往復(fù)壓縮機(jī)網(wǎng)狀氣閥的特點研究

蓋群+金鑫+張鵬飛

摘 要：氣閥是往復(fù)壓縮機(jī)重要的組成部分之一，被稱為往復(fù)壓縮機(jī)的心臟。氣閥設(shè)計合理性會直接影響往復(fù)壓縮機(jī)工作的使用壽命和工作效率。因此對氣閥的深入的研究對促進(jìn)國內(nèi)往復(fù)壓縮機(jī)的開發(fā)與發(fā)展及企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高有重要意義。本文根據(jù)網(wǎng)狀閥的工作特性，提出了一些改善往復(fù)壓縮機(jī)網(wǎng)狀閥經(jīng)濟(jì)性和可靠性的措施。

關(guān)鍵詞：往復(fù)壓縮機(jī)；網(wǎng)狀閥；措施

中圖分類號：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）10-0079-02

往復(fù)式壓縮機(jī)的氣閥分進(jìn)氣閥部件和排氣閥部件兩種，均為單向閥，由閥片、彈簧、閥座、升程限制器組成，帶有氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的吸氣閥部件則配有執(zhí)行機(jī)構(gòu)。氣閥是實現(xiàn)氣體壓縮的關(guān)鍵。本文對往復(fù)式壓縮機(jī)的氣閥部件進(jìn)行研究，然后從氣閥形式、材質(zhì)等方面對其提出一些改進(jìn)的意見。

1 往復(fù)式壓縮機(jī)氣閥經(jīng)常出現(xiàn)的問題

氣閥屬于往復(fù)壓縮機(jī)主要的易損件，現(xiàn)場經(jīng)常發(fā)生由于氣閥發(fā)生故障而引起的壓縮機(jī)無法正常工作，而氣閥出現(xiàn)故障主要由三種情況：第一種情況是由于氣閥設(shè)計的不合理，在一些大分子量介質(zhì)或復(fù)雜變工況下，氣閥受到的沖擊較大而且無規(guī)律，導(dǎo)致閥片和彈簧損壞或斷裂；第二種情況就是比較常見的問題，由于介質(zhì)不是純粹的氣體，其中含有水分、異物或油污，機(jī)組運行一段時候后，氣閥出現(xiàn)了阻塞的情況，造成氣閥的泄露；第三種情況就是介質(zhì)中含有腐蝕性介質(zhì)，對彈簧和閥片造成腐蝕，進(jìn)而影響氣閥的密封性。下面是對氣閥經(jīng)常出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析，以便有針對性的對氣閥進(jìn)行設(shè)計。

1.1 壓力異常的情況

各位置的氣閥出現(xiàn)損壞泄露或阻塞的情況都會造成不同位置氣體壓力的異常，例如本級吸氣閥泄露會出現(xiàn)本級入口壓力升高或本級排氣壓力低的情況，本級排氣閥泄露會出現(xiàn)本級排氣壓力低的情況，排氣閥阻塞會出現(xiàn)排氣壓力高的情況。所以根據(jù)壓縮機(jī)各位置的壓力指標(biāo)可以反饋出機(jī)組哪個位置的氣閥出現(xiàn)故障。

1.2 溫度異常的情況

在閥片變形、斷裂；彈簧或閥座腐蝕、破損；閥片與閥座之間附著雜質(zhì)的情況下，都會影響氣閥的密封性，進(jìn)而引起進(jìn)氣溫度或排氣溫度異常。例如進(jìn)氣閥泄露會出現(xiàn)本進(jìn)氣溫度升高，排氣閥泄露會出現(xiàn)本級排氣溫度升高，排氣閥阻塞也會造成排氣溫度升高。

1.3 出現(xiàn)進(jìn)、排氣閥彈簧的損壞

彈簧的作用主要是在氣閥吸氣過程中緩沖閥片與升程限制器的撞擊，以及氣閥排氣過程中輔助閥片自動復(fù)位并保證密封性。彈簧的損壞主要是三種情況：彈簧磨損、疲勞變形、彈簧碎斷。

彈簧的損壞會造成閥片不能有效的開啟和閉合，并影響氣閥的密封性。彈簧磨損主要是因為彈簧在彈簧孔內(nèi)無法有效定位，在彈簧壓縮過程中與彈簧孔壁產(chǎn)生摩擦造成的；疲勞變形是因為彈簧長時間受到壓縮力的作用，導(dǎo)致彈簧自由長度縮短，彈力變小。而彈簧斷裂是由于彈簧受高溫蠕變和滲碳作用可能使金相組織改變導(dǎo)致彈簧脆斷。彈簧在高溫環(huán)境、腐蝕環(huán)境，復(fù)雜工況環(huán)境下均極易發(fā)生損壞。為使壓縮機(jī)能有效正常的運行，在壓縮機(jī)小修期間必須對彈簧進(jìn)行檢查，中修或大修期間必須要更換彈簧。

1.4 氣閥閥片的損壞

閥片是氣閥的主要部分，其作用是與閥座有效貼合，形成密封結(jié)構(gòu)，阻止壓縮機(jī)進(jìn)排氣過程中氣體倒流。閥片損壞的情況主要是變形和斷裂：在高溫環(huán)境，閥片的韌性減弱，在氣流的沖擊載荷作用下最容易發(fā)生變形；閥片的損壞也和彈簧有關(guān)，彈簧的失效，導(dǎo)致閥片受力不均，沖擊變大，容易使閥片在短時間內(nèi)發(fā)生形變。閥片的斷裂一方面是由于制作閥片的材質(zhì)沒有足夠的韌性和抗疲勞的能力，在氣流沖擊和回位過程中與閥座撞擊力作用下發(fā)生斷裂，或是在復(fù)雜變化的工況下，閥片受力不均造成斷裂，另一方面是介質(zhì)中水含量過高，在壓縮機(jī)壓縮過程中出現(xiàn)液擊，將閥片擊碎。閥片發(fā)生故障則無法保證氣閥的正常開啟與閉合，因此會造成工藝介質(zhì)的倒流和泄漏，碎裂的碎片還會進(jìn)入氣缸內(nèi)部，對氣缸其他零件造成破壞，影響壓縮機(jī)的正常運行。

1.5 冷卻效果不理想

壓縮機(jī)正常工作時候，其排氣的溫度的高低主要是取決與壓縮機(jī)本身的冷卻效果。壓縮機(jī)工作時的排氣溫度變化一般在5℃左右。如果冷卻器出現(xiàn)故障，例如冷卻器的水管發(fā)生堵塞，冷卻水減少，帶走的熱量也隨之減少，或是冷卻器芯子發(fā)生堵塞，使得換熱面積減少，無法有效冷卻，兩種情況都會使得冷卻的效果逐漸的變差，就會導(dǎo)致排氣溫度升高，高溫環(huán)境會導(dǎo)致閥片以及彈簧受到損害。

2 往復(fù)式壓縮機(jī)的氣閥設(shè)計

2.1 氣閥形式的選擇

往復(fù)式壓縮機(jī)氣閥根據(jù)閥片形狀常見的有環(huán)狀和網(wǎng)狀的，其中網(wǎng)狀閥因為結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，應(yīng)用范圍廣而被廣泛的使用。網(wǎng)狀閥與環(huán)狀閥相比，有三種明顯優(yōu)勢：一是環(huán)狀閥由于其結(jié)構(gòu)特點，氣閥工作時內(nèi)部每一環(huán)的閥片動作不統(tǒng)一，造成氣流不穩(wěn)定；二是每一環(huán)閥片在氣閥內(nèi)部都有導(dǎo)向面，而且密封面多為斜面，閥片和密封面極易磨損，環(huán)狀閥的更換頻率增加；三是由于密封面加工復(fù)雜，要求精度較高，所以制作困難，成本高。但是網(wǎng)狀閥剛好彌補(bǔ)了環(huán)狀閥的所有缺陷，網(wǎng)狀閥閥片是整體閥片，而且閥片動作不需要導(dǎo)向面，密封面為平面，其結(jié)構(gòu)特點減少了閥片的磨損，以及閥片運動過程中對密封面的損傷，而且結(jié)構(gòu)簡單，容易加工。所以在節(jié)約成本和提高效率方面來說，氣閥的形式應(yīng)盡量采用網(wǎng)狀閥。

2.2 氣閥部件的改進(jìn)

2.2.1 閥片材質(zhì)的選擇

氣閥在正常工作狀態(tài)下，閥片不可避免的與升程限制器及閥座發(fā)生碰撞，而長期的撞擊作用下就會發(fā)生閥片的變形或損壞。因此，閥片材質(zhì)的選取至關(guān)重要。

目前閥片主要是由金屬閥片和塑料閥片兩種，而塑料閥片中，PEEK材質(zhì)的閥片具有其明顯的優(yōu)勢。

PEEK為聚醚醚酮，其熔點334℃，未增強(qiáng)PEEK的熱變溫度為135-160℃，添加玻璃纖維增強(qiáng)后長期使用溫度為250℃，短期使用溫度可達(dá)300℃。

（1）PEEK相對金屬閥片來說對腐蝕性氣體有極好的耐腐蝕性，在較高的溫度下仍能保持良好的化學(xué)穩(wěn)定性；

（2）PEEK的柔韌性很好，抗疲勞性是工程塑料中最好的，與金屬閥片相比，抗拉伸、抗彎曲強(qiáng)度更高；

（3）PEEK的摩擦系數(shù)低，具有良好的耐磨性能，可在無潤滑、高溫、腐蝕工況下使用；

（4）PEEK閥片其特有的彈性變形，使氣閥在運行幾個小時后，閥片與閥座的密封面貼合更加緊密，從而達(dá)到比金屬閥片更好的密封效果。

所以PEEK材質(zhì)的閥片在壓縮機(jī)使用上最為廣泛。

2.2.2 氣閥彈簧的改進(jìn)

氣閥彈簧的選取主要是依據(jù)：氣閥所允許的壓力損失、氣閥流速、閥片的開閉角、剪切應(yīng)力、氣閥升程、彈簧壓縮量等參數(shù)的綜合考慮，彈簧的絲徑、長度、直徑都是要通過計算的，不同介質(zhì)工況，選取的彈簧也不同，所以不要盲目模糊選擇彈簧，由于彈簧在壓縮機(jī)工作過程中容易出現(xiàn)磨損，所以盡量選用錐形彈簧作為氣閥彈簧，可以有效的減少彈簧與彈簧孔之間的摩擦，從而保證氣閥彈簧的使用壽命。

2.3 熱交換器的改進(jìn)

從上述對往復(fù)式壓縮機(jī)氣閥發(fā)生問題的分析可以知道，高溫環(huán)境對氣閥使用壽命是有影響的，冷卻器通常是由工廠內(nèi)部的循環(huán)水進(jìn)行冷卻，長時間就會出現(xiàn)水垢阻塞換熱管，致使冷卻效果下降，排氣溫度過高，對閥片以及彈簧造成損害。為此，應(yīng)該要盡量的降低使用水的硬度和氯離子的含量。并且要經(jīng)常對冷卻器進(jìn)行定期檢查、排污及清洗，從而降低冷卻器的結(jié)垢現(xiàn)象，保證其熱交換效果。

3 結(jié)語

綜上所述，氣閥是往復(fù)式壓縮機(jī)至關(guān)重要的部件之一，氣閥各種故障都會導(dǎo)致壓縮機(jī)無法正常運行，判斷故障原因可以從氣體溫度、壓力、流量、噪聲、振動、氣閥運動狀況等入手進(jìn)行深入分析，這樣才能準(zhǔn)確有效的做出判斷。在設(shè)計往復(fù)式壓縮機(jī)時尤其要重視對氣閥的設(shè)計。氣閥的設(shè)計不僅要選擇合適的結(jié)構(gòu)，而且對于零件材質(zhì)的選取也要格外注意。優(yōu)質(zhì)的氣閥才會保證壓縮機(jī)的正常運行，提高生產(chǎn)效率，從而帶來企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

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