氣閥的動力學(xué)模型以進(jìn)氣閥為例，其工作過程大致可分為：接近膨脹過程的終點(diǎn)，汽缸與閥腔之間的壓力差克服彈簧力推動閥片離開閥座，汽缸開始吸氣過程。閥片繼續(xù)升高直到撞擊升程限制器，并可能有反彈現(xiàn)象。當(dāng)活塞接近止點(diǎn)位置時(shí)，進(jìn)氣速度和氣流推力減少，閥片從升程限制器向閥座回落。根據(jù)牛頓第二定律，閥片的運(yùn)動方程可為：m（dh2／dt2）＝Fg－Fs（1）式中：m為閥片的質(zhì)量與1／3彈簧質(zhì)量之和；Fg為氣體推力；Fs為彈力，F(xiàn)s＝K△l；K為彈性系數(shù)；△l為變形量；h為升程；t為時(shí)間。

　　由于Fg與差壓△p成正比，閥片在運(yùn)動過程中的碰撞以及作為激勵(lì)的Fg與t和h之間有復(fù)雜的約束關(guān)系，故閥片的運(yùn)動力學(xué)模型應(yīng)視為非線性模型。由于氣缸留給閥座的安裝面積是一定的，若增加閥片升程，即增加閥隙通流面積，有利于降低閥隙流速，減少壓力損失，提高效率。而當(dāng)升程增加至閥隙截面與閥座截面相等時(shí)，再增加升程就沒有意義了，因?yàn)檫^高的升程會增加閥片與升程限制器的撞擊速度，影響氣閥的壽命。閥片的質(zhì)量越小越有利于提高氣閥動作的及時(shí)性和降低撞擊力。但閥片的質(zhì)量要受閥片的面積、材料、強(qiáng)度的限制。因此，只有選擇合適的參數(shù)，才能最大限度地發(fā)揮氣閥的性能。

　　氣閥的故障診斷及失效形式氣閥以其制造、安裝方便的特點(diǎn)在壓縮機(jī)行業(yè)中應(yīng)用最久、最廣，它是壓縮機(jī)工作循環(huán)的關(guān)鍵部件，其故障是造成壓縮機(jī)使用效率偏低的主要原因。

　　氣閥由于其工作環(huán)境的特殊性，成為故障多發(fā)的部件。據(jù)統(tǒng)計(jì)，往復(fù)壓縮機(jī)有60％以上的故障發(fā)生在氣閥上。故保證機(jī)組無故障運(yùn)行的主要研究方向應(yīng)為提高氣閥運(yùn)行壽命。影響氣閥工作可靠性的主要部件是彈簧和閥片口。根據(jù)對失效部位的檢修次數(shù)統(tǒng)計(jì)，閥片與閥座密封面失效占55％，彈簧失效占27％，閥片斷裂占9％，閥體安裝松動及其它占9％。氣閥的每一種故障都會引起壓縮機(jī)熱力性能和動力性能出現(xiàn)異常，故障會帶來壓縮機(jī)的異常振動和聲響，并使級間壓力、溫度發(fā)生改變。因此，對于熱力性能故障可通過對壓力、溫度的測試進(jìn)行診斷，對于動力性能故障則可通過對振動、溫度信號分析來判斷。

　　其中，振動分析法是在對設(shè)備所產(chǎn)生的機(jī)械振動進(jìn)行信號采集、數(shù)據(jù)處理后，根據(jù)振幅、頻率、相位及相關(guān)圖譜所進(jìn)行的故障分析。一方面，由于在壓縮機(jī)的所有故障中，振動故障出現(xiàn)的概率最高；另一方面，振動信號包含了豐富的機(jī)械及運(yùn)行的狀態(tài)信息，比如轉(zhuǎn)子、軸承、聯(lián)軸器、基礎(chǔ)、管線等機(jī)械零部件運(yùn)行中自身狀態(tài)的信息和轉(zhuǎn)速、流量、進(jìn)出口壓力以及溫度、油溫等運(yùn)行狀態(tài)的信息。此外，振動信號易于拾取，便于在不影響機(jī)組運(yùn)行的情況下實(shí)行在線監(jiān)測和診斷。因此，振動分析法是壓縮機(jī)故障診斷中運(yùn)用最廣泛、最有效的方法。

　　同時(shí)，氣缸壓力的變化也可直接反映氣閥故障，是較理想的診斷信號，實(shí)際應(yīng)用中的關(guān)鍵是氣缸壓力檢測的實(shí)現(xiàn)問題。由于環(huán)形閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件數(shù)量多，長期在高溫下承受著交變沖擊載荷，極易發(fā)生故障。對結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、制造工藝和操作條件完全相同的氣閥，使用壽命在理論上應(yīng)該是相近的，即失效時(shí)間呈正態(tài)分布。氣閥的閥座和升程限制器一般表現(xiàn)為使用后中長期故障，閥片和彈簧在使用中表現(xiàn)為中短期故障。

　　總結(jié)由于氣閥各種故障都會導(dǎo)致壓縮機(jī)熱力性能和動力性能異常，因而應(yīng)從相關(guān)信號如氣體溫度、壓力、流量、噪聲、振動、氣閥運(yùn)動狀況等入手進(jìn)行深入分析，這樣才能準(zhǔn)確地判斷故障原因。

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