小型制冷壓縮機(jī)閥片防失效技術(shù)研究進(jìn)展

趙洋 張子祺 汪超 石里明 楊蕎慧

1.中家院（北京）檢測(cè)認(rèn)證有限公司 北京 100176；

2.中國(guó)家用電器研究院 北京 100037

0 引言

壓縮機(jī)作為熱泵空調(diào)、制冷器具的核心零部件，其可靠性對(duì)整機(jī)產(chǎn)品的運(yùn)行安全和性能有著舉足輕重的意義。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年我國(guó)制冷壓縮機(jī)銷售規(guī)模約為5.0億臺(tái)，近3～4年來增長(zhǎng)率穩(wěn)定在6%以上，其中應(yīng)用于家用空調(diào)熱泵及制冷器具產(chǎn)品較多的類型為活塞式和滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式，二者銷售規(guī)模均已突破2.3億臺(tái)，占?jí)嚎s機(jī)總體銷售量的98%以上[1]，巨大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模將對(duì)壓縮機(jī)可靠性提出更高的要求。通常壓縮機(jī)故障多由氣閥引起，其故障率占?jí)嚎s機(jī)總故障數(shù)的60%以上[2]，國(guó)內(nèi)學(xué)者進(jìn)一步針對(duì)氣閥失效原因及種類進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)機(jī)械故障發(fā)生率遠(yuǎn)高于工藝漏洞，其中排氣閥故障率比吸氣閥高10.3%～13.0%，同時(shí)由于閥片損壞和變形引起的氣閥故障率高達(dá)52.6%以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于彈簧失效、密封墊斷裂、頂絲松動(dòng)、壓筒以及卸荷器失效等故障[3-4]，由此可見，閥片的可靠性將直接影響壓縮機(jī)乃至整機(jī)的安全和性能。另一方面，目前在壓縮機(jī)上應(yīng)用的氣閥種類包括環(huán)狀閥、網(wǎng)狀閥、條狀閥、舌簧閥、蝶閥和直流閥等，其中在中小型壓縮機(jī)中最常見且研究較多的為環(huán)狀閥和舌簧閥[5]，而由于兩者設(shè)計(jì)原理和結(jié)構(gòu)差異，導(dǎo)致環(huán)狀閥更多的應(yīng)用于中型、排量較大和半封閉式壓縮機(jī)中，而在小型化、高速化和全封閉式壓縮機(jī)中，應(yīng)用較為廣泛的是舌簧閥，另外，通常使用環(huán)狀閥的壓縮機(jī)余隙容積會(huì)略大于使用舌簧閥的壓縮機(jī)，這也將會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致前者的排氣量略低于后者。目前針對(duì)閥片防失效方面的主要研究思路包括正向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、故障診斷以及材料選擇等幾個(gè)方面，本研究將對(duì)現(xiàn)階段主流的閥片防失效技術(shù)進(jìn)行綜述，旨在為行業(yè)的技術(shù)發(fā)展以及新產(chǎn)品的研發(fā)應(yīng)用提供指引。

1 壓縮機(jī)閥片正向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)研究進(jìn)展

1.1 運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究

了解閥片的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是結(jié)構(gòu)改進(jìn)的前提，在這一領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外的研究成果頗豐，大多數(shù)的研究思路均是基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（Computational Fluid Dynamics，簡(jiǎn)稱CFD）方法研究通過閥片的流體流場(chǎng)以及閥片本體的運(yùn)動(dòng)特征，方法多為理論計(jì)算和數(shù)值模擬的方式，所常用的軟件為MATLAB、VC++、FLUENT、ANSYS、ADINA、COMSOL-Multiphsis等[6]。韓寶坤等采用CFD方法下的FLUENT模擬往復(fù)壓縮機(jī)吸氣閥流場(chǎng)分布，得出0.178 mm的舌簧閥在防振顫損壞和提升整機(jī)性能方面具有一定優(yōu)勢(shì)[7]。梁曉瑜等基于RNG k-ε模型構(gòu)建線性壓縮機(jī)閥片的紊動(dòng)射流模型并采用FLUENT進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)射流沖擊閥片后可在活塞腔中心區(qū)形成兩個(gè)對(duì)稱的旋渦，同時(shí)兩個(gè)渦流的大小具有一定的差異，如圖1所示，因此可以得出閥片在工作過程中沿閥片寬度方向開啟高度不同，即閥片除豎直運(yùn)動(dòng)外還有小幅度的左右振顫，這對(duì)于閥片在沿寬度方向上的剪切應(yīng)力設(shè)計(jì)有著一定的指導(dǎo)意義[8]。江志農(nóng)等通過進(jìn)行三維流場(chǎng)仿真的方式得出往復(fù)壓縮機(jī)調(diào)節(jié)裝置背壓以及復(fù)位彈簧剛度對(duì)吸氣閥片回撤速度和沖擊的影響[9]。王楓等以上述類似方法對(duì)舌簧排氣閥部分進(jìn)行研究，給出了通過優(yōu)化流通截面比和閥片行程提高壓縮機(jī)可靠性的思路[10]。鄧文娟等以Workbench軟件對(duì)排氣閥片的運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行模擬，建立了閥片厚度、流通面積以及疲勞壽命三者的關(guān)系[11]。除此之外，近年來國(guó)內(nèi)外關(guān)于閥片運(yùn)動(dòng)規(guī)律方面還有大量研究，其中具有代表意義的文獻(xiàn)如表1所示。

圖1 不同入口速度下吸氣閥的射流速度場(chǎng)三維流線圖[8]

表1 國(guó)內(nèi)外閥片運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究結(jié)果

從表1內(nèi)容可以看出當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)于壓縮機(jī)閥片運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究主要集中在沖擊力分布、沖擊速度、振顫幅度、彈簧應(yīng)力影響、吸排氣壓力影響以及配套部件尺寸影響等方面。歸結(jié)來看，閥片本身的動(dòng)態(tài)模型較為復(fù)雜且受限因素較多，但目前的研究維度通常較為單一，如何從多維度綜合考慮閥片運(yùn)動(dòng)規(guī)律和壽命情況將是未來研究的關(guān)鍵性問題。

1.2 壓縮機(jī)閥片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通常對(duì)于壓縮機(jī)閥片結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)均是以運(yùn)動(dòng)規(guī)律和力學(xué)模型為前提，同時(shí)輔之以實(shí)驗(yàn)研究的方法，在這方面壓縮機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的研究成果居多，三洋壓縮機(jī)有限公司采用了公理設(shè)計(jì)（Axiomatic Design，簡(jiǎn)稱AD）的方法將閥片和閥孔作為一個(gè)整體系統(tǒng)進(jìn)行研究，并采用CAD建模驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)閥片性能和可靠性的提升[32]。珠海格力電器股份有限公司基于動(dòng)力學(xué)仿真對(duì)閥片變形段長(zhǎng)度、厚度和腰寬進(jìn)行設(shè)計(jì)并分析了三者的運(yùn)動(dòng)速度和沖擊應(yīng)力之間的關(guān)系（見圖2，其中，t為閥片厚度，l為閥片長(zhǎng)度），可以看出，在其他參數(shù)不變的情況下閥片越薄、越長(zhǎng)，在相同速度下所受到的沖擊應(yīng)力越大，因此在不考慮閥片制造成本的前提下，閥片設(shè)計(jì)思路宜向短而厚的方向靠攏，以便增加閥片的可靠性[33]。西安慶安制冷設(shè)備股份有限公司在兼顧壓縮機(jī)性能的同時(shí)對(duì)閥片厚度和升程進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)閥片采用較小的升程以及較大的厚度有利于減小振動(dòng)和噪聲，提高壓縮機(jī)可靠性[34]。

圖2 閥片不同厚度、不同變形段長(zhǎng)度下沖擊速度與應(yīng)力關(guān)系[33]

在科研學(xué)者方面，吉江等使用數(shù)值模擬的方法針對(duì)直線壓縮機(jī)閥片剛度進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)剛度越大越容易發(fā)生振顫，而剛度越小則容易發(fā)生延遲關(guān)閉的現(xiàn)象[35]。吳斌等通過數(shù)值計(jì)算的方式研究了相同的閥片在不同排量壓縮機(jī)的兼容性情況，發(fā)現(xiàn)閥片的運(yùn)動(dòng)速度受到差異的影響較小[36]。此外，文獻(xiàn)[37-38]還給出了關(guān)于網(wǎng)狀閥閥片的一些設(shè)計(jì)思路和計(jì)算方式。在國(guó)外研究方面，F(xiàn)eng Wang同樣采用了公理設(shè)計(jì)的方法提出采用增大孔口和倒角、降低升程進(jìn)而改變閥片形狀的方式達(dá)到在保證流動(dòng)系數(shù)的同時(shí)降低閥片磨損的目的，如圖3所示，從圖3中可以推斷采用頭部異型的閥片有利于增大閥片與孔口的接觸面積，有效降低閥片的升程，通過實(shí)驗(yàn)表明采用異型閥片后沖擊速度降低了39%，沖擊應(yīng)力也大幅降低，這對(duì)于傳統(tǒng)形狀舌簧閥片的重新設(shè)計(jì)有著一定指導(dǎo)意義[39]。Yun Ki Kwon等通過有限元分析的多次迭代，得到理論上具有固有頻率和最佳應(yīng)力分布的設(shè)計(jì)形狀，保證了閥片靈活性和可靠性[40]。Junghyoun Kim等使用ADINA軟件進(jìn)行固流耦合分析證明閥片本身的固有頻率對(duì)動(dòng)態(tài)特性有較大影響，并通過改善吸氣舌簧閥的長(zhǎng)度、寬度、閥頭半徑以及厚度使沖擊力降低了15%以上[41]。

圖3 閥片改善前后磨損[39]

Andreas Egger等提出了基于仿真響應(yīng)建模和多響應(yīng)優(yōu)化對(duì)吸氣閥片設(shè)計(jì)和系統(tǒng)匹配的方法，如圖4所示，該方法較為全面的考慮了在閥片正向設(shè)計(jì)過程中的結(jié)構(gòu)因素、運(yùn)行因素以及擾動(dòng)因素等對(duì)于可靠性和整體系統(tǒng)的綜合影響，同時(shí)還通過該方法對(duì)比了在1500 r/min～5000 r/min轉(zhuǎn)速下各優(yōu)化設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)[42]。Jairo Aparecido Martins等使用X射線衍射和有限元分析方式研究了不同加工工藝對(duì)舌簧閥機(jī)械強(qiáng)度的影響[43]。另外，文獻(xiàn)[44-46]也分別針對(duì)閥片厚度、幾何變化、限位器、閥座等設(shè)計(jì)分析了閥片的可靠性和疲勞特性。

圖4 優(yōu)化相關(guān)系統(tǒng)因素和響應(yīng)概述[42]

從上述研究成果可以看出，對(duì)于閥片可靠性和壽命影響較多的因素包括：閥片外形尺寸（按研究數(shù)量依次排序?yàn)椋汉穸?、頭部曲率和形狀、長(zhǎng)度、寬度）、剛度、氣閥其他組件（主要為閥座、彈簧和限位器）、壓縮機(jī)工況（主要為壓機(jī)吸排氣壓力、轉(zhuǎn)速）等，更多的研究是建立在保持或提升性能的基礎(chǔ)上提升閥片的強(qiáng)度，因此可以推斷今后的研究及發(fā)展方向應(yīng)是更多考核閥片設(shè)計(jì)對(duì)于壓縮機(jī)乃至制冷系統(tǒng)整體的可靠性以及性能的綜合影響。

2 壓縮機(jī)閥片故障診斷技術(shù)研究進(jìn)展

壓縮機(jī)閥片故障診斷技術(shù)的發(fā)展對(duì)判斷及改善壓縮機(jī)壽命同樣作出有力支撐，通常閥片的故障診斷步驟可以分為信號(hào)（特征）提取與分析，和故障分類與診斷兩個(gè)步驟，其原理在于通過提取壓縮機(jī)閥片振動(dòng)規(guī)律、缸內(nèi)壓力或噪聲信號(hào)并使用FFT（Fast Fourier Transform，傅里葉變換）、VMD（Variational Modal Decomposition，變分模態(tài)分解）、HHT（Hilbert-Huang Transform，希爾伯特-黃變換）、LCD（Local Characteristic-scale Decomposition，局部特征尺度分解）、LMD（Local Mean Decomposition，局部均值分解）、EMD（Empirical Mode Decomposition，經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解）以及小波變換等技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，進(jìn)而使用SVM（Support Vector Machines，支持向量機(jī)）和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方式對(duì)故障進(jìn)行分類和判定，另外，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，深度自學(xué)習(xí)技術(shù)也被不斷應(yīng)用到閥片故障診斷當(dāng)中。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者在這一領(lǐng)域已有大量的研究成果，張玉龍等采用了SAX（Symbolic Aggregate approXimation，符號(hào)聚合近似算法）故障特征提取的方法結(jié)合SVM進(jìn)行了訓(xùn)練分類，結(jié)果表明這種方式較之基于信息熵的特征提取方式有更高的診斷準(zhǔn)確率[47]。丁承君等建立了基于PSO（Particle Swarm Optimization，粒子群優(yōu)化）的RBF（Radial Basis Function）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)閥片診斷機(jī)制，同時(shí)以其對(duì)比了使用小波包分級(jí)和BP（Back Propagation）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷，發(fā)現(xiàn)該方法具有較高的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性[48]。毛偉通過AR功率譜估計(jì)、EMD、小波包等降噪手段獲取氣閥撞擊升程限制器和閥座沖擊的異常信號(hào)特征[49]。舒悅等研究了使用LMD提取環(huán)狀氣閥振動(dòng)信號(hào)及故障特征的方法，并給出了閥片斷裂、彈簧失效等故障的信號(hào)特征，如圖5所示，從中可以看出使用LMD分解提取的PF分量在不同類型的故障下產(chǎn)生了明顯的差異，其特征參數(shù)作為判斷氣閥故障類型具有比較高的準(zhǔn)確度和實(shí)踐意義[50]。王金東等使用了VMD進(jìn)行振動(dòng)信號(hào)的分解、改進(jìn)度熵對(duì)原序列進(jìn)行粗?；治?，同時(shí)利用極限學(xué)習(xí)機(jī)對(duì)故障類型進(jìn)行識(shí)別，提升了診斷的準(zhǔn)確性[51]。魏中青等通過使用MLE（Maximum Likelihood Estimation，極大似然估計(jì)）閾值規(guī)則結(jié)合小波特征提取技術(shù)實(shí)現(xiàn)了閥片弱沖擊信號(hào)的獲取以及故障的早期預(yù)警[52]。馬海輝等進(jìn)一步將1D-CNN（一維卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）應(yīng)用于閥片診斷，其流程如圖6所示，該方法通過將樣本從時(shí)域轉(zhuǎn)化至頻率并進(jìn)一步分類至“訓(xùn)練集”和“測(cè)試集”，達(dá)到了深度自學(xué)習(xí)和訓(xùn)練調(diào)整模型的目的，該方法也是人工智能技術(shù)在閥片診斷領(lǐng)域的一次探索，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該方法達(dá)到了100%的診斷準(zhǔn)確率[53]。除此之外，國(guó)內(nèi)一些碩博論文[54-57]也分別從信號(hào)獲取、分解和處理以及故障分類等方面進(jìn)行了詳盡的研究和技術(shù)創(chuàng)新。在國(guó)外文獻(xiàn)方面，對(duì)于故障信號(hào)的研究也屢見不鮮，Qiang Qin等通過波形匹配將振動(dòng)信號(hào)與差分進(jìn)化算法優(yōu)化的參數(shù)化波形進(jìn)行匹配來提取特征，展示了該技術(shù)在處理小樣本問題方面的優(yōu)勢(shì)[58]。同樣的，關(guān)于小樣本處理方面，Houxi Cui等也驗(yàn)證了使用信息熵以及SVM方法具有良好的準(zhǔn)確度[59]。Y.F. WANG等利用了AE（Acoustic Emission，聲發(fā)射）技術(shù)獲取壓縮機(jī)閥片運(yùn)行過程中的壓力信號(hào)，借此判別閥門早期的閥盤破裂、變形和泄漏等故障[60]。在故障分類和預(yù)訓(xùn)練領(lǐng)域，Van Tung Tran等提出使用一種混合深層信息網(wǎng)絡(luò)，包含了用于預(yù)訓(xùn)練的受限波爾茲曼機(jī)深度信息網(wǎng)絡(luò)和用于故障分類的模糊ARTMAP（Adaptive Resonance Theory Map，自適應(yīng)共振理論映射）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[61]。另外，從預(yù)測(cè)角度，文獻(xiàn)[62]通過推導(dǎo)計(jì)算閥片平移和旋轉(zhuǎn)二維運(yùn)動(dòng)方程的方式預(yù)測(cè)了閥片的壽命和性能；從監(jiān)測(cè)角度，文獻(xiàn)[63-64]通過監(jiān)測(cè)氣缸壓力、吸排氣溫度等參數(shù)來確定閥片和閥門的磨損以及彈簧退化程度。

圖5 用LMD方法分解氣閥故障信號(hào)[50]

圖6 1D-CNN 故障診斷流程圖[53]

綜合來看，國(guó)內(nèi)外對(duì)于閥片故障診斷的研究呈多樣化發(fā)展，其研究的核心點(diǎn)通常在于信號(hào)及特征的獲取、處理和分析方式，以及故障的判定和分類技術(shù)，且隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，自學(xué)習(xí)式的故障預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率均高達(dá)95%以上，早期的故障預(yù)測(cè)也將變得愈發(fā)成熟。

3 壓縮機(jī)閥片材料研究進(jìn)展

壓縮機(jī)閥片材料一直以來都被國(guó)內(nèi)壓縮機(jī)生產(chǎn)企業(yè)認(rèn)為是“卡脖子”問題之一，該材料生產(chǎn)技術(shù)一直被Sandvik和Voestalpine兩家廠商壟斷，二者近年來分別生產(chǎn)的Freeflex和Flap-X閥片鋼材料強(qiáng)度可以達(dá)到2000 MPa以上，與此同時(shí)還可以維持6%以上的延展率，是高溫工況壓縮機(jī)閥片的優(yōu)選材料。對(duì)于我國(guó)而言，受限于材料應(yīng)用市場(chǎng)較小以及開發(fā)成本較高等方面的原因，在這一領(lǐng)域的研究相對(duì)比較滯后，然而隨著近年來各科研領(lǐng)域愈發(fā)重視對(duì)“卡脖子”技術(shù)的攻關(guān)，行業(yè)龍頭企業(yè)及科研學(xué)者也更加重視壓縮機(jī)閥片材料研究工作。

在金屬材料研究方面，黃石東貝電器股份有限公司對(duì)比了不銹鋼731、不銹鋼716、“15N20”“Sandvik 20C”作為閥片材料使用時(shí)的差異情況，通過實(shí)驗(yàn)證明了不銹鋼731和不銹鋼716在改變閥片形狀的前提下可以作為“Sandvik 20C”的代替材料，并保證壓縮機(jī)COP和可靠性不下降[65]。梅先松等研究了“Sandvik 20C”與“Sandvik 7C27Mo2”兩種閥片鋼，指出在較高或較低的溫度時(shí)宜選用“Sandvik 7C27Mo2”材料來保證機(jī)械強(qiáng)度[66]。付玉彬等研究了高碳鋼閥片的金相組織和顯微硬度，研究表明閥片中含有的非金屬成分分布不均勻是材料性能下降和閥片失效的原因之一，另外閥板顯微硬度也不宜明顯高于閥片[67]。Yuan Ma等使用“Sandvik 7C27Mo2”代替原有材料進(jìn)行R744往復(fù)壓縮機(jī)排氣閥片可靠性實(shí)驗(yàn)研究（見圖7），使得閥片的壽命大幅延長(zhǎng)[68]。Guo Cai Chai等對(duì)比了Sandvik HiflexTM、AISI 420以及AISI 1095作為閥片材料時(shí)的性能表現(xiàn)，指出Sandvik HiflexTM材料在抗拉強(qiáng)度、延展性方面具有明顯優(yōu)勢(shì)[69]。

圖7 原有和重新設(shè)計(jì)的閥片斷裂情況[68]

Abdullah Can Altunlu等研究不同鋼材中C、Si、Mn、P、S、Cr、Mo的比例以及成分差別對(duì)閥片強(qiáng)度的影響，同時(shí)將不同材料（碳鋼、不銹鋼、高階不銹鋼）閥片的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行對(duì)比，證明了在沖擊速度14 m/s以下時(shí)，不銹鋼具有比較明顯的可靠性優(yōu)勢(shì)[70]。類似地，Michele Libralato等研究了不同材料吸氣閥片在不同沖擊速度下的壽命情況，同時(shí)證明了硝化會(huì)大幅降低在高速?zèng)_擊下的閥片壽命[71]。

在非金屬方面，當(dāng)前研究較多的為PEEK（聚醚醚酮）材料或基于PEEK進(jìn)行改進(jìn)的材料，其中上海海立電器有限公司提出了一種變剛度閥片，由7C不銹鋼和PEEK閥片組合構(gòu)成，如圖8所示，得益于PEEK材料的低硬度和高阻尼，使閥片在保持既有性能的同時(shí)其沖擊力和噪聲得以降低，同時(shí)使用雙層閥片的設(shè)計(jì)方式也給同行業(yè)設(shè)計(jì)人員提供了一定思路[72]。黃石東貝電器股份有限公司對(duì)PEEK排氣閥片壓縮機(jī)進(jìn)行了500 h壽命、2000 h高溫以及20萬(wàn)次開停實(shí)驗(yàn)，證明了PEEK材料排氣閥片破裂的時(shí)間相比金屬閥片提升了60%以上[73]。杭州錢江壓縮機(jī)有限公司研究了碳纖維復(fù)合閥片材料的強(qiáng)度、噪聲等關(guān)鍵問題，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該材料應(yīng)用時(shí)可以保證與Sandvik金屬閥片達(dá)到相同的強(qiáng)度和COP，同時(shí)噪聲值降低4 dB[74]。D.ARTNER等研究了包括PEEK材料在內(nèi)的三種閥片材料在-100℃～300℃下的剪切模量變化以及微觀斷裂形式，證明了PEEK材料的強(qiáng)度在150℃以下時(shí)具有一定的優(yōu)勢(shì)[75-76]。另外，還有較多類似文獻(xiàn)[77-79]均論述了PEEK材料在作為閥片材料使用時(shí)的可靠性以及性能優(yōu)勢(shì)。除了關(guān)于材料本身的研究，還有部分文獻(xiàn)在材料的處理工藝方面給出了一定思路，文獻(xiàn)[80-81]分析了閥片鋼在淬火、回火和球化退火后的力學(xué)特性以及微觀組織，研究指出在不同的工藝溫度下材質(zhì)本身屬性差距較大，并在此基礎(chǔ)上通過實(shí)驗(yàn)給出了較為合理的工藝溫度。加西貝拉壓縮機(jī)有限公司研究了滾拋工序?qū)Ρ鋲嚎s機(jī)閥片的影響，得出結(jié)論為閥片滾拋處理后的疲勞壽命約為滾拋前的5倍，而其微觀組織不會(huì)發(fā)生明顯變化（見圖9），分析其原因在于拋光工藝有利于將閥片各直角和微型凸起轉(zhuǎn)化為圓弧狀，增加本體的平整程度，進(jìn)而有利于解決閥片在工作過程中的受力不均等問題，避免閥片從應(yīng)力集中點(diǎn)發(fā)生損壞[82]。文獻(xiàn)[83-84]進(jìn)一步分析了金屬閥片鍍層（Ni-P/Ni-SiC）對(duì)閥片本身壽命的影響，給出了鍍層與閥片耐腐蝕性、綜合硬度以及脈沖電流等方面的變化規(guī)律。

圖8 雙層閥片在閥座中位置[72]

圖9 閥片滾拋前后顯微組織[82]

總體來看，當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)于壓縮機(jī)閥片材料的研究已比較充分，其發(fā)展方向越來越趨向于使用非金屬材料代替現(xiàn)有金屬材料，諸多文獻(xiàn)也已表明非金屬材料在滿足硬度和性能要求的前提下，對(duì)于壓縮機(jī)噪聲水平有較大的提升。而在傳統(tǒng)金屬閥片材料領(lǐng)域，我國(guó)仍需要從材料組分、加工處理工藝等方面進(jìn)一步發(fā)力。

4 結(jié)論

本次通過針對(duì)小型制冷壓縮機(jī)閥片的防失效技術(shù)調(diào)研及綜述，可以得到以下結(jié)論：

（1）在閥片運(yùn)動(dòng)規(guī)律方面，研究主要集中在沖擊力分布、沖擊速度、振顫幅度、彈簧應(yīng)力影響、吸排氣壓力影響以及配套部件尺寸影響等，但目前研究維度較為單一，欠缺綜合考慮。

（2）在閥片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，考慮的要點(diǎn)多為閥片外形尺寸（按研究數(shù)量依次排序?yàn)椋汉穸取㈩^部曲率和形狀、長(zhǎng)度、寬度）、剛度、氣閥其他組件（主要為閥座、彈簧和限位器）、壓縮機(jī)工況（主要為壓機(jī)吸排氣壓力、轉(zhuǎn)速）等。

（3）在故障診斷技術(shù)方面，其研究的核心點(diǎn)通常在于信號(hào)及特征的獲取、處理和分析，且故障早期診斷和人工智能技術(shù)的加持將成為趨勢(shì)。

（4）在閥片材質(zhì)研究方面，考慮噪聲影響越來越多的研究指向非金屬材料，而對(duì)于傳統(tǒng)金屬材料，其處理工藝也是解決閥片壽命的重要手段之一。