往復壓縮機網狀氣閥的特點研究

蓋群+金鑫+張鵬飛

摘 要：氣閥是往復壓縮機重要的組成部分之一，被稱為往復壓縮機的心臟。氣閥設計合理性會直接影響往復壓縮機工作的使用壽命和工作效率。因此對氣閥的深入的研究對促進國內往復壓縮機的開發與發展及企業經濟效益的提高有重要意義。本文根據網狀閥的工作特性，提出了一些改善往復壓縮機網狀閥經濟性和可靠性的措施。

關鍵詞：往復壓縮機；網狀閥；措施

中圖分類號：TH122 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）10-0079-02

往復式壓縮機的氣閥分進氣閥部件和排氣閥部件兩種，均為單向閥，由閥片、彈簧、閥座、升程限制器組成，帶有氣量調節系統的吸氣閥部件則配有執行機構。氣閥是實現氣體壓縮的關鍵。本文對往復式壓縮機的氣閥部件進行研究，然后從氣閥形式、材質等方面對其提出一些改進的意見。

1 往復式壓縮機氣閥經常出現的問題

氣閥屬于往復壓縮機主要的易損件，現場經常發生由于氣閥發生故障而引起的壓縮機無法正常工作，而氣閥出現故障主要由三種情況：第一種情況是由于氣閥設計的不合理，在一些大分子量介質或復雜變工況下，氣閥受到的沖擊較大而且無規律，導致閥片和彈簧損壞或斷裂；第二種情況就是比較常見的問題，由于介質不是純粹的氣體，其中含有水分、異物或油污，機組運行一段時候后，氣閥出現了阻塞的情況，造成氣閥的泄露；第三種情況就是介質中含有腐蝕性介質，對彈簧和閥片造成腐蝕，進而影響氣閥的密封性。下面是對氣閥經常出現的故障進行分析，以便有針對性的對氣閥進行設計。

1.1 壓力異常的情況

各位置的氣閥出現損壞泄露或阻塞的情況都會造成不同位置氣體壓力的異常，例如本級吸氣閥泄露會出現本級入口壓力升高或本級排氣壓力低的情況，本級排氣閥泄露會出現本級排氣壓力低的情況，排氣閥阻塞會出現排氣壓力高的情況。所以根據壓縮機各位置的壓力指標可以反饋出機組哪個位置的氣閥出現故障。

1.2 溫度異常的情況

在閥片變形、斷裂；彈簧或閥座腐蝕、破損；閥片與閥座之間附著雜質的情況下，都會影響氣閥的密封性，進而引起進氣溫度或排氣溫度異常。例如進氣閥泄露會出現本進氣溫度升高，排氣閥泄露會出現本級排氣溫度升高，排氣閥阻塞也會造成排氣溫度升高。

1.3 出現進、排氣閥彈簧的損壞

彈簧的作用主要是在氣閥吸氣過程中緩沖閥片與升程限制器的撞擊，以及氣閥排氣過程中輔助閥片自動復位并保證密封性。彈簧的損壞主要是三種情況：彈簧磨損、疲勞變形、彈簧碎斷。

彈簧的損壞會造成閥片不能有效的開啟和閉合，并影響氣閥的密封性。彈簧磨損主要是因為彈簧在彈簧孔內無法有效定位，在彈簧壓縮過程中與彈簧孔壁產生摩擦造成的；疲勞變形是因為彈簧長時間受到壓縮力的作用，導致彈簧自由長度縮短，彈力變小。而彈簧斷裂是由于彈簧受高溫蠕變和滲碳作用可能使金相組織改變導致彈簧脆斷。彈簧在高溫環境、腐蝕環境，復雜工況環境下均極易發生損壞。為使壓縮機能有效正常的運行，在壓縮機小修期間必須對彈簧進行檢查，中修或大修期間必須要更換彈簧。

1.4 氣閥閥片的損壞

閥片是氣閥的主要部分，其作用是與閥座有效貼合，形成密封結構，阻止壓縮機進排氣過程中氣體倒流。閥片損壞的情況主要是變形和斷裂：在高溫環境，閥片的韌性減弱，在氣流的沖擊載荷作用下最容易發生變形；閥片的損壞也和彈簧有關，彈簧的失效，導致閥片受力不均，沖擊變大，容易使閥片在短時間內發生形變。閥片的斷裂一方面是由于制作閥片的材質沒有足夠的韌性和抗疲勞的能力，在氣流沖擊和回位過程中與閥座撞擊力作用下發生斷裂，或是在復雜變化的工況下，閥片受力不均造成斷裂，另一方面是介質中水含量過高，在壓縮機壓縮過程中出現液擊，將閥片擊碎。閥片發生故障則無法保證氣閥的正常開啟與閉合，因此會造成工藝介質的倒流和泄漏，碎裂的碎片還會進入氣缸內部，對氣缸其他零件造成破壞，影響壓縮機的正常運行。

1.5 冷卻效果不理想

壓縮機正常工作時候，其排氣的溫度的高低主要是取決與壓縮機本身的冷卻效果。壓縮機工作時的排氣溫度變化一般在5℃左右。如果冷卻器出現故障，例如冷卻器的水管發生堵塞，冷卻水減少，帶走的熱量也隨之減少，或是冷卻器芯子發生堵塞，使得換熱面積減少，無法有效冷卻，兩種情況都會使得冷卻的效果逐漸的變差，就會導致排氣溫度升高，高溫環境會導致閥片以及彈簧受到損害。

2 往復式壓縮機的氣閥設計

2.1 氣閥形式的選擇

往復式壓縮機氣閥根據閥片形狀常見的有環狀和網狀的，其中網狀閥因為結構設計簡單，應用范圍廣而被廣泛的使用。網狀閥與環狀閥相比，有三種明顯優勢：一是環狀閥由于其結構特點，氣閥工作時內部每一環的閥片動作不統一，造成氣流不穩定；二是每一環閥片在氣閥內部都有導向面，而且密封面多為斜面，閥片和密封面極易磨損，環狀閥的更換頻率增加；三是由于密封面加工復雜，要求精度較高，所以制作困難，成本高。但是網狀閥剛好彌補了環狀閥的所有缺陷，網狀閥閥片是整體閥片，而且閥片動作不需要導向面，密封面為平面，其結構特點減少了閥片的磨損，以及閥片運動過程中對密封面的損傷，而且結構簡單，容易加工。所以在節約成本和提高效率方面來說，氣閥的形式應盡量采用網狀閥。

2.2 氣閥部件的改進

2.2.1 閥片材質的選擇

氣閥在正常工作狀態下，閥片不可避免的與升程限制器及閥座發生碰撞，而長期的撞擊作用下就會發生閥片的變形或損壞。因此，閥片材質的選取至關重要。

目前閥片主要是由金屬閥片和塑料閥片兩種，而塑料閥片中，PEEK材質的閥片具有其明顯的優勢。

PEEK為聚醚醚酮，其熔點334℃，未增強PEEK的熱變溫度為135-160℃，添加玻璃纖維增強后長期使用溫度為250℃，短期使用溫度可達300℃。

（1）PEEK相對金屬閥片來說對腐蝕性氣體有極好的耐腐蝕性，在較高的溫度下仍能保持良好的化學穩定性；

（2）PEEK的柔韌性很好，抗疲勞性是工程塑料中最好的，與金屬閥片相比，抗拉伸、抗彎曲強度更高；

（3）PEEK的摩擦系數低，具有良好的耐磨性能，可在無潤滑、高溫、腐蝕工況下使用；

（4）PEEK閥片其特有的彈性變形，使氣閥在運行幾個小時后，閥片與閥座的密封面貼合更加緊密，從而達到比金屬閥片更好的密封效果。

所以PEEK材質的閥片在壓縮機使用上最為廣泛。

2.2.2 氣閥彈簧的改進

氣閥彈簧的選取主要是依據：氣閥所允許的壓力損失、氣閥流速、閥片的開閉角、剪切應力、氣閥升程、彈簧壓縮量等參數的綜合考慮，彈簧的絲徑、長度、直徑都是要通過計算的，不同介質工況，選取的彈簧也不同，所以不要盲目模糊選擇彈簧，由于彈簧在壓縮機工作過程中容易出現磨損，所以盡量選用錐形彈簧作為氣閥彈簧，可以有效的減少彈簧與彈簧孔之間的摩擦，從而保證氣閥彈簧的使用壽命。

2.3 熱交換器的改進

從上述對往復式壓縮機氣閥發生問題的分析可以知道，高溫環境對氣閥使用壽命是有影響的，冷卻器通常是由工廠內部的循環水進行冷卻，長時間就會出現水垢阻塞換熱管，致使冷卻效果下降，排氣溫度過高，對閥片以及彈簧造成損害。為此，應該要盡量的降低使用水的硬度和氯離子的含量。并且要經常對冷卻器進行定期檢查、排污及清洗，從而降低冷卻器的結垢現象，保證其熱交換效果。

3 結語

綜上所述，氣閥是往復式壓縮機至關重要的部件之一，氣閥各種故障都會導致壓縮機無法正常運行，判斷故障原因可以從氣體溫度、壓力、流量、噪聲、振動、氣閥運動狀況等入手進行深入分析，這樣才能準確有效的做出判斷。在設計往復式壓縮機時尤其要重視對氣閥的設計。氣閥的設計不僅要選擇合適的結構，而且對于零件材質的選取也要格外注意。優質的氣閥才會保證壓縮機的正常運行，提高生產效率，從而帶來企業的經濟效益。

參考文獻

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