活塞式空气压缩机气阀故障分析及改进措施
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第 ２期
活塞式 空 气压 缩机 气 阀故障 分析 及 改进措 施
４ １
活 塞 式 空 气压 缩机 气 阀故 障分析 及 改进 措 施
周 宜 良
（ 四川省 天 然气化 工研 究院 ， 都 ６ ０ １ ） 成 １ ２ ２
摘 要
介绍活塞式空气压缩机气阀的工作过程 ； 对气阀损坏后的故障现象讨论 ， 并对气阀的损坏原因 进行分析 ， 为提高气阀的使用寿命提出改进措施 ， 保证活塞式空气压缩机的稳定运行 。 关键词 ： 活塞式空气压缩机 气阀 阀片 气阀弹簧 故障现象 原 因分析 改进措施
分 布不 均 ， 造成 阀片侧 倾而无 法正 常开启 ， 至 阀片 甚 损坏， 导致拉缸 。
来进一步判明是吸气阀还是排气阀的故障。其规律
如表 １ 列 。 所
表 １ 气 阎漏气的规律
（） ３空气压缩机正常工作情况下排气压力一定 ， 排气温度的高低取决于气缸换热效果的好坏。在使
用冷却 水 的情 况下 ， 经长 时间运行 ， 由于水 未经 任何 处理会 形成水垢 ， 效果 变差 ， 之使排 气温 度过 冷却 随
能力 。
要稍高于片状阀 ， 但是由于有较大的升程 ， 其冲击速
率 要 高于 片状 阀 。同样 菌状 阀在达 到最 大有效 升程
时的通流截面积也大 于同心环状 阀， 它的冲击速 但 率要远远大于同心环状阀。因此， 对于不 同的应用 条件选择适合的升程 ， 要取决于各种气 阀对于不同
的 冲击载 荷 和承 受能力 。如 果气 阀选择 与压 缩机组
的前提下可对阀座和升程限制器的损伤表面进行修 复， 及时更换易损件（ 阀片 、 弹簧） 。如果气阀的一个
弹簧损坏 ， 则该气阀所有其他弹簧均应同时更换 ， 使
弹簧 力均匀 作用 在 阀片上 。
（） ８提高维修工人技术素质 ， 在气阀组件装配时 要严格遵守装配技术要求 ， 杜绝 因气阀装配不 良而
就是吸气阀和排气阀。通常气 阀故障是 引起空气压
缩 机 计划外 停 车 的最 主要原 因 。与空气 压缩 机其 他 组 件 相 比 ， 阀最 为敏 感 ， 好坏 直接 影 响到空气 压 气 其 缩 机 的经 济性 和可 靠性 。本 文针 对活 塞式 空气压 缩
置时速度降低 ， 进气速度和气流推力亦相应减小 ， 当 气流推力不足以克服弹簧力时， 阀片开始脱离升程
的环向裂纹正是 由此而引起的。
（） １气阀本身设计或选型不合理
第 ２期
活 塞式 空气压 缩机 气 阀故 障分析及 改进 措施
４ ３
设 计 者选 择 气 阀升程 ， 按 照 气 阀 的类 型 和气 是 阀的运 行条 件 ， 同类 型 的气 阀具 有 不 同 的流量 特 不 性 。同心 环状 阀 的升程设 计往 往要 大于 片状 阀 。在 最 大 的有效 升程 范 围 内， 同心 环状 阀 的通 流 截 面积
定运行。
点位置时 ， 阀片也回到阀座 （ １中 ｅ ） 图 —ｆ。至此进 气阀完成一个工作行程。
２ 工 作 过 程
活 塞式 空 气 压缩 机 上 常 用 的气 阀 有环 状 阀 、 网
目
状 阀、 碟形 阀、 直流 阀、 多层环状阀等。在各种气阀
中， 以环状 阀应 用 最 为 普 遍 。我 公 司所 使 用 过 的 活
会使气缸 内高压气体漏往吸气管道， 这无疑将使 吸 气压力上升 ， 同时影响排气压力， 使之有所下降； 排 气阀关闭不严则会使排气管内的高压气体倒流回气 缸， 使排气压力下降， 同时造成吸气能力下降。
因此 ， 我们 可 以根据 气缸 的温度 、 压力 的变化对 气 阀 的故 障做 出判 断 ， 且 还 可 以根 据 变化 的规律 并
阀片承受 的第 二载荷 为撞击 载荷 。空气 压 缩机
工作时， 阀片在阀座和升程限制器之间来 回跳动 ， 形
成撞击 。阀片与 阀座撞 击 时 ， 者 在 气 流通 道 产 生 两 接触 ， 这就使 阀片 的接触部 位承 受撞击 载 荷 ， 接触 未
部位 承受变 曲变 形 。虽然 阀片 质 仍有气体进入气缸 ， 此
时气流的推力是阻止阀片关闭 。阀片在气流推力和
弹癀 力之 差 的作 用 下 回向 阀座 关 闭 ， 塞在 到达 止 活
机在长期运行 中发生 的气 阀故障进行分析研究 ， 对
气 阀损坏后 的故障现象进行讨论 ， 为提高气 阀的使
用寿命提出改进措施 ， 保证 活塞式空气压缩机 的稳
气 体 的推 力作 用下 继 续 上 升 ， 至 撞 击 到升 程 限 制 直
ｔ ．Ｓ
图 １ 气 阀启闭工作过程
器（ １ ａ ） 图 中 —ｂ 。阀片在撞击升程 限制器时， 若不 能完全吸收阀片的动能， 则将产生反弹力 ， 此时气体 的推力若不足以抵挡反弹力和弹簧 力之 和， 阀片 则
２２ ８～Ｘ空气压缩机 ， ．／ Ｏ 连续运行 １ｈ 阀片撞击可 ０， 达 ７Ｏ ×１ ．２ ０次。阀片在这种小能量高频次撞击载 荷作用下， 很容易出现断裂破坏 ， 特别是在阀片边缘
存在应 力集 中 的地 方更 易断裂 。 （） 阀弹簧损 坏 ２气 阀 片在 与升 程 限制器 撞 击 的 同时 ， 与 气 阀 弹 也
（） ５ 阀座和升程限制器均采用 ４＃ ５ 钢并进行离
子 化处 理 ， 提高 了材料 的耐 磨性 和耐蚀 性 ， 比较 既 又 经济 。
的运行工况不匹配 ， 造成气 阀工作情况恶劣 ， 气阀应
力过 大 ， 会造 成气 阀提 前损 坏 。 （） ２ 存在 颗粒 物对 气 阀的影 响
（） ６将阀座和升程限制器 的气体通道 由精密铸 造改为铸造并机加工贯通的阶梯槽 ， 大大降低 了加
上 刖 ０ １ ‘ 昌 ● ～ －０
和后 ， 阀片再 次靠 进 升 程 限制 器 （ １中 ｃ ） 此 图 —ｄ ， 时撞击 力 较小 ； 气 流推力 大于 弹簧力 ， 若 阀片停 留在 升程 限制 器 上 （ １中 ｄ ） 图 —ｅ 。活 塞 在接 近 死 点 位
空气压缩机在运行过程中最易出现故障的部位
很高 ， 从而使排气温度相应升高 ， 这可以从温度计上
观察 得到 。 （） 据气 缸 压 力 变化 判 断 。吸气 阀关 闭 不严 ２根
簧撞击。压缩机曲轴每旋转一转 ， 弹簧承受的载荷
便 由气 阀全 闭时 的预压 缩力变 化到气 阀全 开 时的最 大压 缩力 ， 在这种 脉动循 环载荷 的作 用下 ， 弹簧 也 成
塞式无油润滑空气缩机压力较低 ， 、 进 排气阀一半 以 上为环状阀 ， 其进气过程和排气过程类似。现 以进 气 阀为例 ， 明气 阀启 闭的工作过程 （ 说 见图 １ 。在 ） 膨胀过程终了时 ， 当气 缸与阀腔之间的气体压力差 Ａｐ 作用在 阀片上 的力足 以克服弹簧力时 ， 阀片开 启， 离开阀座 ， 气体通过缝隙进行气缸 ； 阀片在流入
水进人缸内。当空气压缩机工作时 ， 气缸 内的水会
发 生强烈 冲击而 损伤 阀片 。
４ ２ 气 阀损坏 原 因分 析 ．
内的压力是 由较低的吸气压力变化到较高的排气压
力 ， 由于气流本身的脉动变化 ， 也 使阀片承受的载荷 具有脉动循环的特点 ， 在脉动静载荷的作用下 ， 阀片
易 出现弯曲疲劳破坏 。阀片在受力平均直径处产生
３ 常见气 阀故障及故 障现 象
３ １ 常见 气 阀故 障 ．
出现反现象（ １ ｂ ） 弹向阀座。但此时仍有 图 中 —ｃ ，
气体进入气缸 ， 当气体 推力大于反弹力和弹簧力之
活塞式空气压缩机气阀在实际运行中经常发生
的故障是 阀片磨损 、 阀片碎裂 、 折断 ， 气阀弹簧磨损 、 折断 ， 阀座磨损而造成气 阀关 闭不严 ， 引起气体 泄
为气阀组件中主要易损件之一。在实际使用 中， 气 阀弹簧与升程限制器 的导 向面配合间隙很关键 ， 若 过松气阀工作时， 引起 弹簧剧烈径向窜动和径向旋 转； 若过紧， 会导致弹簧卡死 ， 无法正常工作 ， 甚至弹 簧会折断。弹簧过松或过紧造成上述不正常的工作 状况， 都会使升程限制器急剧磨损 ， 还会使弹簧弹力
４ ２
四川化 工
第 １卷 ５
２ １ 第 ２期 ０ ２年
漏， 较严重的情况会发生中心螺栓断裂， 导致气阀完 全失效等。气 阀阀片和弹簧是活塞式空气压缩机气
阀失效 维修 时更换 得最 频 繁 的 易损 件 ， 阀 片 的损 对
坏 原 因进行 分析并 采取 相 应 的 防范 措施 ， 于保 证 对
完全按气阀组件技术要求装配 ， 造成气 阀漏气。使
活塞式空气压缩机在正常运行时， 阀片主要承 受两种载荷 。一种是 由气体压力 引起的静载荷 ， 在 静载荷的作用下 ， 阀片将产生弯曲变形。由于气缸
用一段时间后 ， 气阀的工作温度因气阀漏气而升高 ，
烧坏阀片。
因气缸水套或平面上的垫片密封不严 ， 或是 中 间冷却器密封不严 、 冷却水管破裂等都会造成冷却
进行预处理 ， 尽量降低其 硬度、 碱度和 Ｃ 的含量。 ｒ
同时， 注意对气缸冷却水系统等处进行定期排污 ， 从
而减缓气缸结垢 ， 保证其热交换效果 。② 由于各种
原 因而不 便对 冷却 水进 行 预 处 理 时 ， 对气 缸 冷 却 应
５ 改进 气 阀及 阀片损 坏 的措 施
前面我们 已经知道 了气 阀及阀片损坏的主要原 因， 现对其提 出以下改进措施 ， 提高气 阀的使 用寿 命， 保证活塞式空气压缩机 的稳定运行。 （） １元油润滑空压机的气阀， 多数是传统的环状
工难 度和制 造成 本 。 （） ７定期 对气 阀进 行检 查 、 洗 ， 不 减 小 强 度 清 在
气体中如果存在金属颗粒物或其他杂质 ， 这些
不可 压缩 的物质 会存 留在 气 阀运 动 部 件 （ 弹簧 或 阀
活塞式 空 气压 缩机 气 阀故障 分析 及 改进措 施
４ １
活 塞 式 空 气压 缩机 气 阀故 障分析 及 改进 措 施
周 宜 良
（ 四川省 天 然气化 工研 究院 ， 都 ６ ０ １ ） 成 １ ２ ２
摘 要
介绍活塞式空气压缩机气阀的工作过程 ； 对气阀损坏后的故障现象讨论 ， 并对气阀的损坏原因 进行分析 ， 为提高气阀的使用寿命提出改进措施 ， 保证活塞式空气压缩机的稳定运行 。 关键词 ： 活塞式空气压缩机 气阀 阀片 气阀弹簧 故障现象 原 因分析 改进措施
分 布不 均 ， 造成 阀片侧 倾而无 法正 常开启 ， 至 阀片 甚 损坏， 导致拉缸 。
来进一步判明是吸气阀还是排气阀的故障。其规律
如表 １ 列 。 所
表 １ 气 阎漏气的规律
（） ３空气压缩机正常工作情况下排气压力一定 ， 排气温度的高低取决于气缸换热效果的好坏。在使
用冷却 水 的情 况下 ， 经长 时间运行 ， 由于水 未经 任何 处理会 形成水垢 ， 效果 变差 ， 之使排 气温 度过 冷却 随
能力 。
要稍高于片状阀 ， 但是由于有较大的升程 ， 其冲击速
率 要 高于 片状 阀 。同样 菌状 阀在达 到最 大有效 升程
时的通流截面积也大 于同心环状 阀， 它的冲击速 但 率要远远大于同心环状阀。因此， 对于不 同的应用 条件选择适合的升程 ， 要取决于各种气 阀对于不同
的 冲击载 荷 和承 受能力 。如 果气 阀选择 与压 缩机组
的前提下可对阀座和升程限制器的损伤表面进行修 复， 及时更换易损件（ 阀片 、 弹簧） 。如果气阀的一个
弹簧损坏 ， 则该气阀所有其他弹簧均应同时更换 ， 使
弹簧 力均匀 作用 在 阀片上 。
（） ８提高维修工人技术素质 ， 在气阀组件装配时 要严格遵守装配技术要求 ， 杜绝 因气阀装配不 良而
就是吸气阀和排气阀。通常气 阀故障是 引起空气压
缩 机 计划外 停 车 的最 主要原 因 。与空气 压缩 机其 他 组 件 相 比 ， 阀最 为敏 感 ， 好坏 直接 影 响到空气 压 气 其 缩 机 的经 济性 和可 靠性 。本 文针 对活 塞式 空气压 缩
置时速度降低 ， 进气速度和气流推力亦相应减小 ， 当 气流推力不足以克服弹簧力时， 阀片开始脱离升程
的环向裂纹正是 由此而引起的。
（） １气阀本身设计或选型不合理
第 ２期
活 塞式 空气压 缩机 气 阀故 障分析及 改进 措施
４ ３
设 计 者选 择 气 阀升程 ， 按 照 气 阀 的类 型 和气 是 阀的运 行条 件 ， 同类 型 的气 阀具 有 不 同 的流量 特 不 性 。同心 环状 阀 的升程设 计往 往要 大于 片状 阀 。在 最 大 的有效 升程 范 围 内， 同心 环状 阀 的通 流 截 面积
定运行。
点位置时 ， 阀片也回到阀座 （ １中 ｅ ） 图 —ｆ。至此进 气阀完成一个工作行程。
２ 工 作 过 程
活 塞式 空 气 压缩 机 上 常 用 的气 阀 有环 状 阀 、 网
目
状 阀、 碟形 阀、 直流 阀、 多层环状阀等。在各种气阀
中， 以环状 阀应 用 最 为 普 遍 。我 公 司所 使 用 过 的 活
会使气缸 内高压气体漏往吸气管道， 这无疑将使 吸 气压力上升 ， 同时影响排气压力， 使之有所下降； 排 气阀关闭不严则会使排气管内的高压气体倒流回气 缸， 使排气压力下降， 同时造成吸气能力下降。
因此 ， 我们 可 以根据 气缸 的温度 、 压力 的变化对 气 阀 的故 障做 出判 断 ， 且 还 可 以根 据 变化 的规律 并
阀片承受 的第 二载荷 为撞击 载荷 。空气 压 缩机
工作时， 阀片在阀座和升程限制器之间来 回跳动 ， 形
成撞击 。阀片与 阀座撞 击 时 ， 者 在 气 流通 道 产 生 两 接触 ， 这就使 阀片 的接触部 位承 受撞击 载 荷 ， 接触 未
部位 承受变 曲变 形 。虽然 阀片 质 仍有气体进入气缸 ， 此
时气流的推力是阻止阀片关闭 。阀片在气流推力和
弹癀 力之 差 的作 用 下 回向 阀座 关 闭 ， 塞在 到达 止 活
机在长期运行 中发生 的气 阀故障进行分析研究 ， 对
气 阀损坏后 的故障现象进行讨论 ， 为提高气 阀的使
用寿命提出改进措施 ， 保证 活塞式空气压缩机 的稳
气 体 的推 力作 用下 继 续 上 升 ， 至 撞 击 到升 程 限 制 直
ｔ ．Ｓ
图 １ 气 阀启闭工作过程
器（ １ ａ ） 图 中 —ｂ 。阀片在撞击升程 限制器时， 若不 能完全吸收阀片的动能， 则将产生反弹力 ， 此时气体 的推力若不足以抵挡反弹力和弹簧 力之 和， 阀片 则
２２ ８～Ｘ空气压缩机 ， ．／ Ｏ 连续运行 １ｈ 阀片撞击可 ０， 达 ７Ｏ ×１ ．２ ０次。阀片在这种小能量高频次撞击载 荷作用下， 很容易出现断裂破坏 ， 特别是在阀片边缘
存在应 力集 中 的地 方更 易断裂 。 （） 阀弹簧损 坏 ２气 阀 片在 与升 程 限制器 撞 击 的 同时 ， 与 气 阀 弹 也
（） ５ 阀座和升程限制器均采用 ４＃ ５ 钢并进行离
子 化处 理 ， 提高 了材料 的耐 磨性 和耐蚀 性 ， 比较 既 又 经济 。
的运行工况不匹配 ， 造成气 阀工作情况恶劣 ， 气阀应
力过 大 ， 会造 成气 阀提 前损 坏 。 （） ２ 存在 颗粒 物对 气 阀的影 响
（） ６将阀座和升程限制器 的气体通道 由精密铸 造改为铸造并机加工贯通的阶梯槽 ， 大大降低 了加
上 刖 ０ １ ‘ 昌 ● ～ －０
和后 ， 阀片再 次靠 进 升 程 限制 器 （ １中 ｃ ） 此 图 —ｄ ， 时撞击 力 较小 ； 气 流推力 大于 弹簧力 ， 若 阀片停 留在 升程 限制 器 上 （ １中 ｄ ） 图 —ｅ 。活 塞 在接 近 死 点 位
空气压缩机在运行过程中最易出现故障的部位
很高 ， 从而使排气温度相应升高 ， 这可以从温度计上
观察 得到 。 （） 据气 缸 压 力 变化 判 断 。吸气 阀关 闭 不严 ２根
簧撞击。压缩机曲轴每旋转一转 ， 弹簧承受的载荷
便 由气 阀全 闭时 的预压 缩力变 化到气 阀全 开 时的最 大压 缩力 ， 在这种 脉动循 环载荷 的作 用下 ， 弹簧 也 成
塞式无油润滑空气缩机压力较低 ， 、 进 排气阀一半 以 上为环状阀 ， 其进气过程和排气过程类似。现 以进 气 阀为例 ， 明气 阀启 闭的工作过程 （ 说 见图 １ 。在 ） 膨胀过程终了时 ， 当气 缸与阀腔之间的气体压力差 Ａｐ 作用在 阀片上 的力足 以克服弹簧力时 ， 阀片开 启， 离开阀座 ， 气体通过缝隙进行气缸 ； 阀片在流入
水进人缸内。当空气压缩机工作时 ， 气缸 内的水会
发 生强烈 冲击而 损伤 阀片 。
４ ２ 气 阀损坏 原 因分 析 ．
内的压力是 由较低的吸气压力变化到较高的排气压
力 ， 由于气流本身的脉动变化 ， 也 使阀片承受的载荷 具有脉动循环的特点 ， 在脉动静载荷的作用下 ， 阀片
易 出现弯曲疲劳破坏 。阀片在受力平均直径处产生
３ 常见气 阀故障及故 障现 象
３ １ 常见 气 阀故 障 ．
出现反现象（ １ ｂ ） 弹向阀座。但此时仍有 图 中 —ｃ ，
气体进入气缸 ， 当气体 推力大于反弹力和弹簧力之
活塞式空气压缩机气阀在实际运行中经常发生
的故障是 阀片磨损 、 阀片碎裂 、 折断 ， 气阀弹簧磨损 、 折断 ， 阀座磨损而造成气 阀关 闭不严 ， 引起气体 泄
为气阀组件中主要易损件之一。在实际使用 中， 气 阀弹簧与升程限制器 的导 向面配合间隙很关键 ， 若 过松气阀工作时， 引起 弹簧剧烈径向窜动和径向旋 转； 若过紧， 会导致弹簧卡死 ， 无法正常工作 ， 甚至弹 簧会折断。弹簧过松或过紧造成上述不正常的工作 状况， 都会使升程限制器急剧磨损 ， 还会使弹簧弹力
４ ２
四川化 工
第 １卷 ５
２ １ 第 ２期 ０ ２年
漏， 较严重的情况会发生中心螺栓断裂， 导致气阀完 全失效等。气 阀阀片和弹簧是活塞式空气压缩机气
阀失效 维修 时更换 得最 频 繁 的 易损 件 ， 阀 片 的损 对
坏 原 因进行 分析并 采取 相 应 的 防范 措施 ， 于保 证 对
完全按气阀组件技术要求装配 ， 造成气 阀漏气。使
活塞式空气压缩机在正常运行时， 阀片主要承 受两种载荷 。一种是 由气体压力 引起的静载荷 ， 在 静载荷的作用下 ， 阀片将产生弯曲变形。由于气缸
用一段时间后 ， 气阀的工作温度因气阀漏气而升高 ，
烧坏阀片。
因气缸水套或平面上的垫片密封不严 ， 或是 中 间冷却器密封不严 、 冷却水管破裂等都会造成冷却
进行预处理 ， 尽量降低其 硬度、 碱度和 Ｃ 的含量。 ｒ
同时， 注意对气缸冷却水系统等处进行定期排污 ， 从
而减缓气缸结垢 ， 保证其热交换效果 。② 由于各种
原 因而不 便对 冷却 水进 行 预 处 理 时 ， 对气 缸 冷 却 应
５ 改进 气 阀及 阀片损 坏 的措 施
前面我们 已经知道 了气 阀及阀片损坏的主要原 因， 现对其提 出以下改进措施 ， 提高气 阀的使 用寿 命， 保证活塞式空气压缩机 的稳定运行。 （） １元油润滑空压机的气阀， 多数是传统的环状
工难 度和制 造成 本 。 （） ７定期 对气 阀进 行检 查 、 洗 ， 不 减 小 强 度 清 在
气体中如果存在金属颗粒物或其他杂质 ， 这些
不可 压缩 的物质 会存 留在 气 阀运 动 部 件 （ 弹簧 或 阀
