01. 气阀结构及种类

压缩机气阀主要由阀座、启闭元件、升程限制器、弹性元件等部件组成。

阀座：阀座是气阀的基础，具有进气或排气气流通道，与启闭运动元件形成闭锁气流状态，气阀关闭时，承受气阀两侧压力差。

启闭元件：交替周期性开启和关闭阀座气流通道，通常制成片状，称为阀片。阀片是气阀的关键部件。在阀片两边气体压差下自动开启，以实现气体的吸入和排出。

升程限制器：用来限制启闭元件的开启速度，升程器上几个同心凸台起导向作用，同时又做弹性元件的支撑座。

弹性元件：开启时防止启闭运动元件以高速度撞击升程限制器，关闭时及时将启闭元件闭锁阀座通道。弹簧起辅助阀片迅速弹回以及保证密封的作用。通常在开车后的0.5-200h之间气阀最容易损坏。

气阀中最容易损坏的部件是阀片和弹簧等运动部件。

据某压缩机配件厂商统计，气阀、活塞杆填料、活塞环是往复压缩机3大易损件，同时，因气阀工作环境恶劣，强度大，它又是3大易损件中最容易损坏的零部件，因气阀损坏而引起的停车占非计划停车的40%以上。而气阀的结构和性能直接决定往复式压缩机能否长周期安全稳定运行，因此，气阀被称为往复压缩机的心脏。

往复压缩机常用的气阀有环状阀、网状阀、菌状阀、指状阀、气垫阀、活塞阀等。到目前为止，绝大数往复压缩机都采用环状阀和网状阀，但不论哪种气阀，基本都是由阀座、弹簧、阀片以及阀盖组成，其中阀片和弹簧的质量是气阀寿命的主要影响因素，一般对长周期连续运转的压缩机，气阀的寿命要求达8000h以上。

环状阀和网状阀的阀片材质分为不锈钢和PEEK，它们的优点是：气流阻力小，气阀弹簧力小，还可设置缓冲片来提高气阀的稳定可靠性。其缺点是：每个弹簧可能受力不均匀，导致阀片对阀体的撞击力加大，致使阀片断裂、阀片有豁口，弹簧失效。

菌状阀和指状阀类似，菌状阀的阀头比指状阀大，它们的优点是：小升程，噪声低，单一阀头，阀头不是同时损坏，对装置影响较小，不会造成设备的突然停车。其缺点是：直径较大，重量较大，阀头及弹簧易损。

气垫阀的优点是：每个阀片均设有一个气垫腔，减缓阀片与阀座的撞击及弹簧的损坏。其缺点是：因气垫腔的存在导致气阀的流通面积较小，气阀阻力损失大，进而导致能耗大。

活塞阀是一种安装在活塞上的新型气阀，用排气阀组和活塞相结合的活塞阀替代传统的活塞，与传统外置型相比，不再需要阀盖的密封，消除了气体泄漏的隐患，目前国内应用较少。

02. 气阀故障现象及原因分析

气阀故障，主要是阀片、弹簧破损，气阀密封性差，阀片的开启时间和高度不对以及安装中产生的问题。气阀故障现象及产生原因有以下几种：

1）阀片损坏原因：

a）疲劳破坏——由于阀片承受着频繁的撞击载荷和弯曲交变载荷，阀片容易产生疲劳破坏。实际使用证明，阀片主要破坏形式是撞击载荷引起的径向断裂；

b）阀片磨损——环状阀片与导向块工作面之间产生的摩擦磨损，可减弱阀片强度，降低使用寿命。磨损量过大时阀片可能卡死在导向块上或者失去密封作用。环状阀片在工作时转动，将引起阀片边缘磨扳；

c）阀片材料缺陷——材料夹渣、夹层、裂纹等缺陷引起阀片应力集中，在循环载荷作用下，成为疲劳破坏的根源。因此新阀片早期磨损率较高，使用期超过1000h的阀片，其使用寿命较高；

d）介质腐蚀——压缩介质本身有腐蚀性或介质中含有水分，工作时冲刷阀片，破坏阀片表面保护膜，在阀片局部地方出现腐蚀麻点和空洞，引起应力集中，产生腐蚀疲劳破坏。

2）气阀弹簧损坏原因：

a）弹簧从阀片全闭到全启，其载荷由预压缩力变化到最大压缩力，承受脉动循环载荷，引起疲劳破坏；

b）弹簧变形时与弹簧孔壁发生摩擦磨损，强度下降而断裂；

c）介质对弹簧表面腐蚀，产生麻点、凹坑，引起应力集中，加速弹簧疲劳破坏；

d）材质不符合要求，弹簧的加工、热处理有缺陷。

3）气阀漏气原因：

a）阀座密封面不平，表面粗糙度达不到要求；

b）密封面被碰伤；

c）阀片变形、破裂；

d）阀隙通道有异物卡住；

e）气体温度高，润滑油易变成炭渣卡住密封面。石油气压缩机，温度和压力越高，聚合物积炭越严重，炭渣黏着在阀片和阀座上，使气阀漏气；

f）弹簧力过小；

g）弹簧端面与轴线不垂直；

h）阀座、阀片严重磨损。

03. 气阀漏气鉴别方法

1）在多级压缩机中，若某一级排气阀漏气，排出气缸的气体又部分泄漏回气缸，不仅使该级排气温度升高，排气压力下降，而且该级的排出气量不足，使前级的排气压力上升。因此判别某级排气阀是否漏气，可测量该级阀盖上的温度是否升高，本级排气压力是否下降，前级排气压力是否上升等方面来识别。此外，还可以用金属棒或泄漏检测仪检查，气阀漏气严重时会发出吱吱的声音。

2）某一级吸气阀漏气，则该级吸气阀部位温度升高。同时由于该级吸入气体又在压缩过程中泄漏出去，使前级排气压力上升，而后面各级因吸入气量不足，排气压力下降。因此同样可用测量温度、压力和声音的方法来判别。

3）如果第一级吸气阀漏气，则随后各级气量下降，各级排气压力也相应下降，因此可从各级排气压力和气量是否下降来加以判别。煤油测试气阀泄漏量为何不再普遍适用？ 随着技术的发展，新的材料和设计的产生，原先用煤油测试气阀泄漏量已不再普遍适用，因为：  

（1）非金属阀片气阀用煤油测定泄漏很有可能出现合格，但如果通过了气密性测定法，上机运转就没问题。阀片密封是靠压差实现的，气密性测定法正是模拟这一工作特点，测试了阀片在有压差存在时对气体的密封能力。

（2）对于一些有特殊结构的气阀而言，如阀片与阀座间有升程垫片等间隔物，如果采用煤油试漏，气阀中间肯定是漏的。 

（3）没有一个气阀是绝对无泄漏的，只要泄漏量低于允许值就是合格的。

04. 气阀故障诊断方法的研究

如上所述，气阀故障主要表现为阀片损坏、弹簧折断和气阀漏气方面，其实这3种故障常常互为因果，阀片损坏可导致气阀漏气；弹簧折断使得阀片对阀挡和阀座的冲击速度和撞击力增大，导致阀片碎裂。因此，利用阀片冲击力的变化、气阀是否产生泄漏等特征参数来判断阀片和弹簧故障，是当前研究利用振动信号诊断气阀故障的主要方法之一。'

监测气阀的故障信号，除了观察压缩机的热力参数变化之外（如压缩机各级吸、排气压力变化、气量变化、阀腔内温度变化以及压力脉动变化等），更主要的是希望从气阀工作过程中产生的动力性能变化来诊断故障。目前对气阀故障进行监测和诊断的主要方法有：

1）在压缩机气阀阀盖上用传感器拾取振动信号或噪声信号，然后对信号进行分析处理和故障识别；

2）在气阀阀室内用位移传感器拾取阀片运动规律信号，校核阀片运动规律；

3）引出气缸的压力，作出气缸内的p-V示功图，从示功图的变化上判别气阀故障；

4）测量吸、排气腔内的脉动压力和温度变化诊断气阀故障。

信息来源：氢能源化工