CN111237168A - 一种带有柔性同步片的压缩机气阀密封元件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有柔性同步片的压缩机气阀密封元件，其往复运动于气阀的阀座与气阀的阀盖之间，密封元件包括阀环组和柔性同步片；阀环组包括至少两个环状阀片以阀座中心为圆心而同心地布置；阀环组的一面与阀座紧密接触，阀环组的另一面上布置柔性同步片；柔性同步片上布置有对应阀盖槽道的同步片槽道；同步片槽道、阀盖槽道、阀环组中相邻阀环之间的间隔区，三者拼装成气体流道；柔性同步片与阀盖之间布置有弹簧来加载密封所需的预紧力；弹簧支撑于槽道之间间隔的环形支撑面上。该同步片具有柔性的设计，可以解决同组阀环运动的同步性与密封性之间的矛盾，降低了气阀密封元件加工难度，提高了气阀使用性能。

Description

一种带有柔性同步片的压缩机气阀密封元件

技术领域

本发明涉及往复式压缩机气阀设计、加工、制造领域，特别是一种带有柔性同步片的压缩机气阀密封元件。

背景技术

压缩机气阀，包括进气阀和排气阀，安装于压缩机气缸外侧的阀孔中，阀孔分别与压缩机的进气腔和排气腔相连，当压缩机活塞进行往复运动时，进气阀和排气阀依次打开和关闭，将气体从进气腔输送到排气腔。气阀是往复式压缩机的关键部件，气阀的性能直接影响到压缩机的效率和可靠性。当阀孔的尺寸和数量一定时，气阀的流通面积对气阀的性能具有决定性影响。流通面积越大，气体流经阀座、密封元件和阀盖产生的压力损失越小，流经气阀的气体流速也越小。通常认为，采用环状阀片，或称阀环的气阀比采用圆盘阀片，或称网状阀片的气阀流通面积更大，特别是一种采用线密封的气阀，其阀环的密封面为至少一种的弧面，阀座的密封面的截面为一种漏斗状的锥面。但是，与采用网状阀片的气阀比较，环状阀片气阀具有阀环运动不同步的情况，这种情况影响了环状阀片气阀的性能和可靠性。这种不同步的情况，在压缩机转速较高，达到1000rpm以上，或者压缩机进气压力和排气压力的压差较高，达到6Mpa以上时，会变得逐渐严重，这在实践中已经得到实际案例的证明。网状阀片通过阀环之间的连接筋，将一组同心的不同半径的阀环连接起来，解决了阀环的运动不同步的问题，但是，由于网状阀片结构的限制，影响了气阀的效率和可靠性。

有中国发明专利CN101275681 B提出，在阀门开度限制器中设置至少一个弹簧罐型座；在气阀阀座上沿圆周分布地并以不同的径向间距地设置有许多从阀座沿轴向向密封环方向伸出地环导向凸起，各个密封环不仅在径向而且在轴向导引地设置在这些凸起之间；各个密封环，通过同步片，以及位于同步片和密封环之间的分隔板实现同步运动。但是，并未提出同步片及分隔板的柔性的设计方案，这样在弹簧加载及气体压力的作用下，由于加工误差、磨损及杂质影响的情况下，部分阀环不能受到均匀的弹簧预紧力，从而影响了阀环的密封性能。同时，在阀座上设置的环导向凸起，也增加了阀座的加工难度，尤其在阀座采用漏斗状锥面密封的情况下，使得这种方案并没有得到推广应用。

有美国发明专利US4924906提出，一种环状阀，阀片包含各个独立的环状阀片，每个环状阀片设置于对应的阀座流道，一种支撑片（support plate）将所有的环状阀片连接起来，通过背向阀座的一面，将作用于支撑片的弹簧力传递给环状阀片，使得预紧弹簧力（prestressing force）均衡布置于独立的环状阀片。但是，同样地，并未提出支撑片（support plate）的柔性的设计方案，这样在弹簧加载及气体压力的作用下，由于加工误差、磨损及杂质影响的情况下，部分阀环不能受到均匀的弹簧预紧力，从而影响了阀环的密封性能。

发明内容

本发明目的是：提供一种带有柔性同步片的压缩机气阀密封元件，解决了采用现有技术的环状阀片密封元件的同步性和密封性不能兼容的问题。

本发明的技术方案是：一种带有柔性同步片的压缩机气阀密封元件，其中密封元件包含至少一组两个环状阀片的阀环组，环状阀片又称阀环，同一组的环状阀片以阀座中心为中心同心地布置。密封元件还包含安装于环状阀片上的柔性同步片，阀环组与柔性同步片共同组成密封元件。在阀盖凹腔内设置有关闭弹簧，关闭弹簧为螺旋弹簧或碟形弹簧片，关闭弹簧加载于柔性同步片上，关闭弹簧对阀环组与阀座之间加载密封所需的预紧力。

特别地，为了尽可能地减少同组阀环运动的不同步性，以及使得同组的阀环均匀受力，在阀环具有一定加工误差以及产生热变形的情况下，保持同组阀环与阀座之间的密封，同步片具有柔性的设计。

优选的是，柔性同步片为支撑阀环组的圆盘，圆盘根据阀盖槽道的对应位置开有同步片槽道，阀盖槽道、同步片槽道和相邻阀环之间的间隔区形成气体流道。开槽后的圆盘被同步片槽道分割成同心式的环形支撑面，环形支撑面与阀环组上背离阀座的一面紧贴，关闭弹簧通过环形支撑面对阀环产生预紧力，阀环和阀座之间通过预紧力形成密封。

优选的是，柔性同步片的环状支撑面之间，通过径向的连接筋进行柔性连接，连接筋的位置和阀盖的径向连接筋的位置一致，连接筋的数量相对于阀盖连接筋的数量可以减少地布置。为了实现柔性连接，连接筋采用具有一定弯曲强度的工程塑料、橡胶、复合材料和金属材料制造，连接筋的厚度设计以保证同步片具有一定的弹性变形范围为设计原则，典型的材料选择为合成橡胶、聚醚醚酮PEEK、碳纤维复合材料CFRP及弹簧钢，典型的厚度选择范围为1mm-4mm。

优选的是，柔性同步片的环状支撑面之间，通过径向的连接筋进行柔性连接，连接筋朝向阀环的一面设置有导向块，阀环沿着导向块可以自由运动，导向块的高度小于阀环的轴向厚度，阀环与导向块之间，根据同步片、阀环的材料选择的热膨胀系数，通过设计保证适当的间隙，以不妨碍同步片的柔性。间隙值范围为0.05mm-0.5mm。

优选的是，柔性同步片朝向阀盖的一面，可以设置用于减缓密封元件开启时撞击速度的缓冲片及缓冲弹簧，缓冲片的材质为金属。

优选的是，阀环上朝向阀座的一面为密封面，密封面与阀座之间可以是平面密封，此时阀座加工为平面密封面。

优选的是，阀环上朝向阀座的一面为密封面，密封面与阀座之间可以是线密封，此时阀座加工为截面为漏斗状锥形密封面，阀环密封面加工为具备至少一个弧面的密封面，阀座的锥形密封面和阀环的弧面密封面之间形成线密封。

本发明的优点是：一种带有柔性同步片的压缩机气阀密封元件，其增设了柔性同步片，该同步片具有柔性的设计，可以解决同组阀环运动的同步性与密封性之间的矛盾，降低了气阀密封元件加工难度，提高了气阀使用性能。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为具有有柔性同步片的压缩机气阀的内部结构图；

图2为柔性同步片的结构图；

其中：1、阀盖；2、关闭弹簧；3、圆柱销；4、阀环组；5、柔性同步片；6、导环；7、定位销；8、阀座；9、中心螺栓；10、锁紧螺母；11、安装销； 12、导向块；13、连接筋。

具体实施方式

本发明的较佳实施例：

对于一种高速往复式压缩机，转速通常在1000rpm以上，要求气阀在有限的阀孔尺寸内，具有最大的流通面积和最低的气体流速。为了增加流通面积，气阀密封元件采用一组带有弧面密封的环状阀片是一种解决方案，且一组环状阀片中包含尽可能多的阀环数量。但是，较多的阀环数量使得阀环运动的不同步性更加严重，尤其在压缩机转速达到1000rpm以上的情况下。

根据本发明，实施一种带有柔性同步片的压缩机气阀密封元件，如图1所示，为一种压缩机气阀，气阀包括一个阀座8、一个气阀升程限制器或称阀盖1，和一个在阀座与阀盖之间可往复运动的一组密封阀环4。其中，密封阀环4包含至少两个环状阀片的阀环组，环状阀片又称阀环，同一组的环状阀片以阀座8中心为中心同心地布置，一组阀环4与安装于环状阀片背向阀座8一面的柔性同步片5共同组成密封元件，在阀盖1凹腔内设置有关闭弹簧2，关闭弹簧2为螺旋弹簧或碟形弹簧片，关闭弹簧2加载于柔性同步片5，对至少一组两个环形阀片与阀座8之间加载密封所需的预紧力。

在本实施例中，为了尽可能地减少同组阀环运动的不同步性，以及使得同组的阀环均匀受力，在阀环具有一定加工误差以及产生热变形的情况下，保持同组阀环与阀座7之间的密封，柔性同步片5具有柔性的设计。如图2所示，同步片5为支撑一组阀环的圆盘，圆盘根据阀盖1槽道的对应位置开有同步片槽道。阀盖槽道、同步片槽道和相邻阀环之间的间隔区形成气体流道。

开设同步片槽道后的圆盘备分割成了同心式布置的环形支撑面，环形支撑面与阀环组上背离阀座8的一面紧贴，关闭弹簧2通过环形支撑面对阀环产生预紧力，阀环和阀座8之间通过预紧力形成密封。

柔性同步片5的环状支撑面之间，通过径向的连接筋13进行柔性连接，连接筋13的位置和阀盖1的径向连接筋的位置一致，连接筋13的数量相对于阀盖连接筋的数量可以相对减少地布置。

为了实现柔性连接，连接筋13采用具有一定弯曲强度的工程塑料、橡胶、复合材料或金属材料制造，连接筋13的厚度设计以保证同步片5具有一定的弹性变形范围为设计原则，典型的材料选择为聚醚醚酮PEEK、橡胶、碳纤维复合材料CFRP及弹簧钢，典型的厚度选择范围为1mm-4mm。

在连接筋13朝向阀环的一面设置有导向块12，一组阀环4嵌入同步片5的导向块12之间，并可沿着导向块12自由运动，导向块12的高度小于阀环的轴向厚度。在阀环4与导向块12之间，根据柔性同步片5、阀环4的材料选择的热膨胀系数，通过设计保证两者之间适当的间隙，以不妨碍柔性同步片5的运动柔性。一般的，该间隙值范围为0.05mm-0.5mm。

作为一个附加的可选方案来增加结构优越性，在柔性同步片5朝向阀盖1的一面，可以设置用于减缓密封元件开启时撞击速度的缓冲片及缓冲弹簧，缓冲片的材质为金属。

在本实施例中，阀环上朝向阀座8的一面为密封面，密封面与阀座8之间是线密封，此时阀座8应加工为截面为漏斗状锥形密封面。若阀环密封面加工为具备至少一个弧面的密封面，阀座7的锥形密封面和阀环的弧面密封面之间形成线密封。

在本实施例中，关闭弹簧2均匀布置于同步片的连接筋13上，以保证同步片的柔性特征。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明的所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种带有柔性同步片的压缩机气阀密封元件，其往复运动于气阀的阀座与气阀的阀盖之间，其特征在于：所述密封元件包括阀环组和柔性同步片；阀环组包括至少两个环状阀片以阀座中心为圆心而同心地布置；所述阀环组的一面与所述阀座紧密接触，阀环组的另一面上布置所述柔性同步片；所述柔性同步片上布置有对应阀盖槽道的同步片槽道；所述同步片槽道、阀盖槽道、阀环组中相邻阀环之间的间隔区，三者拼装成气体流道；所述柔性同步片与所述阀盖之间布置有弹簧来加载密封所需的预紧力；所述弹簧支撑于槽道之间间隔的环形支撑面上。

2.根据权利要求1所述的一种带有柔性同步片的压缩机气阀密封元件，其特征在于：所述柔性同步片上的同步片槽道分为呈扇形分布的多个区域；相邻区域之间通过呈径向布置的连接筋进行柔性连接。

3.根据权利要求2所述的一种带有柔性同步片的压缩机气阀密封元件，其特征在于：所述连接筋的材质包括合成橡胶、聚醚醚酮PEEK、碳纤维复合材料CFRP及弹簧钢；所述连接筋的的厚度为1mm-4mm。

4.根据权利要求1所述的一种带有柔性同步片的压缩机气阀密封元件，其特征在于：所述同步片槽道与所述阀环组呈相应的同心布置，相邻两圈的同步片槽道之间形成所述环形支撑面。

5.根据权利要求3所述的一种带有柔性同步片的压缩机气阀密封元件，其特征在于：在朝向所述阀环组的柔性同步片一侧面上布置有导向块；所述导向块对应于相邻阀环之间的间隔区；所述导向块的高度小于所述阀环组的厚度。

6.根据权利要求1或4所述的一种带有柔性同步片的压缩机气阀密封元件，其特征在于：所述导向块与阀环组之间设置有结构尺寸的间隙，所述间隙范围为0.05mm~0.5mm。

7.根据权利要求1所述的一种带有柔性同步片的压缩机气阀密封元件，其特征在于：所述阀环组上与阀座紧密接触的密封面为平面，则所述阀座上对应接触面为平面密封面。

8.根据权利要求1所述的一种带有柔性同步片的压缩机气阀密封元件，其特征在于：所述阀环组上与阀座紧密接触的密封面为线密封式的锥面，则所述阀座上对应接触面为相应的锥形密封面。

9.根据权利要求1所述的一种带有柔性同步片的压缩机气阀密封元件，其特征在于：所述阀盖内设置有用于安装所述弹簧的凹腔。

10.根据权利要求1所述的一种带有柔性同步片的压缩机气阀密封元件，其特征在于：所述弹簧为螺旋弹簧或蝶形弹簧。

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