CN104895767A - 一种往复压缩机椭圆球面旋塞式进气阀 - Google Patents

Abstract

本发明往复压缩机椭圆球面旋塞式进气阀包括阀体、位于阀体内的阀座和阀芯，阀座为环状阀座，环状阀座两侧设有弹性密封件，阀芯为椭圆形球面，椭圆形球面可抵靠在环状阀座的开口内，阀芯借助阀柄和阀杆可转动地安装在阀体内且可做90度摆转，阀体上设有驱动装置，驱动装置通过阀杆和阀柄驱动阀芯转动以开启或封闭环状阀座。本发明往复压缩机椭圆球面旋塞式进气阀不存在部件之间的撞击现象，因而故障率低，进气阀采用了挠性偏心转摆阀芯，并结合双层弹性密封件对压差的响应，故而磨损小而且关闭严密、泄漏量小，本发明往复压缩机椭圆球面旋塞式进气阀可对运动规律进行精确控制，实现最佳的开启、关闭动作点及最佳摆转轨迹，有利于整机效率的提高。

Description

一种往复压缩机椭圆球面旋塞式进气阀

技术领域

本发明涉及了一种进气阀，尤其是一种用于往复式压缩机的新型进气阀结构。

背景技术

目前往复压缩机的进气阀均属于自力式位移结构。阀片在阀座与升程限制器之间往返跳动，实现进气通道的通断控制。气阀的通断完全依靠气缸与进气腔之间的压差作为推动力。位移式结构和自力驱动方式使阀片运动规律十分复杂，阀片与阀座、升程限制器、阀片弹簧之间的强烈撞击，导致进气阀的故障率高、工作效率低下。

研制一种无撞击、流动阻力小、运动规律精确可控的进气阀，从根本上降低进气阀的故障率，提高工作效率，并可籍以实现压缩机气量的无级调节，将具有很高的应用价值。

发明内容

本申请的发明目的在于解决目前上述技术问题，而提供一种可以由内向外进行固定密封、安全可靠、拆装方便、维修简便的往复压缩机椭圆球面旋塞式进气阀。

为了完成本申请的发明目的，本申请采用以下技术方案：

本发明的往复压缩机椭圆球面旋塞式进气阀，包括阀体、位于所述阀体内的阀座和阀芯，其特征在于：所述阀座为环状阀座，所述环状阀座两侧设有弹性密封件，所述阀芯为椭圆形球面，椭圆形球面可抵靠在所述环状阀座的开口内，所述阀芯借助阀柄和阀杆可转动地安装在所述阀体内并可进行90度摆转，所述阀杆作为阀芯的旋转中心，且径向偏离椭圆形球面的中心线，所述阀体外还设有驱动装置，所述驱动装置通过所述阀杆和阀柄驱动所述阀芯顺或逆时针转动90度以封闭或开启所述环状阀座。

本发明所述驱动装置为步进电机或伺服电机，所述步进电机或伺服电机连接有控制器。

本发明所述阀柄固定在所述椭圆形球面的背面的下部，所述阀柄具有通孔，通孔内安装所述阀杆，所述阀杆借助滚动轴承安装在所述阀体上，所述阀杆与所述步进电机或伺服电机的动力输出轴相连。

本发明所述弹性密封件为环形的弹性密封垫圈，靠近所述阀体进气口的一侧设有轴向位置可调节的环形支座，用以调节弹性密封垫圈的预压力的大小。

本发明的往复压缩机椭圆球面旋塞式进气阀与现有技术相比区别在于：本发明往复压缩机椭圆球面旋塞式进气阀不存在部件之间的撞击现象，因而故障率低，进气阀采用了挠性偏心转摆阀芯，并结合双层弹性密封件对压差的响应，故而磨损小，而且关闭严密、泄漏量小，本发明往复压缩机椭圆球面旋塞式进气阀可对运动规律进行精确控制，实现最佳的开启、关闭动作点及最佳摆转轨迹，有利于整机效率的提高，常规环状阀的几何通流面积小、气流通道多曲折，造成气流阻力损失大，本发明往复压缩机椭圆球面旋塞式进气阀全通径流通，有效通流面积是同口径常规环状阀的数倍，余隙容积小，进气阀效率可以得到很大提高，也为提高气流的设计马赫数、提高压缩机转速，或者减少进气阀的数量提供了可能性。

附图说明

图1是本发明的往复压缩机椭圆球面旋塞式进气阀的整体结构示意图；

图2是本发明的往复压缩机椭圆球面旋塞式进气阀封闭状态示意图；

图3本发明的阀芯结构示意图；

图4是图3中的阀芯的左视图；

图5是图3中的阀芯的俯视图；

图6是本发明阀芯的椭圆形球面及阀杆开启状态位置示意图；

图7是本发明阀芯的椭圆形球面及阀杆封闭状态位置设计原则示意图。

图中：1、阀体，2、阀座，3、阀芯，31、阀柄，32、阀杆，33、椭圆形球面，4压缩机，5、弹性密封件，6、阀座支架，61、第一环体，62、第二环体，63、三条肋板，7、调节螺栓，8、调整支座，9、驱动装置。

具体实施方式

如图1所示，本实施例的往复压缩机4椭圆球面旋塞式进气阀包括圆筒形的阀体1、位于阀体1内的阀座2和阀芯3，阀体1可焊接或用法兰直接连接到压缩机4气缸的进气口上。

如图2所示，阀座2为环状阀座2，环状阀座2可以用PEEK等耐磨非金属材料制成，安装在阀体1出气口处，环状阀座2两侧设有弹性密封件5，即弹性密封件5为两个，其中一个设置在环状阀座2朝向阀体1出气口的一侧，另外一个设置在环状阀座2朝向阀体1进气口的一侧，弹性密封件5优选为环形的弹性密封垫圈，弹性密封垫圈可以是金属的弹簧垫片，也可以是由弹性优良、耐疲劳性强的非金属材料制成。为了使阀芯3与阀座2的密封压紧力可调节，本实施例在靠近阀体1进气口的弹性密封垫圈处设阀座支架6，阀座支架6为三条肋板构成的环形结构，包括紧压在弹性密封件上的第一环体61和第二环体62，三条肋板63将第一环体61和第二环体62连接为一体，三条肋板63竖向均匀分布，阀座支架6由安装在阀体1进气口处的调节螺栓7调节对弹性密封件的压紧程度，调节螺栓7借助调整支座8安装在阀体1上。

如图1、3、4和5所示，阀芯3为椭圆形球面33，切面为部分椭圆，阀芯3可用钛钢、合金铝、不锈钢、碳钢等金属或非金属材料铸造或焊接成空心结构，以减小转动惯量，椭圆形球面33可喷涂高硬度合金或粘结高硬度耐磨非金属材料，并进行磨削加工，以减小摩擦系数、提高耐磨性能。参见图4，椭圆形球面33可抵靠在环状阀座2的开口内，阀芯3借助阀柄31和阀杆32可转动地安装在阀体1内，具体地，阀柄31为两个，阀柄31固定在椭圆形球面33的背面的下部，偏心而对称的两个阀柄31与阀芯3为一体，两个阀柄31具有通孔，阀杆32穿过阀柄31的通孔并与通孔固定连接，阀杆32借助滚动轴承安装在阀体1上，阀杆32与阀体1出气口平面有一定的距离，阀杆32作为阀芯3的旋转中心，径向偏离椭圆形球面33的中心线一定的距离。，

为了实现阀芯3可自动配合空气压缩机4的工作，在阀体1外还设有驱动装置9，驱动装置通过阀杆和阀柄驱动阀芯顺或逆时针转动90度以封闭或开启所述环状阀座。驱动装置9为步进电机或伺服电机，阀杆32与步进电机或伺服电机的动力输出轴相连，步进电机或伺服电机连接有控制器，控制器根据空气压缩机4进出气的动作控制驱动装置9运动，驱动装置9通过阀杆32和阀柄31驱动阀芯3转动以开启或封闭环状阀座2。阀芯3封闭时与阀座2紧密接触，往复压缩机4压缩段气缸压力上升，由于阀芯3的支撑刚度大，于是夹在两个弹性密封件5之间的阀座2在气缸的压力作用下压紧阀芯3，保持着低泄漏的状态。

如图6-7所示，上述的往复压缩机椭圆球面旋塞式进气阀工作过程如下：

当压缩机4进入吸气段时，控制器发出快速开阀指令，驱动装置9驱动阀芯3逆时针加速旋转90度，阀体1进入全开状态。届时虽然阀芯3、阀柄31、阀杆32对流体会产生一定阻碍，但是在结构设计中尽量避免产生涡流，而且阀体1内径面积比阀座2的通流面积大30％左右，因此对流通能力影响甚微，开阀速度越快，流通阻力则越小。

当压缩机4进入压缩段时，控制器将根据所要压缩的气量适时发出关阀指令，驱动装置9驱动阀芯3顺时针旋转90度，快速关闭阀门。由于阀芯3是偏心旋转结构，使得大部分旋转行程阀芯3与阀座2不接触，直至关闭前夕，由于气缸尚未建立起压力，阀芯3与阀座2开始接触而摩擦力不大。完全关闭后，气缸压力急速上升，阀座2被压向阀芯3，保持低泄漏密封状态。关闭速度越快，则摩擦损失就越小。

阀芯3的开关动作及其开关轨迹，可以在控制器的控制下由步进电机或伺服电机执行，由于开、关行程中阀芯3与阀座2很少接触，因此驱动装置9是在低负荷下运转，可以实现高速起、停，满足快速开、关运动轨迹的要求。

阀杆32偏离椭圆形球面33几何中心线的偏心距越大，则阀芯3的椭圆度应越大、余隙容积越小、阀口通径与阀体1内径的比率也越大，但是由于偏心距大，关闭状态下所需驱动装置9的锁定力也要随之加大，另外，阀杆32距离进气口平面的距离越大，则阀芯3的椭圆度越大、余隙容积越小、阀口通径与阀体1内径的比率越小，阀芯3的转动惯量越大，阀芯3的椭圆形球面和旋转中心的设计原则根据实际需求进行设计，参见图6-7，具体设计方法如下：

原则1：椭圆形球面为椭圆型球体ACB的一部分，椭圆形球面33距O点的最大距离为OA，以OA为半径画圆，该圆左侧除与阀座接触外，其余部分均无接触点，即可保证阀芯3在90度旋开过程中无剐碰点；

原则2：以OB为半径画圆，令O点右侧椭圆形球面33均被包含在该圆内；

原则3：椭圆形球面33上任何一个点都不高于阀体1出口处的水平线D-D。

对于规定尺寸的阀体1内径，会有许多组数据符合上述设计原则，届时可以根据对余隙容积和流通能力的期望值，参考阀座、弹性密封件的预期尺寸，选取一组理想的数据进行设计，并计算出所需驱动装置的各项性能指标。

图6和7作为一个设计范例，数据如下：阀体1内径为200mm，通流直径为156mm，阀杆32偏心距30mm，阀杆32距离阀体1出口平面70mm。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

Claims (7)

1.一种往复压缩机椭圆球面旋塞式进气阀，包括阀体、位于所述阀体内的阀座和阀芯，其特征在于：所述阀座为环状阀座，所述环状阀座两侧设有弹性密封件，所述阀芯为椭圆形球面，椭圆形球面可抵靠在所述环状阀座的开口内，所述阀芯借助阀柄和阀杆可转动地安装在所述阀体内并可进行90度摆转，所述阀杆作为阀芯的旋转中心，且径向偏离椭圆形球面的中心线，所述阀体外还设有驱动装置，所述驱动装置通过所述阀杆和阀柄驱动所述阀芯顺或逆时针转动90度以封闭或开启所述环状阀座。

2.根据权利要求1所述的往复压缩机椭圆球面旋塞式进气阀，其特征在于：所述驱动装置为步进电机或伺服电机，所述步进电机或伺服电机连接有控制器。

3.根据权利要求1所述的往复压缩机椭圆球面旋塞式进气阀，其特征在于：所述阀柄固定在所述椭圆形球面的背面的下部，所述阀柄具有通孔，通孔内安装所述阀杆，所述阀杆借助滚动轴承安装在所述阀体上，所述阀杆与所述步进电机或伺服电机的动力输出轴相连。

4.根据权利要求1所述的往复压缩机椭圆球面旋塞式进气阀，其特征在于：所述弹性密封件为环形的弹性密封垫圈。

5.根据权利要求4所述的往复压缩机椭圆球面旋塞式进气阀，其特征在于：所述弹性密封件靠近所述阀体进气口的一侧还设有阀座支架，所述阀体的进气口处还设有调节螺栓座和安装在调节螺栓座上的调节螺栓，所述调节螺栓将所述阀座支架顶靠在所述弹性密封件上。

6.根据权利要求5所述的往复压缩机椭圆球面旋塞式进气阀，其特征在于：所述阀座支架为三条肋板构成的环形结构，包括紧压在弹性密封件上的第一环体和与所述调节螺栓紧靠的第二环体，所述三条肋板将第一环体和第二环体连接为一体，所述三条肋板竖向均匀分布。

7.根据权利要求1所述的往复压缩机椭圆球面旋塞式进气阀，其特征在于：所述阀芯铸造或焊接成空心结构,所述阀芯的椭圆形球面喷涂高硬度合金或粘结高硬度耐磨非金属材料。