氣閥的運(yùn)動(dòng)模型及其故障原因分析

李凌峰

（東北石油大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江大慶，163318）

氣閥的運(yùn)動(dòng)模型及其故障原因分析

李凌峰

（東北石油大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江大慶，163318）

氣閥作為壓縮機(jī)當(dāng)中十分重要部件，其發(fā)生損壞的概率也較大。氣閥性能性能的好壞將會(huì)直接影響到壓縮機(jī)的排氣量、及其的功率消耗以及其運(yùn)轉(zhuǎn)的性能。本文在建立了氣閥其運(yùn)動(dòng)模型的基礎(chǔ)上，對(duì)其發(fā)生故障的原因進(jìn)行了分析，為氣閥安全工作方面提供了合理的建議。

氣閥；運(yùn)動(dòng)模型；故障原因

氣閥有兩大類:一類稱為強(qiáng)制聞,它的啟閉是由專門機(jī)構(gòu)控制,而與氣虹內(nèi)壓力變化無關(guān);另一類稱為自動(dòng)闊,它的啟閉主要由氣虹和闊腔內(nèi)氣體壓力差來決定。絕大多數(shù)往復(fù)式壓縮機(jī)均釆用自動(dòng)闊,故本文只討論自動(dòng)閥。

1 氣閥運(yùn)動(dòng)規(guī)律的數(shù)學(xué)模型

際壓縮機(jī)吸排氣過程相當(dāng)復(fù)雜。其一,吸排氣過程中氣體要克服彈賛力和流動(dòng)阻力,氣缸內(nèi)的壓力不等于名義壓力;其二,吸排氣過程存在著熱傳導(dǎo),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(fù)式壓縮機(jī)周期性工作的特性,會(huì)帶來壓力脈動(dòng),使吸、排氣腔內(nèi)的壓力也有變化。因此在吸排氣過程的理論計(jì)算中,必須加以簡(jiǎn)化,假設(shè)吸排氣過程為不考慮壓力脈動(dòng)的穩(wěn)定絕熱流動(dòng)過程,這些假設(shè)與實(shí)驗(yàn)所得結(jié)論相比基本上相吻合。

基于吸排氣過程為沒有壓力脈動(dòng)的穩(wěn)定絕熱流動(dòng)過程的假設(shè),從滿足能量守恒定律的角度,利用理想氣體的一系列性質(zhì)和絕熱過程方程可推導(dǎo)建立其熱力學(xué)數(shù)學(xué)模型。當(dāng)余隙容積中的氣體膨脹,其壓力略低于吸氣腔內(nèi)的名義壓力時(shí),氣體便進(jìn)入氣虹,吸氣過程開始直到活塞運(yùn)動(dòng)到另?個(gè)止點(diǎn)。根據(jù)能量守恒定律,在整個(gè)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(duì)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(jī)理的分析

結(jié)合氣閥運(yùn)動(dòng)規(guī)律數(shù)學(xué)模型,對(duì)氣闊運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行仿真。下面針對(duì)吸氣閥的運(yùn)動(dòng)規(guī)律仿真,對(duì)氣闊常見故障的進(jìn)行分析。氣閥的闊片斷裂和閥片變形故障,在氣闊運(yùn)動(dòng)過程中體現(xiàn)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(yùn)動(dòng)規(guī)律。

氣閥彈賛在往復(fù)式壓縮機(jī)運(yùn)行過程中,彈賛剛度變化會(huì)引起閥片開啟與關(guān)閉的延遲或提前。通過吸氣闊的運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型可以知,剛度偏大就會(huì)造成閥片開啟延遲,關(guān)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(huì)造成闊片開啟提前,關(guān)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(huì)造成彈黃剛度偏軟,因此通過仿真的數(shù)學(xué)模型計(jì)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(fā)現(xiàn)，仿真的位移曲線和速度曲線與理論分析結(jié)果相符。彈簧剛度偏軟的情況下,氣閥關(guān)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(jié)論

論述了氣闊的數(shù)學(xué)模型,通過仿真計(jì)算分別對(duì)氣閥的彈黃失效和泄漏工況下故障機(jī)理進(jìn)行分析，認(rèn)為氣闊振動(dòng)具有兩個(gè)特征：一是在彈簧失效工況下,振動(dòng)信號(hào)幅度減小；二是在閥片變形或闊片斷裂的工況下,振動(dòng)信號(hào)波形復(fù)雜。

[1] 劉衛(wèi)華,昂海松,往復(fù)式壓縮機(jī)故障診斷技術(shù)中若干問題研究[J],流體機(jī)械,2003’ 31(2): 27-30

圖1 環(huán)狀閥結(jié)構(gòu)圖

[2] 孫嗣瑩,何云濤,往復(fù)式壓縮機(jī)填料密封的機(jī)械故障診斷方法[J],西安交通大學(xué)學(xué)報(bào),1996, 30(8): 51-56

[3] 劉衛(wèi)華,郁永章,往復(fù)式壓縮機(jī)故障示功圖診斷法研究[J],壓縮機(jī)技術(shù),2001,(6): 9-12

[4] 陳云,江志農(nóng),高金吉,往復(fù)式壓縮機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開發(fā)[J],壓縮機(jī)技術(shù),

李凌峰，男，1992年9月3日，東北石油大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)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(jìn)、出氣閥位移轉(zhuǎn)角曲線