解决无弹簧气阀应用局限性的方法

解决无弹簧气阀应用局限性的方法压缩机主轴的旋转运动，通过曲轴连杆机构转换为活塞的往复运动，活塞往复运动的速度和加速度都是周期性变化的，周期性变化的频率是压缩机的转速。活塞式压缩机每一个工作循环的过程包括吸气、压缩、排气、膨胀四个过程。气体从吸气阀进入气缸，经压缩后从排气阀排出气缸，气体产生的速度受活塞速度的控制。气体分子具有质量，以一定的速度运动也就有惯性，其在活塞速度的控制下以一定的速度进入气缸，或者以一定的速度排出气缸，气体的流动除符合热力学和动力学外，也符合牛顿第一定律。用牛顿惯性定律来研究活塞式压缩机的工作和气阀的工作原理，提高压缩机的效率，是符合自然科学的做法。无弹簧气阀的工作原理：气体从吸气阀进入气缸，经活塞压缩后从排气阀排出气缸，不断受活塞速度的影响，气体吸入和排出气缸符合牛顿第一定律。为了阀片关闭时气体不倒漏，无弹簧气阀在升程限制器上钻有n个均布孔直接通往阀片背面，气流通过n个均布孔推动阀片关闭，气阀没有弹簧，这是无弹簧气阀与传统气阀的不同之处。吸气阀工作原理，无弹簧吸气阀原理如图1所示。当气缸内压力微小于吸气腔内压力时，阀片开启。阀片开启后，气体快速进入气缸，随着气流速度的加快，只有气体流经阀座通道、阀隙通道、升程限制器通道有流动损失，此流动损失可以用压缩机的有关资料估算，此损失很小，可以忽略不计。当活塞到达止点时，从阀隙通道经升程限制器通道进入气缸的气体，因吸气过程中产生的速度继续进入，不能立即倒回，阻止气缸内气体向吸气腔内倒漏，气缸内气体只能通过升程限制器上通往阀片背面的n个均布孔，推动阀片关闭，气体不会倒漏。阀片关闭后在其两侧压力差作用下严密不漏。阀片从开启到关闭的时间比现有传统气阀的长得多，吸入气量也比现有传统气阀的大得多，因此用无弹簧吸气阀的压缩机效率高。由于气阀无弹簧，阀片开启快，关闭也快，对升程限制器和阀座的冲击大，钢阀片无法使用;为了减轻阀片对升程限制器和阀座的冲击，只能用工程塑料制造阀片，气阀才能长周期使用。排气阀工作原理，无弹簧排气阀原理如图2所示。当气缸内压力微大于排气腔内压力时，阀片开启。阀片开启后，气体从阀隙通道排出气缸，随着气流速度的加快，气体流动损失只有气体流经阀座通道、阀隙通道、升程限制器通道有流动损失，此流动损失可以用压缩机的有关资料估算。此损失很小，可以忽略不计。当活塞到达止点时，从阀隙通道经升程限制器通道排出气缸的气体，因排气过程中产生的速度继续排出，不能立即倒回，阻止排出气体向吸气缸内倒漏，排出气体只能通过升程限制器上通往阀片背面的n个均布孔，推动阀片关闭，同时活塞开始回转产生的吸力吸引阀片关闭，气体不会倒漏。阀片关闭后在其两侧压力差作用下严密不漏。阀片从开启到关闭的时间比现有传统气阀的长得多，排出气量也比现有传统气阀的大得多，因此用无弹簧排气阀的压缩机效率高。由于气阀无弹簧，阀片开启快，关闭也快，对升程限制器和阀座的冲击大，钢阀片无法使用;为了减轻阀片对升程限制器和阀座的冲击，只能用工程塑料制造阀片，气阀才能长期运行。无弹簧气阀只能在气体水平进出压缩机，或者气体下进上出压缩机且升程限制器通道不是很宽，如无弹簧气阀工作原理图中所示的气体约转90°弯的情况下应用。当气体上进下出，或者倾斜上进下出，阀片重力与进气方向一致，或者气体流通经过的升程限制器通道过宽易使气体偏流而产生气体倒漏等，或者气流推动阀片关闭的孔需要多少个才合适不好确定而使该均布孔数量偏少，或者使用者对气阀无弹簧无从适应，情况比较复杂，不是无弹簧气阀工作原理图中所能够表达清楚的。这样，无弹簧气阀就存在应用的局限性。为了克服无弹簧气阀使用的局限性，让无弹簧气阀能够用于绝大多数活塞式压缩机，在无弹簧气阀的升程限制器上增设弹簧安装孔，可以是升程限制器上气流推动阀片关闭的孔改制，弹簧安装孔大，在阀片一侧，气流推动阀片关闭的孔远离阀片一侧，两孔同轴，装上弹簧。将弹簧刚度设计得很小，气阀在试漏时，弹簧力足够供承受阀片重量和试漏液体重量就可以了，不可太大，太大将造成气体流经气阀的阻力损失，达不到无弹簧气阀想达到的节能效果。还必须考虑进、排气阀阀片能通用，同时也要考虑升程限制器和阀座尺寸的通用性。无弹簧气阀经这样改进后，就能取代无弹簧气阀应用于各种活塞式压缩机，气阀弹簧力很小，工作过程中，阻力损失很小，接近于无弹簧气阀，因此称之为低阻力气阀。当阀片开启后，若弹簧力小于或等于气体流经气阀的流动损失，阀片开启后就贴到升程限制器上;若弹簧力大于气体流经气阀的流动损失，阀片开启后有可能出现阀片先贴合、再离开、又再贴合升程限制器的现象，称为弹簧“擅震”，这种情况在低阻力气阀中不会出现。弹簧力大到一定值和现有传统气阀无多大差别。低阻力吸气阀工作原理如图3所示。当气缸内压力开始小于吸气腔内压力，且克服小的弹簧推力时，阀片开启。阀片开启后，随着气流速度的加快，气体快速进入气缸，气体流经阀座通道、阀隙通道、升程限制器通道有流动损失，此流动损失可以用压缩机的有关资料估算，此损失很小，可以忽略不计，阻力只有弹簧力。当活塞快要到到达止点，气流开始不能克服弹簧力时，阀片则在弹簧力作用下开始推动阀片关闭，阀片关闭到一定程度，从阀隙通道经升程限制器通道进入气缸的气体，因吸气过程中产生的速度继续进入，不能立即倒回，活塞到达止点时阻止气缸内气体向吸气腔内倒漏，气缸内气体只能通过升程限制器上通往阀片背面的孔，与弹簧力一起作用，推动阀片关闭。因活塞到达止点时阀片关闭已经动作，阀隙通道阻力增加，即使气体偏流，气体不会倒漏。阀片关闭后在其两侧压力差和弹簧力作用下严密不漏。阀片从开启到关闭的时间比现有传统气阀的长得多，吸入气量也比现有传统气阀的大得多，比无弹簧气阀略小，用低阻力吸气阀的压缩机效率高。由于气阀弹簧力很小，阀片开启快，关闭时气体推力和弹簧力同时作用，关闭也快。阀片必须用工程朔料制造，一般情况下，排气温度低于70℃用尼龙，高于70℃用聚醚醚酮，气阀才能长周期使用。进气阀片和排气阀片所选的材料相同，虽然进气阀工作温度比排气阀的低，但在开始压缩机停机后，排气阀的热量向进气阀方向传递，使进气阀温度远高于吸气阀工作温度，所以进气阀片选不耐高温的工程塑料，排气阀选耐高温的工程塑料，是不合理的。所示。当气缸内压力略大于排气腔内压力且够克服弹簧力时，阀片开启。阀片开启后，气体从阀隙通道排到排气腔出气缸，随着气流速度的加快，气体流动损失除一很小的弹簧力外，还有气体流经阀座通道、阀隙通道、升程限制器通道有流动损失，此流动损失可以用压缩机的有关资料估算，此损失很小，可以忽略不计。当活塞快要到达止点，在气流顶推力与弹簧力和排出压力推力的合力相等时，阀片开始关闭的动作，从阀隙通道经升程限制器通道排出气缸的气体，因排气过程中产生的速度继续进入，不能立即倒回，只能进入升程限制器上的n个均布孔，与弹簧力一起作用推动阀片继续关闭动作，同时活塞开始回转产生的吸力吸引阀片关闭。因活塞到达止点时，阀片在弹簧力作用下已经进行动作，从阀隙通道排出的气体因惯性不能立即倒回，阻力增加，即使气体偏流，气体也难倒漏。阀片关闭后在其两侧压力差作用下严密不漏。阀片从开启到关闭的时间比现有传统气阀的长得多，排出气量也比现有传统气阀的大得多，略小于并接近无弹簧气阀，用低阻力气阀的压缩机效率高。由于气阀弹簧弹簧力很小，阀片开启快，在弹簧力和排出气体推力同时作用下关闭也快，只有用工程塑料制造阀片，气阀才能长期运行。从往复活塞式压缩机的工作原理来进行分析，低阻力气阀是由无弹簧气阀的原理而来，克服了无弹簧气阀在使用上的局限性，给无弹簧气阀拓展了使用空间，节能效果十分接近于无弹簧气阀，比现有气阀优越。现有的气阀，膨胀过程结束后，压缩机的气缸内、外有一个较大吸气压差，当此压力差能克服吸气阀弹簧力和流动损失时，吸气阀片开启，进行吸气过程。为了节能，都说将吸气阀弹簧设计成变刚性弹簧，使吸气阻力小，但无论怎么做，传统吸气阀的吸气阻力都远比无弹簧吸气阀的大。当吸气结束时，吸气阀片主要是在弹簧力的作用下关闭的，接着进行压缩过程。压缩气体在气缸内压力略高于排气压力时，阀片是不能开启的，当气缸内压力比排气压力高出一定值，排气压力差能克服排气阀弹簧力和流动损失时，阀片才能开启排气，排气完进行膨胀过程，循环往复。对于无弹簧气阀，膨胀过程结束后，在吸气压力微大于气缸内压力时，吸气阀片就开启，进行吸气过程。吸气时间比传统有弹簧气阀的长，吸气量与传统气阀比较显然有大的提高，生产能力也就比传统有弹簧气阀的大。活塞到达止点排气结束，在气缸内压力微大于排气压力时，阀片关闭，且无气体倒漏。当然，传统有弹簧气阀也无气体倒漏。排气过程结束后，进行膨胀过程，循环往复。无弹簧气阀排气阻力比传统有弹簧气阀的低得多，排气时间比传统有弹簧气阀的长，排气量比传统气阀的大，生产能力也就比传统气阀的大。但只能用在无弹簧气阀能放心使用的场合。低阻力气阀的气流损失比无弹簧气阀的略大，比现在普遍使用的有弹簧气阀小得多。只是简单的分析，就可知道，无弹簧气阀和低阻力气阀比现有传统气阀优越，对压缩机高效节能有十分重要的意义。把无弹簧气阀和低阻力气阀用于活塞式压缩机，为煤化工、石油化工等行业压缩机的高效节能，为活塞式压缩机工业的发展，一定能做出贡献。