基于主动控制进气阀的气量调节系统具有调节范围大、节能效果好等优点，适用于工艺流程中大型压缩机。本文依据热、动力学理论建立了耦合阀片运动的往复压缩机热力学模型，模拟了气缸内气体瞬态压力变化规律及进气阀片运动特性。研究结果表明：调节工况下自动阀和强制阀方式同时存在，执行机构延迟关闭进气阀，使压力升高过程延迟，实现压缩机流量及功率的降低。执行机构在气阀完全打开后作用，不影响气阀打开过程，仅利用撤销时间控制压缩机气量。调节工况下阀片打开速度不变，但关闭速度增大，且阀片与阀座间的最大撞击速度随执行机构撤销角度的增大而增大。由于气阀打开及关闭存在时间延迟，执行机构撤销时间在主轴转角为160°～295°范围内变化时，已实现气量0～100％范围调节。

阐述了压缩机吸、排气阀功耗的简易计算方法,并得到了压缩机吸、排气阀功耗比的计算公式,分析了连杆比、气体等熵指数、相对余隙及压比对吸、排气阀功耗比的影响。当压比较小,吸、排气阀数量及有效通流面积一致时,吸、排气阀功耗接近。当压比较大导致吸气阀功耗远大于排气阀时,为有效降低气阀总功耗,吸气阀数量或有效通流面积应大于排气阀。

基于局部行程压开进气阀的往复压缩机无级气量调节系统采用液压系统驱动机械执行机构控制吸气阀的开启时间实现气量调节。本文通过建立气量调节工况下往复压缩机工作循环的数学模型与吸气阀阀片运动的数学模型,模拟了不同负荷下气缸内动态压力,分析执行机构外力瞬间撤销下吸气阀阀片自由关闭时的运动规律;利用AMESim软件对复位弹簧在不同的弹簧刚度下执行机构运动规律进行研究;通过实验与仿真结果对比分析,确定了气量调节工况下吸气阀运动规律和气量调节工况下缸体振动冲击的来源;为往复压缩机无级气量调节系统的研发和气量调节工况下往复压缩机吸气阀故障诊断提供理论依据。

往复压缩机的效率首先取决于气阀,气体的非稳态流动是引起阀片的非正常运动(颤振、关闭延时)原因,也是气体流动损失的主要原因。利用标准k-ε模型对吸气阀口形状及进出口通流面积之比进行了流场数值模拟,结果表明,随着吸气阀口的倾斜角度增大,气阀通道出口两侧的涡旋区域越大,造成流体的压力损失也就越大,另外还研究发现吸气阀的进出口通流面积之比值越小,流体的压力损失越小。最后通过试验验证了仿真的正确性。