壓縮機氣閥研究與改造風大研究

朱建

摘 要：氣閥是壓縮機運行過程中的重要組成，對壓縮機的可靠性以及安全性產生至關重要的作用。在對壓縮機進行研究的過程中，需要重視壓縮機氣閥改造分析研究工作，降低壓縮機的能耗，提高壓縮機的排氣量，從而確保壓縮機能夠安全穩定運行。

關鍵詞：壓縮機氣閥 改造方案 研究要點

Research on Compressor Valves and Renovation

Zhu Jian

Abstract：The air valve is an important component in the compressor operation process， which plays a vital role in the reliability and safety of the compressor. In the process of studying the compressor， it is necessary to pay attention to the analysis and research work of compressor valve modification， reduce the energy consumption of the compressor， and increase the displacement of the compressor， so as to ensure the safe and stable operation of the compressor.

Key words：compressor valve， modification plan， research points

1 引言

在壓縮機運行過程中，排氣量會對其產能產生直接影響，為了保證壓縮機能夠安全穩定運行，必須對壓縮機進行研究和分析。氣閥是影響壓縮機性能的關鍵部分，對壓縮機的排氣量、功率以及可靠性都會產生極大影響。但是在壓縮機長期運行過程中，很多企業單純將其發作為五金件或者備件使用，并不重視壓縮機氣閥的改造和維護等工作。但是在技術水平不斷發展的過程中，壓縮機運行時間比較長，再加上企業為了降低成本，一些企業開始重視壓縮機的氣閥改造工作。對壓縮機氣閥出現故障的情況進行研究和分析，并提出可靠的改造方案，可以提高壓縮機氣閥的安全性。

2 壓縮機運行中氣閥故障與原因分析

2.1 故障分析

在某公司生產過程中，因為工藝影響，在壓縮機運行中出現氣閥密封不牢靠，甚至出現閥片斷裂等情況，嚴重影響壓縮機的運行效率。并且在氣閥故障比較嚴重時，壓縮機在運行一天內就出現閥片損壞，三級氣閥不做工，二級排氣超壓，導致安全閥起跳，對壓縮機的安全運行以及工藝生產產生嚴重威脅，并且導致能耗增加。為了保證壓縮機的穩定安全運行，需要對壓縮機氣閥故障進行分析。

對壓縮機產生故障的原因進行分析，可以發現介質、帶液以及雜質比較多的情況下，都可能會導致氣閥在活塞的反向時出現延遲關閉，這會導致閥片撞擊速率增加，氣閥泄漏風險加大，很容易使閥片撞擊速率超出標準值，導致壓縮機閥片出現疲勞損壞問題。原氣閥的閥座以及閥蓋結構是以鉆孔設計為主的，雜質以及帶液的排出不暢通，會導致原氣閥出現堵塞情況，并對氣流的流通面積產生影響，使閥片撞擊速率進一步加劇，從而使氣閥出現疲勞損壞。原氣閥結構在利用注塑成型網狀工藝制造時，沖擊強度相對較低，焦炭雜志在閥片以及閥座密封面不斷積聚，會導致氣閥的密封性受到影響，最終導致氣閥出現疲勞損壞問題。這就需要對原氣閥進行仿真模擬與閥片撞擊速率校核實驗，才能根據實驗結果對壓縮機氣閥進行改造設計[1]。

2.2 原氣閥仿真模擬校核過程

在對原氣閥故障進行仿真模擬校核時，需要從以下方面出發保證原氣閥仿真模擬校核結果的可靠性：第一，對原一級網狀氣閥進行仿真模擬測試并完成閥片撞擊校核。在對原一級進排氣閥進行仿真模擬測試以及閥片撞擊校核時，可以發現原一級進氣閥彈簧比較強，但是因為雜質、帶液的影響，閥片存在延時關閉的可能性。在閥片彈簧比較弱的情況下，氣閥會出現延遲關閉，閥片在180度曲柄轉角后會處于關閉狀態。這是因為活塞換向進入到壓縮行程內。氣流速度加快，會導致閥片撞擊速率增加，原一級進氣閥撞擊速率為1.1m/s，排氣閥撞擊速率為1.55m/s，這與氣閥設計要求相符合。從這一方面進行分析，可以發現氣閥延遲關閉是導致閥片出現提前疲勞損壞的重要原因。第二，原二級網狀氣閥仿真模擬測試以及閥片撞擊校核過程。在對原二級進排氣閥進行仿真模擬測試以及閥片撞擊校核時，可以發現原二級進排氣閥的彈簧比較弱，很容易出現氣閥延遲關閉問題。在閥片180度曲柄轉角后處于關閉狀態。活塞換向進入到壓縮行程內，氣流加速會導致閥片的撞擊速率加快。第三，原三級網狀氣閥仿真模擬測試與閥片撞擊校核實驗。在開展原三級進排氣閥仿真模擬測試以及閥片撞擊校核后，可以發現原三級進排氣閥彈簧也相對較弱，氣閥在延遲關閉的狀態下，在180度曲柄轉角后關閉。活塞換向同時進入到壓縮行程內，氣流也會出現加速狀態，導致閥片撞擊速率加快。這時，排氣閥的撞擊速率會達到PEEK閥片允許的理論極限值，從而導致閥片出現疲勞損壞問題。

3 壓縮機氣閥改造方案

3.1 改造方案

為了保證壓縮機氣閥結構的安全性以及穩定性，防止排氣閥撞擊速率達到PEEK理論允許的極限值，需要對壓縮機氣閥結構進行改造設計。主要從以下方面出發，保證改造設計的可靠性：第一，對氣閥結構進行設計時，需要根據具體的工況對彈簧強度進行合理設計，同時要完成模擬實驗過程。這樣才能夠減少閥片出現撞擊的次數，降低閥片的撞擊速率，防止氣閥出現延遲關閉情況，延長氣閥的使用壽命。第二，對氣閥結構進行改造。在對原有氣閥進行仿真模擬以及校核實驗時，可以發現原氣閥都是以網狀氣閥為主的，這種形狀的閥門結構本身存在一些缺陷。例如網狀閥孔結構中，雜質很容易堵住閥片，影響氣閥的使用性能。而將網狀氣閥改造為環狀閥具有較強的應用優勢。因為利用環狀閥能夠加大流通面積，將平面密封改造為錐面線密封，能夠提高整個氣閥的密封性能。同時可以增加氣體導流，減少雜質在閥面的積聚程度，延長氣閥的使用壽命，保證其使用性能。第三，對閥片制造工藝進行改造。原有的氣閥制造工藝是以直接注塑成型工藝為主的，所生產的網狀閥片交織比較多，并且原料的流動性相對較差，熔合性也比較差，熔合點強度相對較低。這些缺點都會影響氣閥的使用性能。而將制造工藝改造為原料板材車床銑制加工方式，能夠有效解決熔合點強度比較低的問題，增加閥片強度，延長閥片的使用壽命[2]。

3.2 改造技術特點

對壓縮機氣閥進行改造設計后，需要將原有氣閥與現有的氣閥進行對比分析，探討兩種氣閥的技術特點以及對比結果：首先，網狀氣閥在應用過程中主要是以閥片的邊緣以及閥座的密封面接觸密封的，但是閥片的邊緣存在應力比較集中的問題，氣流通過網狀氣閥時，會通過閥座、閥片以及閥蓋這三個通道形成兩個90度，相鄰的通道之間氣流存在對撞問題，這時，閥片處于垂直受力狀態，會導致閥片損傷加劇。而改造設計后所形成的環狀閥片，采用的是錐面線密封，可以防止閥片邊緣出現疲勞斷裂問題。同時弧面環狀氣閥因為其通道是流線型的，閥片受到的損壞比較小，氣流在撞擊閥片時，受力損失也相對較小，能夠提高氣閥本身的流通性能，從而降低壓縮機的排氣溫度。其次，弧面環狀閥的技術特點。弧面環狀閥的閥座以及閥環能夠形成流線型通道，具有較強的流通性。這種流線型通道可以減少氣閥損失，并且能夠達到節能、降低排氣溫度的目的。該環狀閥的密封性能也比較良好，具有較強的抗液擊、抗油粘特性。雜質在閥面以及流線型通道內不容易積聚，在對閥環運動進行設計時，采用的是導向設計方法，能夠減少閥環出現的傾側運動，從而延長氣閥的使用壽命。并且所使用的彈簧也比較粗壯，具有較強的可靠性，閥環受力會直接指向弧面中心，不會產生應力集中，能夠防止氣閥出現提前疲勞損傷。

4 改造結果分析

對壓縮機氣閥進行改造設計后，需要對其應用效果進行仿真模擬，才能對氣閥的改造設計結果進行準確掌握。對改造設計后的壓縮機氣閥也要從以下三方面出發，保證校核優化結果的可靠性：第一，對改造后的一級氣閥進行仿真模擬以及撞擊速率校核實驗。對壓縮機氣閥進行設計改造后，需要對改造后的一級進排氣閥進行仿真模擬測試，同時要完成閥片撞擊校核實驗。經過實驗后，可以發現改造后的一級進排氣閥撞擊速率降到0.75m/s，而排氣閥的撞擊速率降到1.1m/s，這與氣閥的設計要求相符合。第二，對改造設計后的二級進排氣閥進行仿真模擬以及閥片撞擊校核實驗，可以發現完成改造的二級進排氣閥撞擊速率從原來的1.6m/s降到0.95m/s，而排氣閥的撞擊速率也從原來的2.3米m/s降低到1.4m/s，能夠達到氣閥的設計要求。第三，對改造設計后的三級氣閥進行仿真模擬以及閥片撞擊速率實驗。對改造設計完成的三級進排氣閥進行仿真模擬測試以及閥片撞擊校核實驗，可以發現完成改造的三級進氣閥撞擊速率從原有的2.1m/s到現有的1.3m/s，而排氣閥撞擊速率由原來的3m/s降低到1.9m/s，滿族氣閥的設計要求[3]。

5 結語

綜上所述，氣閥本身是壓縮機的心臟部位，氣閥的安全性與使用性能會對壓縮機的運行安全以及可靠性會產生直接影響。為了能夠提高壓縮機的使用性能，需要重視壓縮機氣閥改造設計工作。通過改造設計壓縮機氣閥，可以在極大程度上保證壓縮機性能穩定，提升壓縮機的運行效益。通過對壓縮機氣閥進行改造設計，可以發現改造完成后的壓縮機氣閥運行效果更優，穩定性更強，能夠有效緩解壓縮機氣閥出現的提前疲勞損傷問題，延長壓縮機氣閥的使用壽命。并且改造設計后壓縮機氣閥都滿足氣閥的設計要求，能夠在確保設備安全運行以及工藝生產水平的基礎上，節省人力物力消耗。因此，改造后的壓縮機氣閥具有較強的應用價值，可以壓縮機中廣泛推廣。

參考文獻：

[1]宋榮軍，張鋒，劉濤.KBU/6壓縮機氣閥改進技術研究與應用[C]//2015年全國天然氣學術年會論文集.0.

[2]龐立新.壓縮機氣閥故障分析與研究[J]. 內燃機與配件，2019，000（023）：160-161.

[3]王凱.壓縮機氣閥故障分析與研究[J].江西化工，2020，000（001）：180-181.