氣閥

氣閥是壓縮機中用來控制氣體進出氣缸的部件。主要由閥座、閥片、彈簧與升程限制器組成。閥片與閥座之間的升啟高度或閉合決定了氣體通道的大小和密閉。彈簧主要用以推動閥片關閉，也可減輕閥片開啟時與升程限制器的撞擊。升程限制器可限制閥片的升程並可承座彈簧；氣閥閥片的啟閉由氣缸內、外氣體壓差與彈簧力控制，無需其他驅動機構，故稱自動閥。

基本介紹

• 中文名：氣閥
• 外文名：air valve
• 要求：阻力損失小、關閉及時迅速等
• 作用：壓縮機中的重要部件
• 材料：具韌性好、耐磨、耐腐蝕性能
• 學科：機械工程

要求

從氣閥工作原理來看，氣閥工作性能將直接影響壓縮機氣缸的工作，因此，對氣閥有如下要求：

氣閥

（1）阻力損失小

氣閥阻力損失大小與氣流的閥隙速度及彈簧力大小有關。氣速越高，能量損失越大；彈簧力過大，阻力損失也大，其大小按氣閥運動規律的合理性準則設計確定。

（2）氣閥關閉及時、迅速

關閉時不漏氣，以提高機器的效率，延長使用期。
（3）壽命長、工作可靠。

限制氣閥壽命的主要因素是閥片及彈簧質量，一般對長期連續運轉的壓縮機，希望壽命達8000小時以上；對移動式、短期或間歇運轉的壓縮機，要求可稍低些。
（4）形成的余隙容積要小
（5）噪聲小
此外，還要求氣閥裝配、安裝、維修方便，加工容易等。

結構

氣閥是往復活塞式壓縮機中的重要部件，也是易損壞的部件之一。它的好壞直接影響壓縮機的排氣量、功率消耗及運轉的可靠性。在壓縮機向高速方向發展的階段，限制轉速提高的關鍵問題之一就是氣閥。

活塞式壓縮機一般都採用“自動閥”，就是氣閥的開啟與關閉是依靠閥片兩邊的壓力差實現的，沒有其它的驅動機構。

如圖所示為環狀進氣閥示意圖。氣閥主要由閥座1、閥片2、彈簧3、升程限制器4和將它們組為一體的螺栓，螺母等組成。排氣閥的結構與吸氣閥基本相同，兩者僅是閥座與升程限制器的位置互換，吸氣閥升程限制器靠近氣缸里側，排氣閥則是閥座靠近氣缸里側。環狀閥因其閥片為薄圓環而得名閥座與升程限制器上都有環形或孔形通道，供氣體通過。閥片與閥座上的密封口貼合形成密封。升程限制器上有導向凸台，對閥片升降起導向作用。

氣閥結構示意圖

運動曲線

如圖為某壓縮機中氣閥閥片運動曲線。其中1為吸氣閥的運動曲線，2為排氣閥的運動曲線。縱坐標代表升程h，橫坐標為曲軸的轉角(或時間)。從圖中可以看出氣閥的開啟和關閉都是比較快的。並且氣閥的開啟速度總是要高於氣閥的關閉速度，這是因為氣閥的開啟過程是在活塞速度很高的階段進行的，而氣閥的關閉卻是在活塞已位移到接近止點位置，活塞速度已經很低的情況下進行的。氣閥在啟閉過程中，閥片、升程限制器及閥座都將受到交變衝擊載荷作用，很容易造成磨損和破壞。根據某些關於氣閥的研究文獻可以看出閥片對升程限制器或閥座的衝擊力的大小與以下諸因素有關：

壓縮機中氣閥運動曲線

（1）閥片質量大時，衝擊力大。故閥片質量輕對減小衝擊力是有好處的。也可以看出用增加閥片厚度的辦法來減少閥片中的應力並不一定能得到預期效果。壓縮機中的氣閥多採用多環窄通道氣閥，閥片質量較輕、衝擊力將減少，這是有利的。

（2）轉速n增加時衝擊力增大，且衝擊頻率也增加，閥片壽命將縮短。

（3）氣閥的彈簧過軟或者由於膠著等原因，使氣閥延遲關閉，衝擊力特別大，氣閥易損壞。為了提高壽命需要加大彈簧力，但彈簧力過大也不太合適，因為此時不但會加大氣流通過氣閥的阻力損失，而且還因氣閥兩邊的壓力差不足以克服彈簧力，使閥片不能一直貼合在升程限制器上而產生振盪造成總的阻力損失增加。因此為克服這一矛盾的影響，選用變剛性彈簧是比較理想的，即彈簧力在氣閥剛開啟階段較軟，以後迅速變硬，以減少氣閥對升程限制器的衝擊；關閉時，開始很迅速，後來彈簧力迅速變小，可以減少對閥座的衝擊。

（4）升程h大時，衝擊力大。因此升程不宜取得過高。但升程過小，氣閥阻力會增加。因此，在兼顧不致使氣閥阻力過大的情況下，力求升程值小些。

（5）從氣閥運動曲線圖中可以看出，閥片對升程限制器的衝擊速度大於對閥座的衝擊速度，但前者支承面積較大，而後者的支承面積僅僅是閥片與閥座的狹窄的密封周邊，故對閥座的衝擊應力仍然較大，這也是它易於損壞的主要原因之一。 ，

此外，從壓縮工作循環過程來看，由於膨脹過程中壓力下降比壓縮時壓力上升來得快，因此，排出閥關閉不及時所造成的影響將會更嚴重一些。為此，排出閥上配備的彈簧剛性應比吸入閥的彈簧剛性大些。

材料

閥座和升程限制器均受衝擊載荷，閥座還承受閥兩側的氣體壓力差。要求材料耐衝擊並有足夠強度。閥座和升程限制器的材料可根據氣體性質的不同和承受壓力差的不同而選擇相應的材料。

閥片材料應具有強度高、韌性好、耐磨、耐腐蝕性能。

氣閥彈簧一般採用碳素彈簧鋼，合金彈簧鋼及不鏽鋼等材料。壓縮機氣閥除環狀閥外，還有網狀閥、碟形閥、孔閥及直流閥等。其作用原理與環狀閥大體相同，但各有不同的特點。

水泵氣閥

工作原理

空壓機的低壓級吸氣閥和排氣閥裝在氣缸蓋上，升程為3mm。而高壓級的吸氣閥和排氣閥裝在氣缸中部的閥室內。氣缸及活塞均分成直徑上大下小的兩段。活塞頂部以上為氣缸的低壓級工作空間，空氣經濾清器吸入氣缸。活塞中部的環形空間為高壓級工作空間，由低壓級排出的氣體經級間冷卻器冷卻送入高壓級進一步被壓縮。為了保證安全，低壓級和高壓級分別裝有安全閥，它們的安全開啟壓力分別比額定排出壓力約高15%和10%。電動機通過彈性連軸器帶動曲軸旋轉，再經連桿，活塞銷帶動活塞在氣缸內上下往復運動。當活塞從上止點向下止點移動時，空壓機處於吸氣過程，此時進氣閥彈簧被壓縮，閥片向下運動，於是進氣閥打開，吸入氣體。活塞回行時，即從下止點向上運動時，吸氣閥開始關閉，即閥片受其彈簧彈力作用向上運動至與閥座密合位置。當吸、排氣閥均處於關閉狀態，活塞繼續向上運動時，氣體在缸內被壓縮，壓力升高到排出壓力時，排氣閥閥片向上運動壓縮彈簧而開啟，壓縮過程結束。排氣閥開啟後，缸內壓力即將保持排出壓力大小不變直到活塞行至上止點，全部氣體被排出，排氣過程結束。氣閥開啟的最大位置受升程限制器的限制。

活塞式壓縮機

活塞式壓縮機介紹：當曲軸旋轉時，通過連桿的傳動，活塞便做往復運動，由氣缸內壁、氣缸蓋和活塞頂面所構成的工作容積則會發生周期性變化。活塞從氣缸蓋處開始運動時，氣缸內的工作容積逐漸增大，這時，氣體即沿著進氣管，推開進氣閥而進入氣缸，直到工作容積變到最大時為止，進氣閥關閉；活塞反向運動時，氣缸內工作容積縮小，氣體壓力升高，當氣缸內壓力達到並略高於排氣壓力時，排氣閥打開，氣體排出氣缸，直到活塞運動到極限位置為止，排氣閥關閉。當活塞再次反向運動時，上述過程重複出現。總之，曲軸旋轉一周，活塞往復一次，氣缸內相繼實現進氣、壓縮、排氣的過程，即完成一個工作循環。

卸荷器

卸荷器主要有以下幾種:

旁路式

（Port Type Unloader）

顧名思義，就是在吸氣閥的旁邊單獨開一個旁路通道，用單獨的卸荷器封閉該通道，不與吸氣閥發生聯繫。這種卸荷器的優點就是減少了傳統卸荷器對吸氣閥閥片的影響，延長了吸氣閥的使用壽命。

塞式

（Plug Type Unloader）

這種卸荷器、它的結構與旁路卸荷器類似，只是作用於帶中心孔的Magnum閥上。卸荷器打開時，氣體通過中心孔返回入口緩衝器，卸荷器關閉時，中心孔被封住，氣閥正常工作。

余隙腔式

（Clearance Pocket Type Unloader）

這種卸荷器的工作原理就是在氣缸的缸蓋端設定了一個余隙腔，利用氣體的壓縮和自由膨脹來實現卸荷的。當余隙腔打開時，被壓縮的高壓氣體一部分保留在余隙腔內，進入自由膨脹階段，這些氣體就會自由膨脹，占據了部分氣缸容積，導致入口吸氣量的減少，從而達到卸荷目的。當余隙腔關閉時，氣缸正常工作。