一种往复压缩机全程控制式网状气阀

技术领域

本发明属于压缩机技术领域，特别是涉及一种往复压缩机网状气阀。

背景技术

目前，往复压缩机中使用的气阀类型普遍为网状阀、环状阀、菌状阀等，这些传统的气阀类型均属于自力式位移结构。针对自力式位移结构的网状气阀来说，在往复压缩机中属于应用最多的气阀类型，其网状阀片通过在阀座与升程限制器之间往返运动，实现进排气通道的通断控制。

由于传统的自力式位移结构网状气阀都是依靠弹簧力与气体流动推力的合力作为阀片的推动力，在进排气过程中，当气体的推力超过弹簧力和阀片与阀座之间的粘滞力时，则阀片被顶开，当气体的推力小于弹簧力时，在弹簧力作用下促使气阀关闭。因此，传统的自力式位移结构网状气阀也被称为自动阀。

然而，这种自动阀在运动过程中存在一系列弊端：①、气阀的通流面积较小，阀片的升程只有2mm左右，气阀全开位置的占比小，导致进排气的阻力损失大；②、气阀部件之间存在激烈的撞击，导致阀片、阀座、弹簧等部件容易产生变形或断裂，降低了气阀的使用寿命；③、无法人为控制气阀的开和关，进排气量无法根据用气需求进行调节，存在严重的能源浪费现象。

因此，由于自动阀在结构和工作原理上存在上述弊端，不可避免地导致气阀存在故障率高、工作效率低的问题。为了减小阀片高频撞击强度和阀片断裂几率，只能将阀片的升程限制在2mm左右，这反而限制了气阀的有效通流面积，使气阀流动阻力损失增加以及有效功减小。虽然加大弹簧的弹性力可以减轻阀片与升程限制器的撞击，但是又会导致气阀全开占有时间缩短、开启滞后时间和关闭超前时间加大等不利现象。反之，则阀片与升程限制器的撞击加剧、工作寿命缩短。为了让阀片能够达到设计的最大升程，就必须保证阀隙马赫数足够大，但后果则是增大了气阀的阻力损失、造成压缩机效率进一步下降等不利影响。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种往复压缩机全程控制式网状气阀，具有有效通流面积大、压力损失小、开关阀片无撞击、开启时间和关闭时间可调、全程可控的特点，使往复压缩机自身便具备了气量无级调节能力。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种往复压缩机全程控制式网状气阀，根据用途的不同，分为往复压缩机全程控制式网状进气阀和往复压缩机全程控制式网状排气阀，二者均包括阀座、阀片、阀杆及直线运动驱动装置，所述阀片与阀杆采用一体式结构，所述直线运动驱动装置与阀杆相连，由直线运动驱动装置在气阀外部驱动阀杆及阀片动作，按照预设定程序控制阀片与阀座做周期性开阀和关阀运动。

所述阀杆固定穿装在阀片中心，阀杆与阀片之间采用焊接固连方式、粘结固连方式或一体式加工固连方式。

所述阀座与阀片同轴配合，在阀座中心开设有圆孔，在圆孔内固定设置有滑套，所述阀杆穿入滑套内，所述滑套采用石墨铜套轴承或其他耐磨金属、非金属套。

所述阀杆及阀片通过气阀外部的直线运动驱动装置进行驱动，用以执行加速、减速、等待和制动指令，根据需要设定直线运动驱动装置的运动周期、频率及阀片的升程、开启时间、关闭时间和停留时间。

所述直线运动驱动装置采用直线伺服电机、音圈伺服电机或具有高加速度、高减速度和位置环控制功能的执行器。

本发明的有益效果：

本发明的阀片开和关动作的执行，直接由外部直线运动驱动装置进行驱动，可实现加速、减速、等待、制动等运动，阀片相对于阀座可实现“零速着陆”，保证开关阀片无撞击，有利于气阀使用寿命的提高。

本发明的阀片开和关动作执行时无撞击，使阀片升程可以根据需求进一步增大，有利于提高气阀的有效通流面积，使阀隙气体流速降低；由于气阀压力损失与阀隙气体流速的平方成正比，因此气阀压力损失将大幅度减小；由于有效通流面积增大，可以进一步减少压缩机所需气阀的数量。

本发明的阀片开和关动作的执行，直接由外部驱动装置进行驱动，在外部驱动装置的直接驱动下，可以根据理想的曲轴转角或时间开阀和关阀，也可以根据阀芯前后压差或气体力的测量信号开阀和关阀，有效克服了传统网状气阀存在的开启滞后以及关闭不适时的弊病，使P-V示功图趋于理想化，节能效果良好。

本发明经过实验验证，当使用优质的小惯量直线伺服电机和优质的音圈伺服电机时，开阀、关阀响应时间均可小于12ms，对于转速500r/min以下的往复压缩机使用效果良好。

本发明取消了传统网状气阀中的升程限制器和弹簧等弹性部件，进一步降低了气阀的压力损失和故障率，阀片运动规律可不受气体推力和弹簧力的束缚和制约，增加了在最大升程位置的停留时间，气体平均流速减小，进一步降低了压力损失。

本发明可直接用于现有往复压缩机网状气阀的改造，无需改变气阀原有安装条件，也可以用做新制往复压缩机的配套气阀。

本发明可以用于实现0～100％压缩负荷的无级调节，无需附加任何辅助设备，与现有的采用部分行程顶开阀芯技术的气阀相比，结构更加简单且无附加阻力损失。

附图说明

图1为本发明的往复压缩机全程控制式网状进气阀的结构示意图(关阀状态)；

图2为本发明的往复压缩机全程控制式网状进气阀的结构示意图(开阀状态)；

图3为本发明的往复压缩机全程控制式网状进气阀的结构示意图(气阀安装孔座、阀盖、压阀罩及丝堵未示出)；

图4为本发明的往复压缩机全程控制式网状进气阀的阀片与阀座组合件结构示意图；

图5为本发明的往复压缩机全程控制式网状进气阀的阀片俯视图；

图6为本发明的往复压缩机全程控制式网状进气阀的阀座仰视图；

图7为本发明的往复压缩机全程控制式网状排气阀的结构示意图(关阀状态)；

图8为本发明的往复压缩机全程控制式网状排气阀的结构示意图(开阀状态)；

图9为本发明的往复压缩机全程控制式网状排气阀的结构示意图(气阀安装孔座、阀盖、压阀罩及丝堵未示出)；

图10为本发明的往复压缩机全程控制式网状排气阀的阀片与阀座组合件结构示意图；

图11为本发明的往复压缩机全程控制式网状排气阀的阀片俯视图；

图12为本发明的往复压缩机全程控制式网状排气阀的阀座俯视图；

图中，1—气阀安装孔座，2—阀盖，3—阀片，4—阀座，5—阀杆，6—压阀罩，7—丝堵，8—直线运动驱动装置，9—滑套，10—阀座密封垫片，11—螺栓，12—阀盖密封垫片，13—密封圈，14—密封环，15—限位环槽，16—限位卡簧，17—阀片气流通道，18—环形沟槽，19—阀座气流通道，20—阀片密封凸台。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

一种往复压缩机全程控制式网状气阀，根据用途的不同，分为往复压缩机全程控制式网状进气阀和往复压缩机全程控制式网状排气阀。

如图1～6所示，所述往复压缩机全程控制式网状进气阀包括阀盖2、阀片3、阀座4、阀杆5、压阀罩6、丝堵7及直线运动驱动装置8；所述阀片3位于阀座4的下部；所述阀杆5底端与阀片3中心固定连接，阀杆5顶端延伸至阀盖2外部；所述直线运动驱动装置8的动力输出端与阀杆5顶端固定连接；所述阀座4通过滑套9套装在阀杆5上，阀座4位于阀片3上方，阀座4固定压紧在气阀安装孔座1上，阀座4与气阀安装孔座1的压紧面之间安装有阀座密封垫片10；所述压阀罩6套装在阀杆5上，压阀罩6位于阀座4上方，压阀罩6固定压紧在阀座4上；所述丝堵7丝扣旋接在阀杆5上，丝堵7位于压阀罩6上方，丝堵7固定安装在阀盖2中心，阀盖2通过螺栓11固定安装在气阀安装孔座1上，在阀盖2与气阀安装孔座1之间安装有阀盖密封垫片12；在所述丝堵7与阀盖2之间安装有密封圈13，在丝堵7与阀杆5之间安装有密封环14。

具体实施过程中，阀杆5与阀片3可以采用分体制造并组合连接形成组合件，二者的连接方式可以是焊接或粘结，阀杆5与阀片3还可以采用一体式制造方式获得组合件。

具体实施过程中，滑套9可以选用石墨铜套轴承、耐磨金属套或非金属套。

在所述丝堵7上方的阀杆5上设有限位环槽15，在限位环槽15内安装有限位卡簧16。

具体实施过程中，限位卡簧16的存在可以防止阀杆5与阀片3组合件意外脱落掉入压缩机气缸中。

所述阀片3采用圆盘形结构，在阀片3的盘体上设置有若干阀片气流通道17，若干阀片气流通道17均为圆弧形且沿阀片3盘体的圆周方向分布，所有阀片气流通道17的圆弧中心均与阀片3盘体的圆心同心分布。

具体实施过程中，阀片气流通道17的截面形状为锥形，阀片气流通道17的圆弧两端进行倒圆角处理。

所述阀座4采用圆盘形结构，在阀座4的盘体下表面沿径向等间距分布有若干环形沟槽18，在阀座4的盘体上设置有若干阀座气流通道19，若干阀座气流通道19均为圆弧形且阀座4盘体的圆周方向分布，所有阀座气流通道19的圆弧中心均与阀座4盘体的圆心同心分布，所有阀座气流通道19均位于环形沟槽18内，在阀座4盘体的径向方向上，设有阀座气流通道19的环形沟槽18与未设阀座气流通道19的环形沟槽18交替分布；所述阀片3盘体上的所有阀片气流通道17均与阀座4盘体上的未设阀座气流通道19的环形沟槽18正对，相邻环形沟槽18之间形成的环形边沿构成阀片密封凸台20。

具体实施过程中，阀座气流通道19的截面形状为倒锥形，阀座气流通道19的圆弧两端进行倒圆角处理。

所述直线运动驱动装置8采用具有高加速度、高减速度和位置环控制功能的执行器。

在具体实施过程中，直线运动驱动装置8可以选用直线伺服电机、音圈伺服电机等，通过对直线伺服电机、音圈伺服电机等执行器的运动周期、频率、升程、开启时间、关闭时间、停留时间等参数进行设定，在利用直线运动驱动装置8对阀杆5进行动作控制时，可以驱动阀片3执行加速、减速、等待、制动等动作。

当阀片3与阀座4完全贴合时，气阀处于关闭状态；当阀片3与阀座4脱离接触时，气阀处于打开状态，外部气体能够进入压缩机的气缸，此时压缩机进入吸气过程。

当压缩机达到所需负荷后，直线运动驱动装置8会接到关阀指令，并驱动阀杆5动作，进而带动阀片3向上抬升并与阀座4完全贴合，气阀恢复到关闭状态，外部气体停止进入压缩机的气缸，压缩机开始对气缸内留存的气体进行压缩，随后压缩机转入排气过程，从而实现压缩机气量的无级调节。

如图7～12所示，所述往复压缩机全程控制式网状排气阀包括阀盖2、阀片3、阀座4、阀杆5、压阀罩6、丝堵7及直线运动驱动装置8；所述阀座4位于阀片3下方，阀座4固定压紧在气阀安装孔座1上，阀座4与气阀安装孔座1的压紧面之间安装有阀座密封垫片10；所述阀片3固定套装在阀杆5上，阀片3位于阀座4上方；在所述阀座4上表面中心开设有盲孔，所述阀杆5底端延伸至盲孔内，在阀杆5底端与盲孔之间设有滑套9，阀杆5顶端延伸至气阀安装孔座1外部；所述直线运动驱动装置8的动力输出端与阀杆5顶端固定连接；所述压阀罩6套装在阀杆5上，压阀罩6位于阀片3上方，压阀罩6固定压紧在阀座4上；所述丝堵7套装在阀杆5上，丝堵7位于压阀罩6上方，丝堵7丝扣旋接在阀盖2中心，阀盖2通过螺栓11固定安装在气阀安装孔座1上，在阀盖2与气阀安装孔座1之间安装有阀盖密封垫片12；在所述丝堵7与阀盖2之间安装有密封圈13，在丝堵7与阀杆5之间安装有密封环14。

具体实施过程中，阀杆5与阀片3可以采用分体制造并组合连接形成组合件，二者的连接方式可以是焊接或粘结，阀杆5与阀片3还可以采用一体式制造方式获得组合件。

具体实施过程中，滑套9可以选用石墨铜套轴承、耐磨金属套或非金属套。

所述阀片3采用圆盘形结构，在阀片3的盘体上设置有若干阀片气流通道17，若干阀片气流通道17均为圆弧形且沿阀片3盘体的圆周方向分布，所有阀片气流通道17的圆弧中心均与阀片3盘体的圆心同心分布。

具体实施过程中，阀片气流通道17的截面形状为倒锥形，阀片气流通道17的圆弧两端进行倒圆角处理。

所述阀座4采用圆盘形结构，在阀座4的盘体上表面沿径向等间距分布有若干环形沟槽18，在阀座4的盘体上设置有若干阀座气流通道19，若干阀座气流通道19均为圆弧形且阀座4盘体的圆周方向分布，所有阀座气流通道19的圆弧中心均与阀座4盘体的圆心同心分布，所有阀座气流通道19均位于环形沟槽18内，在阀座4盘体的径向方向上，设有阀座气流通道19的环形沟槽18与未设阀座气流通道19的环形沟槽18交替分布；所述阀片3盘体上的所有阀片气流通道17均与阀座4盘体上的未设阀座气流通道19的环形沟槽18正对，相邻环形沟槽18之间形成的环形边沿构成阀片密封凸台20。

具体实施过程中，阀座气流通道19的截面形状为锥形，阀座气流通道19的圆弧两端进行倒圆角处理。

所述直线运动驱动装置8采用具有高加速度、高减速度和位置环控制功能的执行器。

在具体实施过程中，直线运动驱动装置8可以选用直线伺服电机、音圈伺服电机等，通过对直线伺服电机、音圈伺服电机等执行器的运动周期、频率及阀片升程、开启时间、关闭时间、停留时间等参数进行设定，在利用直线运动驱动装置8对阀杆5进行动作控制时，可以驱动阀片3执行加速、减速、等待、制动等动作。

当阀片3与阀座4完全贴合时，气阀处于关闭状态；当阀片3与阀座4脱离接触时，气阀处于打开状态，压缩机气缸内的压缩气体可以向外排出，此时压缩机进入排气过程。

当压缩机结束排气过程时，直线运动驱动装置8会接到关阀指令，并驱动阀杆5动作，进而带动阀片3向下与阀座4完全贴合，气阀恢复到关闭状态，压缩机气缸内的压缩气体停止向外排气，压缩机转入吸气过程，从而实现压缩机气量的无级调节。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。