發表時間： 2025-07-03 08:55:32
作者： 石油化工設備維護與檢修網
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01. 氣閥結構及種類
壓縮機氣閥主要由閥座、啟閉元件、升程限制器、彈性元件等部件組成。
閥座：閥座是氣閥的基礎，具有進氣或排氣氣流通道，與啟閉運動元件形成閉鎖氣流狀態，氣閥關閉時，承受氣閥兩側壓力差。
啟閉元件：交替周期性開啟和關閉閥座氣流通道，通常制成片狀，稱為閥片。閥片是氣閥的關鍵部件。在閥片兩邊氣體壓差下自動開啟，以實現氣體的吸入和排出。
升程限制器：用來限制啟閉元件的開啟速度，升程器上幾個同心凸臺起導向作用，同時又做彈性元件的支撐座。
彈性元件：開啟時防止啟閉運動元件以高速度撞擊升程限制器，關閉時及時將啟閉元件閉鎖閥座通道。彈簧起輔助閥片迅速彈回以及保證密封的作用。通常在開車后的0.5-200h之間氣閥最容易損壞。
氣閥中最容易損壞的部件是閥片和彈簧等運動部件。
據某壓縮機配件廠商統計，氣閥、活塞桿填料、活塞環是往復壓縮機3大易損件，同時，因氣閥工作環境惡劣，強度大，它又是3大易損件中最容易損壞的零部件，因氣閥損壞而引起的停車占非計劃停車的40%以上。而氣閥的結構和性能直接決定往復式壓縮機能否長周期安全穩定運行，因此，氣閥被稱為往復壓縮機的心臟。
往復壓縮機常用的氣閥有環狀閥、網狀閥、菌狀閥、指狀閥、氣墊閥、活塞閥等。到目前為止，絕大數往復壓縮機都采用環狀閥和網狀閥，但不論哪種氣閥，基本都是由閥座、彈簧、閥片以及閥蓋組成，其中閥片和彈簧的質量是氣閥壽命的主要影響因素，一般對長周期連續運轉的壓縮機，氣閥的壽命要求達8000h以上。
環狀閥和網狀閥的閥片材質分為不銹鋼和PEEK，它們的優點是：氣流阻力小，氣閥彈簧力小，還可設置緩沖片來提高氣閥的穩定可靠性。其缺點是：每個彈簧可能受力不均勻，導致閥片對閥體的撞擊力加大，致使閥片斷裂、閥片有豁口，彈簧失效。
菌狀閥和指狀閥類似，菌狀閥的閥頭比指狀閥大，它們的優點是：小升程，噪聲低，單一閥頭，閥頭不是同時損壞，對裝置影響較小，不會造成設備的突然停車。其缺點是：直徑較大，重量較大，閥頭及彈簧易損。
氣墊閥的優點是：每個閥片均設有一個氣墊腔，減緩閥片與閥座的撞擊及彈簧的損壞。其缺點是：因氣墊腔的存在導致氣閥的流通面積較小，氣閥阻力損失大，進而導致能耗大。
活塞閥是一種安裝在活塞上的新型氣閥，用排氣閥組和活塞相結合的活塞閥替代傳統的活塞，與傳統外置型相比，不再需要閥蓋的密封，消除了氣體泄漏的隱患，目前國內應用較少。
02. 氣閥故障現象及原因分析
氣閥故障，主要是閥片、彈簧破損，氣閥密封性差，閥片的開啟時間和高度不對以及安裝中產生的問題。氣閥故障現象及產生原因有以下幾種：
1）閥片損壞原因：
a）疲勞破壞——由于閥片承受著頻繁的撞擊載荷和彎曲交變載荷，閥片容易產生疲勞破壞。實際使用證明，閥片主要破壞形式是撞擊載荷引起的徑向斷裂；
b）閥片磨損——環狀閥片與導向塊工作面之間產生的摩擦磨損，可減弱閥片強度，降低使用壽命。磨損量過大時閥片可能卡死在導向塊上或者失去密封作用。環狀閥片在工作時轉動，將引起閥片邊緣磨扳；
c）閥片材料缺陷——材料夾渣、夾層、裂紋等缺陷引起閥片應力集中，在循環載荷作用下，成為疲勞破壞的根源。因此新閥片早期磨損率較高，使用期超過1000h的閥片，其使用壽命較高；
d）介質腐蝕——壓縮介質本身有腐蝕性或介質中含有水分，工作時沖刷閥片，破壞閥片表面保護膜，在閥片局部地方出現腐蝕麻點和空洞，引起應力集中，產生腐蝕疲勞破壞。
2）氣閥彈簧損壞原因：
a）彈簧從閥片全閉到全啟，其載荷由預壓縮力變化到最大壓縮力，承受脈動循環載荷，引起疲勞破壞；
b）彈簧變形時與彈簧孔壁發生摩擦磨損，強度下降而斷裂；
c）介質對彈簧表面腐蝕，產生麻點、凹坑，引起應力集中，加速彈簧疲勞破壞；
d）材質不符合要求，彈簧的加工、熱處理有缺陷。
3）氣閥漏氣原因：
a）閥座密封面不平，表面粗糙度達不到要求；
b）密封面被碰傷；
c）閥片變形、破裂；
d）閥隙通道有異物卡住；
e）氣體溫度高，潤滑油易變成炭渣卡住密封面。石油氣壓縮機，溫度和壓力越高，聚合物積炭越嚴重，炭渣黏著在閥片和閥座上，使氣閥漏氣；
f）彈簧力過小；
g）彈簧端面與軸線不垂直；
h）閥座、閥片嚴重磨損。
03. 氣閥漏氣鑒別方法
1）在多級壓縮機中，若某一級排氣閥漏氣，排出氣缸的氣體又部分泄漏回氣缸，不僅使該級排氣溫度升高，排氣壓力下降，而且該級的排出氣量不足，使前級的排氣壓力上升。因此判別某級排氣閥是否漏氣，可測量該級閥蓋上的溫度是否升高，本級排氣壓力是否下降，前級排氣壓力是否上升等方面來識別。此外，還可以用金屬棒或泄漏檢測儀檢查，氣閥漏氣嚴重時會發出吱吱的聲音。
2）某一級吸氣閥漏氣，則該級吸氣閥部位溫度升高。同時由于該級吸入氣體又在壓縮過程中泄漏出去，使前級排氣壓力上升，而后面各級因吸入氣量不足，排氣壓力下降。因此同樣可用測量溫度、壓力和聲音的方法來判別。
3）如果第一級吸氣閥漏氣，則隨后各級氣量下降，各級排氣壓力也相應下降，因此可從各級排氣壓力和氣量是否下降來加以判別。煤油測試氣閥泄漏量為何不再普遍適用？ 隨著技術的發展，新的材料和設計的產生，原先用煤油測試氣閥泄漏量已不再普遍適用，因為：
（1）非金屬閥片氣閥用煤油測定泄漏很有可能出現合格，但如果通過了氣密性測定法，上機運轉就沒問題。閥片密封是靠壓差實現的，氣密性測定法正是模擬這一工作特點，測試了閥片在有壓差存在時對氣體的密封能力。
（2）對于一些有特殊結構的氣閥而言，如閥片與閥座間有升程墊片等間隔物，如果采用煤油試漏，氣閥中間肯定是漏的。
（3）沒有一個氣閥是絕對無泄漏的，只要泄漏量低于允許值就是合格的。
04. 氣閥故障診斷方法的研究
如上所述，氣閥故障主要表現為閥片損壞、彈簧折斷和氣閥漏氣方面，其實這3種故障常常互為因果，閥片損壞可導致氣閥漏氣；彈簧折斷使得閥片對閥擋和閥座的沖擊速度和撞擊力增大，導致閥片碎裂。因此，利用閥片沖擊力的變化、氣閥是否產生泄漏等特征參數來判斷閥片和彈簧故障，是當前研究利用振動信號診斷氣閥故障的主要方法之一。'
監測氣閥的故障信號，除了觀察壓縮機的熱力參數變化之外（如壓縮機各級吸、排氣壓力變化、氣量變化、閥腔內溫度變化以及壓力脈動變化等），更主要的是希望從氣閥工作過程中產生的動力性能變化來診斷故障。目前對氣閥故障進行監測和診斷的主要方法有：
1）在壓縮機氣閥閥蓋上用傳感器拾取振動信號或噪聲信號，然后對信號進行分析處理和故障識別；
2）在氣閥閥室內用位移傳感器拾取閥片運動規律信號，校核閥片運動規律；
3）引出氣缸的壓力，作出氣缸內的p-V示功圖，從示功圖的變化上判別氣閥故障；
4）測量吸、排氣腔內的脈動壓力和溫度變化診斷氣閥故障。
信息來源：氫能源化工
