活塞式压缩机舌簧自动阀动态响应/瞬态流动特性研究及其在产品设计中的应用

The reed valve is one of essential components in a number of piston compressors,which affects greatly the efficiency of the compressor. The reed failure of movement (i.e. vibration opening and delay closing) and fracture still exists since the vale works under the bad condition of high temperature, high pressure and high frenquency motion. This research focuses on the issues of dynamic response and reliability of the reed valve. This project investigates the valve dynamics and transient flow of the fluid through the valve. The motion of reed valve, pressure distribution on reed surface and fluid mechanics are obtained. A number factors causing failures are analyzed. The relationship between displacement of reed and tendency of fluid flow is establised.The effect of plate structure on the loss of flow through the valve is investigated.This research aims at obtaining the couple mechanics of solid and fluid of the reed valve and the failure mechanics, providing a theoretical guide for optimization design of reed valve.

舌簧自动阀广泛应用于中小型活塞式压缩机，是影响其能效和可靠性的关键部件。但在高压差、高温和高频率运动工作条件下，由于阀片运动失效（开启颤振、关闭迟滞）和断裂失效等问题，致使降低阻力损失和提高阀片寿命一直是业界技术难题。本项目针对舌簧自动阀在高温、高压差、高频率工作条件下的动态响应性及可靠性，通过基于冲击载荷的阀片动态响应特性研究，获取阀片上非均布动态载荷的分布规律和阀片运动规律，揭示阀片断裂失效和启闭运动失效过程及其影响因素。通过流经阀口非稳态流体流动特性研究，获取非稳态流体时空分布规律，揭示阀片不同位移下流体的流动趋势以及阀座结构对流动阻力损失的影响。本项目的研究不仅能揭示耦合作用下舌簧自动阀的失效机理和过程，为建立高效舌簧自动阀的设计准则及失效评定方法提供理论指导，更为自主研发在高压差、高温、高频率等苛刻环境下、具有舌簧阀特征的自动阀提供方法指导。

舌簧自动阀广泛应用于中小型活塞式压缩机，是影响其能效和可靠性的关键部件。工作时，流体与阀片之间的耦合作用控制着阀片的启闭运动，阀口的结构形式也影响着流体的流动特性及流动阻力损失。因而本项目对气阀的工作机理进行深入研究，研究了基于冲击载荷的阀片动态响应特性，获取阀片上非均布动态载荷的分布规律和阀片运动规律，研究阀座结构对流动阻力损失的影响，揭示耦合作用下影响气阀工作效率的因素，提出了气阀系统优化设计方法，更为自主研发在高压差、高温、高频率等苛刻环境下、具有舌簧阀特征的自动阀提供方法指导。.建立了气阀流固耦合模型，包括流体域控制方程、固体域控制方程以及他们之间的耦合方程。根据气阀的特点确定流体域模型和固体域模型，通过计算阀片的模态获得了最大时间步长。本研究中，搭建了基于电涡流传感器的阀片位移测试系统，并通过对比分析试验测试数据与有限元分析数据，验证了模型的有效性，为后续的理论分析提供了正确的模型。.获得了阀片的动态响应特性，在无限制升程器的时候，阀片的刚度越小，阀片的位移越大，运动速度越大，同时阀片速度的波动也越大，即阀片出现震颤的现象比较严重。随着阀片刚度的增加阀口平均流速减小，但是流速均大于零，这说明气缸中的工质均能流出阀口，不存在回流现象。研究表明排气阀片刚度的变化不影响压缩机的制冷量，但是随着阀片刚度的增加，作用于阀片上的气体压力随之，说明流动阻力增加，使得压缩机功耗增加，能效下降。.研究中表明升程限制器的形状将直接影响阀片升程、以及其运动规律。升程限制器可以控制阀片的升程，有效的减小阀片运动时速度的波动，以及由此带来的能量损失。本项目中通过有限元分析的方法不仅可以获得限位器的线型，还可以获得合理气阀升程，提出了便于工程加工的限位器设计方法。.研究了阀口结构形式对阀口的流体的流动特性的影响，其结论如下：阀口的通流截面比越小，气阀的压力损失越小，因此阀座通道不宜采用直壁型式，尽可能采用通流面积比较小的设计；扩散角越大，出口倒角处的涡流区越大，气体的损失也随之增加，因此取值比较小比较合理；增加阀片的升程能降低阀隙速度，降低气阀的压力损失，提高气阀的效率。但是过大的升程不仅不能有效的降低压力损失，还可能引起额外的损失。.提出了基于公里设计的气阀系统优化设计的方法，以某型号压缩机的气阀为例,通过试验的方法验证了优化模型的有效性。