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大型無油空壓機(jī)氣閥結(jié)構(gòu)設(shè)計
時間:2017-06-27 15:39
來源:德耐爾無油空壓機(jī)
作者:Denair1111
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氣閥是安裝在空壓機(jī)氣缸上控制氣體進(jìn)出的部件，氣閥對壓縮機(jī)經(jīng)濟(jì)性與可靠性有著重要影響，常被比作壓縮機(jī)的“心臟”。大型空壓機(jī)排氣量大，功率大，通常氣閥安裝直徑大。在各種結(jié)構(gòu)型式空壓機(jī)氣閥中，由于網(wǎng)狀閥與環(huán)狀閥氣流通道呈圓環(huán)狀，氣閥通流面積與安裝面積之比較大，因此大型空壓機(jī)廣泛采用網(wǎng)狀閥與環(huán)狀閥，以便氣閥有良好的經(jīng)濟(jì)性。無油壓縮機(jī)氣缸內(nèi)無潤滑油，氣閥內(nèi)也不存在潤滑油，因此空壓機(jī)氣閥工作過程中應(yīng)無摩擦或者氣閥運動元件采用自潤滑材料。氣閥按照閥片材料分類，可分為帶金屬閥片氣閥與帶塑料閥片氣閥。金屬閥片具有強度高、硬度高、耐高溫、線膨脹系數(shù)小、成本低、厚度小等優(yōu)點。塑料閥片材料通常采用尼龍、聚醚醚酮等，塑料閥片具有良好的抗疲勞及抗沖擊性能，自潤滑性好，同時帶塑料閥片氣閥密封性能較好，工作時噪聲小?？諌簷C(jī)氣閥設(shè)計首先是氣閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計，下面分別討論用于大型無油空壓機(jī)的帶金屬閥片氣閥與帶塑料閥片氣閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
帶金屬閥片氣閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計
環(huán)狀閥可分為普通環(huán)狀閥與氣墊閥，網(wǎng)狀閥分為有摩擦網(wǎng)狀閥與無摩擦網(wǎng)狀閥。由于普通環(huán)狀閥工作過程中閥片與升程限制器導(dǎo)向凸臺有摩擦，氣墊閥工作過程中閥片與升程限制器氣墊腔壁有摩擦，有摩擦網(wǎng)狀閥工作過程中閥片與導(dǎo)向塊有摩擦，因此采用金屬閥片的普通環(huán)狀閥、氣墊閥、有摩擦網(wǎng)狀閥都不能很好適用于大型無油壓縮機(jī)。目前，在大型無油空壓機(jī)中運用更為廣泛的采用金屬閥片的氣閥為圖1 所示無摩擦網(wǎng)狀閥。
圖1中，從下至上依次為閥座、閥片、升程墊片、緩沖片及升程限制器。通常，閥片在靠中心固定部位與外側(cè)運動部位之間設(shè)計1 個彈性臂。閥片上壓有彈簧，稱之為閥片彈簧。升程墊片可以置于閥片與緩沖片之間，也可以置于閥片兩側(cè)。緩沖片通常采用2片，緩沖片在靠中心固定部位與外側(cè)運動部位之間設(shè)計2個彈性臂。緩沖片開有徑向槽或是圓孔，以便閥片彈簧穿過緩沖片壓在閥片上。緩沖片上壓有彈簧，稱之為緩沖片彈簧。靜止?fàn)顟B(tài)下，緩沖片彈性臂在緩沖片彈簧力作用下更大撓度為升程的40%左右。
從理論上講，無摩擦網(wǎng)狀閥可以不需要緩沖片與緩沖片彈簧，這樣，氣閥結(jié)構(gòu)就簡單多了。但實踐表明，用于大型無油空壓機(jī)中的無摩擦網(wǎng)狀閥，如果不采用緩沖片與緩沖片彈簧，氣閥的壽命很低。緩沖片與緩沖片彈簧能大幅降低閥片與升程限制器的碰撞速度以及閥片傾側(cè)運動的幅度，大幅提高氣閥壽命 ，同時還有利于氣閥及時關(guān)閉。圖1 無摩擦網(wǎng)狀閥設(shè)計的重點與難點是緩沖片彈性臂的設(shè)計。當(dāng)緩沖片彈性臂剛度較小時，壓在緩沖片上的彈簧力較小，緩沖作用較小，閥片容易損壞;當(dāng)緩沖片彈性臂剛度較大時，壓在緩沖片上的彈簧力較大，緩沖片彈性臂兩端部因應(yīng)力較大而容易發(fā)生疲勞斷裂。事實上，國內(nèi)許多空壓機(jī)氣閥設(shè)計人員為避免緩沖片彈性臂兩端部應(yīng)力過大，而把緩沖片彈性臂剛度設(shè)計得較小，緩沖片上不再設(shè)置緩沖片彈簧，同時把升程墊片置于緩沖片兩側(cè)，但這樣一來，緩沖效果明顯下降。為解決這一難題，需要對圖1 中緩沖片結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。
圖1：無摩擦網(wǎng)狀閥
圖2所示氣閥與圖1所示氣閥結(jié)構(gòu)類似，不同之處在于緩沖片結(jié)構(gòu)不同。圖2所示氣閥中緩沖片中心固定部位沒有彈性臂，緩沖片自身設(shè)計成為一彈性體，因而這種緩沖片稱之為自彈緩沖片。自彈緩沖片更外環(huán)與中心固定部位之間由多條彈性筋連接，其在緩沖片彈簧力作用下的彈性變形主要是指各彈性筋的變形。自彈緩沖片除更外環(huán)外，里面各環(huán)由直槽斷開。這樣，一方面閥片彈簧可以從這些槽中穿過壓在閥片上，另一方面更主要的是可以降低緩沖片自身的剛度。通常用于大型無油壓縮機(jī)無摩擦網(wǎng)狀閥中的自彈緩沖片彈性筋較多，為4-8條;彈性筋較長，其變形長度為更外環(huán)到中心固定部位之間距離;彈性筋較寬，與對應(yīng)閥片筋寬一致;因此自彈緩沖片剛性系數(shù)較大，而同時工作過程應(yīng)力較小，自身有良好的可靠性。自彈緩沖片單條彈性筋上通常可設(shè)置1-2 個緩沖片彈簧。
圖2：帶自彈緩沖片無摩擦網(wǎng)狀閥
由于存在傾側(cè)運動，網(wǎng)狀閥閥片并非整體與閥座及升程限制器碰撞，碰撞僅發(fā)生在局部，主要是更外環(huán)，因此網(wǎng)狀閥片更外環(huán)更容易損壞。為提高網(wǎng)狀閥片使用壽命，閥片更外環(huán)相比其它環(huán)寬1-3。為避免無油空壓機(jī)氣閥彈簧與升程限制器彈簧孔壁摩擦磨損過大從而影響氣閥可靠性，氣閥彈簧通常采用截錐螺旋壓縮彈簧。當(dāng)氣閥彈簧采用圓柱螺旋壓縮彈簧時，升程限制器彈簧孔應(yīng)為階梯孔。為減小傾側(cè)運動的幅度，閥片彈簧與緩沖片彈簧通常分布于閥片與緩沖片外側(cè)。
帶塑料閥片氣閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計
由于塑料與金屬線膨脹系數(shù)相差較大，為避免閥片在升程限制器氣墊腔中卡死，因此氣墊閥一般不采用塑料閥片。塑料閥片中心部位通常不設(shè)置彈性臂，因此無摩擦網(wǎng)狀閥也不能采用塑料閥片。用于大型無油壓縮機(jī)的帶塑料閥片氣閥的結(jié)構(gòu)主要有圖3、圖4 兩種型式。圖3 帶塑料閥片環(huán)狀閥閥片各環(huán)獨立，形狀簡單，加工制造方便，與其它結(jié)構(gòu)型式氣閥相比，還有較好的氣密性能與抗堵塞、抗液擊性能。圖" 帶塑料閥片網(wǎng)狀閥閥片各環(huán)連成一體，整個閥片起落較為一致;氣閥安裝直徑相同時，網(wǎng)狀閥往往流道數(shù)較多，效率較高。
圖3 帶塑料閥片環(huán)狀閥與傳統(tǒng)帶金屬閥片環(huán)狀閥結(jié)構(gòu)設(shè)計有許多相似之處，但也有許多不同之處。由于塑料相對金屬強度、硬度較低，因此塑料閥片相比金屬閥片厚許多，閥座密封邊也較寬。由于塑料具有良好的抗疲勞及抗沖擊性能，帶塑料閥片氣閥升程較大，氣閥流道較寬，流道數(shù)較少。塑料線膨脹系數(shù)比金屬大許多，塑料閥片通常不通過外圓導(dǎo)向，因此升程限制器上一圈導(dǎo)向凸臺僅為一片閥片導(dǎo)向。對于工作氣體含較多雜質(zhì)的壓縮機(jī)，帶塑料閥片環(huán)狀閥升程限制器結(jié)構(gòu)設(shè)計時，在與環(huán)狀閥片接觸的環(huán)形表面開設(shè)環(huán)形抗堵塞凹槽。
圖3：帶塑料閥片環(huán)狀閥
圖4 帶塑料閥片網(wǎng)狀閥與傳統(tǒng)帶金屬閥片網(wǎng)狀閥結(jié)構(gòu)設(shè)計類似，但也有一些地方不同。當(dāng)塑料閥片承受較大集中載荷時，閥片變形也較大，因此帶塑料閥片網(wǎng)狀閥彈簧數(shù)較多，單個彈簧剛度較小，各彈簧均布于閥片上。塑料網(wǎng)狀閥片通常比金屬網(wǎng)狀閥片連接筋略多，閥片更外環(huán)相比其它環(huán)寬。圖4 結(jié)構(gòu)氣閥塑料網(wǎng)狀閥片直接與閥座及升程限制器碰撞，碰撞速度大，同時由于存在傾側(cè)運動，閥片應(yīng)力復(fù)雜，閥片更外環(huán)容易疲勞斷裂。為提高氣閥使用壽命，一些空壓機(jī)氣閥生產(chǎn)企業(yè)在圖4 中塑料網(wǎng)狀閥片與升程限制器間采用圖1中結(jié)構(gòu)型式的金屬緩沖片，當(dāng)然也可以采用圖2中結(jié)構(gòu)型式的金屬自彈緩沖片，這樣效果更好。部分空壓機(jī)氣閥生產(chǎn)企業(yè)則在圖4中塑料網(wǎng)狀閥片與升程限制器間增加一片與閥片完全相同的緩沖片。圖4 結(jié)構(gòu)氣閥增設(shè)緩沖片后，氣閥總厚度增大。
圖4：帶塑料閥片網(wǎng)狀閥
大型無油空壓機(jī)帶塑料閥片氣閥設(shè)計時，一定要明確閥片材料的力學(xué)性能、物理性能與化學(xué)性能，特別是材料的彎曲強度、拉伸強度、沖擊強度、彈性模量、熱變形溫度、硬度、線膨脹系數(shù)、密度等。塑料的性能不僅與基本成分有關(guān)，還與填充劑成分與含量、加工質(zhì)量等有關(guān)。
當(dāng)大型無油空壓機(jī)氣閥采用金屬閥片時，可以采用圖& 結(jié)構(gòu)無摩擦網(wǎng)狀閥，也可以采用圖2結(jié)構(gòu)帶自彈緩沖片無摩擦網(wǎng)狀閥，但顯然圖2 結(jié)構(gòu)氣閥可靠性更好。圖1 結(jié)構(gòu)氣閥設(shè)計時，需計算閥片、緩沖片彈性臂的剛度、應(yīng)力及等效運動質(zhì)量。圖2結(jié)構(gòu)氣閥設(shè)計時，需計算閥片彈性臂與緩沖片的剛度、應(yīng)力及等效運動質(zhì)量。當(dāng)大型無油壓縮機(jī)氣閥采用塑料閥片時，可以采用圖3結(jié)構(gòu)環(huán)狀閥，也可以采用圖4 結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀閥。圖3結(jié)構(gòu)環(huán)狀閥有良好的抗堵塞、抗液擊性能;圖4結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀閥效率較高，為提高圖4 結(jié)構(gòu)氣閥的可靠性，可在閥片與升程限制器間設(shè)置緩沖片。帶塑料閥片氣閥結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須考慮塑料的各種性能。隨著特種工程塑料綜合性能的不斷提升，制造成本不斷下降，帶塑料閥片氣閥在大型無油空壓機(jī)中應(yīng)用會越來越廣泛。
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