活塞式制冷压缩机的舌簧阀研究综述

　　1 前言

　　舌簧阀是气阀的一种形式,阀片用弹性薄钢片制成,阀片的一端固定在阀座上,另一端是自由的。由于阀片本身是柔性的启闭元件,具有弹性,可不另设弹簧,舌簧阀具有结构简单、运动质量轻、余系容积小的特点,从而被广泛应用于微小型空气压缩机和小型制冷压缩机上[1]。

　　由于阀片具有弹性,所以舌簧阀的研究源于自动阀的发展。1941年,前苏联学者曾发表/片状自动阀理论与计算0; 1949年美国的Costagliola完成了舌簧阀的研究,并于1950年发表了/具有弹簧压紧的压缩机气阀理论0一文。20世纪70年代,美国Purdue大学的学者们,对压缩机气阀进行了深入细致的研究,同时带动了舌簧阀的发展[2]。在我国,舌簧阀的早期研究多集中于20世纪80、90年代。其中西安交通大学的学者在这方面做了大量的研究工作。文献[3]系统介绍了簧片阀运动学的基本数学模型,对阀片的流量系数、推力系数等影响气阀效率的关键参数进行了研究;文献[4]中对舌簧阀结构设计、工作的计算机模拟、动静态测试等做了详尽的论述。文献[3, 4]中所建立的理论为后来的舌簧阀研究工作提供了坚实的理论基础。另外,杨乐之等对舌簧阀的工程设计、优化设计进行了研究[5~7]。对于舌簧阀的工程设计而言,阀片的运动规律、有效流通面积,流量系数,升程限制器是设计研究的关键问题,因此本文就这几方面进行对比分析。

　　2 舌簧阀研究的若干关键问题

　　由舌簧阀构成的气阀组件如图1所示,它是由阀座、阀片和升程限制器3个主要零部件组成,阀片是受两侧气体压力差控制而自行起闭的自动阀。舌簧阀的有效工作状态就是在吸排气过程中,适时打开,适时关闭。不当的开启会导致压缩机容积效率的降低,影响压缩机的效率。

　　2. 1 动力学研究

　　气阀的动力学研究着重于气阀在工作时的运动规律、状态,即阀片是否适时打开,适时关闭,以及在启闭过程中阀片的运动曲线。气阀的动力学性能直接影响压缩机的经济性与可靠性。主要的研究方法是这样:将一端固定一端自由的舌簧阀片按其运动特征及不同的简化条件,运用不同的力学原理,进行简化,同时兼顾考虑气阀、气体、压缩机等参数,建立起相应的数学模型,并借助于计算机进行计算、模拟。最早的气阀的动力学研究是从1950年开始的, 1967年Purdue大学的Wambsganss和Cohen对舌簧阀提出多自由度的弯曲梁的数学模型,其计算曲线和实验曲线获得了良好的吻合[4]。在我国,林梅等将舌簧阀作为单质点力学系统[4];吴丹青将阀片当做易弯曲的梁或者薄板模型进行分析[3, 8]。文献[9]对单质点力学系统、连续梁力学系统及平板振动力学系统进行了对比分析,认为连续梁模型能比单质点模型更精确地反映阀片的动态响应,但对于工程设计及进一步的理论分析意义不大,因此不推荐用连续梁模型及仿真程序;当需要对阀片进行强度分析或阀片形状优化时,推荐使用平板模型及仿真程序;对于工程设计或仅一般了解阀片的启闭及时性,推荐使用单质点模型及仿真程序。近几年对舌簧阀运动规律没有提出新的数学模型。