高压压缩机气阀设计计算

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1、合肥通用机械研究院（安徽230031）李蔚蔚谭跃进高相家【摘要】介绍了新型高压压缩机气阀的设计计算，通过试验给出了性能参数的实测结果。【关键词】高压压缩机气阀设计计算一、刖吞新型的“螺杆-活塞串联空压机组”系列产品，已应用于陆地、海上石汕勘探及海岸空压机站等多个领域。现将该机组后段高压活塞压缩机的气阀结构设计、计算参数和试验结果作一介绍。二、气阀工作条件气阀是高压活塞压缩机屮最为关键的一个组件。压缩机运行的可靠性与经济性都与气阀设计得好坏冇关。机组气阀盂满足后段两级高压活塞压缩机的正常运转，压缩机主要技术参数见表1。表1压缩机主要技术参数技术怖数值

2、转速n/(r/min)1200s/m0.1压编比£y—E4=3.169三进代压力/MPa255级排T压力/MPa&08四进弋压力/MPa&08级排弋压力/MP》2.51压缩级数两级同名气缸数7=3三级缸径DJmm90四级缸住D/mm40排气星(m3/min)20冷却方式水冷三、气阀的设计与计算气阀的设计合理与否，直接响到排气量、排气温度及整机效率；气阀的主婆特性参数,可参照有-关文献规定。根据表1要求，所设计的气阀必须满足排气量大，并且排气压力高的活塞压缩机运行。因此进行气阀结构设计时确定为坏状阀（如图1）[1],保证足够的流通截而。1().图1三

3、级进气阀L升稈限位器丄弹賢3.销4.5•阀片6-垫囲7墀怡&阀申9.10•螺幻为了减少气体流经气阀的压力损失，考虑了尽可能在有限的气缸阀室上获得最大的安装截面，即获得最人的气阀有效流通截血。阀隙流通面积，按文献［2］有：Fzr=FCm/CvZv式中F——活塞工作而积；Cm——活塞平均速度；Cv——阀隙流速；Zv——同名气阀个数。式中阀隙流速Cv不能选取过高，否则阀隙马赫数Mv增大，使平均相对压力损失增加。该机阀隙马赫数三级进气阀为0.15,排气阀为0.13,四级进气阀为0.11,排气阀为0.1,在推荐值0.08〜0.25范围内。阀片升程为1.1〜1

4、.3mm,弹簧力的选取与升程、阀隙马赫数的关系满足01,弹赞力将超过阀片全开时可能产生的最大气体推力，阀片不能充分开启或在开启时发生颤振，增加能量损失，降低压缩机效率。当卩二0或接近0时，气阀无弹簧力或弹力太小，阀片将延迟关闭，还会使得气体“回流”。在确定m值以后，计算阀片在弹簧力的作用卜13］,从全开位置降落到阀座上所需时间对应的

5、曲轴转角（）1、阀片开始脱离升程限制器直到活塞到达止点所持续吋间对应的曲轴转角02、阀片到达升程限制器点到活塞到达止点这段时I'可内所对应的曲轴转角03,检验02/03<0.7和02/01>2时，表明该气阀有合理的运动规律。气阀主要计算参数见表2。m及四级进气阀排气阀进气阀排气阀阀腔压力/MPa2.57.97.925阀腔温度/匸3314033150151上1.51上阀片宽度/mm7.57.5757.5阀片升程1.31.2131.20.3530.3530.210.336司琼流通面枳/mn?816.8754224.6207.3有效流通面枳加亦481.9

6、444.91325122.3活•塞面枳/mm'636L7636L71256.61256.6治塞平为速度/（m/s>4444马旃数0.150」30.110」00.2870J3020.119U11^6IL6811.28.63%(・)28.525231950”)1166611767.52.462.162.052.060.2460.378020.26结论设卄满足円/越>2,"〃灿.7四、气量与功率的估算与测定图2表示了样机与螺杆压缩机串联为一系统，当压力达满负荷（总压力比25.1/2.5）时，在不同的转速下，实测容积流量Q0、排气最Qd,轴功率Nz、比功率

7、q的实测曲线。当转速达1200r/min,实测容积流量Q0为0.852m3/min,换算到螺杆压缩机一级进气状态下,排气量Qd达20.9m3/min,轴功率Nz为146.3kW,比功率q为7kW/m3•min-lo4009001400w/(r/min^2816(u.cAlu)/2-EW亠020图2样机变转速性能曲线（PC4/PS3=25.1/2.5）理论卄算绝热劝率A>IO3.15kW实测样机抽功率;V=l46.3kW绝热效率/：二0・7L五、结论1）实测样机的性能指标与理论设计要求基本符合，即该机的主要参数选取和结构设计是比较合理的。2）气阀的

8、设计按木文的方法是可行的，经验公式（）2/03<0.7,（）2/（）1>2用于校验气阀弹簧，可以得到较合理可靠的阀片运动规