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氣閥是安裝在空壓機氣缸上控制氣體進出的部件，氣閥對壓縮機經濟性與可靠性有著重要影響，常被比作壓縮機的“心臟”。大型空壓機排氣量大，功率大，通常氣閥安裝直徑大。在各種結構型式空壓機氣閥中，由于網狀閥與環狀閥氣流通道呈圓環狀，氣閥通流面積與安裝面積之比較大，因此大型空壓機廣泛采用網狀閥與環狀閥，以便氣閥有良好的經濟性。無油壓縮機氣缸內無潤滑油，氣閥內也不存在潤滑油，因此空壓機氣閥工作過程中應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、線膨脹系數小、成本低、厚度小等優點。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。空壓機氣閥設計首先是氣閥的結構設計，下面分別討論用于大型無油空壓機的帶金屬閥片氣閥與帶塑料閥片氣閥的結構設計。

帶金屬閥片氣閥的結構設計

環狀閥可分為普通環狀閥與氣墊閥，網狀閥分為有摩擦網狀閥與無摩擦網狀閥。由于普通環狀閥工作過程中閥片與升程限制器導向凸臺有摩擦，氣墊閥工作過程中閥片與升程限制器氣墊腔壁有摩擦，有摩擦網狀閥工作過程中閥片與導向塊有摩擦，因此采用金屬閥片的普通環狀閥、氣墊閥、有摩擦網狀閥都不能很好適用于大型無油壓縮機。目前，在大型無油空壓機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運動部位之間設計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。緩沖片通常采用2片，緩沖片在靠中心固定部位與外側運動部位之間設計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。靜止狀態下，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，無摩擦網狀閥可以不需要緩沖片與緩沖片彈簧，這樣，氣閥結構就簡單多了。但實踐表明，用于大型無油空壓機中的無摩擦網狀閥，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運動的幅度，大幅提高氣閥壽命  ，同時還有利于氣閥及時關閉。圖1 無摩擦網狀閥設計的重點與難點是緩沖片彈性臂的設計。當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力較大而容易發生疲勞斷裂。事實上，國內許多空壓機氣閥設計人員為避免緩沖片彈性臂兩端部應力過大，而把緩沖片彈性臂剛度設計得較小，緩沖片上不再設置緩沖片彈簧，同時把升程墊片置于緩沖片兩側，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 中緩沖片結構進行改進。
圖1：無摩擦網狀閥

圖2所示氣閥與圖1所示氣閥結構類似，不同之處在于緩沖片結構不同。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外，里面各環由直槽斷開。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無摩擦網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到中心固定部位之間距離;彈性筋較寬，與對應閥片筋寬一致;因此自彈緩沖片剛性系數較大，而同時工作過程應力較小，自身有良好的可靠性。自彈緩沖片單條彈性筋上通常可設置1-2 個緩沖片彈簧。
圖2：帶自彈緩沖片無摩擦網狀閥

由于存在傾側運動，網狀閥閥片并非整體與閥座及升程限制器碰撞，碰撞僅發生在局部，主要是更外環，因此網狀閥片更外環更容易損壞。為提高網狀閥片使用壽命，閥片更外環相比其它環寬1-3。為避免無油空壓機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。當氣閥彈簧采用圓柱螺旋壓縮彈簧時，升程限制器彈簧孔應為階梯孔。為減小傾側運動的幅度，閥片彈簧與緩沖片彈簧通常分布于閥片與緩沖片外側。

帶塑料閥片氣閥的結構設計

由于塑料與金屬線膨脹系數相差較大，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置彈性臂，因此無摩擦網狀閥也不能采用塑料閥片。用于大型無油壓縮機的帶塑料閥片氣閥的結構主要有圖3、圖4 兩種型式。圖3 帶塑料閥片環狀閥閥片各環獨立，形狀簡單，加工制造方便，與其它結構型式氣閥相比，還有較好的氣密性能與抗堵塞、抗液擊性能。圖" 帶塑料閥片網狀閥閥片各環連成一體，整個閥片起落較為一致;氣閥安裝直徑相同時，網狀閥往往流道數較多，效率較高。

圖3 帶塑料閥片環狀閥與傳統帶金屬閥片環狀閥結構設計有許多相似之處，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，流道數較少。塑料線膨脹系數比金屬大許多，塑料閥片通常不通過外圓導向，因此升程限制器上一圈導向凸臺僅為一片閥片導向。對于工作氣體含較多雜質的壓縮機，帶塑料閥片環狀閥升程限制器結構設計時，在與環狀閥片接觸的環形表面開設環形抗堵塞凹槽。
圖3：帶塑料閥片環狀閥

圖4 帶塑料閥片網狀閥與傳統帶金屬閥片網狀閥結構設計類似，但也有一些地方不同。當塑料閥片承受較大集中載荷時，閥片變形也較大，因此帶塑料閥片網狀閥彈簧數較多，單個彈簧剛度較小，各彈簧均布于閥片上。塑料網狀閥片通常比金屬網狀閥片連接筋略多，閥片更外環相比其它環寬。圖4 結構氣閥塑料網狀閥片直接與閥座及升程限制器碰撞，碰撞速度大，同時由于存在傾側運動，閥片應力復雜，閥片更外環容易疲勞斷裂。為提高氣閥使用壽命，一些空壓機氣閥生產企業在圖4 中塑料網狀閥片與升程限制器間采用圖1中結構型式的金屬緩沖片，當然也可以采用圖2中結構型式的金屬自彈緩沖片，這樣效果更好。部分空壓機氣閥生產企業則在圖4中塑料網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 結構氣閥增設緩沖片后，氣閥總厚度增大。
圖4：帶塑料閥片網狀閥

大型無油空壓機帶塑料閥片氣閥設計時，一定要明確閥片材料的力學性能、物理性能與化學性能，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、密度等。塑料的性能不僅與基本成分有關，還與填充劑成分與含量、加工質量等有關。

當大型無油空壓機氣閥采用金屬閥片時，可以采用圖& 結構無摩擦網狀閥，也可以采用圖2結構帶自彈緩沖片無摩擦網狀閥，但顯然圖2 結構氣閥可靠性更好。圖1 結構氣閥設計時，需計算閥片、緩沖片彈性臂的剛度、應力及等效運動質量。圖2結構氣閥設計時，需計算閥片彈性臂與緩沖片的剛度、應力及等效運動質量。當大型無油壓縮機氣閥采用塑料閥片時，可以采用圖3結構環狀閥，也可以采用圖4 結構網狀閥。圖3結構環狀閥有良好的抗堵塞、抗液擊性能;圖4結構網狀閥效率較高，為提高圖4 結構氣閥的可靠性，可在閥片與升程限制器間設置緩沖片。帶塑料閥片氣閥結構設計時，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中應用會越來越廣泛。

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