一种排气阀组件、包括其的压缩机及空气调节设备的制作方法

本发明涉及压缩机技术领域，尤其涉及一种排气阀组件、包括其的压缩机及空气调节设备。

背景技术：

气体压缩机是石油、化工、矿山、轻工等许多工程领域不可缺少的通用机械之一，其排气阀片是旋转式压缩机的重要零部件，对压缩机的能效、功耗、噪声等的影响较大，但排气阀片也是比较易损部件。现有技术中虽提出了针对排气阀片自身结构和材料的多种改进方案，但这些改进方案都存在各自的问题，因此排气阀片组件还是存在改进的需求。

当压缩机在中、高频工况下高速运行时，单位时间排出的气体多，排气阀片受到的气体作用力较大，为保证排气阀片及时关闭，避免压缩气体回流而影响能效，降低噪音，因此这时排气阀片需要设计成具有较大的刚度；当压缩机在低频工况下低速运行时，排气阀片受到的气体作用力较小，刚度较大的排气阀片不能保证排气阀片全部打开，由此容易发生颤振，排气阻力损失大，压缩机功耗增加，而且容易造成气流脉动导致的噪音问题。而且若使用刚度较小的材料来做排气阀片，排气阀片的关闭及时性变差，开启的幅度就越大，开启过程变快，排气时的通流面积越大，排气阻力损失变小，压缩机功耗降低，但其断裂失效的风险也会增大，可靠性降低，阀片拍击挡板的噪声也会增大，进而致使压缩机整机噪声增大。这些都使得对阀片的设计灵活度受到了限制，排气阀片的适用性和可靠性差。

技术实现要素：

鉴于此，本发明提供一种排气阀组件、包括其的压缩机及空气调节设备，至少用于解决现有技术中存在的压缩机排阀片控制单一导致压缩机功耗低的技术问题，具体地：

第一方面，本发明提供一种排气阀组件，用于设置在压缩机泵体的阀座上，以开启和封闭气缸的排气口，所述排气阀组件包括：

阀片，包括固定端和自由端，所述固定端固定在所述阀座上，所述自由端用于与所述排气口配合使所述排气口封闭或开启；

挡板，包括固定段和翘起段，所述固定段固定在所述阀座上，所述翘起段位于所述阀片的自由端上侧，以对所述阀片开启所述排气口的行程进行限位，

所述挡板为可变形结构，能够随着温度变化发生形变，对所述阀片形成不同位置的限位，以调节所述阀片的自由端的行程。

进一步可选地，所述挡板采用热变形记忆金属制成。

进一步可选地，所述热变形记忆金属包括二元记忆合金和/或三元记忆合金和/或多元记忆合金。

进一步可选地，所述翘起段与所述固定段之间通过连接段连接，所述连接段与所述固定段之间形成夹角，

所述翘起段和/或所述连接段靠近所述阀片的面上设置有凹槽，所述凹槽内设置有减振降噪条。

进一步可选地，所述减振降噪条设置多个，多个所述减振降噪条交叉和/或平行设置。

进一步可选地，所述阀片的弹力fs满足如下关系：

fs＝hkdv，其中，h为所述阀片的特征升程，kdv为所述阀片的刚度。

进一步可选地，所述阀片的特征升程h满足如下关系：

h＝4fsl³/ebt³＝2hl0/(3l-l0)，即h＝2fsl³(3l-l0)/el0bt³，其中，l为所述阀片的长度，e为所述阀片的弹性模量，b为所述阀片自由端最窄处的宽度，t为所述阀片的厚度，h为所述阀片的最大升程，l0为所述排气口中心到所述阀片的固定点之间的距离，所述固定点为所述阀片固定端固定在所述阀座上的位置的中心点。

进一步可选地，所述阀片的最大升程h与所述特征升程h之间满足如下关系：

h＝2hkdvl³(3l-l0)/el0bt³，其中，l为所述阀片的长度，e为所述阀片的弹性模量，b为所述阀片自由端最窄处的宽度，t为所述阀片的厚度，l0为所述排气口中心到所述阀片的固定点之间的距离。

进一步可选地，所述特征升程h小于排气口直径d的1/3倍，并且，所述特征升程h与排气口半径d/2之间的比值小于2/3，其中，

所述特征升程h与排气口半径d/2之间的比值的取值范围为0.2～0.6。

进一步可选地，所述阀片的最大升程h＝(0.2～0.6)δ，其中，δ＝2kdvl³(3l-l0)/del0bt³＝h-h。

进一步可选地，所述挡板的在压缩机低频工况下发生形变的最大行程为h1，所述挡板在压缩机中、高频工况下发生形变的最大行程为h2，其中，

0.2δ≤h1＜h2≤0.6δ。

第二方面，本发明提供一种压缩机，包括上述排气阀组件。

第三方面，本发明提供一种空气调节设备，包括上述排气阀组件或压缩机。

本发明通过设置可以随温度变化改变形状的挡板，压缩机在不同工况下的能效都保持较高的水平的，排气阀组件不仅能够保证压缩机低频工况下的能效处于较高的水平，还能保证压缩机中、高频工况下的能效也处于较高的水平。另外，减振降噪条的设置使阀片拍击挡板的噪声得到降低或解决，使得压缩机整机的噪声得到降低，听感也更好。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出本发明实施例转子压缩机泵体组件剖面示意图；

图2示出本发明实施例转子压缩机泵体组件排气阀处局部放大图；

图3示出本发明实施例阀片的主视图及俯视示意图；

图4示出本发明实施例热变形合金升程限位器尺寸关系图；

图5示出本发明实施例阀片紧贴升程限位器的状态图；

图6示出本发明实施例挡板三维图及仰视示意图；

图7示出本发明实施例挡板在低频工况下的状态图；

图8示出本发明实施例挡板升程限位器在中、高频工况下的状态图；

图9示出本发明实施例转子压缩机泵体组件三维图；

图10示出本发明实施例涡旋压缩机静盘组件三维图；

图11示出本发明实施例有效流通面积avav与h/(d/2)的关系图；

图12示出本发明实施例应力仪测得舌形阀片未做喷丸处理前2θ角与(sinψ)²的关系图；

图13示出本发明实施例应力仪测得舌形阀片做喷丸处理(喷丸压力较小)后2θ角与(sinψ)²的关系图；

图14示出本发明实施例应力仪测得舌形阀片做喷丸处理(喷丸压力较大)后2θ角与(sinψ)²的关系图。

图中：

100、排气阀组件；10、气缸；20、上法兰；21、排气口；22、阀座；23、排气口凸台；30、下法兰；40、曲轴；50、滚子；60、阀片；70、挡板；71、安装孔；72、翘起段；73、凹槽；74、减振降噪条；80、螺栓。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

本发明通过设置可以随温度变化改变形状的挡板，压缩机在不同工况下的能效都保持较高的水平的，排气阀组件不仅能够保证压缩机低频工况下的能效处于较高的水平，还能保证压缩机中、高频工况下的能效也处于较高的水平。另外，减振降噪条的设置使阀片拍击挡板的噪声得到降低或解决，使得压缩机整机的噪声得到降低，听感也更好。以下结合具体实施例对本发明进行详细介绍：

如图1、图9所示，本发明提供一种排气阀组件100，用于设置在压缩机泵体的阀座22上，对能够开启和封堵气缸10的排气口21以控制压缩机排气，包括：

阀片60，包括固定端和自由端，固定端固定在阀座22上，自由端用于与排气口21配合使排气口21封闭或开启；

挡板70，包括固定段和翘起段72，固定段固定在阀座22上，翘起段72位于阀片60的自由端上侧，用于对阀片60开启排气口21的行程进行限位，

挡板70为可变形结构，能够随着温度变化发生形变，从而可以随温度变化改变阀片60的自由端的行程。

优选地，挡板70由热变形记忆金属构成，能够随着压缩机工况的变化改变形变量

优选地，转子压缩机的泵体包括气缸10、上法兰20、下法兰30、曲轴40、滚子50和滑片，上法兰20和下法兰30分别封堵到气缸10的两端，滚子50套设到曲轴40上，曲轴40穿设到上法兰20和下法兰30上，并使滚子50位于气缸10内，滑片可滑动地设置在气缸10内。

如图2所示上法兰20上形成有阀座22，阀座22上形成有与气缸10内部连通的排气口21，优选地，排气口21的周围形成环形的排气口凸台23，排气口凸台23朝向气缸10外侧凸起用于与阀片60的自由端接触形成密封结构，优选地，排气凸台与阀片60的自由端接触的面为弧形面，以保证阀片60与排气口凸台23之间的密封形式为动密封性能较好线密封形式。

优选地，在其他实施例中，排气口凸台23也可为嵌入的且圆弧方向朝向阀片60方向上凸起的圆弧结构的树脂材料或橡胶材料，可以跟阀片60接触时通过发生弹性形变进一步提升密封效果，并且能够减小或消除阀片60与排气凸台23接触的噪音。

挡板70的基材为热变形记忆金属，该热变形记忆金属制成的挡板70能够根据压缩机内温度的不同而发生变形，从而达到根据温度的变化来自动调节升程限位器的特征升程或最大升程的目的。优选地，记忆金属为二元记忆合金或三元记忆合金或多元记忆合金中的至少一种，进一步地，这些二元记忆合金或三元记忆合金或多元记忆合金也为二元记忆合金或三元记忆合金或多元记忆合金为ni-ti系或cu基系或fe基系中的至少一种。

如图5、图6所示，挡板70的固定段构造为平面，平面上设置有安装孔71，用于配合螺栓80等连接件将挡板70固定在阀座22上。翘起段72与固定段之间通过连接段连接，连接段与固定段之间形成夹角，优选地，翘起段72与连接段共同构成弧面，翘起段72和连接段靠近阀片60的面上设置有凹槽73，凹槽73内设置有减振降噪条74，当阀片60受到气体冲击翘起时与减振降噪条74接触，从而可以降低或消除阀片60拍击挡板70产生的噪音，进而达到降低压缩机整机噪声的目的。

优选地，减振降噪条74设置多个，多个减振降噪条74交叉和/或平行设置，在本实施例中，减振降噪条74设置两个，两个减振降噪条74在翘起段72形成十字交叉结构。进一步地，减振降噪条74优选为树脂或橡胶等，树脂材料及橡胶的阻尼作用都比较强，从而使得减振及降噪效果都得到进一步提高。

阀片60的弹力fs满足如下关系：

如图7、图8所示，fs＝hkdv，其中，h为阀片60的特征升程，kdv为阀片60的刚度。进一步的，根据简单悬臂梁的结构阀片60的弹力fs与阀片60的特征升程h之间满足关系式h＝4fsl³/ebt³＝2hl0/(3l-l0)，即h＝2fsl³(3l-l0)/el0bt³，式中，l为阀片60的长度，e为阀片60的弹性模量，b为阀片60自由端最窄处的宽度，t为阀片60的厚度，h为阀片60的最大升程，l0为排气口21中心到螺栓80的距离。

而且上述阀片60的最大升程h与特征升程h之间还满足关系式h＝2hkdvl³(3l-l0)/el0bt³。

其中，特征升程h要小于排气口21直径d的1/3倍，即h＜d/3，则特征升程h与排气口21半径d/2之间的比值要小于2/3，即h/(d/2)＜2/3，这样设计能够保证阀片60能够及时的关闭，因为当压缩机在中、高频工况下高速运行时，单位时间排出的气体较多，舌形排气阀片60受到的气体作用力较大，若排气阀片60关闭不及时，压缩气体的回流会影响到压缩机的能效，噪音也会增大。

如图5、图6所示，阀片60的长度l要在其弯曲变形后要不大于挡板70的总长度a+b+c一致，即l≤a+b+c，这样能够保证阀片60的自由端不会处于不完全受挡板70限位阻挡的状态，阀片60也不会出现断裂失效及过度振颤的现象，使得阀片60的可靠性得到提升，阀片60因振颤产生的噪声也会降低，从而使得压缩机整机的噪声得到进一步的降低。

如图11所示，其为有效流通面积avav与h/(d/2)的关系图，可看出2h/d的值在0.6之后，有效流通面积avav的增长逐渐放缓，即2h/d的值在0.6之后，趋势线斜率降低，因此为使得有效流通面积avav的增长速率保持较大的值，即要使得趋势线保持较大的斜率，同时还要降低排气阻力的不利影响，提升压缩机的效率，所以特征升程h与排气口21半径d/2之间的比值的最优值为0.2～0.6，即h/(d/2)＝0.2～0.6。

进一步的，还可得出阀片60的最大升程h与排气口21半径d/2之间的比值的最优取值为(0.2～0.6)δ，即h＝(0.2～0.6)δ，其中，δ＝2kdvl³(3l-l0)/del0bt³，因此热变形记忆金属的挡板70在压缩机低频运行工况下的最大升程h1及在压缩机中、高频运行工况下的最大升程h2要满足的大小关系是：0.2δ≤h1＜h2≤0.6δ，因此最大升程h和特征升程h与排气口21半径d/2之间的比值只有一个δ定值的差异，该δ值也为最大升程h和特征升程h之间的差值，即δ＝h-h。优选地，在本实施例中，低频是指60hz左右，中频是指90hz左右，高频指110hz左右，不同运行频率下压缩机的转速不一样，单位时间内排出的气体流速和排气压力也不一样。

如图4所示，在不考虑阀片60的重力g、气体阻尼力fn及油黏力fv等力的影响下，只考虑阀片60自身弹力fs的影响、以及从泵体压缩机腔内排出的气体力fg(最大值)的影响及挡板70的影响，以此来作为经典计算模型，因此阀片60的弹力fs与阀片60所受的气体力fg之间的比值大于0且小于1，即0＜fs/fg＜1。因为当fs/fg＞1时，阀片60不能贴紧升程限位板70，导致阀片60的自由端发生颤抖，即使不发生颤抖，较大的弹力也会加大舌形气阀60的开启的阻力，增加能耗；同时还应满足μ＞0，因为当fs/fg的值接近0时，簧片的弹力亦接近0，弹力过小则阀片60闭合时的迟后效应严重，导致容积效率下降，功耗增加。

为提升阀片60的疲劳强度，防止其因疲劳失效而发生断裂，对阀片60的表面进行喷丸强化，所用喷丸强化的弹丸材料为al2o3、zro2、tio2、sio2及fe的其中至少一种，所用喷丸强化的弹丸的粒径为30～200μm，喷丸强化使用的喷丸压力为0.5～5kg/cm²，喷丸强化的距离为10～50cm，喷丸强化的喷丸时间为5～20min。

如图12、图13、图14所示，用残余应力仪测得未做喷丸强化处理前阀片60的表面残余应力约为-236.69mpa；保证喷丸的弹丸粒径、材料、距离及时间相同的情况下，使用相对较小的压力对阀片60进行喷丸强化处理后，阀片60的表面残余应力约为-445.24mpa；而用相对较大的压力对阀片60进行喷丸强化处理后，阀片60的表面残余应力约为-866.69mpa。

为了保证薄壁的阀片60在做完喷丸强化处理后而不会发生变形及击穿失效的情况出现，可以改变喷丸的弹丸粒径、材料、距离、时间及压力等参数来控制阀片60表面的残余应力值，使得阀片60表面的残余压应力在-400～-800mpa的范围内即可，即要保证阀片60不变形的同时，还要保证阀片60表面的残余压应力为最大值即可。

如图7、图8所示，热感应记忆金属材质的挡板70的工作原理是：

当压缩机在低频低速下运行时，经过泵体压缩后的气体对阀片60的自由端产生一个气体力fg1，该气体力fg1将阀片60抬起，而这时排气阀片60受到的气体作用力fg1还相对较小，因此挡板70的a段及b段要同时向上变形翘起，这时挡板70a段及b段的半径最小，使得其特征升程h1为最大值，其最大升程h1也为最大值，即这时的h1/(d/2)＝0.6，h1＝0.6δ，这时阀片60的固定端不会被压得过紧，这样相对较小的气体力fg1能够更加相对轻易的把阀片60的自由端抬起，排气阻力损失小，使得压缩机的功耗降低。同时，阀片60也会在压缩机排气时紧贴挡板70的弧面，不会出现振颤而产生振动噪声的问题，而且排气口21处产生的气流脉动噪音也会很小，进而降低压缩机在低频低速下运行时整机的噪声，使得压缩机在低频低速下运行产生的声音的听感更好。

当压缩机在中、高频工况下高速运行时，经过泵体压缩后的气体对阀片60的自由端产生一个气体力fg2，该气体力fg2也将阀片60抬起，而这时排气阀片60受到的气体作用力fg2相对较大，特别是压缩机在高频高速工况下运行时，因此挡板70的a段和b段要同时向下恢复到记忆金属马氏体相变后的形状，即压缩机在高频高速工况下运行时挡板70a段及b段的半径最小，使得其特征升程h2为最小值，其最大升程h2也为最小值，即这时的h2/(d/2)＝0.2，h2＝0.2δ，这时阀片60的固定端会被压得很紧，由于气体力fg2对较大，即使阀片60被压得很紧，特征升程h2和最大升程h2也比较小，这时的排气阻力损失虽比压缩机在低频低速下运行的高，但这时单位时间排出的气体较多，排气阀片60受到的气体作用力较大，该气体力fg2还是能够轻易的把阀片60的自由端抬起，因此压缩机的这点升高的功耗可忽略不计。同时，阀片60这时更会在压缩机排气时紧贴挡板70的弧面，也不会出现振颤而产生振动噪声的问题，降低噪音；同时，舌形排气阀片60由于受到了相对较小特征升程h2或最大升程h2挡板70的限制作用，使得舌形排气阀片60能够及时的关闭，从而避免压缩气体回流而使得压缩机的能效降低。在压缩机在中、高频工况下高速运行时，排气口21处产生的气流脉动噪音也较小，压缩机在低频低速下运行时整机的噪声也比较低，使得压缩机在中频中速及高频高速下运行产生的声音的听感也会很好。

如图9、图10所示，装配有热感应记忆金属材质挡板70的泵体排气结构可以运用在转子压缩机或涡旋压缩机上，同时配有热感应记忆金属材质挡板70的泵体排气结构也可以运用在叶片压缩机或活塞压缩机或斜盘压缩机或离心形压缩机或容积式压缩机或容积式空气压机的其中一种气体压缩设备上。

本发明还提供一种压缩机，上述排气阀组件100，优选地，压缩机为转子压缩机或涡旋压缩机。

本发明还提供一种空气调节设备，包括上述排气阀组件100或压缩机，用于对空气湿度、温度等进行调节，例如，可以是空调、热泵系统、除湿机、冷库等。

本发明提供的排气阀组件100的热变形记忆金属材质的升程限位器能够根据压缩机不同频段下的运行工况来调节阀片60的特征升程或最大升程，从而解决现有排气阀组件100的打开和关闭都不能完全保证压缩机在不同工况下的能效保持较高的水平的问题，即该带有热变形记忆合金材质的挡板70的排气阀组件100不仅能够保证压缩机低频工况下的能效处于较高的水平，还能保证压缩机中、高频工况下的能效也处于较高的水平。同时，也解决现有压缩机气流脉动噪声及阀片60拍击挡板70噪声都比较大的问题，使得压缩机整机的噪声得到降低，听感也会更好。

以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施例。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。