1、44 中文 2350 字 ,1380 汉字， 7630 英文字符 出处： Kwon Y K, Lee G H, Lee T J. The Design of Compressor Valve to Consider the Flexibility and ReliabilityJ. 2004. 压缩机阀设计中灵活性和可靠性的考虑 权 尹 基 1 李健何 2 李太 进 3 1韩国安山市 京畿道 东阳技术学院 CAD/CAM 系 (+82-31-670-7205,+82-670-7209,ykkwondoowon.ac.kr) 2韩国安山市 京畿 道 东阳技术学院 制冷与空调 系 (+82-31-
2、670-7153, +82-670-7159, ghleedoowon.ac.kr) 3韩国安山市 京畿道 东阳技术学院 压缩机研究实验室 (+82-31-670-7058,+82-670-7058, leetjinincheon.ac.kr) 摘要 本文定性地介绍了一种从 灵活性和可靠性方面考虑压缩机气阀设计和开发的方法。灵活性关系到压缩机的效率，它和可靠性是压缩机气阀设计中两个最 重要的因素 。在这个研究中，我们设计了考虑这两个因素的最佳的二氧化碳压缩机气阀。为了获得最佳的气阀灵活性，我们进行了压缩机系统模拟。从这个模拟实验中们，我们可以获得一些气阀设计的重要 数据 ， 像最优的 自然 频
3、率和自由高度。 每一个参数像弯曲应力、接触应力和自然频率都是从分析有限的要素中获得。 此外，我们还研究了疲劳稳定性以获得最佳的气阀外形尺寸，确保气阀的可靠性。 1.绪言 在压缩机中，吸气阀和排气阀是通过一定压力制冷剂的流动来保持恒定压差的关键部件之一。 如果制冷剂进入汽缸的压力低，它就会被活塞压缩。如果制冷剂的压力高 ，它就会被排气阀排入排气腔。 因此，统一地吸排制冷剂是一个关键因素，它决定了压缩机的性能。在吸气阀和排气阀的设计中，有几个设计因素要考虑。但是，两个最重要的因45 素是最佳的 灵活性和可靠性。当泄 漏 和制冷剂的逆流被减到最小时，需要最大的吸排气压力来保证最佳性能。这就是说，最佳
4、的灵活性是阀门顺利开启和顺利关闭的必要条件。 象汽车压缩机在高速行驶下的负载情形，吸气阀和排气阀需要在冲击和弯曲疲劳的情况下保持正常工作。因此，要求设计要有强的可靠性。在这个研究中， 几个重要的设计因素被考虑在设计二氧化碳制冷的吸气阀和排气阀中，计 划获得最优的设计方法。不同于 R134，二氧化碳制冷压缩机主要在高压的条件下运行，所以气阀应该在苛刻的工况条件下进行彻底的测试。 本研究采用了两种不同的方法，第一种， 气阀规律的设计因素通过压缩机性能模拟获得。 固有频率和塞子高度决定了 摇板式 二氧化碳制冷压缩机能否获得最佳性能。 第二，根据性能模拟结果， 进行有限要素的分析来确保气阀的可靠性。经
5、过几次反复，设计因素最后被确定。 2.性能模拟 确定了最佳的阀塞高度和 自然 频率，下面的模拟就会被执行。 压缩机由六个汽缸和三个控制卷组成。 每一个吸气阀和排气阀都可以用 20 个 一阶微分方程和 6 个关于质量和温度的二阶动力学方程表示。要同时求解 20 个一阶微分方程和二阶动力学方程，先把 12 个二阶微分方程转化成 24 个一阶微分方程，然后再用 龙格 -库塔 法解这 44 个普通的微分方程。 3.有限元方法 有限元分析可以演示气阀在运行情况下可靠性的测试。图 1 显示了压缩机阀的运动。 46 图 1.压缩机气阀运动 (1) 如图 1 所示，气阀装置十分复杂，它在开启和关闭时伴随有各种
6、各样的现象。 本研究中，在安全方面的两个最严重情况下分析 阀的结构。利用 I-DEAS分析程序和三维壳元件，厚度确定为 0.305mm 和 0.381mm，这两种都可以从市场上买到。 进而获得阀的弯曲应力，接触应力和 自然 频率。 表 1.力学性能 材料 抗拉强度 MPa 疲劳极限 MPa 冲击疲劳m/s 山特维克 20C 1900 800 8 47 图 2. 山特维克特 20C 的微观结构 我们选择山特维克特 20C 来进行分析，其性能列于表 1。看上面的微观结构图 (图 2)，就会发现它的主要结构是针型马氏体。吸气阀和排气阀的形状如图 2. 3.1测定 自然 频率和 塞子高度 阀的固有频率越低，压缩机的性能越高。但如果固有频率太低，结构的安全性则不能保证。因此，确定最佳的固有频率非常重要。由于塞子高度和压缩机的性能也密切相关，它的最佳长度由性能模拟确定。短的塞子有利于可靠性， 但相反其会影响压缩机获得更好的性能。因此，最佳的固有频率和塞子高度应该在考虑压缩机性能后确定。再本研究中，两个关键因素
