压缩机气阀研究与改造风大研究

朱建

摘 要：氣阀是压缩机运行过程中的重要组成，对压缩机的可靠性以及安全性产生至关重要的作用。在对压缩机进行研究的过程中，需要重视压缩机气阀改造分析研究工作，降低压缩机的能耗，提高压缩机的排气量，从而确保压缩机能够安全稳定运行。

关键词：压缩机气阀 改造方案 研究要点

Research on Compressor Valves and Renovation

Zhu Jian

Abstract：The air valve is an important component in the compressor operation process， which plays a vital role in the reliability and safety of the compressor. In the process of studying the compressor， it is necessary to pay attention to the analysis and research work of compressor valve modification， reduce the energy consumption of the compressor， and increase the displacement of the compressor， so as to ensure the safe and stable operation of the compressor.

Key words：compressor valve， modification plan， research points

1 引言

在压缩机运行过程中，排气量会对其产能产生直接影响，为了保证压缩机能够安全稳定运行，必须对压缩机进行研究和分析。气阀是影响压缩机性能的关键部分，对压缩机的排气量、功率以及可靠性都会产生极大影响。但是在压缩机长期运行过程中，很多企业单纯将其发作为五金件或者备件使用，并不重视压缩机气阀的改造和维护等工作。但是在技术水平不断发展的过程中，压缩机运行时间比较长，再加上企业为了降低成本，一些企业开始重视压缩机的气阀改造工作。对压缩机气阀出现故障的情况进行研究和分析，并提出可靠的改造方案，可以提高压缩机气阀的安全性。

2 压缩机运行中气阀故障与原因分析

2.1 故障分析

在某公司生产过程中，因为工艺影响，在压缩机运行中出现气阀密封不牢靠，甚至出现阀片断裂等情况，严重影响压缩机的运行效率。并且在气阀故障比较严重时，压缩机在运行一天内就出现阀片损坏，三级气阀不做工，二级排气超压，导致安全阀起跳，对压缩机的安全运行以及工艺生产产生严重威胁，并且导致能耗增加。为了保证压缩机的稳定安全运行，需要对压缩机气阀故障进行分析。

对压缩机产生故障的原因进行分析，可以发现介质、带液以及杂质比较多的情况下，都可能会导致气阀在活塞的反向时出现延迟关闭，这会导致阀片撞击速率增加，气阀泄漏风险加大，很容易使阀片撞击速率超出标准值，导致压缩机阀片出现疲劳损坏问题。原气阀的阀座以及阀盖结构是以钻孔设计为主的，杂质以及带液的排出不畅通，会导致原气阀出现堵塞情况，并对气流的流通面积产生影响，使阀片撞击速率进一步加剧，从而使气阀出现疲劳损坏。原气阀结构在利用注塑成型网状工艺制造时，冲击强度相对较低，焦炭杂志在阀片以及阀座密封面不断积聚，会导致气阀的密封性受到影响，最终导致气阀出现疲劳损坏问题。这就需要对原气阀进行仿真模拟与阀片撞击速率校核实验，才能根据实验结果对压缩机气阀进行改造设计[1]。

2.2 原气阀仿真模拟校核过程

在对原气阀故障进行仿真模拟校核时，需要从以下方面出发保证原气阀仿真模拟校核结果的可靠性：第一，对原一级网状气阀进行仿真模拟测试并完成阀片撞击校核。在对原一级进排气阀进行仿真模拟测试以及阀片撞击校核时，可以发现原一级进气阀弹簧比较强，但是因为杂质、带液的影响，阀片存在延时关闭的可能性。在阀片弹簧比较弱的情况下，气阀会出现延迟关闭，阀片在180度曲柄转角后会处于关闭状态。这是因为活塞换向进入到压缩行程内。气流速度加快，会导致阀片撞击速率增加，原一级进气阀撞击速率为1.1m/s，排气阀撞击速率为1.55m/s，这与气阀设计要求相符合。从这一方面进行分析，可以发现气阀延迟关闭是导致阀片出现提前疲劳损坏的重要原因。第二，原二级网状气阀仿真模拟测试以及阀片撞击校核过程。在对原二级进排气阀进行仿真模拟测试以及阀片撞击校核时，可以发现原二级进排气阀的弹簧比较弱，很容易出现气阀延迟关闭问题。在阀片180度曲柄转角后处于关闭状态。活塞换向进入到压缩行程内，气流加速会导致阀片的撞击速率加快。第三，原三级网状气阀仿真模拟测试与阀片撞击校核实验。在开展原三级进排气阀仿真模拟测试以及阀片撞击校核后，可以发现原三级进排气阀弹簧也相对较弱，气阀在延迟关闭的状态下，在180度曲柄转角后关闭。活塞换向同时进入到压缩行程内，气流也会出现加速状态，导致阀片撞击速率加快。这时，排气阀的撞击速率会达到PEEK阀片允许的理论极限值，从而导致阀片出现疲劳损坏问题。

3 压缩机气阀改造方案

3.1 改造方案

为了保证压缩机气阀结构的安全性以及稳定性，防止排气阀撞击速率达到PEEK理论允许的极限值，需要对压缩机气阀结构进行改造设计。主要从以下方面出发，保证改造设计的可靠性：第一，对气阀结构进行设计时，需要根据具体的工况对弹簧强度进行合理设计，同时要完成模拟实验过程。这样才能够减少阀片出现撞击的次数，降低阀片的撞击速率，防止气阀出现延迟关闭情况，延长气阀的使用寿命。第二，对气阀结构进行改造。在对原有气阀进行仿真模拟以及校核实验时，可以发现原气阀都是以网状气阀为主的，这种形状的阀门结构本身存在一些缺陷。例如网状阀孔结构中，杂质很容易堵住阀片，影响气阀的使用性能。而将网状气阀改造为环状阀具有较强的应用优势。因为利用环状阀能够加大流通面积，将平面密封改造为锥面线密封，能够提高整个气阀的密封性能。同时可以增加气体导流，减少杂质在阀面的积聚程度，延长气阀的使用寿命，保证其使用性能。第三，对阀片制造工艺进行改造。原有的气阀制造工艺是以直接注塑成型工艺为主的，所生产的网状阀片交织比较多，并且原料的流动性相对较差，熔合性也比较差，熔合点强度相对较低。这些缺点都会影响气阀的使用性能。而将制造工艺改造为原料板材车床铣制加工方式，能够有效解决熔合点强度比较低的问题，增加阀片强度，延长阀片的使用寿命[2]。

3.2 改造技術特点

对压缩机气阀进行改造设计后，需要将原有气阀与现有的气阀进行对比分析，探讨两种气阀的技术特点以及对比结果：首先，网状气阀在应用过程中主要是以阀片的边缘以及阀座的密封面接触密封的，但是阀片的边缘存在应力比较集中的问题，气流通过网状气阀时，会通过阀座、阀片以及阀盖这三个通道形成两个90度，相邻的通道之间气流存在对撞问题，这时，阀片处于垂直受力状态，会导致阀片损伤加剧。而改造设计后所形成的环状阀片，采用的是锥面线密封，可以防止阀片边缘出现疲劳断裂问题。同时弧面环状气阀因为其通道是流线型的，阀片受到的损坏比较小，气流在撞击阀片时，受力损失也相对较小，能够提高气阀本身的流通性能，从而降低压缩机的排气温度。其次，弧面环状阀的技术特点。弧面环状阀的阀座以及阀环能够形成流线型通道，具有较强的流通性。这种流线型通道可以减少气阀损失，并且能够达到节能、降低排气温度的目的。该环状阀的密封性能也比较良好，具有较强的抗液击、抗油粘特性。杂质在阀面以及流线型通道内不容易积聚，在对阀环运动进行设计时，采用的是导向设计方法，能够减少阀环出现的倾侧运动，从而延长气阀的使用寿命。并且所使用的弹簧也比较粗壮，具有较强的可靠性，阀环受力会直接指向弧面中心，不会产生应力集中，能够防止气阀出现提前疲劳损伤。

4 改造结果分析

对压缩机气阀进行改造设计后，需要对其应用效果进行仿真模拟，才能对气阀的改造设计结果进行准确掌握。对改造设计后的压缩机气阀也要从以下三方面出发，保证校核优化结果的可靠性：第一，对改造后的一级气阀进行仿真模拟以及撞击速率校核实验。对压缩机气阀进行设计改造后，需要对改造后的一级进排气阀进行仿真模拟测试，同时要完成阀片撞击校核实验。经过实验后，可以发现改造后的一级进排气阀撞击速率降到0.75m/s，而排气阀的撞击速率降到1.1m/s，这与气阀的设计要求相符合。第二，对改造设计后的二级进排气阀进行仿真模拟以及阀片撞击校核实验，可以发现完成改造的二级进排气阀撞击速率从原来的1.6m/s降到0.95m/s，而排气阀的撞击速率也从原来的2.3米m/s降低到1.4m/s，能够达到气阀的设计要求。第三，对改造设计后的三级气阀进行仿真模拟以及阀片撞击速率实验。对改造设计完成的三级进排气阀进行仿真模拟测试以及阀片撞击校核实验，可以发现完成改造的三级进气阀撞击速率从原有的2.1m/s到现有的1.3m/s，而排气阀撞击速率由原来的3m/s降低到1.9m/s，满族气阀的设计要求[3]。

5 结语

综上所述，气阀本身是压缩机的心脏部位，气阀的安全性与使用性能会对压缩机的运行安全以及可靠性会产生直接影响。为了能够提高压缩机的使用性能，需要重视压缩机气阀改造设计工作。通过改造设计压缩机气阀，可以在极大程度上保证压缩机性能稳定，提升压缩机的运行效益。通过对压缩机气阀进行改造设计，可以发现改造完成后的压缩机气阀运行效果更优，稳定性更强，能够有效缓解压缩机气阀出现的提前疲劳损伤问题，延长压缩机气阀的使用寿命。并且改造设计后压缩机气阀都满足气阀的设计要求，能够在确保设备安全运行以及工艺生产水平的基础上，节省人力物力消耗。因此，改造后的压缩机气阀具有较强的应用价值，可以压缩机中广泛推广。

参考文献：

[1]宋荣军，张锋，刘涛.KBU/6压缩机气阀改进技术研究与应用[C]//2015年全国天然气学术年会论文集.0.

[2]庞立新.压缩机气阀故障分析与研究[J]. 内燃机与配件，2019，000（023）：160-161.

[3]王凯.压缩机气阀故障分析与研究[J].江西化工，2020，000（001）：180-181.