在典型的双作用压缩机中，活塞环用来保持每个气缸两端之间的密封状态，而支承环则用于支承活塞的重量。
对于近期运行的压缩机而言，检查气体是否通过气缸垫逸出十分重要，也就是俗称的滑移或漏气。然而，随着时间的推移，气缸垫的磨损会导致严重的气体泄漏，尤其是在气缸内径小于250毫米、应用于高压以及无润滑压缩机的情况下。
我们已知，气缸垫的漏气与活塞的配置直接相关。根据不同应用，高泄漏可能会带来无法承受的排放温度和显著减少的容积。活塞设计不佳还会导致支承环过早磨损，以及气缸垫的迅速磨损或完全失效。
严重的活塞漏气现象极为普遍，这也意味着用于确定气缸垫类型、数量和位置的传统经验方法存在问题。我们需要一种更为严谨的工程方法，将气缸垫和支承环的服务寿命以及压缩机的性能考虑在内。
为什么会发生泄漏
活塞环的端部空隙由于径向磨损而打开时，就会导致泄漏。
活塞环安装在活塞的凹槽中，保证活塞与气缸壁之间的良好密封，同时也可滑动。根据不同应用，每个活塞一般需要两到八个活塞环，通常是由PTFE或PEEK制成。在正常运行中，活塞环的表面由于与气缸套进行摩擦而磨损。为了适应磨损情况并且便于更换，活塞环的圆周上有一个切口。
全新活塞环的末端切口非常小。问题在于，磨损的活塞环为了保持与气缸壁的接触而不断扩大，这个切口就会扩大。活塞环材料不断地经由运行表面因磨损而掉落，泄漏口也逐渐扩大。
无润滑压缩机出现问题的风险更大，因为润滑油有助于密封切口，也有助于减少活塞环的磨损。活塞的高速运动和不断升高的运行压力也会加快磨损。
活塞泄漏对内径为250毫米及以下的气缸造成的影响最大。因为，磨损到一定程度后，泄漏率与气缸内径的联系是相对独立的，也就是说对于小气缸而言，这在吞吐量中所占的比例更大。
大部分活塞环只有简单的直切口或斜切口。增加压力平衡槽（图中最右）则能够通过减少活塞环与气缸套之间的平均接触压力来减少磨损。还有其他更复杂的设计也能减少泄漏，例如单作用的L形环，但由于其横截面狭窄，容易造成断裂和不均匀磨损，因此没有被广泛使用。
有切口的支承环（图中：左二）容易与气体发生反应，这也就意味着支承环上的压力差会增加对气缸垫的摩擦压力，导致严重磨损。无切口的收缩式支承环（图中：最左）不容易与气体发生反应，但更难安装。降低支承环反应风险还有一个办法，就是在支承环上加入卸压槽，消除压力差（图中：右一和右二）。
活塞泄漏的严重后果
气缸泄漏会引起的问题主要包括排放温度高、容积损失和可靠性差。
气体通过活塞环的缝隙泄漏会导致排放温度高。排放状态下的热气与吸气状态下的新鲜气体混合，升高了气体的整体温度。然后，气体再被压缩——加热——再次逸出，最终导致排放温度升高。
过高的运行温度会使润滑油变质，削弱阀板并增加磨损。因此，API 618规定氢气的每级排放温度不得超过135℃，其他气体不得超过149℃。
API压缩机被设计为在低于报警温度22°C的条件下才能运行。泄漏可能导致使排放温度上升至33°C，这将造成意外停机的巨大风险。吸气压力超过300psig（21bar[g]），压缩比超过2.5，更容易导致高温。
其他压缩机则更多是受制于容积而不是排放温度。由于活塞泄漏而造成的容积损失可达20%，这一数值在大多数情况下都是不可接受的。
活塞泄漏可能导致的第三个问题是气缸垫缺乏可靠性。气缸垫的服务寿命通常在两到五年，但磨损、挤压和破损将会缩短预期的运行时间。无论压缩机大小，在整个压力范围内都可能出现气缸垫过早失效的情况。支承环的服务寿命也会受到漏气的负面影响，致使活塞下落和压缩机停机。
建立一个更好的范例
目前，设计师依靠经验方法来确定活塞环和支承环的类型、数量和布局。贺尔碧格的经验表明，这些经验方法并不适合所有情况，至少对于小内径、高压或无润滑这类更为关键的情况而言，目前的活塞设计方法并不能带来最佳性能和可靠性。因此，我们着手建立一个气缸垫泄漏的数字建模。
该模型模拟了流过每个活塞环和支承环的流量，得出随时间变化的磨损度函数。现在，我们可以用不同参数进行模拟运行，确定可能的活塞最佳配置。经过与现场测试作比较，已经证明模拟结果是正确的。最终结果是一个易于用作常规设计的模型，其预测气缸泄漏的准确性足以在确定环形结构时产生极大影响。
结论
经过对数百台往复压缩机进行现场分析，结果表明，多达30%的工艺气体压缩机由于气缸垫泄漏而存在气体排放温度过高、严重损失容积或机械故障的风险。其中，尤其容易受影响的是：
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无润滑机器
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吸入压力超过300psig（21bar[g]）
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由于颗粒和碎片等污染造成的高磨损情况
新的活塞性能建模技术简单易操作，产生的结果与现场测量结果吻合，准确性高。在日常工程工作中，这种技术非常容易被采纳，在已知会引发问题的应用中已经可以取代传统的经验方法。
在活塞模型中，设计师能够选择活塞环和支承环的数量、类型和布局方式，在既定的服务寿命中达到最佳性能。这种设计方法在关键应用中发挥作用，带来的结果是：
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显著降低排放温度
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增加单位容积和
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显著延长气缸垫的服务寿命
来源：贺尔碧格（上海）有限公司
