往复式压缩机阀片材质选择的变革

时间：2022-01-19

作者：北京华诺恒宇光能科技有限公司

往复式（活塞式）压缩机在工业发展中发挥着至关重要的作用特别是在制冷设备领域。压缩机的核心部件是气阀作为气阀的重要组成部分其寿命决定了压缩机的故障维护时间。因此阀板材料的选择是影响气阀可靠性的关键因素之一。

图1：气阀结构图

压缩机阀片对材料的要求

n 高韧性：阀片需要高韧性。当它承受冲击力时它可以吸收一定的热量或者当有裂纹时它可以防止裂纹继续扩张。

n 抗疲劳：阀片需要高频往复冲击因此阀片需要具有优异的抗疲劳性能。

n 耐磨性：阀片需要具有良好的耐磨性在运动过程中坚持阀片与升程限制器导向凸台的摩擦损失。

n 耐腐蚀性：能承受多种腐蚀环境避免材料强度因腐蚀而减弱然后脆性断裂。

n耐高温：在高温下仍能保持良好的性能。

n 尺寸稳定性：在高温下仍能保持尺寸稳定性保证气阀的密封性。

压缩机阀板材料变化

早期压缩机阀片由金属制成价格低廉能承受高温高压但强度高

在腐蚀环境中性能降低或由腐蚀引起

凹坑影响气密性。氢脆性是金属阀片的缺点会大大降低阀片的使用寿命。如果在压缩易燃易爆气体时使用金属阀片阀片在工作时*产生火花造成事故。此外腐蚀后断裂阀片的碎片也会对设备内的其他部件造成不可弥补的损坏。

在20世纪60年代聚合物被试图用于阀片材料而不是金属材料。试用的聚合物材料有尼龙、聚醚酰亚胺和聚酰亚胺酰亚胺。它们都有自己的优缺点如下：

聚醚醚酮是阀片较好的特殊材料

1978年英国聚醚醚酮材料ICI公司成功开发少见垄断30年。21世纪初赢创、苏威、中研股份打破垄断。

聚醚醚酮因其优异的机械性能、耐磨性、耐高温性和耐腐蚀性而被认为是较好的阀片材料。20世纪90年代中国每年进口阀片材料需要5000万元。近年来随着聚醚醚酮产量的逐步提高和销售价格的降低使用和需求也逐渐增加。

为什么聚醚醚酮是较合适的阀片材料？

两个物体相撞冲击能全部被冲击物体吸收接触应力公式如下：

σ=v(3Eρ)1/2

其中v冲击速度E弹性模量ρ对冲击物的密度。

从公式力与冲击物的模量和密度呈正比关系。

PEEK密度小弹性模量小于金属冲击速度相同时接触应力远小于金属阀片。

此外聚醚醚酮具有优异的机械性能和抗冲击性。缺口不敏感即使有裂纹裂纹也会发展缓慢。

聚醚醚酮的抗疲劳性能是金属的两倍以上。

聚醚醚酮表面难以粘附微异物因此不会因微异物而断裂从而影响系统其他部件的磨损。

聚醚醚酮具有优异的耐磨性。

聚醚醚酮具有优异的耐腐蚀性在高温环境下仍能保持较强的耐腐蚀性。

聚醚醚酮的能耗较低因为聚醚醚酮的密度仅为1.3g/cm3.可以减少冲击产生的功耗。同时由于密度低噪音低。

聚醚醚酮不能用于工作环境

当气阀的压差**过22.5MPa,排气温度**250℃聚醚醚酮不能用于环境。

含氧或氯的压缩机不能使用。

聚醚醚酮热膨胀系数大不适用于尺寸精度高的环境。

阀板材质型号选择

由于阀片的应用环境应选用高强度复合材料一般增加聚醚醚酮的强度玻璃纤维和碳纤维复合聚醚醚酮材料。

起草威格斯高性能材料贸易(上海)、上《JB/T 12952-聚醚醚酮(PEEK)阀片标准中使用的原材料是威格斯的450GL30和450GL30black(对应中研770GL30和770GL30H)具体性能如下：

材料的密度范围为11.49-1.53

2 5MPa

弯曲强度应大于或等于245MPa

弯曲模应大于等于74.6GPa

5 悬臂梁冲击强度应大于7.5kJ/m2

6 结晶度不得低于30%。

用于阀片材料的聚醚醚酮为30%玻璃纤维添加的聚醚醚酮其使用寿命是金属阀片的12倍。

30%的中研股份添加玻璃纤维(770GL30)和30%碳纤维(7700)CA30)性能数据对比如下:

从性能上看两种型号各有优缺点但对于阀片来说抗冲击性是较关键的性能因为阀片的使用寿命主要取决于冲击断裂的时间。所以770GL30应比770CA30更适合阀片**材料。

词条
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