塞式压缩机在额定排气量工况调节范围越大

活塞式压缩机正常工作时，进气完毕后，吸气阀关闭；活塞返行程，开始压缩气缸内气体。顶开吸气阀排气量调节技术要点是延迟吸气阀关闭时间，在活塞开始返行程运动时，部分气体在活塞的推动下，又回流到了进气管路。由于此过程中吸气阀两边压力相差不大，排出这部分回流气体的能耗也就很小。当气体回流量满足要求后，关闭吸气阀，缸内气体开始正常压缩。液压或者气动机构产生的推力作用于卸荷弹簧，进而推动压叉顶开吸气阀。对此过程的吸气阀片进行受力分析，吸气阀片主要有以下三个作用力：（1）阀片弹簧施加的关闭吸气阀片的作用力；（2）压叉施加的顶开吸气阀片的作用力；（3）流经气阀的气体施加的顶推力，其中进气过程为顶开气阀方向，回流过程为关闭气阀方向。当压叉力等于零，进气完毕时吸气阀片无开度，气体回流量为零，压缩机全负荷工作，即额定功率下工作；当压叉力为大于零的某一数值时，进气完毕后阀片保持一定开度，有部分气体回流，压缩机实现部分负荷工作，即卸荷工作。

体回流流速与活塞运动速度大致成正比。开始回流时，回流速度很小。随着活塞速度增加，气体流速也在相应增大，产生的顶推力也相应增大。当它与气阀弹簧力之和刚好大于压叉卸荷力时，吸气阀开始关闭，随即气阀完全关闭。随后缸内气体压力急剧升高，确保阀片不再打开。而活塞运行到接近行程中部的时候，其运行速度达到*大值，此时气体顶推力亦达到*大值。随后活塞运动速度逐渐减小，气体顶推力也随之减小。因此使阀片在回流气体达到*大推力时恰好关闭的压叉作用力称为*大压叉力。

绝热效率分析由于吸气阀延迟关闭，压缩机部分卸荷工作流体机械上压缩部分曲线向左移动，绝热效率略有降低。和正常压缩相比，进气阻力损失几无变化；由于部分气体回流，增加了吸气阀回流阻力损失；同时排气量降低，排气阻力损失减小。总之，总的气阀阻力损失几乎保持不变。设调节排气量与额定排气量之比为r，则当r=100%时，绝热效率有如下公式确定式中W压缩功绝热压缩功实际压缩功压缩过程中阀阻力损失当r等于某一数值X时，如前所述，只有W减小，所以绝热效率为：举例来说，假如一台压缩机的阀阻力损失为5%，当额定排气量运转时，绝热效率为：当排气量减小到额定排气量的60%时，绝热效率为：为了能反映顶开吸气阀排气量调节系统的节能效果，某炼油厂检安公司电修车间测试班采用D26A电磁式电流计（精度0.5）进行了现场测试。

排气量电流功率比功率（排气量/功率）排气量下降率可以看出，压缩机排气量降低的同时，其电动机功率也随之下降，也就是压缩机的比功率基本上保持不变，充分体现了它的节能效果。

排气量调节范围活塞式压缩机在额定排气量工况时，活塞往复一周的排气量计算公式为式中T进气管路内气体温度进气管路内气体密度额定排气量下气缸内气体温度容积系数在排气量部分卸荷工况下，由于吸气阀延迟关闭，设气缸有效容积系数减小量为，进气管路内温度由T升高为T1，气缸内温度为T排气量计算为：由于与额定排气量工况时相应的数值相比变化不大，工程上可近似认为相等，那么排气量调节比例计算公式为：显然，容积效率越高，排气量调节范围也就越大。影响排气量调节范围的其他主要因素有：（1）气体可压缩系数。当活塞速度达到*大值时，由于气体具有可压缩性，回流气体顶推力尚未达到*大值。显然，气体可压缩性越大，两者之间的时间差就越大，排气量可调范围也就越大。

（2）气阀及压叉运动部件的惯性力。由于气阀及压叉运动部件惯性力的存在，阀片关闭需要一定的时间，如果参数选择不当，阀片关闭后还有较大的反弹。这些都会增大排气量调节范围。

（3）进气管路压力波动。由于气阀内润滑油等存在粘滞力，气阀关闭运动一般是由缸内气体压力波动促发，即当阀片内外压力差几乎为零时，轻微的气体波动就可以打破这种平衡，从而促使阀片开始运动。排气量调节幅度很小或者很大时，阀片内外压差很小，气阀很容易提前或者延迟关闭。考虑到安全系数，排气量调节幅度不可太大。

顶开吸气阀排气量调节技术进展近年来，随着电子、控制和计算机的广泛应用，顶开吸气阀排气量调节系统向自动化和安全化发展，其应用出现了很多新特点。

编程电子控制系统的应用顶开吸气阀排气量调节系统一般由工控机，可编程控制器和气阀压开机构组成。上位工控机和下位可编程控制器组成闭环回路控制系统。工业应用一般集成于大型DCS控制系统中，也可由单独的工控机控制。此类系统的主要优点有：（1）参数控制响应周期非常短，一般能达到小于0.1s的要求。对于一般的排气量调节，这一响应速度是完全可以满足的。

（2）闭环PID控制算法简单、实用，普通的微分积分算法即可实现。

（3）整个控制程序集成化较高，更新方便。

受力元件强度分析此套系统的核心受力元件为压叉、压叉弹簧和阀片。阀片在气阀关闭时撞击阀座。此撞击速度是影响气阀寿命的重要参数。而对于无级可调回流气阀，阀片撞击现象有了明显的改善。这是因为压叉部件具有一定的质量，同阀片一起运动时，与以前相比，受同样大小的力，阀片加速度明显降低。同时由于压叉部件起到了很好的导向作用，阀片的偏振几乎完全消失。由于阀片关闭运动时两边受力不同，阀片和压叉会产生一定应力和变形。因此必须对其进行有限元分析，以判断阀片和压叉的应力与变形是否符合材料要求。

噪声的消除顶开吸气阀排气量调节系统有个特有的现象，即撞击噪声。这是由压叉在阀片关闭后的二次撞击造成的。在吸气阀关闭过程中，压叉与阀片以一定速度撞击到阀座，阀片停止运动，其作用于压叉的顶推力消失，压叉反向运动，撞向阀片。

同时，由于气阀关闭，气缸内压力急剧上升，作用于阀片的气体压力逐渐增大。当压叉撞到阀片时，阀片会打开一小升程，继而在不断增大的气体压力下迅速关闭。撞击噪声由此产生。应用弹簧振子原理，在压叉上均布以预先压缩的弹簧机构，可有效缓冲压叉对阀片的二次冲击，从而消除撞击噪声。

阀片与压叉非金属材料的应用传统的阀片由金属材料制成。一般金属材料在耐磨、耐高温和疲劳强度等方面有较大缺陷。

阀片非金属材料的应用，已经比较成熟，目前许多厂商已经开始广泛应用。而压叉非金属材料还处于尝试阶段。目前用来制作压叉的非金属材料主要有：聚酰亚氨（PI）、聚苯硫醚（PPS）和聚醚醚酮（PEEK）。其中聚醚醚酮是近来发展起来的一种新型耐高温材料，其防腐蚀性能、高温下尺寸稳定性和承载能力都优于一般金属和非金属材料。此类材料的应用还处于开始阶段，对于具体的压叉，必须进行线性（或非线性）有限元分析和材料力学性能实验，校核材料是否满足要求。

系统工作过程计算机模拟计算机模拟的主要优点是它代替了大量的实验，可以快速对参数进行优化设计。进行计算机模拟时，先要建立简单（或者复杂）的数学模型，然后编制程序，利用计算机来计算在一定参数下，气阀的工作情况，以便得到几个关键数据：排气量无级调节范围、绝热效率的变化和出口气体温度变化幅度等。

结论（1）在压缩机较大而气阀阻力损失较小时，应用顶开吸气阀排气量调节技术可使压缩机功耗和其排气量接近正比变化，显示了其卓越的节能效果。

（2）顶开吸气阀排气量调节系统安装方便，压缩机气阀改造过程简单，工作可靠，正成为压缩机不可缺少的关键技术设备。