气阀的运动模型及其故障原因分析

李凌峰

（东北石油大学机械科学与工程学院，黑龙江大庆，163318）

气阀的运动模型及其故障原因分析

李凌峰

（东北石油大学机械科学与工程学院，黑龙江大庆，163318）

气阀作为压缩机当中十分重要部件，其发生损坏的概率也较大。气阀性能性能的好坏将会直接影响到压缩机的排气量、及其的功率消耗以及其运转的性能。本文在建立了气阀其运动模型的基础上，对其发生故障的原因进行了分析，为气阀安全工作方面提供了合理的建议。

气阀；运动模型；故障原因

气阀有两大类:一类称为强制闻,它的启闭是由专门机构控制,而与气虹内压力变化无关;另一类称为自动阔,它的启闭主要由气虹和阔腔内气体压力差来决定。绝大多数往复式压缩机均釆用自动阔,故本文只讨论自动阀。

1 气阀运动规律的数学模型

际压缩机吸排气过程相当复杂。其一,吸排气过程中气体要克服弹賛力和流动阻力,气缸内的压力不等于名义压力;其二,吸排气过程存在着热传导,气体的温度是变化的,气体的比热也是变化的;其三,由于往复式压缩机周期性工作的特性,会带来压力脉动,使吸、排气腔内的压力也有变化。因此在吸排气过程的理论计算中,必须加以简化,假设吸排气过程为不考虑压力脉动的稳定绝热流动过程,这些假设与实验所得结论相比基本上相吻合。

基于吸排气过程为没有压力脉动的稳定绝热流动过程的假设,从满足能量守恒定律的角度,利用理想气体的一系列性质和绝热过程方程可推导建立其热力学数学模型。当余隙容积中的气体膨胀,其压力略低于吸气腔内的名义压力时,气体便进入气虹,吸气过程开始直到活塞运动到另?个止点。根据能量守恒定律,在整个吸气过程中,流入气缸工作容积的气体所具有能量,主要使得气虹工作容积中气体的总能量提高和消耗在气体对活塞所做功上。因此可以建立公式(1)的压力变化微分方程。

2 气阔故障机理的分析

结合气阀运动规律数学模型,对气阔运动规律进行仿真。下面针对吸气阀的运动规律仿真,对气阔常见故障的进行分析。气阀的阔片断裂和阀片变形故障,在气阔运动过程中体现为气阀的泄漏,因而下面通过气阔泄漏的仿真,来说明气阀的阀片断裂和阀片变形的运动规律。

气阀弹賛在往复式压缩机运行过程中,弹賛刚度变化会引起阀片开启与关闭的延迟或提前。通过吸气阔的运动数学模型可以知,刚度偏大就会造成阀片开启延迟,关闭提前,与升程限制器的碰撞速度变小,与阀座的撞击速度变大;刚度偏软就会造成阔片开启提前,关闭滞后,与升程限制器的碰撞速度变大,与阀座的撞击速度变小。气阀的弹簧失效故障一般会造成弹黃刚度偏软,因此通过仿真的数学模型计算了吸气阀弹簧刚度偏软和正常情况下的位移曲线和速度曲线，通过研究发现，仿真的位移曲线和速度曲线与理论分析结果相符。弹簧刚度偏软的情况下,气阀关闭明显滞后,开启提前并不是很明显；弹賛刚度偏软后,与阀座的碰撞速度明显变小,与升程限制器速度变化不是很明显。

3 结论

论述了气阔的数学模型,通过仿真计算分别对气阀的弹黃失效和泄漏工况下故障机理进行分析，认为气阔振动具有两个特征：一是在弹簧失效工况下,振动信号幅度减小；二是在阀片变形或阔片断裂的工况下,振动信号波形复杂。

[1] 刘卫华,昂海松,往复式压缩机故障诊断技术中若干问题研究[J],流体机械,2003’ 31(2): 27-30

图1 环状阀结构图

[2] 孙嗣莹,何云涛,往复式压缩机填料密封的机械故障诊断方法[J],西安交通大学学报,1996, 30(8): 51-56

[3] 刘卫华,郁永章,往复式压缩机故障示功图诊断法研究[J],压缩机技术,2001,(6): 9-12

[4] 陈云,江志农,高金吉,往复式压缩机组状态监测系统开发[J],压缩机技术,

李凌峰，男，1992年9月3日，东北石油大学机械科学与工程学院在读本科生

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

图2 进、出气阀位移转角曲线