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活塞式压缩机气阀材料性能对比

6su5.cnm,70203.com,70570威尼斯城官网,710.com www.sea0337.cn 【摘要】本文主要介绍了压缩机气阀阀片采用的传统材料金属及新型材料PEEK(聚醚醚酮)、钛材的材料的性能,对比其性能特点,综合分析三种材料在使用过程中的综合价值。根据实际工艺条件选择合适的阀片材料从而达到压缩机的持久连续运行。

关键词  往复压缩机   材料性能  气阀   阀片  金属阀片  PEEK  钛合金    

1、压缩机气阀的工作原理及易损件分析

压缩机气阀由阀座、阀盖、阀片、弹簧和紧固螺栓组成,其工作过程是靠气缸内气体压力,进入气缸前气体压力与弹簧力形成压力差推动阀片的上下移动达到开启和关闭的状态,主要受力部件是气阀的阀片,易损件即为阀片,阀片的断裂会导致气阀阀座密封面受损,甚至落入压缩机气缸内导致活塞运动过程中发出异响甚至损坏活塞或缸体,故压缩机阀片材料的性能决定了压缩机气阀使用时间的关键因素,也是压缩机连续持久运行的有力保障。

2、几种压缩机阀片使用材料

2.1 金属材料

国内外所用阀片钢种牌号繁多. 我国目前常用的有30CrMnSiA , 50CrV  , 4Cr13Mo , 3Cr13 , pH15-7M0 ,T10A 等,我们公司现使用的阀片材料为3Cr13。 3Cr13马氏体不锈钢是问世最早的一种不锈钢,一般在淬火状态下使用,具有强度高、硬度高、耐磨性好等特点。 (1)力学性能 牌号 3Cr13机械性能   3Cr13 抗拉强度 σb(Mpa) 屈服强度 σ0.2 (Mpa) 伸长率 δ5(%) 断面收缩率 ψ(%)

硬度 HB

≥735 ≥540 ≥12 ≥40 ≥217

2.2 PEEK材料

PEEK(聚醚醚酮)是芳香族结晶型热塑性高分子材料,其熔点为334℃,具有

机械强度高、耐高温、耐冲击、阻燃、耐酸碱、耐水解、耐磨、耐疲劳等特点。    

(1)耐热性能:PEEK的熔点为334℃,未增强PEEK的热变形温度为135~160℃,玻璃纤维增强后PEEK的热变形温度250~300 ℃,长期使用温度为250 ℃,短期工作温度可达300℃。

   (2)耐腐蚀性能:PEEK的耐腐蚀性与镍钢相似,除个别浓酸外,对通常的化学药品表现出极好的耐腐蚀性,即使在较高的温度下,它仍能保持良好的化学稳定性。

   (3)耐水解性能:PEEK在23℃下饱和吸水率只有0.5%,可在300℃加压热水或蒸气中使用,在200℃热水(加压水)中可以连续使用。

   (4)抗蠕变性能:PEEK具有优良的抗蠕变性能,即使在200℃以上的温度,仍能保持较高的拉伸强度和弯曲模量。

   (5)耐疲劳性能:PEEK的柔韧性好,对交变应力的优良耐疲劳性是塑料中最出众的,可与合金材料媲美。

   (6)力学性能:PEEK纯树脂一般不能直接应用,还必须添加某些填料、增强材料和助剂制成塑料形式方可应用。

2.3钛合金材料TC1(Ti-2AL-15Mn)

   钛合金是一种新型结构材料,它具有优异的综合性能,密度小,比强度和比

断裂韧性高,疲劳强度和抗裂纹扩展能力好,低温韧性良好,抗蚀性能优异,某些钛合金的最高工作温度为550℃,钛合金根据基体组织不通过分为以下三类:α合金,(α+β)合金和β合金。中国分别以TA、TC、TB表示。TC合金它是双相合金,具有良好的综合性能,组织稳定性好,有良好的韧性、塑性和高温变形性能,能较好地进行热压力加工,能进行淬火、时效使合金强 化。热处理后的强度约比退火状态提高50%~100%;高温强度高,可在400℃~500℃的温度下长期工作,其热稳定性次于α钛合金。

   (1)耐热性能: 在中等温度下仍能保持所要求的强度,可在450~500℃的温度下长期工作这两类钛合金在150℃~500℃范围内仍有很高的比强度。

   (2)耐腐蚀性能:钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作,其抗蚀性远优于不锈钢;对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强;对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力。

(3)力学性能

牌号 TC1机械性能   TC1 抗拉强度 σb(Mpa) 弹性模量 E(Mpa) 伸长率 δ5(%) 断面收缩率 ψ(%)

硬度 HB

≥539 ≥1×105 ≥25 ≥25 ≥195

3、几种材料制作的阀片优缺点

3.1金属阀片优缺点

金属阀片在压缩机气阀中使用已经有很长的历史,并且在许多方面技术成熟

应用良好并且材料相对聚合材料容易取得造价较低。但金属阀片也有一些缺点,例如当使用的介质为酸性、潮湿气体时,会严重降低阀片的性能;氢脆是金属阀片的又一个弱点,会很大程度降低阀片的使用寿命;金属材料在强度和韧性是不能同时兼顾的,故在保证阀片强度要求的同时也降低了金属材料的韧性,在使用过程中由于气体带液的原因致使阀片受到液击从而断裂,断裂后的阀片对阀座的密封面造成损害从而导致了整个阀门的报废,金属阀片也会因腐蚀而产生凹坑,

牌号 PEEK机械性能

PEEK

抗拉强度 σb(Mpa) 抗压强度 σ(Mpa) 伸长率 δ5(%) 断面收缩率ψ(%)   硬度    HB ≥123.5-208

≥200-238.2  ≥2.7 ≥4-5 ≥104-108 会影响气密性等。

3.2 PEEK阀片的优缺点

采用PEEK阀片的气阀的可靠性较高。两物体相撞时其中一物体固定,撞击能量全部由撞击物体吸收,PEEK的密度比金属小得多,弹性模量亦比金属小,因而在撞击速度相同时,与阀座、升程限制器之间的撞击接触应力,PEEK阀片比金属阀片小得多。PEEK材料的内部分子结构比金属松散,具有很高的冲击韧度且具有良好的柔韧性,缺口敏感性低,即使形成裂纹,其裂纹的传播速度也较慢,因而PEEK阀片不易断裂。PEEK阀片能适用于含有液体和微小异物的气体,因为塑料的表面很难粘上小金属片、砂粒等异物,所以避免了这些异物造成的密封片碰伤、磨损和裂纹等同时还可避免金属阀片断裂造成气缸、活塞、活塞环等损坏的机组故障。PEEK阀片的耐腐蚀性能比金属阀片优异得多,可避免因腐蚀性介质的作用而产生氢脆、腐蚀疲劳、削弱零件强度、损坏密封面等现象。

PEEK材料在抗拉强度和抗压强度上都不如金属材料和钛合金材料故在高温和压差较大的环境下会产生变形从而失去阀片的密封作用,在往复压缩机阀片的选用中高压段的阀片还是选取金属材料较为可靠。

3.3 TC1(Ti-2AL-15Mn)的优缺点

   它是比较理想的阀片材料, 比强度(强度与密度之比)高, 疲劳强度高, 抗腐蚀性能良好但是钛合金价格较高。

4、总结

   从机械性能上来看在低压段选用PEEK阀片较为有优势,PEEK材料的伸长率和断面收缩率均小于金属材料及钛合金材料,在承受强度不超过其承受范围时它的变形很小且具有较低的硬度能够有效的保护气阀阀座的密封断面,PEEK阀片的机械性能也能较好阻止现在工艺状况中由于气体带液造成阀片断裂损坏阀座的情况。根据往复压缩机气阀在使用过程中低压段容易损坏高压段气阀损坏较少的特点可以选择低压段采用PEEK阀片,高压段气阀采用金属材料这样在节约阀片的采购费用的同时也能很好的保证压缩机气阀的使用寿命。

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