1問題的提出

　　活塞式壓縮機廣泛地應(yīng)用于機械、化工、冶金等各部門，其工作的可靠性極為重要。氣閥是活塞式壓縮機中的關(guān)鍵部件之一，其性能對壓縮機的運轉(zhuǎn)可靠性、經(jīng)濟性有很大的影響，一個好的氣閥既要有長的壽命，又要有高的效率。

　　氣閥的壽命問題直接影響到生產(chǎn)能否有計劃的持續(xù)進行，因事故停機不但影響產(chǎn)量，也影響企業(yè)的生產(chǎn)成本，好的氣閥壽命可達(dá)8 000 h或更高，而差的氣閥則不到300 h ，有的甚至幾天就可能損壞，造成事故停車很頻繁。因此，提高氣閥的壽命對保證壓縮機的可靠運轉(zhuǎn)很重要。

　　氣閥在機器正常運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的流動阻力損失約為壓縮機軸功率的3 %～5 % ，而設(shè)計不好的氣閥其流動阻力損失高達(dá)壓縮機軸功率的15 %～20 %.

　　活塞式壓縮機中，使用各種各樣的氣閥，如環(huán)狀閥、網(wǎng)狀閥、條狀閥等，國產(chǎn)壓縮機的氣閥大都采用環(huán)狀閥結(jié)構(gòu)。

　　北京燕山石油化工公司煉油廠的一臺4L - 20/ 8型無油丙烷氣體壓縮機，采用的氣閥為環(huán)狀閥結(jié)構(gòu)，工作時經(jīng)常損壞，有時幾天就要更換一次氣閥，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)的正常進行。

　　2原因分析

　　環(huán)狀閥主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、通用性強。但這種結(jié)構(gòu)閥片的運動質(zhì)量較大，閥片與導(dǎo)向塊之間有摩擦力，決定了閥片在無油時開啟、關(guān)閉中不易做到及時、迅速；閥片各環(huán)彼此分離，在開閉過程中很難作到步調(diào)一致，因而降低了氣體的通流能力；閥片的緩沖作用較差，因是金屬薄片，使用后易變形、斷裂。以上問題限制了環(huán)狀閥在無油壓縮機中的應(yīng)用。另外，氣閥設(shè)計時計算不合理，使閥片的運動規(guī)律不合理，也是導(dǎo)致氣閥易損壞的原因之一。

　　3結(jié)構(gòu)改進措施

　　針對以上問題，對這臺無油壓縮機的氣閥結(jié)構(gòu)進行了改進，采用了菌型氣閥，閥片采用填充聚四氟乙烯材料。改進后的氣閥與環(huán)狀閥相比有以下優(yōu)點： （1）采用菌型閥片，材料為聚四氟乙烯，閥片與閥座之間有良好的氣密性，密封性能加強； （2）閥片強度增加，不易損壞、斷裂，使氣閥的易損件減少，給維修帶來方便； （3）該結(jié)構(gòu)對氣流流動有所改善，阻力系數(shù)要小于環(huán)狀閥； （4）同一結(jié)構(gòu)尺寸的氣閥，可改變其開孔的大小和個數(shù)來適應(yīng)不同排氣量的要求。改進后的氣閥基本克服了環(huán)狀閥在無油壓縮機中易損壞的問題。

　　4氣閥的設(shè)計

　　氣閥的結(jié)構(gòu)選定后，下一步要確定氣閥的主要特性參數(shù)，如氣流速度、流通面積、閥片升程、彈簧力、氣閥主要零件的結(jié)構(gòu)尺寸等，并校核主要零件的強度等。工作好的氣閥其閥片應(yīng)有好的運動、開啟，關(guān)閉及時，為此，在設(shè)計氣閥過程中應(yīng)對閥片的運動規(guī)律進行分析計算，從而設(shè)計出合理的氣閥。閥片的運動規(guī)律方程如下。

　　進氣閥運動規(guī)律方程組中hDDD閥片位移θDDD曲柄轉(zhuǎn)角

　　M vDDD閥片運動質(zhì)量ωDDD曲柄旋轉(zhuǎn)角速度βDDD推力系數(shù)　　p sDDD進氣壓力

　　a pDDD閥座通流面積

　　ZDDD一個氣閥上的彈簧個數(shù)

　　pDDD彈簧剛性系數(shù)

　　H 0DDD彈簧預(yù)壓縮量

　　KDDD絕熱過程指數(shù)

　　VDDD氣缸內(nèi)氣體容積

　　V hDDD氣缸行程容積εDDD相對余隙容積

　　RDDD氣體常數(shù)

　　T sDDD進氣溫度

　　NDDD氣缸同側(cè)同名氣閥個數(shù)αvDDD流量系數(shù)

　　6 d iDDD同一氣閥中閥孔直徑和φDDD排氣閥前后氣體壓力比

　　T dDDD排氣溫度對以上方程采用數(shù)值法求解，即可得到閥片運動規(guī)律曲線。

　　5閥片材料及制造工藝

　　選定的閥片原材料為聚四氟乙烯纖維狀粉沫，配以少量的石墨粉、玻璃纖維粉等，其詳細(xì)成分。

　　511粉碎過篩

　　采用的聚四氟乙烯材料是纖維狀粉末，儲運過程中容易結(jié)團，使用前需經(jīng)過離心粉碎，用20目篩子過篩，隨篩隨用。加入的石墨等填充料要求一定的純度和粒度，粒度要求用250目篩子過篩。

　　512預(yù)成型

　　將原料稱量倒入模具內(nèi)，用平尺刮平，使原料均勻分布在模內(nèi)。為脫模方便，可在模中預(yù)先涂脫模劑，然后進行壓制。加壓應(yīng)緩慢進行，不能有沖擊，達(dá)到規(guī)定壓力后還要保持一定時間。

　　513燒結(jié)

　　在327℃以上燒結(jié)成型，在燒結(jié)溫度下應(yīng)保持一定時間，使分散的單個數(shù)值顆?；ハ嗾辰?，合成一個整體。

　　514降溫

　　降溫過程應(yīng)比較緩慢，為使材料的機械性能比較好，一般采用隨爐冷卻。

　　采用以上方法對北京燕山石油化工公司煉油廠的4L - 20/ 8型丙烷氣體壓縮機的氣閥進行了改進。改進前，該機器的氣閥為環(huán)狀閥，經(jīng)常損壞，有時幾天就要更換一次氣閥；改造后，結(jié)構(gòu)為菌狀閥，氣閥能正常工作半年以上。

　　6結(jié)論

　　（1）環(huán)狀閥由于閥片與導(dǎo)向塊之間有摩擦力等問題的存在，限制了其在無油壓縮機中的應(yīng)用。

　?。?）采用聚四氟乙烯材料作閥片的菌型閥結(jié)構(gòu)比較適用于無油壓縮機中。

　?。?）在氣閥設(shè)計中采用適宜的結(jié)構(gòu)類型，對其閥片的運動規(guī)律進行分析計算可以設(shè)計出工作可靠的氣閥。

　　（4）閥片的制造工藝對其工作壽命有一定的影響。