带自弹缓冲片压缩机网状阀研究及应用

        新型结构带自弹缓冲片压缩机网状阀的缓冲片中心无弹性臂，自身设计成为一弹性体，因而缓冲片工作过程应力小，自身刚性系数大，缓冲片弹簧力大，气阀的可靠性较高。运用有限元法计算自弹缓冲片刚性系数、工作过程应力及等效运动质量，并建立相应的气阀工作过程数学模型。带自弹缓冲片压缩机网状阀应用于一系列大!中型压缩机气阀设计或改造，效果良好。

        气阀是往复式压缩机中最重要也是最易损坏的部件之一[1]。网状阀是大中型往复式压缩机普遍采用的阀型。传统无摩擦带缓冲片网状阀其缓冲片靠中心固定部位有弹性臂，缓冲片在弹簧力作用下的弹性变形主要是弹性臂的变形。这种缓冲片弹性臂工作过程应力较大，而自身刚性系数较小。很多场合下，需要缓冲片自身有较高的刚性系数，从而能采用较大的缓冲片弹簧力，以增大缓冲效果，但同时缓冲片工作过程应力又不能太大，以免导致缓冲片可靠性下降，这时，传统缓冲片弹性臂很难设计[2]。为此，本文提出一种带自弹缓冲片压缩机网状阀[3]。

１　带自弹缓冲片压缩机网状阀结构

带自弹缓冲片压缩机网状阀结构见图1，其中从上至下依次为阀座、阀片、升程垫片、自弹缓冲片及升程限制器。升程限制器上有弹簧孔，其中靠外侧略小的弹簧孔内装有压在缓冲片上的弹簧，称之为缓冲片弹簧；靠内侧略大的弹簧孔内装有压在阀片上的弹簧，称之为阀片弹簧。带自弹缓冲片压缩机网状阀与传统无摩擦带缓冲片网状阀不同的是，其缓冲片靠中心固定部位没有弹性臂，缓冲片自身设计成为一弹性体，因而这种缓冲片称之为自弹缓冲片。自弹缓冲片各环之间由筋连接，其在缓冲片弹簧力作用下的弹性变形主要是指各连接筋的变形。自弹缓冲片除最外环外，里面各环由直槽断开。这样，一方面阀片弹簧可以从这些槽中穿过压在阀片上，另一方面可以降低缓冲片自身的刚度。

２　自弹缓冲片计算

图1所示压缩机网状阀自弹缓冲片俯视图见图2，自弹缓冲片中心紧贴升程垫片的部位为固定部位，最外环外圆为自由端，图2中A~H处压有缓冲片弹簧。显然，在缓冲片弹簧力的作用下，缓冲片存在变形与应力。缓冲片的最大挠度在最外环外圆处，最大拉应力在连接筋根部与中心固定环接合部位。


由于缓冲片形状较为复杂，故采用有限元方法计算缓冲片工作过程变形及应力。自弹缓冲片的刚性系数Ks为式中，Fs为压在缓冲片上的总弹簧力；Wmax为自弹缓冲片最大挠度。

自弹缓冲片各环挠度不一样，用单质点数学模型分析气阀的运动规律时，缓冲片的运动质量则需采用等效运动质量[4]。自弹缓冲片等效运动质量可由瑞利法求得。以自弹缓冲片的静态挠曲面作为振动形状[5]，采用有限元方法计算时，自弹缓冲片的等效运动质量Med为式中，ρ为自弹缓冲片的密度；Wi为第i个单元的平均挠度；△Vi为第i个单元的体积。

对于图1所示自弹缓冲片，其最外环外径为332mm，筋宽为16mm，中心固定环外径为74mm升程垫片外径为52mm，最外环宽为13mm，中间各环宽为10mm，环与环间槽宽为5mm，缓冲片厚为2mm，缓冲片弹簧中心所在圆直径为312mm各环切开槽宽为30mm时，通过ANSYS软件进行有限元分析[6]，得到自弹缓冲片的刚性系数为3214kN/m，等效运动质量为01318kg。当缓冲片的最大挠度为1mm时，缓冲片最大拉应力为4416MPa。

与传统存在弹性臂的无摩擦网状阀缓冲片相比而言，自弹缓冲片的刚性系数大许多，因而可以承受较大的缓冲片弹簧力，缓冲效果好，气阀倾侧运动的幅度小；最大挠度相同时，自弹缓冲片最大应力却小得多，因而自身有良好的可靠性[2]。

自弹缓冲片的刚性系数容易按要求进行调整，如改变自弹缓冲片的厚度、连接筋的数目、宽度以及长度等。

３　带自弹缓冲片压缩机网状阀工作过程的数学模型