许多种结构型式。

容积流量：

容积流量在我国曾被称为排气量和输气量。

压缩机中的容积流量是指在所要求的排气压力下，压缩机单位时间内排出的气体容积，折算到进口状态，也即第一级进气接管处的压力（P）和温度（T）时的容积值。

单位：

m3/min。

标准容积流量：

标准容积流量也称供气量。

它是指压缩机单位时间内排出的气体容积量折算到标准状态之值。

标准状态有两种定义：

⑴石油化工压力1.013X105Pa（bar）、温度为0℃；

（2）空气动力压力1.013X105Pa（bar）、温度为15℃；单位：

Nm3/h。

第一章活塞式压缩机简介

一、活塞式压缩机工作原理及种类

1、工作原理：

应用曲柄连杆机构（曲轴、连杆、十字头）把驱动机原动力的旋转运动变为活塞在气缸内的往复运动，使气缸内的容积缩小（气体的体积缩小）从而提高气体压力的。

整个工作过程分吸气、压缩和排气三个过程

2、种类：

1）按工作原理分

单作用压缩机：

气体只在活塞的一侧进行压缩又称单动压缩机。

双作用压缩机：

气体在活塞的两侧均能进行压缩又称复动或多动压缩机。

多缸单作用压缩机：

利用活塞的一面进行压缩，而有多个气缸的压缩机。

多缸双作用压缩机：

利用活塞的两面进行压缩，而有多个气缸的压缩机。

2）按排气量范围分为：

微型压缩机气量≤1m3/min

小型压缩机1＜气量≤10m3/min

中型压缩机10＜气量≤100m3/min

大型压缩机气量＞100m3/min

3）按排气压力范围分为：

鼓风机排气压力≤2bar

低压压缩机排气压力2—10bar

中压压缩机排气压力10—100bar

高压压缩机排气压力100—1000bar

超高压压缩机排气压力1000以上bar

4）按气缸中心线与地面相对位置分为：

立式压缩机：

气缸中心线与地面垂直

卧式压缩机：

气缸中心线与地面平行

角度式压缩机：

气缸中心线与地面形成一定角度

a）立式压缩机：

适用小气量528、529、Z2.5

b）卧式压缩机（三种）:

卧式、对称平衡式、对置式

卧式压缩机：

气缸在曲轴一侧适用小型压缩机P2.5

对称平衡式:

气缸分别布置曲轴两侧,在两个主轴承之间相对列气缸中心线夹角180度。

使用普遍，特别适用于大中型往复式压缩机。

对置式：

气缸分别布置曲轴两侧，但相邻两列曲轴错角不为180度，可分为两种形式：

一种是两侧气缸中心线在同一直线上。

另一种是气缸中心线不在一直线。

主要用于超高压压缩机。

c）角度式：

W型夹角60度、V型90度、L型90度、扇型40度。

用于中小型压缩机。

二、活塞式压缩机特点：

主要优点：

1）压力范围最广。

活塞式压缩机从低压到超高压都适用，目前工业上使用的最高工作压力达350MPa，实验室中使用压力则最高。

2）效率高。

由于工作原理不同，活塞式压缩机比离心式压缩机的效率高得多。

而回转式压缩机由于高速气流阻力损失和气体内泄漏等原因，效率亦较低。

3）适应性强。

活塞式压缩机的排气量可在较广泛的范围内进行选择。

主要缺点：

1）外形尺寸和重量较大，需要较大的基础。

2）气流有脉动和易损件较多。

三、活塞式压缩机的型号

——

差异：

用字母、数字表示

压力：

用数字表示

公称容积流量：

用数字表示，单位m3/min

特征：

用字母表示

结构：

用字母表示

1、结构：

如下表

结构代号

结构代号的涵义

V

V型

W

W型

L

L型

S

扇型

X

星型

Z

立式（气缸中心线均与水平面垂直）

P

卧式（气缸中心线均与水平面平行，且气缸位于曲轴同侧）

M

M型

H

H型

D

两列对称平衡型

DZ

对置型

ZH

自由活塞型

ZT

整体型摩托压缩机

2、特征

特征代号

代号的涵义

W

无润滑

WJ

无基础

D

低噪声罩式

B

直联便携式

3、公称容积流量

型号中的公称容积流量指的是压缩机排出的气体在标准排气位置的实际容积流量，该流量应换算到标准吸气位置的全温度、全压力及组分的状态。

4、压力

吸气压力为常压时，型号中压力一项仅示出压缩机公称排气压力的表压值；增压压缩机、循环压缩机和真空压缩机均应表示出其公称吸、排气压力的表压值（当吸气压力低于常压时，则以真空度表示，同时其前冠以负号），且吸、排气压力之间以符号“-”隔开。

5、差异：

为了便于区分容积式压缩机品种，必要时可以使用型号的最末项“差异”，但应避免全面全部由数字表示。

6、示例：

4M80-50/11.5-93-BX型

4：

代表压缩机列数（2、4、6）

M：

代表压缩机形式（D、M、L、P、DZ）

80:

代表压缩机承载能力（80T）

50：

代表进口状态下的排气量m3/min

11.5:

代表进气压力bar（g）

93:

代表排气压力bar（g）

BX:

代表引进技术

四、活塞式压缩机的结构

1、辅机部分：

缓冲器、冷却器、分离器、过滤器、安全阀、稀油站、注油器及管路

作用：

是保证压缩机正常运行所必需的。

2、驱动机：

电动机。

3、主机部分

主机部分由机身、中体、气缸、缸套、曲轴、连杆、十字头、十字头滑道、十字头销、活塞杆、刮油环、填料、活塞、活塞环、缸盖、气阀等组成

1）、机身与中体

机身、中体统称为机体，它包括机身、中体、机座、曲轴箱、中间接筒，端接筒等部件。

作用：

1是作为传动机构的定位和导向部分。

2是压缩机承受作用力的部分。

压缩机中的作用力基本上分为两大类内力和外力。

内力是气体压力，作用在活塞和气缸盖上。

内力的传递，一方面是通过活塞、曲柄连杆机构传递到主轴承和滑到上，另一方面通过缸体传递到机体上，并在主轴承和滑道上保持平衡。

外力是运动部件的质量惯性力，外力的传递是由传动部件经过机体上的主轴承、滑道传递到机体外部。

3是作为气缸的承座并联接某些辅助部件。

一般采用高强度灰铸铁（HT20-40）铸成一个整体。

机身与中体（滑道）有整体式和分体式。

整体式保证了机身与中体的几何精度要求，同时也提高了机器的刚性和强度，加大了机器的承载能力，机器运转安全、平稳性有了可靠的保证。

分体式，两者之间用凸台定位并用法兰连接，靠机械加工精度来保证主轴与滑道的垂直度，但由于加工水平所限，以及机械零件在包装运输过程中可能产生的磨损变形，所以尚须进行滑道和主轴垂直度的测量和调整。

一个机身单元为2D型，两个机身组成为4M型，三个机身组成6M型。

2）、曲轴

曲轴是往复式压缩机的主要部件之一，传递着压缩机的全部功率。

其主要作用是将电动机的旋转运动通过连杆改变为活塞的往复直线运动。

曲轴在运动时，承受拉、压、剪切、弯曲和扭转的交变复合负载，工作条件恶劣，要求具有足够的强度和刚度,主轴颈与曲轴销足够的耐磨性。

故曲轴一般采用40、45或50号优质碳素钢锻造。

曲轴有两种基本形式，即曲柄轴和曲拐轴。

曲柄轴结构，连同电机轴一起，一般只有两个主轴承，对于支撑偏斜较不敏感，便于曲轴安装。

曲柄轴连杆结构比较简单，便于安装，但机器比较笨重，基础庞大，只能用于卧式，一般用于微型压缩机或超高压压缩机。

曲拐轴压缩机可以实现对称平衡式、角式、立式等结构形式，使压缩机结构紧凑，重量轻；另外采用曲拐轴的压缩机，在气缸列数设置方面几乎不受限制，便于满足流程要求。

压缩机曲轴通常都设计成整体式，在个别情形也可把曲轴分成若干部分分别制造，然后用热压配合、法兰、键销等永久或可拆卸的联接方式组装成一体，构成组合式曲轴。

如潍坊生建造的6MD32（3）C-187/0.25～156压缩机用的就是组合式曲轴，采用带键联轴器联接。

现在大型压缩机曲轴采用无油孔设计（采用反向注油方式），避免了由于加工油孔所产生的应力集中现象（曲轴断裂均发生在油孔处），彻底杜绝了曲轴断裂的发生。

曲轴与电机的连接采用刚性直联，曲轴的法兰与电机轴的法兰是通过连接螺栓连接。

3）、连杆

连杆是曲轴与活塞间的连接件，它将曲轴的回转运动转化为活塞的往复运动，并把动力传递给活塞对气体做功。

连杆包括连杆体、连杆小头衬套、连杆大头轴瓦和连杆螺栓。

连杆体在工作时承受拉、压交变载荷，故一般用优质碳素钢（如35、40、45号钢）锻造或用球墨铸铁（如QT40－10）铸造，杆身多采用工字形截面且中间钻一长孔作为油道，连杆与大头瓦盖用螺栓进行连接。

小头衬套一般采用铝合金、铜合金或钢浇注巴氏合金等制造。

4）、十字头

十字头是连接活塞与连杆的零件，它具有导向作用。

十字头按十字头体与滑履的联接方式分为整体式和分开式两种。

对于小型压缩机的十字头一般做成整体的，对于大中型压缩机则常采用分开式结构。

整体式的十字头磨损后，十字头与活塞杆的不同轴度增大，不能调整，而分开式则恰恰相反。

十字头与连杆的联接分为闭式和开式两种。

开式结构连杆小头处于十字头体外，这种连杆的重量较大，只有少数立式或V型压缩机采用这种结构。

闭式十字头连杆与十字头采用十字头销连接，应用比较广泛。

十字头按于活塞杆的联接形式分为螺纹连接、法兰连接、联轴器联接、楔联接四种。

十字头体的主要尺寸一般可以按下表进行选择。

活塞力

P（吨）

主要尺寸（mm）

D

L

B

1

130

100

60

2

160

120

90

3.5

200

150

120

5.5

240

200

140

8

280

280

160

12

320

360

190

16

360

400

220

22

420

480

250

32

500

550

320

45

540

600

360

注：

P：

最大活塞力（吨）；D：

十字头滑履直径；L：

十字头长度；B：

十字头宽度；

十字头销常见的有圆锥形、圆柱形。

常见十字头销的直径如下表：

活塞力P（吨）

1

2

3.5

5.5

8

12

16

22

32

45

十字头销直径

d（mm）

35

40

55

70

80

100

120

140

170

220

十字头的材料一般采用铸铁（HT20-40）或铸钢。

十字头销一般采用20钢或20Cr钢，表面经过渗碳、淬火处理。

下面常用的活塞杆与十字头液压联接简图：

活塞杆与十字头连接靠液压紧固工具实现（非螺纹连接），由于无螺纹避免了加工螺纹产生的应力集中现象，保证了活塞杆与十字头连接的可靠性，同时也杜绝了活塞杆断裂事故的发生。

5、气缸部件

气缸是活塞式压缩机中组成压缩容积的主要部分，一般采用铸铁、铸钢或锻钢制造，有的气缸为了避免气缸工作表面的磨损，采用缸套，一般采用优质的材料制成。

6、气阀

气阀是压缩机的重要部件之一。

它的正常工作才能保证压缩机实现吸气、压缩、排气、膨胀四个工作过程。

气阀性能的好坏，直接影响到压缩机的制冷量和功率消耗。

阀片的寿命更是关系到压缩机连续运转期限的重要因素。

7、活塞部件

活塞部件是活塞、活塞杆、活塞环等的总称。

活塞组在连杆的带动下，在气缸内作往复运动，在气阀部件的配合下完成吸入、压缩和输送气体的作用。

活塞的基本结构形式有：

筒形、盘形、级差式、组合式、柱塞等。

1）筒形活塞一般用于小型无十字头压缩机，通过活塞销与连杆联接。

2）盘式活塞用于低、中压气缸，为减轻重量，一般铸成空心的，两个端面之间用加强筋联接，增加刚性。

3）级差式活塞用在串联两个以上压缩级的级差式气缸中，可以由两个盘式、组合式活塞联接组成，连接方式有平面移动联接、双球型关节联接等。

4）隔距环组合型活塞，因为在高压气缸中，活塞环的径向厚度t与它的直径D的比值比一般情况下取的大，所以在装配活塞环的时候容易发生活塞环断裂，所以将活塞制造成有隔距环的组合型活塞，隔距环的两个断面都要经过研磨。

5）柱塞，当活塞直径很小时，采用活塞环密封在制造上有困难，制造成不带活塞环的柱塞结构。

密封一种是采用柱塞与气缸之间的细小间隙和柱塞上环槽所造成的曲折密封，另一种靠填料密封。

活塞杆与活塞的连接通常采用圆柱凸肩连接和锥面连接。

8、轴承与轴瓦

9、填料部件

四、活塞式压缩机的主要用途

1、动力（军工）用压缩机：

压缩介质为空气：

提供驱动各种风动机械、风动工具，排气压力7-15bar。

用于控制仪表及自动化装置，排气压力6bar。

用于医药、油田、军工等，排气压力10—400bar。

2、化肥（气体合成及聚合）用压缩机：

在化学工业中，将气体压缩至高压，利于合成及聚合。

1）氮氢气压缩机（氮与氢合成氨）：

由煤或天然气为原料的：

进气压力0.26bar,最终排气压力314bar（六-七级）

单机:

0.5万吨/年产合成氨:

4M8-36/320型氮氢气压缩机

1万吨/年产合成氨:

4M20-75/320型氮氢气压缩机

2万吨/年产合成氨:

4M40-148/320-BX型氮氢气压缩机

4万吨/年产合成氨:

6M50-340/320-BX型氮氢气压缩机

2）二氧化碳气压缩机（二氧化碳气与氨气合成尿素）：

一般进气压力0.26bar,最终排气压力152—210bar（四—五级）

4M40-163/152-BX、4M40-148/161-BX型等

3）甲醇压缩机（氢与二氧化碳合成甲醇）

一般进气压力25bar,最终排气压力52—127bar

3、石油化工用压缩机：

在石化行业，采用人工方法把氢气加热、加压后与石油反应，能使碳氢化合物的重组份裂化成碳氢化合物的轻组份。

如重油的轻化、润滑油（汽、柴）加氢精制等。

1）80、100、120、140、160、200万吨/年产加氢裂化装置中：

4M50-33.7/11-192-BX型新氢压缩机

4M50-36/11-192-BX型新氢压缩机

4M80-47.4/11-192-BX型新氢压缩机

2）40、80、100、120、330万吨/年产加氢精制装置中：

4M80-36/22-93-BX型新氢压缩机

4M80-50/11.5-93-BX型新氢压缩机

3）40、60、100万吨/年产催化重整装置中：

4M40-139/2-8-50/8-25-BX型重整压缩机

4M40-157/2.3-8.8-57.6/8.1-25.5-BX型重整压缩机

第二章活塞式压缩机检修

一、气阀

气阀一般由阀座、阀片、弹簧、生成限制器、压盖、螺栓等零部件组成。

通过阀片两端的压力差以及弹簧力来进行开启和关闭。

气阀是影响压缩机长周期运行的重要因素，一般是压缩机更换最频繁的部件。

对气阀的要求一般1是弹簧和阀片的使用寿命要长；2是气体通过气阀的能量损失要小；3是气阀要具有良好的密封性；4是气阀的开启和关闭要灵敏迅速，要达到完全开启；5是气阀的余隙容积要小，提高效率。

气阀的结构形式一般分为环阀（环状阀和网状阀）、孔阀（杯状阀、菌状阀、碟形阀）、直流阀等。

气阀使用的材料：

一般阀片使用1Cr13、2Cr13、3Cr13、1Cr18Ni9Ti等，也有使用聚醚醚酮（PEEK）树脂等工程塑料的，但在压缩机高压段的活门上我们没有用过，我们一般用在一、二、三段活门上，价格比较高，但使用效果好，周期长。

阀座材料一般有铸铁、锻钢等，弹簧一般采用锥型弹簧。

气阀一般运行三个月左右要进行一次针对性的检查，主要针对压缩机中间段的出口进行气阀检修时，如气阀压盖有顶丝，应首先把顶丝松开，然后拆压盖螺栓（要保留对角两个螺栓螺母不被完全拆下，待撬开压盖，确认气缸内没有残余压力后再拆掉剩余螺母），取下压盖及活门压套，利用专业工具拉出活门，进行检查。

所有气阀在安装前都要用水试漏，确认不漏的再进行安装。

活门故障产生的原因及造成的影响见下表。

故障分类

产生的原因

在运行中的表现

处理办法

活门片损坏

1.活门片材质有问题；2.活门片使用时间长，疲劳损坏；3.异物损坏

1.活门压盖温度偏高2.上一段气缸出口压力偏高3.打气量降低4.活门有异常响声（三种情况下的活门响声不一样，另外不同压缩机、不同材质的活门片的响声也有区别）

倒车更换活门

阀座密封面损坏

1.活门内进异物造成损坏2.活门片损坏

倒车更换活门

活门垫子坏

1.活门垫片老化2.活门垫片压偏

倒车更换活门垫子

螺栓断

1、螺栓预紧力过大2.气体不纯造成腐蚀断裂3.疲劳断裂

1.如进入气缸会造成气缸内有撞击声，应立即停机；2、如进入缓冲器会造成缓冲器内有异响，应进行倒车检查。

弹簧损害

1.弹簧疲劳断裂

如长时间损坏有可能造成活门片损坏，或弹簧把阀座密封面损坏。

倒车更换活门

活门顶丝松

1.顶丝背冒松动2.顶丝螺纹或压盖螺纹损坏

1.活门有吹哨声2.入松的厉害活门有撞击声

1.及时复紧顶丝2.如复紧无效果尽快联系倒车处理

阀座破裂

1.顶丝松造成活门撞击损坏2.活门铸造缺陷

1.活门有撞击声2.如进入气缸会有撞缸声

应立即停机处理

二、活塞部件的检修

活塞部件包括活塞、活塞环、活塞杆、活塞背帽。

检查活塞，拆缸头时要注意留两个对角螺栓，防止气缸内有残余气体将缸头打出。

1、活塞的检修

常用的活塞材料为铸铝合金ZL-3、ZL-10、ZL-108、合金灰口铸铁HT21-40、HT24-44、球墨铸铁等，中大型活塞也有用铸钢或低碳钢焊接的。

1.1对活塞的技术要求：

（1）活塞、活塞环表面表面应光滑，无磨损、划伤、裂纹、变形及铸造、机加工等缺陷。

活塞外圆的表面粗糙度不应低于Ra3.2

（2）活塞圆柱度不能低于8级精度。

（3）活塞外圆轴心线对活塞杆孔轴心线的同轴度应大于7级精度。

（4）与活塞杆配合的支撑端面对活塞杆孔轴心线的垂直度不低于6级精度。

（5）活塞环槽面对活塞杆孔轴心线的垂直度应不低于5级精度。

（6）活塞环在活塞槽内应活动自如，有一定的胀力，用手压紧时，活塞环应全部埋入环槽内，并应比活塞表面低0.5～1.0mm。

（7）活塞与活塞杆凸肩，活塞与活塞螺母接触面积大于70%，且均匀分布。

1.2活塞与气缸的间隙应符合设计要求，或符合下式算得的数值：

铸铁活塞为（0.8～1.2）D%mm，铸铝活塞为（1.6～2.4）D%mm。

（D为气缸直径）如无设计值时参下表。

气缸内径

极限间隙

气缸内径

极限间隙

≤100　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

0.9

＞400～450

3.50

＞100～150

1.20

＞450～500

4.00

＞150～200

1.50

＞500～550

4.50

＞200～250

1.80

＞550～600

4.90

＞250～300

2.20　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

＞600～650

5.40

＞300～350

2.50

＞650～700

5.90

＞350～400

3.00

2、活塞环

活塞环是密封气缸镜面和活塞间的缝隙的零件，对活塞环的基本要求是密封可靠和耐磨性，活塞环的开口通常有直口、斜口、搭口等形式。

活塞环的损坏形式一般有磨损、折断或丧失弹性。

活塞环的材质一般有合金铸铁、球墨铸铁，也有聚四氟乙烯、石墨、特殊青铜等材料的。

铸铝活塞一般没有托瓦，其它活塞一般还有托瓦装置，有的活塞外面镀巴氏合金，也有的托瓦与活塞环材质一致。

2.1根据活塞环的使用和性能要求，对活塞环的技术要求如下:

（1）活塞环外圆锐角倒成小圆角，内圆锐角倒成45度角。

（2）活塞环应具有良好的正圆度，用灯光检查时，活塞环在气缸内的透光长度不得超过气缸周围长度的1/6，允许漏光间隙不大于0.08mm，漏光点不能多于两处。

（3）活塞环端面应该平整并于外圆面垂直。

（4）活塞环的外径表面粗糙度一般采取Ra1.6。

（5）活塞环的外表面上不应有裂纹、气孔、夹杂物、疏松和毛刺等缺陷，环口端面上，不应有径向，在环的圆面上不应有轴向划痕。

2.2

活塞环安装时，相邻两活塞环的搭接口应错开120°，且尽量避开进气口。

活塞环、导向环置于活塞中，其热胀间隙（接口间隙及侧间隙）应符合设计要求，如无设计值时参照下表。

单位：

mm

气缸直径

组装间隙

极限间隙

接口间隙

侧间隙

接口间隙

侧间隙

≤100

0.4

0.03～0.05

2.5

0.15

＞100～150

0.5

0.04～0.06

2.5～3.0

0.15

＞150～200

0.8

0.05～0.07

3.5

0.15

＞200～250

1.0

0.05～0.07

4.0

0.20

＞250～300

1.2

0.06～0.09

4.5

0.20

＞300～350

1.4

0.06～0.09

5.0

0.20

＞350～400

1.6

0.07～0.10

5.5

0.20

＞400～450

1.8

0.07～0.10

6.0

0.20

＞450～500

2.0

0.09～0.12

6.5

0.20

＞500～550

2.2

0.09～0.12

7.0

0.20

＞550～600

2.4

0.09～0.12

7.5

0.25

＞600～650

2.6

0.09～0.12

8.0

0.25

＞650～700

2.8

0.09～0.12

8.0

0.25

3、活塞杆

活塞杆的常用材料35#钢、45#、40Cr、38CrMoAlA、3Cr13等。

活塞杆的检修应注意下列情况：

（1）活塞杆做无损探伤检查，不得有裂纹及其它缺陷。

（2）活塞杆表面应光滑，无纵向划痕、镀层脱落等缺陷，表面粗糙度为Ra0.8

（3）活塞杆直线度公差值为0.06mm/m，最大不大于0.1mm/m。

（4）活塞杆椭圆度公差小于0.2mm

（5）用盘车检查活塞杆的摆动量应小于0.1mm/m

四、填料

填料的种类很多，有单一一种材质的，也有各种材质组合的，我以M-53/0.5-220型二氧化碳压缩机四五段填料更换作为例子与大家共同学习一下。

填料共六盒。

1、第一盒如下图，由阻流环、密封环、弹簧压环、弹簧、节流套、支撑环组成。

阻流环为铜整体环，两个密封环为铜三瓣，节流套为PEEK，支撑环为铜整体环。

2、第二盒填料由阻流、密封环、弹簧压环、弹簧组成，其材质与第一盒相同。

3、第三、四、五、六盒填料相同，由阻流环（铜）、密封环1（PEEK整体密封环）、密封环2（聚四氟乙烯密封环，锯一开口，其外圆有弹簧槽，用弹簧勒紧）、弹簧压环与其他相同。

4、在填料装配是应注意下面几点：

（1）填料盒的密封面要经过精细研磨，使相邻两盒密封面的结合率邀高于96%，所有填料盒研磨完毕后要摞在一起，用煤油进行试漏，保证所有填料盒的结合面无泄漏。

（2）所有阻流环有内圆定位和外圆定位两种，采用外圆定位的其于活塞杆的间隙控制在0.5~0.6mm，采用内圆定位的与活塞杆的间隙控制在0.25~0.35mm。

（3）PEEK密封环不能锯成开口的，然后用弹簧勒紧，