无弹簧气阀的原理及其应用

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发表于 2013-12-24 12:53 |只看该作者 |倒序浏览

无弹簧气阀的原理及其应用

压缩机主轴的旋转运动通过曲轴连杆机构转换为活塞的往复运动，活塞往复运动的速度和加速度都是周期性变化的，周期性变化的频率是压缩机的转速。气体从吸气阀进入气缸，经压缩后从排气阀排出气缸，直到膨胀过程，气体产生的速度受活塞速度的控制。气体分子具有质量，以一定的速度运动也就有惯性，其在活塞速度的控制下以一定的速度进入气缸，或者以一定的速度排出气缸，气体的流动除符合热力学和动力学外，也符合牛顿第一定律。用牛顿惯性定律来研究活塞式压缩机的工作和气阀的工作原理，提高压缩机的效率，是符合自然科学的做法。
无弹簧气阀的工作原理。气体从吸气阀进入气缸，经压缩后从排气阀排出气缸，不断受活塞速度的影响，气体吸入和排出气缸符合牛顿第一定律。为了阀片关闭时气体不倒漏，无弹簧气阀在升程限制器上钻有孔直接通往阀片背面，气流通过它推动阀片关闭，气阀没有弹簧，这是无弹簧气阀与传统气阀的不同之处。
吸气阀工作原理，无弹簧吸气阀原理如图1所示。当气缸内压力微小于吸气腔内压力时，阀片开启。阀片开启后，随着气流速度的加快，只有气体流经阀座通道、阀隙通道、升程限制器通道有流动损失，此流动损失可以用压缩机的有关资料估算，此损失很小，可以忽略不计。当活塞到达止点时，从阀隙通道经升程限制器通道进入气缸的气体，因吸气过程中产生的速度继续进入，不能立即倒回，阻止气缸内气体向吸气腔内倒漏，气缸内气体只能通过升程限制器上通往阀片背面的孔，推动阀片关闭，气体不会倒漏。阀片关闭后在其两侧压力差作用下严密不漏。阀片从开启到关闭的时间比现有传统气阀的长得多，吸入气量也比现有传统气阀的大得多，用无弹簧气阀的压缩机效率高。由于气阀无弹簧，阀片开启快，关闭也快，对升程限制器和阀座的冲击大，钢阀片无法使用；为了减轻阀片对升程限制器和阀座的冲击，只能用工程塑料制造阀片，气阀才能长周期使用。

排气阀工作原理，无弹簧排气阀原理如图2所示。当气缸内压力微大于排气腔内压力时，阀片开启。阀片开启后，随着气流速度的加快，只有气体流经阀座通道、阀隙通道、升程限制器通道有流动损失，此流动损失可以用压缩机的有关资料估算，此损失很小，可以忽略不计。当活塞到达止点时，从阀隙通道经升程限制器通道排出气缸的气体，因排气过程中产生的速度继续进入，不能立即倒回，阻止排出气体向吸气缸内倒漏，排出气体只能通过升程限制器上通往阀片背面的孔，推动阀片关闭，同时活塞开始回转产生的吸力吸引阀片关闭，气体不会倒漏。阀片关闭后在其两侧压力差作用下严密不漏。阀片从开启到关闭的时间比现有传统气阀的长得多，排出气量也比现有传统气阀的大得多，用无弹簧气阀的压缩机效率高。由于气阀无弹簧，阀片开启快，关闭也快，对升程限制器和阀座的冲击大，钢阀片无法使用；为了减轻阀片对升程限制器和阀座的冲击，只能用工程塑料制造阀片，气阀才能长期运行。

当气体上进下出，或者倾斜上进下出，阀片重力与进气方向一致，情况比较复杂。为了无弹簧气阀能够用于绝大多数压缩机，在无弹簧气阀的升程限制器上增设弹簧安装孔，装上弹簧。将弹簧刚度设计得很小，弹簧力只足够支撑阀片重力和泄漏试验就行，不可太大。因气阀弹簧力很小，工作过程中，阻力损失很小，接近于无弹簧气阀，因此称之为低阻力气阀。当阀片开启后，若弹簧力小于或等于气体流经气阀的流动损失，阀片开启后就贴到升程限制器上；若弹簧力大于气体流经气阀的流动损失，阀片开启后有可能出现阀片先贴合、再离开、又再贴合升程限制器的现象。弹簧力大到一定值和现有传统气阀无多大差别。
无弹簧气阀在2Z1.75-1.55/180-200循环机上的应用。贵州省都匀市化肥厂的2Z1.75-1.55/180-200循环机气阀在使用过程中，不是断阀片就是断弹簧，气阀经常损坏,使用寿命短，一个星期到半个月不等。2Z1.75-0.44/125-200升压机是用2Z1.75-1.55/180-200循环机改造成的，气阀与循环机的通用。1989年夏开始，把2Z1.75-1.55/180-200循环机和2Z1.75-0.44/125-200升压机气阀改造成无弹簧气阀(阀片用尼龙制造，在原来的升程限制器上钻孔)，改造后的气阀使用两年以上而不损坏。