壓縮機(jī)氣閥研究與改造風(fēng)大研究

朱建

摘 要：氣閥是壓縮機(jī)運(yùn)行過程中的重要組成，對壓縮機(jī)的可靠性以及安全性產(chǎn)生至關(guān)重要的作用。在對壓縮機(jī)進(jìn)行研究的過程中，需要重視壓縮機(jī)氣閥改造分析研究工作，降低壓縮機(jī)的能耗，提高壓縮機(jī)的排氣量，從而確保壓縮機(jī)能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：壓縮機(jī)氣閥 改造方案 研究要點(diǎn)

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(jī)運(yùn)行過程中，排氣量會對其產(chǎn)能產(chǎn)生直接影響，為了保證壓縮機(jī)能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須對壓縮機(jī)進(jìn)行研究和分析。氣閥是影響壓縮機(jī)性能的關(guān)鍵部分，對壓縮機(jī)的排氣量、功率以及可靠性都會產(chǎn)生極大影響。但是在壓縮機(jī)長期運(yùn)行過程中，很多企業(yè)單純將其發(fā)作為五金件或者備件使用，并不重視壓縮機(jī)氣閥的改造和維護(hù)等工作。但是在技術(shù)水平不斷發(fā)展的過程中，壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)間比較長，再加上企業(yè)為了降低成本，一些企業(yè)開始重視壓縮機(jī)的氣閥改造工作。對壓縮機(jī)氣閥出現(xiàn)故障的情況進(jìn)行研究和分析，并提出可靠的改造方案，可以提高壓縮機(jī)氣閥的安全性。

2 壓縮機(jī)運(yùn)行中氣閥故障與原因分析

2.1 故障分析

在某公司生產(chǎn)過程中，因?yàn)楣に囉绊?，在壓縮機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)氣閥密封不牢靠，甚至出現(xiàn)閥片斷裂等情況，嚴(yán)重影響壓縮機(jī)的運(yùn)行效率。并且在氣閥故障比較嚴(yán)重時(shí)，壓縮機(jī)在運(yùn)行一天內(nèi)就出現(xiàn)閥片損壞，三級氣閥不做工，二級排氣超壓，導(dǎo)致安全閥起跳，對壓縮機(jī)的安全運(yùn)行以及工藝生產(chǎn)產(chǎn)生嚴(yán)重威脅，并且導(dǎo)致能耗增加。為了保證壓縮機(jī)的穩(wěn)定安全運(yùn)行，需要對壓縮機(jī)氣閥故障進(jìn)行分析。

對壓縮機(jī)產(chǎn)生故障的原因進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)介質(zhì)、帶液以及雜質(zhì)比較多的情況下，都可能會導(dǎo)致氣閥在活塞的反向時(shí)出現(xiàn)延遲關(guān)閉，這會導(dǎo)致閥片撞擊速率增加，氣閥泄漏風(fēng)險(xiǎn)加大，很容易使閥片撞擊速率超出標(biāo)準(zhǔn)值，導(dǎo)致壓縮機(jī)閥片出現(xiàn)疲勞損壞問題。原氣閥的閥座以及閥蓋結(jié)構(gòu)是以鉆孔設(shè)計(jì)為主的，雜質(zhì)以及帶液的排出不暢通，會導(dǎo)致原氣閥出現(xiàn)堵塞情況，并對氣流的流通面積產(chǎn)生影響，使閥片撞擊速率進(jìn)一步加劇，從而使氣閥出現(xiàn)疲勞損壞。原氣閥結(jié)構(gòu)在利用注塑成型網(wǎng)狀工藝制造時(shí)，沖擊強(qiáng)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(dǎo)致氣閥的密封性受到影響，最終導(dǎo)致氣閥出現(xiàn)疲勞損壞問題。這就需要對原氣閥進(jìn)行仿真模擬與閥片撞擊速率校核實(shí)驗(yàn)，才能根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對壓縮機(jī)氣閥進(jìn)行改造設(shè)計(jì)[1]。

2.2 原氣閥仿真模擬校核過程

在對原氣閥故障進(jìn)行仿真模擬校核時(shí)，需要從以下方面出發(fā)保證原氣閥仿真模擬校核結(jié)果的可靠性：第一，對原一級網(wǎng)狀氣閥進(jìn)行仿真模擬測試并完成閥片撞擊校核。在對原一級進(jìn)排氣閥進(jìn)行仿真模擬測試以及閥片撞擊校核時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)原一級進(jìn)氣閥彈簧比較強(qiáng)，但是因?yàn)殡s質(zhì)、帶液的影響，閥片存在延時(shí)關(guān)閉的可能性。在閥片彈簧比較弱的情況下，氣閥會出現(xiàn)延遲關(guān)閉，閥片在180度曲柄轉(zhuǎn)角后會處于關(guān)閉狀態(tài)。這是因?yàn)榛钊麚Q向進(jìn)入到壓縮行程內(nèi)。氣流速度加快，會導(dǎo)致閥片撞擊速率增加，原一級進(jìn)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(shè)計(jì)要求相符合。從這一方面進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)氣閥延遲關(guān)閉是導(dǎo)致閥片出現(xiàn)提前疲勞損壞的重要原因。第二，原二級網(wǎng)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(jìn)排氣閥進(jìn)行仿真模擬測試以及閥片撞擊校核時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)原二級進(jìn)排氣閥的彈簧比較弱，很容易出現(xiàn)氣閥延遲關(guān)閉問題。在閥片180度曲柄轉(zhuǎn)角后處于關(guān)閉狀態(tài)。活塞換向進(jìn)入到壓縮行程內(nèi)，氣流加速會導(dǎo)致閥片的撞擊速率加快。第三，原三級網(wǎng)狀氣閥仿真模擬測試與閥片撞擊校核實(shí)驗(yàn)。在開展原三級進(jìn)排氣閥仿真模擬測試以及閥片撞擊校核后，可以發(fā)現(xiàn)原三級進(jìn)排氣閥彈簧也相對較弱，氣閥在延遲關(guān)閉的狀態(tài)下，在180度曲柄轉(zhuǎn)角后關(guān)閉?；钊麚Q向同時(shí)進(jìn)入到壓縮行程內(nèi)，氣流也會出現(xiàn)加速狀態(tài)，導(dǎo)致閥片撞擊速率加快。這時(shí)，排氣閥的撞擊速率會達(dá)到PEEK閥片允許的理論極限值，從而導(dǎo)致閥片出現(xiàn)疲勞損壞問題。

3 壓縮機(jī)氣閥改造方案

3.1 改造方案

為了保證壓縮機(jī)氣閥結(jié)構(gòu)的安全性以及穩(wěn)定性，防止排氣閥撞擊速率達(dá)到PEEK理論允許的極限值，需要對壓縮機(jī)氣閥結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造設(shè)計(jì)。主要從以下方面出發(fā)，保證改造設(shè)計(jì)的可靠性：第一，對氣閥結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)具體的工況對彈簧強(qiáng)度進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，同時(shí)要完成模擬實(shí)驗(yàn)過程。這樣才能夠減少閥片出現(xiàn)撞擊的次數(shù)，降低閥片的撞擊速率，防止氣閥出現(xiàn)延遲關(guān)閉情況，延長氣閥的使用壽命。第二，對氣閥結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造。在對原有氣閥進(jìn)行仿真模擬以及校核實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)原氣閥都是以網(wǎng)狀氣閥為主的，這種形狀的閥門結(jié)構(gòu)本身存在一些缺陷。例如網(wǎng)狀閥孔結(jié)構(gòu)中，雜質(zhì)很容易堵住閥片，影響氣閥的使用性能。而將網(wǎng)狀氣閥改造為環(huán)狀閥具有較強(qiáng)的應(yīng)用優(yōu)勢。因?yàn)槔铆h(huán)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(shí)可以增加氣體導(dǎo)流，減少雜質(zhì)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(jìn)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(chǎn)的網(wǎng)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(diǎn)強(qiáng)度相對較低。這些缺點(diǎn)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(diǎn)強(qiáng)度比較低的問題，增加閥片強(qiáng)度，延長閥片的使用壽命[2]。

3.2 改造技術(shù)特點(diǎn)

對壓縮機(jī)氣閥進(jìn)行改造設(shè)計(jì)后，需要將原有氣閥與現(xiàn)有的氣閥進(jìn)行對比分析，探討兩種氣閥的技術(shù)特點(diǎn)以及對比結(jié)果：首先，網(wǎng)狀氣閥在應(yīng)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(yīng)力比較集中的問題，氣流通過網(wǎng)狀氣閥時(shí)，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(shí)，閥片處于垂直受力狀態(tài)，會導(dǎo)致閥片損傷加劇。而改造設(shè)計(jì)后所形成的環(huán)狀閥片，采用的是錐面線密封，可以防止閥片邊緣出現(xiàn)疲勞斷裂問題。同時(shí)弧面環(huán)狀氣閥因?yàn)槠渫ǖ朗橇骶€型的，閥片受到的損壞比較小，氣流在撞擊閥片時(shí)，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(jī)的排氣溫度。其次，弧面環(huán)狀閥的技術(shù)特點(diǎn)?；∶姝h(huán)狀閥的閥座以及閥環(huán)能夠形成流線型通道，具有較強(qiáng)的流通性。這種流線型通道可以減少氣閥損失，并且能夠達(dá)到節(jié)能、降低排氣溫度的目的。該環(huán)狀閥的密封性能也比較良好，具有較強(qiáng)的抗液擊、抗油粘特性。雜質(zhì)在閥面以及流線型通道內(nèi)不容易積聚，在對閥環(huán)運(yùn)動進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，采用的是導(dǎo)向設(shè)計(jì)方法，能夠減少閥環(huán)出現(xiàn)的傾側(cè)運(yùn)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(qiáng)的可靠性，閥環(huán)受力會直接指向弧面中心，不會產(chǎn)生應(yīng)力集中，能夠防止氣閥出現(xiàn)提前疲勞損傷。

4 改造結(jié)果分析

對壓縮機(jī)氣閥進(jìn)行改造設(shè)計(jì)后，需要對其應(yīng)用效果進(jìn)行仿真模擬，才能對氣閥的改造設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確掌握。對改造設(shè)計(jì)后的壓縮機(jī)氣閥也要從以下三方面出發(fā)，保證校核優(yōu)化結(jié)果的可靠性：第一，對改造后的一級氣閥進(jìn)行仿真模擬以及撞擊速率校核實(shí)驗(yàn)。對壓縮機(jī)氣閥進(jìn)行設(shè)計(jì)改造后，需要對改造后的一級進(jìn)排氣閥進(jìn)行仿真模擬測試，同時(shí)要完成閥片撞擊校核實(shí)驗(yàn)。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)后，可以發(fā)現(xiàn)改造后的一級進(jìn)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(shè)計(jì)要求相符合。第二，對改造設(shè)計(jì)后的二級進(jìn)排氣閥進(jìn)行仿真模擬以及閥片撞擊校核實(shí)驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)完成改造的二級進(jìn)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(dá)到氣閥的設(shè)計(jì)要求。第三，對改造設(shè)計(jì)后的三級氣閥進(jìn)行仿真模擬以及閥片撞擊速率實(shí)驗(yàn)。對改造設(shè)計(jì)完成的三級進(jìn)排氣閥進(jìn)行仿真模擬測試以及閥片撞擊校核實(shí)驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)完成改造的三級進(jìn)氣閥撞擊速率從原有的2.1m/s到現(xiàn)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(shè)計(jì)要求[3]。

5 結(jié)語

綜上所述，氣閥本身是壓縮機(jī)的心臟部位，氣閥的安全性與使用性能會對壓縮機(jī)的運(yùn)行安全以及可靠性會產(chǎn)生直接影響。為了能夠提高壓縮機(jī)的使用性能，需要重視壓縮機(jī)氣閥改造設(shè)計(jì)工作。通過改造設(shè)計(jì)壓縮機(jī)氣閥，可以在極大程度上保證壓縮機(jī)性能穩(wěn)定，提升壓縮機(jī)的運(yùn)行效益。通過對壓縮機(jī)氣閥進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，可以發(fā)現(xiàn)改造完成后的壓縮機(jī)氣閥運(yùn)行效果更優(yōu)，穩(wěn)定性更強(qiáng)，能夠有效緩解壓縮機(jī)氣閥出現(xiàn)的提前疲勞損傷問題，延長壓縮機(jī)氣閥的使用壽命。并且改造設(shè)計(jì)后壓縮機(jī)氣閥都滿足氣閥的設(shè)計(jì)要求，能夠在確保設(shè)備安全運(yùn)行以及工藝生產(chǎn)水平的基礎(chǔ)上，節(jié)省人力物力消耗。因此，改造后的壓縮機(jī)氣閥具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值，可以壓縮機(jī)中廣泛推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋榮軍，張鋒，劉濤.KBU/6壓縮機(jī)氣閥改進(jìn)技術(shù)研究與應(yīng)用[C]//2015年全國天然氣學(xué)術(shù)年會論文集.0.

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

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