氣閥的運動模型及其故障原因分析

李凌峰

（東北石油大學機械科學與工程學院，黑龍江大慶，163318）

氣閥的運動模型及其故障原因分析

李凌峰

（東北石油大學機械科學與工程學院，黑龍江大慶，163318）

氣閥作為壓縮機當中十分重要部件，其發生損壞的概率也較大。氣閥性能性能的好壞將會直接影響到壓縮機的排氣量、及其的功率消耗以及其運轉的性能。本文在建立了氣閥其運動模型的基礎上，對其發生故障的原因進行了分析，為氣閥安全工作方面提供了合理的建議。

氣閥；運動模型；故障原因

氣閥有兩大類:一類稱為強制聞,它的啟閉是由專門機構控制,而與氣虹內壓力變化無關;另一類稱為自動闊,它的啟閉主要由氣虹和闊腔內氣體壓力差來決定。絕大多數往復式壓縮機均釆用自動闊,故本文只討論自動閥。

1 氣閥運動規律的數學模型

際壓縮機吸排氣過程相當復雜。其一,吸排氣過程中氣體要克服彈賛力和流動阻力,氣缸內的壓力不等于名義壓力;其二,吸排氣過程存在著熱傳導,氣體的溫度是變化的,氣體的比熱也是變化的;其三,由于往復式壓縮機周期性工作的特性,會帶來壓力脈動,使吸、排氣腔內的壓力也有變化。因此在吸排氣過程的理論計算中,必須加以簡化,假設吸排氣過程為不考慮壓力脈動的穩定絕熱流動過程,這些假設與實驗所得結論相比基本上相吻合。

基于吸排氣過程為沒有壓力脈動的穩定絕熱流動過程的假設,從滿足能量守恒定律的角度,利用理想氣體的一系列性質和絕熱過程方程可推導建立其熱力學數學模型。當余隙容積中的氣體膨脹,其壓力略低于吸氣腔內的名義壓力時,氣體便進入氣虹,吸氣過程開始直到活塞運動到另?個止點。根據能量守恒定律,在整個吸氣過程中,流入氣缸工作容積的氣體所具有能量,主要使得氣虹工作容積中氣體的總能量提高和消耗在氣體對活塞所做功上。因此可以建立公式(1)的壓力變化微分方程。

2 氣闊故障機理的分析

結合氣閥運動規律數學模型,對氣闊運動規律進行仿真。下面針對吸氣閥的運動規律仿真,對氣闊常見故障的進行分析。氣閥的闊片斷裂和閥片變形故障,在氣闊運動過程中體現為氣閥的泄漏,因而下面通過氣闊泄漏的仿真,來說明氣閥的閥片斷裂和閥片變形的運動規律。

氣閥彈賛在往復式壓縮機運行過程中,彈賛剛度變化會引起閥片開啟與關閉的延遲或提前。通過吸氣闊的運動數學模型可以知,剛度偏大就會造成閥片開啟延遲,關閉提前,與升程限制器的碰撞速度變小,與閥座的撞擊速度變大;剛度偏軟就會造成闊片開啟提前,關閉滯后,與升程限制器的碰撞速度變大,與閥座的撞擊速度變小。氣閥的彈簧失效故障一般會造成彈黃剛度偏軟,因此通過仿真的數學模型計算了吸氣閥彈簧剛度偏軟和正常情況下的位移曲線和速度曲線，通過研究發現，仿真的位移曲線和速度曲線與理論分析結果相符。彈簧剛度偏軟的情況下,氣閥關閉明顯滯后,開啟提前并不是很明顯；彈賛剛度偏軟后,與閥座的碰撞速度明顯變小,與升程限制器速度變化不是很明顯。

3 結論

論述了氣闊的數學模型,通過仿真計算分別對氣閥的彈黃失效和泄漏工況下故障機理進行分析，認為氣闊振動具有兩個特征：一是在彈簧失效工況下,振動信號幅度減小；二是在閥片變形或闊片斷裂的工況下,振動信號波形復雜。

[1] 劉衛華,昂海松,往復式壓縮機故障診斷技術中若干問題研究[J],流體機械,2003’ 31(2): 27-30

圖1 環狀閥結構圖

[2] 孫嗣瑩,何云濤,往復式壓縮機填料密封的機械故障診斷方法[J],西安交通大學學報,1996, 30(8): 51-56

[3] 劉衛華,郁永章,往復式壓縮機故障示功圖診斷法研究[J],壓縮機技術,2001,(6): 9-12

[4] 陳云,江志農,高金吉,往復式壓縮機組狀態監測系統開發[J],壓縮機技術,

李凌峰，男，1992年9月3日，東北石油大學機械科學與工程學院在讀本科生

Valve movement model and the cause of the problem analysis

Li Lingfeng
(College of Mechanical Science and Engineering,Northeast Petroleum University,Daqing,163318,China)

The valve as a very important part of the compressor,the damage probability is bigger also. Valve performance is good or bad performance will directly affect on the displacement compressor,and its power consumption and its operation performance.Based on the valve motion model is established on the basis of analyses the reason of the failure of,for the safety valve work provides the reasonable Suggestions.

Air valve;Motion model;The cause of the problem

圖2 進、出氣閥位移轉角曲線