往复压缩机网状气阀的特点研究

盖群+金鑫+张鹏飞

摘 要：气阀是往复压缩机重要的组成部分之一，被称为往复压缩机的心脏。气阀设计合理性会直接影响往复压缩机工作的使用寿命和工作效率。因此对气阀的深入的研究对促进国内往复压缩机的开发与发展及企业经济效益的提高有重要意义。本文根据网状阀的工作特性，提出了一些改善往复压缩机网状阀经济性和可靠性的措施。

关键词：往复压缩机；网状阀；措施

中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）10-0079-02

往复式压缩机的气阀分进气阀部件和排气阀部件两种，均为单向阀，由阀片、弹簧、阀座、升程限制器组成，带有气量调节系统的吸气阀部件则配有执行机构。气阀是实现气体压缩的关键。本文对往复式压缩机的气阀部件进行研究，然后从气阀形式、材质等方面对其提出一些改进的意见。

1 往复式压缩机气阀经常出现的问题

气阀属于往复压缩机主要的易损件，现场经常发生由于气阀发生故障而引起的压缩机无法正常工作，而气阀出现故障主要由三种情况：第一种情况是由于气阀设计的不合理，在一些大分子量介质或复杂变工况下，气阀受到的冲击较大而且无规律，导致阀片和弹簧损坏或断裂；第二种情况就是比较常见的问题，由于介质不是纯粹的气体，其中含有水分、异物或油污，机组运行一段时候后，气阀出现了阻塞的情况，造成气阀的泄露；第三种情况就是介质中含有腐蚀性介质，对弹簧和阀片造成腐蚀，进而影响气阀的密封性。下面是对气阀经常出现的故障进行分析，以便有针对性的对气阀进行设计。

1.1 压力异常的情况

各位置的气阀出现损坏泄露或阻塞的情况都会造成不同位置气体压力的异常，例如本级吸气阀泄露会出现本级入口压力升高或本级排气压力低的情况，本级排气阀泄露会出现本级排气压力低的情况，排气阀阻塞会出现排气压力高的情况。所以根据压缩机各位置的压力指标可以反馈出机组哪个位置的气阀出现故障。

1.2 温度异常的情况

在阀片变形、断裂；弹簧或阀座腐蚀、破损；阀片与阀座之间附着杂质的情况下，都会影响气阀的密封性，进而引起进气温度或排气温度异常。例如进气阀泄露会出现本进气温度升高，排气阀泄露会出现本级排气温度升高，排气阀阻塞也会造成排气温度升高。

1.3 出现进、排气阀弹簧的损坏

弹簧的作用主要是在气阀吸气过程中缓冲阀片与升程限制器的撞击，以及气阀排气过程中辅助阀片自动复位并保证密封性。弹簧的损坏主要是三种情况：弹簧磨损、疲劳变形、弹簧碎断。

弹簧的损坏会造成阀片不能有效的开启和闭合，并影响气阀的密封性。弹簧磨损主要是因为弹簧在弹簧孔内无法有效定位，在弹簧压缩过程中与弹簧孔壁产生摩擦造成的；疲劳变形是因为弹簧长时间受到压缩力的作用，导致弹簧自由长度缩短，弹力变小。而弹簧断裂是由于弹簧受高温蠕变和渗碳作用可能使金相组织改变导致弹簧脆断。弹簧在高温环境、腐蚀环境，复杂工况环境下均极易发生损坏。为使压缩机能有效正常的运行，在压缩机小修期间必须对弹簧进行检查，中修或大修期间必须要更换弹簧。

1.4 气阀阀片的损坏

阀片是气阀的主要部分，其作用是与阀座有效贴合，形成密封结构，阻止压缩机进排气过程中气体倒流。阀片损坏的情况主要是变形和断裂：在高温环境，阀片的韧性减弱，在气流的冲击载荷作用下最容易发生变形；阀片的损坏也和弹簧有关，弹簧的失效，导致阀片受力不均，冲击变大，容易使阀片在短时间内发生形变。阀片的断裂一方面是由于制作閥片的材质没有足够的韧性和抗疲劳的能力，在气流冲击和回位过程中与阀座撞击力作用下发生断裂，或是在复杂变化的工况下，阀片受力不均造成断裂，另一方面是介质中水含量过高，在压缩机压缩过程中出现液击，将阀片击碎。阀片发生故障则无法保证气阀的正常开启与闭合，因此会造成工艺介质的倒流和泄漏，碎裂的碎片还会进入气缸内部，对气缸其他零件造成破坏，影响压缩机的正常运行。

1.5 冷却效果不理想

压缩机正常工作时候，其排气的温度的高低主要是取决与压缩机本身的冷却效果。压缩机工作时的排气温度变化一般在5℃左右。如果冷却器出现故障，例如冷却器的水管发生堵塞，冷却水减少，带走的热量也随之减少，或是冷却器芯子发生堵塞，使得换热面积减少，无法有效冷却，两种情况都会使得冷却的效果逐渐的变差，就会导致排气温度升高，高温环境会导致阀片以及弹簧受到损害。

2 往复式压缩机的气阀设计

2.1 气阀形式的选择

往复式压缩机气阀根据阀片形状常见的有环状和网状的，其中网状阀因为结构设计简单，应用范围广而被广泛的使用。网状阀与环状阀相比，有三种明显优势：一是环状阀由于其结构特点，气阀工作时内部每一环的阀片动作不统一，造成气流不稳定；二是每一环阀片在气阀内部都有导向面，而且密封面多为斜面，阀片和密封面极易磨损，环状阀的更换频率增加；三是由于密封面加工复杂，要求精度较高，所以制作困难，成本高。但是网状阀刚好弥补了环状阀的所有缺陷，网状阀阀片是整体阀片，而且阀片动作不需要导向面，密封面为平面，其结构特点减少了阀片的磨损，以及阀片运动过程中对密封面的损伤，而且结构简单，容易加工。所以在节约成本和提高效率方面来说，气阀的形式应尽量采用网状阀。

2.2 气阀部件的改进

2.2.1 阀片材质的选择

气阀在正常工作状态下，阀片不可避免的与升程限制器及阀座发生碰撞，而长期的撞击作用下就会发生阀片的变形或损坏。因此，阀片材质的选取至关重要。

目前阀片主要是由金属阀片和塑料阀片两种，而塑料阀片中，PEEK材质的阀片具有其明显的优势。

PEEK为聚醚醚酮，其熔点334℃，未增强PEEK的热变温度为135-160℃，添加玻璃纤维增强后长期使用温度为250℃，短期使用温度可达300℃。

（1）PEEK相对金属阀片来说对腐蚀性气体有极好的耐腐蚀性，在较高的温度下仍能保持良好的化学稳定性；

（2）PEEK的柔韧性很好，抗疲劳性是工程塑料中最好的，与金属阀片相比，抗拉伸、抗弯曲强度更高；

（3）PEEK的摩擦系数低，具有良好的耐磨性能，可在无润滑、高温、腐蚀工况下使用；

（4）PEEK阀片其特有的弹性变形，使气阀在运行几个小时后，阀片与阀座的密封面贴合更加紧密，从而达到比金属阀片更好的密封效果。

所以PEEK材质的阀片在压缩机使用上最为广泛。

2.2.2 气阀弹簧的改进

气阀弹簧的选取主要是依据：气阀所允许的压力损失、气阀流速、阀片的开闭角、剪切应力、气阀升程、弹簧压缩量等参数的综合考虑，弹簧的丝径、长度、直径都是要通过计算的，不同介质工况，选取的弹簧也不同，所以不要盲目模糊选择弹簧，由于弹簧在压缩机工作过程中容易出现磨损，所以尽量选用锥形弹簧作为气阀弹簧，可以有效的减少弹簧与弹簧孔之间的摩擦，从而保证气阀弹簧的使用寿命。

2.3 热交换器的改进

从上述对往复式压缩机气阀发生问题的分析可以知道，高温环境对气阀使用寿命是有影响的，冷却器通常是由工厂内部的循环水进行冷却，长时间就会出现水垢阻塞换热管，致使冷却效果下降，排气温度过高，对阀片以及弹簧造成损害。为此，应该要尽量的降低使用水的硬度和氯离子的含量。并且要經常对冷却器进行定期检查、排污及清洗，从而降低冷却器的结垢现象，保证其热交换效果。

3 结语

综上所述，气阀是往复式压缩机至关重要的部件之一，气阀各种故障都会导致压缩机无法正常运行，判断故障原因可以从气体温度、压力、流量、噪声、振动、气阀运动状况等入手进行深入分析，这样才能准确有效的做出判断。在设计往复式压缩机时尤其要重视对气阀的设计。气阀的设计不仅要选择合适的结构，而且对于零件材质的选取也要格外注意。优质的气阀才会保证压缩机的正常运行，提高生产效率，从而带来企业的经济效益。

参考文献

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