空调压缩机排气阀泄露原因的分析及改善

空调压缩机排气阀泄露原因的分析及改善

涡旋压缩机是家用空调热泵系统的核心部件，排气阀是一种单向阀，安装在涡旋的排气口。文章从一则实例出发，分析排气阀的泄露通道和泄露原因，得出阀板和涡旋之间的泄露是阀泄露的主要原因，通过应力纸实验和有限元分析，得出四分之三圆环设计的阀座容易引起阀板受力不均匀，阀片的强度不够容易导致阀板排气口的断点接触，引起阀片泄露。在上述分析的基础上，提出了质量改进措施并取得了良好的结果。为研究排气阀的泄露提供了有价值的参考资料。

标签：涡旋压缩机；排气阀；泄露；压力；变形

1 概述

排气阀是压缩机的关键零件。阀片的泄露会引起高压气体回灌，使得涡旋重复压缩，增加压缩机的功耗，影响压缩机的性能。同时由于重复压缩导致排气温度上升，润滑油粘度降低，影响机械部件之間的润滑，甚至导致零部件的失效。所以泄露量是衡量排气阀性能的关键指标。在开发热泵应用涡旋压缩机的过程中，有一款型号为HVE1的排气阀，泄露量不满足要求，直接影响了压缩机的性能。

2 排气阀泄露原因分析

HVE1阀的结构和装配如图1所示。排气阀的泄露有两个通道，第一是阀板和涡旋之间的通道，第二是阀片与阀板之间的通道。要分析泄露形成的原因，首先要区分每个泄露通道的泄露量。在阀板和涡旋面之间放置O型密封圈，能有效排除该通道的泄露。通过该方法测试出阀的泄漏总量为34psi，阀片和阀板之间的泄漏量为7psi，阀板和涡旋之间的泄露量为27psi。由这些数值可以得出，阀板和涡旋之间的泄露通道是HVE1泄露的主导通道。

2.1 应力纸测试

应力纸（Fuji paper）可以测试接触面的接触应力，是检测应力水平常用的工具。应力纸一般是无色透明或白色，其表面有一种特殊的化学物质，当压力纸表面承受压力时，会显示出深浅色标记，颜色的深浅代表不同的应力水平，颜色越深，接触应力越大。

在阀板和涡旋之间放置应力纸，得到的显示如图2所示。外圈四分之三的区域显示出深色。通过对比色卡可知，该深色区域承受的压力在17000～20000psi。四分之一的接触面呈浅色，即该区域接触应力水平很低，低于20psi，该处很有可能是一个泄露通道，阀板和涡旋之间的接触不均匀。

2.2 有限元分析

用ANSYS软件对HVE1做有限元分析，能准确模拟阀片承受一定压力下的变形和各部件之间的接触状态。阀板和涡旋之间是面接触，且没有相对运动。阀片和阀板之间在初始状态下也是面面接触，但当阀片承受压力向下击打阀板的时候，阀片会向下凹，和阀板行成线接触，如图3所示。阀片在承受90psi恒定压力时，阀片和阀板上的气孔行成一圈不完整的线接触，中间出现断点，长度分别为1.9mm和2.0mm。这就是阀片和阀板之间的泄露通道。

3 改善措施和结果

改善排气阀的泄露，需要从上述两个泄露通道着手。对于阀板和涡旋面之间的泄露，将阀座的四分之三设计改成了整圆设计。对于阀板和阀片之间的泄露，将阀板上排气孔的直径从9.5mm减小到8mm，增加阀片在阀孔位置的接触面积。设计的新阀HVE2如图4所示。应力纸实验表面阀板与涡旋的接触面形成了封闭的密封区域，且整圈的应力水平均匀分布。

随机抽取25个新阀进行检漏测试，平均泄露量为5.5psi，且没有一个阀的泄漏量超过规定上限15psi，全部合格。

4 结束语

排气阀的泄露有两个通道，阀板和涡旋之间的泄露占主要原因。四分之三圆设计的阀座容易引起阀板和涡旋的不均匀接触，无法形成有效密封。阀片和阀板之间的接触是线接触，阀片的刚度太低容易导致断点接触。应力纸实验能有效地评估阀板和涡旋之间的接触应力是否均匀，有限元分析能够帮助分析阀片的变形和潜在的泄露位置。应力纸实验和有限元分析能较准确的预测阀片的泄露，为设计提供方向。

参考文献

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[2]刘瑞林.舌簧阀设计理论的探讨[J].压缩机技术，1987（2）：19-26.

[3]杨乐之，张小青.微型压缩机舌簧阀的最佳化研究[J].流体机械，1994（9）：12-16.