浅谈活塞式压缩机气阀设计
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关 键 词 ： 缩 机 ； 阀 选择 ； 计 压 气 设
压缩机是一种 可用于压缩气体借 以提高气体压力 的机械 ， 的 它 种 类很多 ， 用途极 广 ， 几乎遍 及工农业 、 交通运输 、 国防甚至生活 的 各 个领 域。 按 照压缩气体 的原理 ，压缩机可分 为容积式 和速度式两大类 。 容 积式压缩机 是使气体直接 受到压缩 ， 从而使气 体容积减小 、 力 压
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提 高的机械 ， 一般这类 压缩机具 有装 盛气体 的气 缸 ， 压缩气 体 以及
的活塞 。按 照活塞运 动方式 的不 同， 它区分为往复活塞式和 回转 活 塞式两种 ， 本文重点介绍往复式活塞压缩机。 活塞式压缩机在 圆筒形气缸 中具有一可往复运动 的活塞 ， 气缸 上 有控制进排气 的阀 门， 当活塞作往 复运动时 ， 气缸容积 周期性地 变化 ， 以实现气体的吸进 、 借 压缩和排 出。 活 塞式压缩 机 的优 点是 ：． ａ无论 流量大 小 ， 都能 达到所需 的压 力。ｂ热效率高；气量调节 时排气压力几乎不改变 。 ． ｃ ． 缺点是 ：． ａ 机器体积大且重 ， 单机排量一般小于 ５ ０ ３ ｉ ． ０ ｍ／ ｎ 结 ｍ ｈ 构 复杂 ， 易损件多 ， 维修工作量较大 。 气 阀时活塞式压缩机 的重要部件之一 ， 的工作直接关 系到压 它 缩机运转 的经济性和 可靠性 ， 对气阀的基本要求 如下 ： ａ． 使 用寿命 长（ 阀片和弹簧的寿命 长 ） 只 。不能犹豫 阀片或弹簧 的 损 坏 而 引 起 压缩 机 的非 计 划 停 车 。 ｂ 体通过 气阀 时能 量损失 小 ， ． 气 以减少压 缩机动力 消耗 ， 于 对 固定式长期连续 运转 的压缩机尤为重要 。 ｃ 阀关闭时具有 良好的密封性 ， ． 气 减少气体的泄漏量。 ｄ阀片起 、 ． 闭动作及 时和迅速 ， 而且需完 全开启 ， 以提高机器 效 率和延长使用期 。 ｅ． 气阀所引起 的余隙容积要小 ， 以提高气缸容积效率。 气流推力也继续存在 ， 这一推力起阻止阀片天 的作用 ， 以 所 此外 ， 还要求结构简单 ， 制造方便 ， 易于维修 ， 气阀零件 （ 特别 是 气缸 ， 阀 片 的 关 闭是 在 弹 簧 力 和气 流 推 力 之 差 的 作 川 下 落 下 阀座 的 ， 们 我 阀片 ） 的标准化 、 通用化水 平要高。 希望活塞到达止点位置时 ， 阀片也恰 好落在阀座 （ 网中 ｅｆ此时 ， —） 气阀有两大类 ， 一类称为强制阀 ， 它的启 闭是 由专 门机构控制 ， 进气 阀完成一次 工作 ， 面积 ａ ｌ — — —－ 称为时间截面。 — ｃ ｄ ｅ ｆａ 而与气缸 内压力变化 无关 ， 另一类称为 自动 阀 ， 它们启闭主要 由气 由上 面 公 式 可 知 ， 片 开 启 过 程 （— ） 需 的 时 间 ， 决 于 阀 片 阀 ａｂ所 取 缸和 阀腔 内， 气体压 力差来决定 。 强制阀因为结构复杂 ， 启闭时间 固 弹簧力 、 运动部分质量 以及气体推力等 。当升程高 ， 弹簧力 定， 不适 于变工况 运转 ， 很少使 用 ， 故 绝大 多数压 缩机均 采用 自动 的升程 ， 大， 运动部分质量 大 ， 气体 推力小时 ， 开启过程时 间便 相对校长 ， 过 阀。
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长 的开启 时间 ， 会使 时间截面减小 ， 阻力损 失增长 ， ｄ ｅ 在 － 阶段 ， 主 气阀 由阀座 、 启闭元件 、 弹簧 、 升程限制器 四部分组成。 如果 弹簧力过强 ， 在活塞速度 达到最 如果所示 ， 当膨 胀过和终 了 ， 若气缸 与阀胜之 间的气体 压力造 要取决于 弹簧力和气流推力 ，
阀 片应 力 增 加 ， 片 和 阀座 的磨 损 加 剧 ， 导 至气 阀提 前 损 坏 ， 且 阀 并 而 敲击 还能发 出更大 的噪声 ， 因此 ， 一个气阀若能正常 作 ， Ｌ 则气流速 阀片撞 击升程限制器 ，若两者不 能把阀片的动能全部吸收 ， 则 升程 、 弹簧力 三者必须协调 ， 此外 ，ｊ 质量也有影 ｝片 ｉ ｛ Ｉ 能产生反弹力 ， 又若此 时气流 的推力不足 以抵挡 反弹力及弹簧力之 度 即气流推 力 、 响， 故在设计或选用气阀时需要 综合考虑。 和 ， 阀片 出现反 弹现象 （ 则 图中 ｂｃ并且 回 向阀座 ， —） 因为这 时继 续 ｈ — 升 程 —
则 成 压 力 差 Ａｐ由此 作 用 在 阀 片 上 的 力 足 以 克 服 弹 簧 力 及 阀 片 和 一 大 值 时 气 流 的 推力 也 不 足 以克 服 弹簧 力 ， 阀 片 出现 在 阀座 和 升 程 这 部分弹簧的质量力时 ， 阀片便开始开启 ， 阀片一旦 离开阀痤 。 便有气 限 制 器 之 间来 回跳 动 的颤 振 现 象 ， 时 气 阀 的 时 阃 截 面 减 小 阻 力 损 且 体通过此 缝隙进入气缸 ， 且在流入气体 的推 力作用下 ， 并 阀片继续 失增加 ， 阀片来 回撞击能使气阀的寿命缩短 。 如 果 弹 簧 力 过 软 ， 则 阀 片停 留 在 升 程 限 制 器 上 的时 间延 长 ， 阀 上 升直 到撞 至升程限制器 （ 图中 ａ ｂ 此时 ， —） 阀片 的运动 方程可根据 片将在活塞更 接近止点 的位置 ， 气流达到更低一些 的速度时 才开始 牛顿第二定律写 出 关闭， 以致活塞 到达止点位置 时阀片来不及落 到阀座上 ， 出现迟后 ｍ％ ／ｔ Ｆ — ｓ ｄ ｇ Ｆ ＝
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９ ４・
科 技 论 坛
浅谈 活塞 式压缩机气 阀设 计
张 军 ’ 赵 艳 ｚ
（、 １ 沈阳三一重型装备 有限公 司， 辽宁 沈 阳 １０ ０ ２ 沈 阳申元气体压 缩机有 限公 司， 宁 沈 阳 １（ＪＪ １０ ０ 、 辽 １【】） ）ｌ （ 摘 要： 活塞式压缩机广泛应用于工农 业等各个行 业， 对各领域 的发展起 着直管重要的作 用。活塞式压缩机的作用效果 ， 主要取决 于 气阀， 以说气阀的好坏直接 影响着压缩机 的使 用。 可
压缩机是一种 可用于压缩气体借 以提高气体压力 的机械 ， 的 它 种 类很多 ， 用途极 广 ， 几乎遍 及工农业 、 交通运输 、 国防甚至生活 的 各 个领 域。 按 照压缩气体 的原理 ，压缩机可分 为容积式 和速度式两大类 。 容 积式压缩机 是使气体直接 受到压缩 ， 从而使气 体容积减小 、 力 压
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提 高的机械 ， 一般这类 压缩机具 有装 盛气体 的气 缸 ， 压缩气 体 以及
的活塞 。按 照活塞运 动方式 的不 同， 它区分为往复活塞式和 回转 活 塞式两种 ， 本文重点介绍往复式活塞压缩机。 活塞式压缩机在 圆筒形气缸 中具有一可往复运动 的活塞 ， 气缸 上 有控制进排气 的阀 门， 当活塞作往 复运动时 ， 气缸容积 周期性地 变化 ， 以实现气体的吸进 、 借 压缩和排 出。 活 塞式压缩 机 的优 点是 ：． ａ无论 流量大 小 ， 都能 达到所需 的压 力。ｂ热效率高；气量调节 时排气压力几乎不改变 。 ． ｃ ． 缺点是 ：． ａ 机器体积大且重 ， 单机排量一般小于 ５ ０ ３ ｉ ． ０ ｍ／ ｎ 结 ｍ ｈ 构 复杂 ， 易损件多 ， 维修工作量较大 。 气 阀时活塞式压缩机 的重要部件之一 ， 的工作直接关 系到压 它 缩机运转 的经济性和 可靠性 ， 对气阀的基本要求 如下 ： ａ． 使 用寿命 长（ 阀片和弹簧的寿命 长 ） 只 。不能犹豫 阀片或弹簧 的 损 坏 而 引 起 压缩 机 的非 计 划 停 车 。 ｂ 体通过 气阀 时能 量损失 小 ， ． 气 以减少压 缩机动力 消耗 ， 于 对 固定式长期连续 运转 的压缩机尤为重要 。 ｃ 阀关闭时具有 良好的密封性 ， ． 气 减少气体的泄漏量。 ｄ阀片起 、 ． 闭动作及 时和迅速 ， 而且需完 全开启 ， 以提高机器 效 率和延长使用期 。 ｅ． 气阀所引起 的余隙容积要小 ， 以提高气缸容积效率。 气流推力也继续存在 ， 这一推力起阻止阀片天 的作用 ， 以 所 此外 ， 还要求结构简单 ， 制造方便 ， 易于维修 ， 气阀零件 （ 特别 是 气缸 ， 阀 片 的 关 闭是 在 弹 簧 力 和气 流 推 力 之 差 的 作 川 下 落 下 阀座 的 ， 们 我 阀片 ） 的标准化 、 通用化水 平要高。 希望活塞到达止点位置时 ， 阀片也恰 好落在阀座 （ 网中 ｅｆ此时 ， —） 气阀有两大类 ， 一类称为强制阀 ， 它的启 闭是 由专 门机构控制 ， 进气 阀完成一次 工作 ， 面积 ａ ｌ — — —－ 称为时间截面。 — ｃ ｄ ｅ ｆａ 而与气缸 内压力变化 无关 ， 另一类称为 自动 阀 ， 它们启闭主要 由气 由上 面 公 式 可 知 ， 片 开 启 过 程 （— ） 需 的 时 间 ， 决 于 阀 片 阀 ａｂ所 取 缸和 阀腔 内， 气体压 力差来决定 。 强制阀因为结构复杂 ， 启闭时间 固 弹簧力 、 运动部分质量 以及气体推力等 。当升程高 ， 弹簧力 定， 不适 于变工况 运转 ， 很少使 用 ， 故 绝大 多数压 缩机均 采用 自动 的升程 ， 大， 运动部分质量 大 ， 气体 推力小时 ， 开启过程时 间便 相对校长 ， 过 阀。
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长 的开启 时间 ， 会使 时间截面减小 ， 阻力损 失增长 ， ｄ ｅ 在 － 阶段 ， 主 气阀 由阀座 、 启闭元件 、 弹簧 、 升程限制器 四部分组成。 如果 弹簧力过强 ， 在活塞速度 达到最 如果所示 ， 当膨 胀过和终 了 ， 若气缸 与阀胜之 间的气体 压力造 要取决于 弹簧力和气流推力 ，
阀 片应 力 增 加 ， 片 和 阀座 的磨 损 加 剧 ， 导 至气 阀提 前 损 坏 ， 且 阀 并 而 敲击 还能发 出更大 的噪声 ， 因此 ， 一个气阀若能正常 作 ， Ｌ 则气流速 阀片撞 击升程限制器 ，若两者不 能把阀片的动能全部吸收 ， 则 升程 、 弹簧力 三者必须协调 ， 此外 ，ｊ 质量也有影 ｝片 ｉ ｛ Ｉ 能产生反弹力 ， 又若此 时气流 的推力不足 以抵挡 反弹力及弹簧力之 度 即气流推 力 、 响， 故在设计或选用气阀时需要 综合考虑。 和 ， 阀片 出现反 弹现象 （ 则 图中 ｂｃ并且 回 向阀座 ， —） 因为这 时继 续 ｈ — 升 程 —
则 成 压 力 差 Ａｐ由此 作 用 在 阀 片 上 的 力 足 以 克 服 弹 簧 力 及 阀 片 和 一 大 值 时 气 流 的 推力 也 不 足 以克 服 弹簧 力 ， 阀 片 出现 在 阀座 和 升 程 这 部分弹簧的质量力时 ， 阀片便开始开启 ， 阀片一旦 离开阀痤 。 便有气 限 制 器 之 间来 回跳 动 的颤 振 现 象 ， 时 气 阀 的 时 阃 截 面 减 小 阻 力 损 且 体通过此 缝隙进入气缸 ， 且在流入气体 的推 力作用下 ， 并 阀片继续 失增加 ， 阀片来 回撞击能使气阀的寿命缩短 。 如 果 弹 簧 力 过 软 ， 则 阀 片停 留 在 升 程 限 制 器 上 的时 间延 长 ， 阀 上 升直 到撞 至升程限制器 （ 图中 ａ ｂ 此时 ， —） 阀片 的运动 方程可根据 片将在活塞更 接近止点 的位置 ， 气流达到更低一些 的速度时 才开始 牛顿第二定律写 出 关闭， 以致活塞 到达止点位置 时阀片来不及落 到阀座上 ， 出现迟后 ｍ％ ／ｔ Ｆ — ｓ ｄ ｇ Ｆ ＝
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９ ４・
科 技 论 坛
浅谈 活塞 式压缩机气 阀设 计
张 军 ’ 赵 艳 ｚ
（、 １ 沈阳三一重型装备 有限公 司， 辽宁 沈 阳 １０ ０ ２ 沈 阳申元气体压 缩机有 限公 司， 宁 沈 阳 １（ＪＪ １０ ０ 、 辽 １【】） ）ｌ （ 摘 要： 活塞式压缩机广泛应用于工农 业等各个行 业， 对各领域 的发展起 着直管重要的作 用。活塞式压缩机的作用效果 ， 主要取决 于 气阀， 以说气阀的好坏直接 影响着压缩机 的使 用。 可