小型多级空气压缩机单向阀特性分析及优化设计

苏智剑， 陈 晨

(郑州大学 机械与动力工程学院，河南 郑州 450001)

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随着对空气压缩机的要求不断提高，空气压缩机正朝着小型高压的方向发展。斜盘式空气压缩机由于体积小等优点，被广泛应用于医疗、军事领域，其结构有利于实现小型高压的要求，国内产品也基本采用类似结构[1]。但高压要求压缩机不得不从一级压缩变成多级压缩，与此对应，压缩机各级气缸的压力、温度、流量等参数都有着显著差别，因此小型多级压缩机各级气缸的阀门也应进行相应的调整。簧片阀具有节省空间、结构简单、便于装配等优点，多用在小型压缩机上进行配流。但小型压缩机的多级化使得参数一致且不可更改的阀门已经不能满足小型多级空气压缩机的需求。

国内外相关学者对于小型空压机变工况时的阀门有了一定的研究基础。Deng等[1]、苗娜[2]采用变刚度的悬臂式气阀来解决小型多级压缩机气阀的差异问题，但同样是将各级阀门集成到一个阀片上，各级阀门的变刚度特性是一样的，其阀门最大升程从0.1 mm到1.8 mm不等；宋占凯[3]直接将多级中压压缩机的气阀改为矩形配流槽，省去了大量的设计计算过程，但这种方法应用场合有限；李国强等[4]提出一种菌状阀，与传统单向阀结构类似，但其在小型多级空压机上的应用还有待研究；Tao等[5]建立了压缩机簧片阀的流固耦合模型，探讨了转速和阀片参数对吸气阀回流和延迟关闭的影响规律；Eger等[6]为改善变工况下压缩机阀门的颤振现象，用机械弹簧辅助簧片阀，探讨了转速的影响，并对设计参数进行了多响应优化，提高了压缩机的容积效率。……