[发明专利]无弹簧气阀

说明书

无弹簧气阀是对现有压缩机气阀的继承和发展。气阀不用弹簧，在升程限制器上钻孔、加工环形通孔和环形槽等，采用整体塑料阀片，实现阀片关闭瞬间气体不倒漏，气阀的工作原理符合下列基本原理。①惯性定律：气体分子具有质量，以一定的速度运动就外于一定的运动状态，直到有外力改变为止。曲轴旋转带动活塞往复运动，速度的大小、方向呈周期性变化。改变气缸内气体运动状态的力是活塞往复运动所施加的，改变阀片运动状态的力是气缸内压力的周期性变化产生的，即气体力场的大小、方向周期性变化控制着阀片的开启和关闭。②流体总是往压力低的方向运动，在进入多通道时优先走阻力小的通道。

以闭式结构单圈阀片的无弹簧气阀为例，说明无弹簧气阀的工作原理。图1是无弹簧吸气阀，膨胀过程结束吸气过程开始的瞬间，气缸内压力微小于吸气压力，尼龙阀片开启，接着进行吸气过程。吸气过程完毕压缩过程开始的瞬间，活塞到达止点，其速度方向开始改变，由阀隙通道径升程限制器通道φ5、φ4.9孔进入气缸的气体，因惯性作用减速进入，当气缸内压力微大于吸气压力，此气流阻止缸内气体由阀隙通道向阀座通道泄漏，造成缸内气体对阀片施力的φ8孔阻力最小，缸内气体优先进入φ8孔内推动阀片关闭，开始压缩过程。阀片关闭后，在压缩、排气、膨胀过程气缸内压力大于吸气压力的条件下紧贴阀座密封面。

图2是无弹簧排气阀，压缩过程结束排气过程开始的瞬间，气缸内压力微大于排气压力，塑料阀片开启，接着进行排气过程。排气过程结束膨胀过程开始的瞬间，活塞到达止点开始返回，从阀隙通道经升程限制器通道排出的气体，因惯性减速排出，当气缸内压力微小于排气压力，此排出气流阻止气体向阀隙通道泄漏，造成了缸外气体对阀片施力的φ8孔阻力最小，气体优先进入φ8孔内推动阀片关闭，进行膨胀过程。阀片关闭后，在膨胀、吸气、压缩过程气缸内压力小于排气压力的条件下紧贴阀座密封面。

即使以上气阀的升程限制器上φ8孔只有一个，气流也能直接通过它推动阀片关闭。为了阀片工作时受力均匀，启、闭一致，靠阀片平面的升限制器车槽，槽的深度取升程限制器高度的1/2，加工均布的环形或孔形通孔与槽相通，如图1，图2中φ8孔所示，孔的总流通面积取0.5-1倍阀隙通道面积。阀片全开，升程限制器上加工环槽等，使整体阀片平面上不能与升程限制器平面接触的那部分面积，就是气阀关闭时气流对阀片的推力面积，取0.6-0.9倍阀座通道面积。多圈环状阀改造成无弹簧气阀，只需对升程限制器和阀片进行改造，阀片改成中心导向结构的网状阀片，各圈阀片挡住部分阀隙通道面积，就适当增加阀片升程来满足原来的阀隙通道面积，使气阀工作流动损失不增加。推荐的无弹簧气阀结构见图3。

无弹簧气阀主要有单圈阀片的环状阀、组合阀和中心导向结构的的网状阀，其阀片升程可以比现有气阀的稍大，或按有关资料选取，阀片用工程塑料(尼龙、氯化聚醚，聚酰亚胺等)制造。工程塑料阀片重量轻，弹塑性好，有自润滑性，工作时对升程限制器导向凸台的磨损很小，对阀座和升程限制器的惯性冲击力远比钢阀片的轻，寿命长。无弹簧气阀不需试漏，按有关技术要求检查阀座、阀片等零件后，装配好即可。

无弹簧气阀的工作原理和结构，决定了阀片关闭瞬间气体不倒漏，与现有气阀比较，气缸内吸气压力增大，排气压力降低，膨胀、压缩过程时间缩短，吸气、排气过程时间延长。增加了新鲜气的吸入量和排出量。由于吸气时气缸内压力微小于吸气压力，排气时气缸内压力微大于排气压力，因此无弹簧气阀阻力很小，有P_S＝P_S′，P_d＝P_d′，若活塞环密封无泄漏，则每一个工作循环所作的功相当于膨胀、压缩过程是多方过程的理论循环功，功耗最省，电机功率出现富余，可以扩缸和加转用好电机功率，加转不允许最大往复惯性力超过实际最大活塞力，扩缸不允许最大活塞力超过原机实际最大活塞力。用无弹簧气阀的压缩机指示功率用国际单位制表示为：

N_i＝10³×λ_VP_Sv_h·m/(m-1)·[(P_d/P_s)^(m-1)/m-1]KW