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氣閥的動(dòng)力學(xué)模型以進(jìn)氣閥為例，其工作過(guò)程大致可分為：接近膨脹過(guò)程的終點(diǎn)，汽缸與閥腔之間的壓力差克服彈簧力推動(dòng)閥片離開(kāi)閥座，汽缸開(kāi)始吸氣過(guò)程。閥片繼續(xù)升高直到撞擊升程限制器，并可能有反彈現(xiàn)象。當(dāng)活塞接近止點(diǎn)位置時(shí)，進(jìn)氣速度和氣流推力減少，閥片從升程限制器向閥座回落。根據(jù)牛頓第二定律，閥片的運(yùn)動(dòng)方程可為：m（dh2／dt2）＝Fg－Fs（1）式中：m為閥片的質(zhì)量與1／3彈簧質(zhì)量之和；Fg為氣體推力；Fs為彈力，F(xiàn)s＝K△l；K為彈性系數(shù)；△l為變形量；h為升程；t為時(shí)間。
由于Fg與差壓△p成正比，閥片在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的碰撞以及作為激勵(lì)的Fg與t和h之間有復(fù)雜的約束關(guān)系，故閥片的運(yùn)動(dòng)力學(xué)模型應(yīng)視為非線性模型。由于氣缸留給閥座的安裝面積是一定的，若增加閥片升程，即增加閥隙通流面積，有利于降低閥隙流速，減少壓力損失，提高效率。而當(dāng)升程增加至閥隙截面與閥座截面相等時(shí)，再增加升程就沒(méi)有意義了，因?yàn)檫^(guò)高的升程會(huì)增加閥片與升程限制器的撞擊速度，影響氣閥的壽命。閥片的質(zhì)量越小越有利于提高氣閥動(dòng)作的及時(shí)性和降低撞擊力。但閥片的質(zhì)量要受閥片的面積、材料、強(qiáng)度的限制。因此，只有選擇合適的參數(shù)，才能最大限度地發(fā)揮氣閥的性能。
氣閥的故障診斷及失效形式氣閥以其制造、安裝方便的特點(diǎn)在壓縮機(jī)行業(yè)中應(yīng)用最久、最廣，它是壓縮機(jī)工作循環(huán)的關(guān)鍵部件，其故障是造成壓縮機(jī)使用效率偏低的主要原因。
氣閥由于其工作環(huán)境的特殊性，成為故障多發(fā)的部件。據(jù)統(tǒng)計(jì)，往復(fù)壓縮機(jī)有60％以上的故障發(fā)生在氣閥上。故保證機(jī)組無(wú)故障運(yùn)行的主要研究方向應(yīng)為提高氣閥運(yùn)行壽命。影響氣閥工作可靠性的主要部件是彈簧和閥片口。根據(jù)對(duì)失效部位的檢修次數(shù)統(tǒng)計(jì)，閥片與閥座密封面失效占55％，彈簧失效占27％，閥片斷裂占9％，閥體安裝松動(dòng)及其它占9％。氣閥的每一種故障都會(huì)引起壓縮機(jī)熱力性能和動(dòng)力性能出現(xiàn)異常，故障會(huì)帶來(lái)壓縮機(jī)的異常振動(dòng)和聲響，并使級(jí)間壓力、溫度發(fā)生改變。因此，對(duì)于熱力性能故障可通過(guò)對(duì)壓力、溫度的測(cè)試進(jìn)行診斷，對(duì)于動(dòng)力性能故障則可通過(guò)對(duì)振動(dòng)、溫度信號(hào)分析來(lái)判斷。
其中，振動(dòng)分析法是在對(duì)設(shè)備所產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)進(jìn)行信號(hào)采集、數(shù)據(jù)處理后，根據(jù)振幅、頻率、相位及相關(guān)圖譜所進(jìn)行的故障分析。一方面，由于在壓縮機(jī)的所有故障中，振動(dòng)故障出現(xiàn)的概率最高；另一方面，振動(dòng)信號(hào)包含了豐富的機(jī)械及運(yùn)行的狀態(tài)信息，比如轉(zhuǎn)子、軸承、聯(lián)軸器、基礎(chǔ)、管線等機(jī)械零部件運(yùn)行中自身狀態(tài)的信息和轉(zhuǎn)速、流量、進(jìn)出口壓力以及溫度、油溫等運(yùn)行狀態(tài)的信息。此外，振動(dòng)信號(hào)易于拾取，便于在不影響機(jī)組運(yùn)行的情況下實(shí)行在線監(jiān)測(cè)和診斷。因此，振動(dòng)分析法是壓縮機(jī)故障診斷中運(yùn)用最廣泛、最有效的方法。
同時(shí)，氣缸壓力的變化也可直接反映氣閥故障，是較理想的診斷信號(hào)，實(shí)際應(yīng)用中的關(guān)鍵是氣缸壓力檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)問(wèn)題。由于環(huán)形閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件數(shù)量多，長(zhǎng)期在高溫下承受著交變沖擊載荷，極易發(fā)生故障。對(duì)結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、制造工藝和操作條件完全相同的氣閥，使用壽命在理論上應(yīng)該是相近的，即失效時(shí)間呈正態(tài)分布。氣閥的閥座和升程限制器一般表現(xiàn)為使用后中長(zhǎng)期故障，閥片和彈簧在使用中表現(xiàn)為中短期故障。
總結(jié)由于氣閥各種故障都會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)熱力性能和動(dòng)力性能異常，因而應(yīng)從相關(guān)信號(hào)如氣體溫度、壓力、流量、噪聲、振動(dòng)、氣閥運(yùn)動(dòng)狀況等入手進(jìn)行深入分析，這樣才能準(zhǔn)確地判斷故障原因。
轉(zhuǎn)載《中國(guó)空壓機(jī)網(wǎng)》
