空調(diào)壓縮機(jī)排氣閥泄露原因的分析及改善

摘 要：渦旋壓縮機(jī)是家用空調(diào)熱泵系統(tǒng)的核心部件，排氣閥是一種單向閥，安裝在渦旋的排氣口。文章從一則實(shí)例出發(fā)，分析排氣閥的泄露通道和泄露原因，得出閥板和渦旋之間的泄露是閥泄露的主要原因，通過應(yīng)力紙實(shí)驗(yàn)和有限元分析，得出四分之三圓環(huán)設(shè)計(jì)的閥座容易引起閥板受力不均勻，閥片的強(qiáng)度不夠容易導(dǎo)致閥板排氣口的斷點(diǎn)接觸，引起閥片泄露。在上述分析的基礎(chǔ)上，提出了質(zhì)量改進(jìn)措施并取得了良好的結(jié)果。為研究排氣閥的泄露提供了有價(jià)值的參考資料。

關(guān)鍵詞：渦旋壓縮機(jī)；排氣閥；泄露；壓力；變形

1 概述

排氣閥是壓縮機(jī)的關(guān)鍵零件。閥片的泄露會(huì)引起高壓氣體回灌，使得渦旋重復(fù)壓縮，增加壓縮機(jī)的功耗，影響壓縮機(jī)的性能。同時(shí)由于重復(fù)壓縮導(dǎo)致排氣溫度上升，潤(rùn)滑油粘度降低，影響機(jī)械部件之間的潤(rùn)滑，甚至導(dǎo)致零部件的失效。所以泄露量是衡量排氣閥性能的關(guān)鍵指標(biāo)。在開發(fā)熱泵應(yīng)用渦旋壓縮機(jī)的過程中，有一款型號(hào)為HVE1的排氣閥，泄露量不滿足要求，直接影響了壓縮機(jī)的性能。

2 排氣閥泄露原因分析

HVE1閥的結(jié)構(gòu)和裝配如圖1所示。排氣閥的泄露有兩個(gè)通道，第一是閥板和渦旋之間的通道，第二是閥片與閥板之間的通道。要分析泄露形成的原因，首先要區(qū)分每個(gè)泄露通道的泄露量。在閥板和渦旋面之間放置O型密封圈，能有效排除該通道的泄露。通過該方法測(cè)試出閥的泄漏總量為34psi，閥片和閥板之間的泄漏量為7psi，閥板和渦旋之間的泄露量為27psi。由這些數(shù)值可以得出，閥板和渦旋之間的泄露通道是HVE1泄露的主導(dǎo)通道。

2.1 應(yīng)力紙測(cè)試

應(yīng)力紙（Fuji paper）可以測(cè)試接觸面的接觸應(yīng)力，是檢測(cè)應(yīng)力水平常用的工具。應(yīng)力紙一般是無色透明或白色，其表面有一種特殊的化學(xué)物質(zhì)，當(dāng)壓力紙表面承受壓力時(shí)，會(huì)顯示出深淺色標(biāo)記，顏色的深淺代表不同的應(yīng)力水平，顏色越深，接觸應(yīng)力越大。

在閥板和渦旋之間放置應(yīng)力紙，得到的顯示如圖2所示。外圈四分之三的區(qū)域顯示出深色。通過對(duì)比色卡可知，該深色區(qū)域承受的壓力在17000～20000psi。四分之一的接觸面呈淺色，即該區(qū)域接觸應(yīng)力水平很低，低于20psi，該處很有可能是一個(gè)泄露通道，閥板和渦旋之間的接觸不均勻。

2.2 有限元分析

用ANSYS軟件對(duì)HVE1做有限元分析，能準(zhǔn)確模擬閥片承受一定壓力下的變形和各部件之間的接觸狀態(tài)。閥板和渦旋之間是面接觸，且沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。閥片和閥板之間在初始狀態(tài)下也是面面接觸，但當(dāng)閥片承受壓力向下?lián)舸蜷y板的時(shí)候，閥片會(huì)向下凹，和閥板行成線接觸，如圖3所示。閥片在承受90psi恒定壓力時(shí)，閥片和閥板上的氣孔行成一圈不完整的線接觸，中間出現(xiàn)斷點(diǎn)，長(zhǎng)度分別為1.9mm和2.0mm。這就是閥片和閥板之間的泄露通道。

3 改善措施和結(jié)果

改善排氣閥的泄露，需要從上述兩個(gè)泄露通道著手。對(duì)于閥板和渦旋面之間的泄露，將閥座的四分之三設(shè)計(jì)改成了整圓設(shè)計(jì)。對(duì)于閥板和閥片之間的泄露，將閥板上排氣孔的直徑從9.5mm減小到8mm，增加閥片在閥孔位置的接觸面積。設(shè)計(jì)的新閥HVE2如圖4所示。應(yīng)力紙實(shí)驗(yàn)表面閥板與渦旋的接觸面形成了封閉的密封區(qū)域，且整圈的應(yīng)力水平均勻分布。

隨機(jī)抽取25個(gè)新閥進(jìn)行檢漏測(cè)試，平均泄露量為5.5psi，且沒有一個(gè)閥的泄漏量超過規(guī)定上限15psi，全部合格。

4 結(jié)束語

排氣閥的泄露有兩個(gè)通道，閥板和渦旋之間的泄露占主要原因。四分之三圓設(shè)計(jì)的閥座容易引起閥板和渦旋的不均勻接觸，無法形成有效密封。閥片和閥板之間的接觸是線接觸，閥片的剛度太低容易導(dǎo)致斷點(diǎn)接觸。應(yīng)力紙實(shí)驗(yàn)?zāi)苡行У卦u(píng)估閥板和渦旋之間的接觸應(yīng)力是否均勻，有限元分析能夠幫助分析閥片的變形和潛在的泄露位置。應(yīng)力紙實(shí)驗(yàn)和有限元分析能較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)閥片的泄露，為設(shè)計(jì)提供方向。

參考文獻(xiàn)

[1]暢云峰.舌簧閥片動(dòng)態(tài)響應(yīng)的有限元求解及程序計(jì)算[D].西安：西安交通大學(xué)，1986.

[2]劉瑞林.舌簧閥設(shè)計(jì)理論的探討[J].壓縮機(jī)技術(shù)，1987（2）：19-26.

[3]楊樂之，張小青.微型壓縮機(jī)舌簧閥的最佳化研究[J].流體機(jī)械，1994（9）：12-16.