小型制冷压缩机阀片防失效技术研究进展
论文价值的评定意见：
本文对大型制冷压缩机阀片防失去效果技术的相关文献接受了综述分析，对阀片防终止和可靠性技术研发有一定的参考意义。
赵洋1张子祺1汪超2石里明2杨荞慧1
1.中家院（北京）检测认证有限公司
2.中国家用电器研究院
摘要
Abstract
大型制冷压缩机阀片的防失去效果技术的研究比较多几乎全部在运动规律、结构设计、故障诊断和材料选择和处理等几个方面，是对这几个方面并且调研和综述发现那里研究方向均具备什么了一定的共性结论，且存在地着一定不足。本领域研究学者也可以可以参考决赛当天综述内容为依据，进一步对阀片的防失去效果和可靠性技术接受创新研究。
关键词
Keywords
压缩机；阀片；故障诊断分析；正向设计；材料
DOI:10.19784/j.cnki.issn1672-0172.2022.04.008
0引言
压缩机以及热泵空调、冰箱制冷器具的核心零部件，其可靠性对整机产品的运行安全和性能有着不可取代的意义。据统计，2021年我国制冷压缩机销售规模约为5.0亿台，近3～4年来增长率稳定点在6%不超过，其中应用于家用空调热泵及制冷器具产品较多的类型为活塞式和划动转子式，二者销售规模均已晋入2.3亿台，占压缩机总体销售量的98%以上小型制冷压缩机阀片防失效技术研究进展，那巨大的产业规模将对压缩机可靠性给出更多要求。大多数压缩机故障多由气阀引起，其故障率占压缩机总故障数的60%以下电子膨胀阀、四通阀、电磁阀常见故障与案例，国内学者进一步因为气阀失效原因及种类并且统计发现到机械故障发生率远高于500工艺漏洞，其中排气阀故障率比吸气阀高10.3%～13.0%，同时由于阀片硬件损坏和变型紊乱的气阀故障率战锤52.6%不超过，远远高于500弹簧终止、密封垫断折、顶丝松动、压筒和卸荷器失效等故障[3-4]，足以说明，阀片的可靠性将真接会影响压缩机乃至整机的安全和性能。另一方面，目前在压缩机上应用的气阀种类除了环状阀、网状阀、条状阀、舌簧阀、蝶阀和直流阀等，其中在大中小型压缩机中最常见且研究相对多的为环状阀和舌簧阀:，而的原因两者设计原理和结构差异，导致环状阀更多的应用于精英级、排量较高和全封闭式压缩机中，而在小型化、高速化和全封闭式压缩机中，应用特有应用广泛的是舌簧阀，另外，通常不使用环状阀的压缩机余隙容积会略大于0建议使用舌簧阀的压缩机，这也将是进一步可能导致前者的排气量略高于后者。目前针对阀片防突然失效方面的主要研究思路和向这边结构设计、故障诊断以及材料你选等几个方面，本研究什么将对现阶段主流的阀片防无法激活技术参与综述，旨在倡导为行业的技术发展和新产品的研发应用到能提供指引。
1压缩机阀片朝结构设计技术研究进展
1.1运动规律研究
了解阀片的运动规律是结构再改进的前提，在这一领域国内外的研究成果颇好，大多数的研究思路均是基于组件计算出流体动力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）方法想研究是从阀片的流体流场这些阀片本体的运动特征，方法多为理论计算和数值模拟计算的，所具体方法的软件为MATLAB、VC++、FLUENT、ANSYS、ADINA、COMSOL-Multiphsis等:。韩宝坤等区分CFD方法下的FLUENT仿真的俯仰压缩机吸气阀流场分布，不出0.178mm的舌簧阀在防颠动损毁和进阶整机性能方面具备一定优势:。梁晓瑜等基于组件RNGk-ε模型构建线性压缩机阀片的紊动射流模型并常规FLUENT通过模拟，发现射流压制阀片后可在活塞腔中心区连成两个中心对称的旋涡，同时两个涡流的大小具高一定的差异，如图1所示，所以也可以不出阀片在工作过程中沿阀片宽度方向启动高度相同，即阀片除竖直运动外也有小幅度的左右振颤，这是对阀片在沿宽度方向上的剪切应力设计有着一定的指导意义:。江志农等是从并且三维流场仿真的得出的结论周而复始压缩机调节装置背压包括复位弹簧刚度对吸气阀片回撤速度和轰击的影响:。王枫等以本案所涉类似于方法对舌簧排气阀部分并且研究，决定了通过优化流通截面比和阀片行程增强压缩机可靠性的思路:。邓文娟等以Workbench软件对排气阀片的运动过程进行模拟，建立了阀片厚度、流通面积以及疲劳寿命三者的关系:。之外，近年来国内外麻烦问下阀片运动规律方面也有大量研究，其中具高属於意义的文献如表1所示。
图1相同入口速度下吸气阀的射流速度场三维流线图:
表1国内外阀片运动规律研究结果
从表1内容很难看出当前国内外对此压缩机阀片运动规律的研究比较多集中在一起在冲击力分布、冲击速度、振颤幅度、弹簧应力影响、吸排气压力影响以及配套部件尺寸影响等方面。归罪于很明显，阀片本身的闪图模型较为急切且直接限制因素较多，但目前的研究维度通常相对于单一，该如何从多维度综合考虑阀片运动规律和寿命情况将是未来研究的至为关键问题。
1.2压缩机阀片结构设计
大多数对于压缩机阀片结构的设计均是以运动规律和力学模型为前提，同时辅之以实验研究的方法，在这方面压缩机生产企业的研究成果普遍，三洋压缩机有限公司需要了公理设计（AxiomaticDesign，国家建筑材料工业局AD）的方法将阀片和阀孔作为一个整体系统通过研究，并需要CAD建模验证实现阀片性能和可靠性的提升:。珠海格力电器股份有限公司设计和实现动力学仿真对阀片移位段长度、厚度和腰宽并且设计并分析了三者的运动速度和冲击应力之间的关系（见图2，其中，t为阀片厚度，l为阀片长度），一眼就可以看出，在其余参数变的情况下阀片越薄、越长，在同一速度下所是被的冲击应力越大，因此在不考虑到阀片制造成本的前提下，阀片设计思路宜向短而厚的方向进发，希望能够减少阀片的可靠性:。西安庆安制冷设备股份有限公司在同样重视压缩机性能的同时对阀片厚度和升程进行恢复电脑设计，按照实验验证了高转速转子压缩机阀片常规一般较小的升程以及较大的厚度利于增强增大振动和噪声，增强压缩机可靠性:。
图2阀片不同厚度、有所不同磨损段长度下冲击速度与应力关系:
在科研学者方面，吉江等建议使用数值模拟分析的方法根据直线压缩机阀片刚度接受对比发现自己刚度越大越容易发生了什么震颤感，而刚度越小则很容易发生延迟大关了的现象:。吴斌等实际数值可以计算的研究什么了相同的阀片在差别排量压缩机的兼容性情况，发现到阀片的运动速度是被差异的影响较小:。当然了，文献[37-38]送给出了麻烦问下网状阀阀片的一些设计思路和计算。在国外研究方面，FengWang同样的采用了公理设计什么的方法提出来区分大小改变孔口和倒角、降低升程由此决定阀片形状的都没有达到在保证缓缓流动系数的同时降底阀片磨损的目的，如图3所示，从图3中是可以猜想按结构头部异型的阀片能够提高大小改变阀片与孔口的接触面积，管用会降低阀片的升程，实际实验因为按结构异型阀片后冲击速度减低了39%，冲击应力也沪弱深强会降低，这相对于比较传统形状舌簧阀片的新的啊,设计有着一定指导意义:。YunKiKwon等有限元分析的三次迭代，能得到理论上具高固有频率和适宜应力分布的设计形状，能保证了阀片灵活性和可靠性:。JunghyounKim等使用ADINA软件参与固流耦合分析可证明阀片本身的固有频率对闪图特性有减小影响，并按照慢慢改善吸气舌簧阀的长度、宽度、阀头半径这些厚度使冲击力会降低了15%以内:。
图3阀片改善的前磨损:
AndreasEgger等给出了基于条件仿真发令建模和多做出反应优化对吸气阀片设计和系统匹配的方法，如图4所示，该方法较为各个的确定了在阀片方向向设计过程中的结构因素、运行因素在内短期扰动因素等这对可靠性和构造系统的综合类影响，同时还是从该方法差不多了在1500r/min～5000r/min转速下各优化设计什么的优缺点:。JairoAparecidoMartins等不使用X射线衍射和有限元分析想研究了相同加工工艺对舌簧阀机械强度的影响:。另外，文献[44-46]也分别根据阀片厚度、几何变化、限位器、阀座等啊,设计分析了阀片的可靠性和疲劳特性。
图4优化查找系统因素和响应简要说明:
从上述事项研究成果更说明，这对阀片可靠性和寿命影响较多的因素和：阀片外形尺寸（按研究数量顺次排列升序为：厚度、头部曲率和形状、长度、宽度）、刚度、气阀别的组件（主要注意为阀座、弹簧和限位器）、压缩机工况（主要注意为压机吸排气压力、转速）等，更多的研究是组建在尽量或修为提升性能的基础上修为提升阀片的强度，所以可以推测今后的研究及发展方向应是更多考核阀片设计是对压缩机在内制冷系统整体的可靠性包括性能的综合类影响。
2压缩机阀片故障诊断技术研究进展
压缩机阀片远程故障诊断技术的发展对判断及改善压缩机寿命同时作出有力，通常阀片的故障诊断步骤可以不分为信号（特征）再提取与分析，和其他故障分类与确诊两个步骤，其原理在于按照提取压缩机阀片振动规律、缸内压力或噪声信号并使用FFT（Fast Fourier Transform，傅里叶变换）、VMD（Variational Modal Decomposition，变分模态分解）、HHT（Hilbert-Huang Transform，希尔伯特-黄变换）、LCD（LocalCharacteristic-scaleDecomposition，只是局部特征尺度分解）、LMD（Local Mean Decomposition，后局部均值分解）、EMD（Empirical Mode Decomposition，经验模态分解）在内小波变换等技术对信号参与处理，终致使用SVM（programsVector Machines，支持向量机）和神经网络等对故障参与分类和不能判断，至于，不断人工智能技术的发展，深度自去学习技术也被不断地应用到到阀片设备故障诊断中。
当前，国内外研究学者在这一领域均大量的研究成果，张玉龙等采用了SAX（Symbolic Aggregate approXimation，符号聚合另一种算法）故障特征提取的方法加强SVM参与了训练分类，最终说这样的较之实现信息熵的特征提取有更高的诊断准确率:。丁承君等建立了设计和实现PSO（Particle Swarm Optimization，粒子群优化）的RBF（Radial Basis Function）神经网络阀片诊断机制，同时以其对比了在用小波包分级和BP（Back Propagation）神经网络确诊，发现该方法本身较高的准确性和稳定性:。毛伟是从AR功率谱估计也、EMD、小波包等降噪手段查看气阀碰撞升程没限制器和阀座震荡的十分信号特征:。舒悦等去研究了可以使用LMD提取环状气阀振动信号及电路故障特征的方法，并决定了阀片碎裂、弹簧失效等故障的信号特征，如图5所示，从这可以看出使用LMD分解提纯的PF分量在不同类型的故障下再产生了很明显的差异，其特征参数另外可以确定气阀故障类型具高比较比较高的准确度和实践意义:。王金东等在用了VMD参与振动信号的分解、改进度熵对原序列并且粗粒化分析，同时依靠极限学习机对故障类型通过识别，实力提升了诊断的准确性:。魏中青等是从使用MLE（Maximum Likelihood Estimation，极大似然肯定）阈值规则结合小波特征提取技术利用了阀片弱冲击信号的获取这些故障的早期预警:。马海辉等进一步将1D-CNN（一维卷积神经网络）运用于阀片检查诊断，其流程如图6所示，该方法实际将样本从时域转变至频率并进一步分类至“训练集”和“测试集”，提升到了深度自学和训练训练调整模型的目的，该方法确实是人工智能技术在阀片诊断领域的一次深入，经过实验验证，该方法达到了100%的诊断准确率:。除了，国内一些硕博论文[54-57]也分别从信号声望兑换、分解和处理在内出故障分类等方面并且了详尽的研究和技术创新。在国外文献方面，是对故障信号的研究也并不少见，Qiang Qin等实际波形不兼容将振动信号与差分进化算法优化的参数化波形接受自动分配来提纯特征，影像展示了该技术在一次性处理小样本问题方面的优势:。虽然的，关于小样本处理方面，HouxiCui等也验证了在用信息熵在内SVM方法具备良好的准确度:。Y.F.WANG等用来了AE（AcousticEmission，声发射）技术资源压缩机阀片运行过程中的压力信号，以期怎么判断阀门早期的阀盘裂开、磨损和泄漏等故障:。在故障分类和预训练领域，VanTungTran等做出使用一种混和净化皮肤信息网络，乾坤二卦了应用于预训练的受限波尔兹曼机深度信息网络和主要用于故障分类的模糊ARTMAP（Adaptive Resonance TheoryMap，自适应共振理论映射）神经网络:。别外，从预测角度，文献:推导换算阀片平移和旋转二维运动方程的预估了阀片的寿命和性能；从监测角度，文献[63-64]监测气缸压力、吸排气温度等参数来判断阀片和阀门的磨损以及弹簧退化程度。
图5用LMD方法分解气阀故障信号:
图61D-CNN远程故障诊断流程图:
看专业而言，国内外是对阀片故障诊断的研究呈多样发展中，其研究的核心点正常情况在于信号及特征的获取、处理和分析，以及故障的直接判断和分类技术，且与此同时人工智能技术的发展，自学习式的故障预测准确率均战锤95%以上，早期的故障预测也将变得异常愈加成熟。
3压缩机阀片材料研究进展
压缩机阀片材料一直以来都被国内压缩机生产企业怀疑是“卡脖子”问题之一，该材料生产技术一直被Sandvik和Voestalpine两家厂商垄断，二者近年来分别生产的产品的Freeflex和Flap-X阀片钢材料强度是可以至少2000MPa左右吧，与此同时还是可以以6%以内的延伸率，是极高温工况压缩机阀片的优选品质材料。这对我国而言，设备限制于材料应用市场较小在内的新成本较高等方面的原因，在这一领域的研究总体都很明显滞后，但这不断近年来各科研领域变得更加如此重视对“卡脖子”技术的攻关，行业龙头企业及科研学者也极其如此重视压缩机阀片材料研究工作。
在金属材料研究方面，黄石东贝电器股份有限公司差不多了不锈钢731、不锈钢716、“15N20”“Sandvik20C”充当阀片材料在用时的差异情况，是从实验可证明了不锈钢731和不锈钢716在改变阀片形状的前提下可以以及“Sandvik20C”的可以用材料，并只要压缩机COP和可靠性不会下降:。梅先松等去研究了“Sandvik20C”与“Sandvik7C27Mo2”两种阀片钢，一针见血地指出在较高或较低的温度时宜选用“Sandvik7C27Mo2”材料来绝对的保证机械强度:。付玉彬等研究了高碳钢阀片的金相组织和显微硬度，研究表明阀片中所含的的非金属成分分布不均匀是材料性能会下降和阀片失效的原因之一，至于阀板显微硬度也最忌很明显不考虑阀片:。YuanMa等使用“Sandvik7C27Mo2”可以用原有材料进行R744往复压缩机排气阀片可靠性实验研究（见图7），让阀片的寿命大幅缩短:。GuoCaiChai等对比了SandvikHiflexTM、AISI420这些AISI1095才是阀片材料时的性能表现，强调Sandvik HiflexTM材料在抗拉强度、延展性方面更具肯定优势:。
图7损坏和新的设计的阀片断裂情况:
AbdullahCanAltunlu等研究完全不同钢材中C、Si、Mn、P、S、Cr、Mo的比例在内成分差别对阀片强度的影响，同时将有所不同材料（碳钢、不锈钢、高阶不锈钢）阀片的运动规律参与对比，证明了在冲击速度14m/s以下时，不锈钢具备比较好很明显的可靠性优势:。类似于地，Michele Libralato等做研究了差别材料吸气阀片在相同冲击速度下的寿命情况，同时其他证明了硝化会转弱降低在下高速冲击下的阀片寿命:。
在非金属方面，当前研究较低的为PEEK（聚醚醚酮）材料或基于组件PEEK并且再改进的材料，其中上海海立电器有限公司提出了一种变刚度阀片，由7C不锈钢和PEEK阀片两种可以形成，如图8所示，得益于PEEK材料的低硬度和高阻尼，使阀片在尽量既有性能的同时其冲击力和噪声得以会降低，同时可以使用三层复合阀片的设计也给同行业设计人员能提供了一定思路:。黄石东贝电器股份有限公司对PEEK排气阀片压缩机参与了500h寿命、2000h高温包括20万次开停实验，可证明了PEEK材料排气阀片破裂的时间相比较金属阀片实力提升了60%不超过:。杭州钱江压缩机有限公司想研究了碳纤维业胎关系阀片材料的强度、噪声等关键是问题，按照实验验证了该材料应用时也可以能保证与Sandvik金属阀片提升完全相同的强度和COP，同时噪声值降低4dB:。D.ARTNER等研究什么了和PEEK材料包括的三种阀片材料在-100℃～300℃下的剪切模量变化包括微观断裂形式，证明了PEEK材料的强度在150℃200元以内时本身一定的优势[75-76]。别外，还有较多类似于文献[77-79]均辨析了PEEK材料在以及阀片材料在用时的可靠性在内性能优势。之外关于材料本身的研究，还有部分文献在材料的处理工艺方面给出了一定思路，文献[80-81]分析了阀片钢在淬火、回火和球化退火后的力学特性以及微观组织，研究强调指出在不同的工艺温度下材质本身属性差距较高，并诸位通过实验提出了相对比较合理的工艺温度。加西贝拉压缩机有限公司去研究了滚抛工序对冰箱压缩机阀片的影响，最终的结论为阀片滚抛处理后的疲劳寿命约为滚抛前的5倍，而其微观组织肯定不会再一次发生肯定变化（见图9），分析其原因只在于抛光工艺可以增加将阀片各直角和梭形凸起被转化为圆弧状，减少本体的光滑平整程度，从而能够提高帮忙解决阀片在工作过程中的受力不均等问题，以免阀片从应力集中点点不可能发生损坏:。文献[83-84]进一步分析了金属阀片镀层（Ni-P/Ni-SiC）对阀片本身寿命的影响，提出了镀层与阀片耐腐蚀性、综合类硬度和脉冲电流等方面的变化规律。
总体上看，当前国内外相对于压缩机阀片材料的研究已比较充分，其发展方向越来越大方向变化于可以使用非金属材料替代2个装甲旅金属材料，诸多文献也已是因为非金属材料在不满足硬度和性能要求的前提下，对此压缩机噪声水平有减小的提升。而在现代金属阀片材料领域，我国仍必须从材料组分、加工处理工艺等方面进一步出拳。
4结论
本次是从是对一百头制冷压缩机阀片的防终止技术调研及综述，可以不换取以上结论：
（1）在阀片运动规律方面，研究通常几乎全部在冲击力分布、冲击速度、震颤感幅度、弹簧应力影响、吸排气压力影响以及配套部件尺寸影响等，但目前研究维度相对单一，浅薄综合考虑。
（2）在阀片结构设计方面，确定的要点多为阀片外形尺寸（按研究数量左面降序排列为：厚度、头部曲率和形状、长度、宽度）、刚度、气阀以外组件（主要注意为阀座、弹簧和限位器）、压缩机工况（主要为压机吸排气压力、转速）等。
（3）在设备故障诊断技术方面，其研究的核心点大多取决于人信号及特征的获取、处理和分析，且故障早期诊断和人工智能技术的加持将曾经的趋势。
（4）在阀片材质研究方面，判断噪声影响大越来越多的研究指向非金属材料，而相对于现代金属材料，其如何处理工艺又是帮忙解决阀片寿命的最重要手段之一。
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电子膨胀阀、四通阀、电磁阀常见故障与案例
一、四通阀
四通阀是冷暖型空调外机的一个主要部件，也叫换向阀，通常起着正反转的作用。这样的话要如何判断四通阀的好坏？
串气诊断方法—“摸”：毕竟制冷我还是制热模式，串气那是该冷的吸气管不冷，该热的排气管不热。用些温度测试仪器通过吸气（额定制热模式下5~15℃）、排气（功率空调制冷模式下60~90℃）的温差；如果不是误差不的确因为四通阀串气，若就没测温仪器，可以不用手“摸”的方法来区分。
卡死确定诊断方法—“听”：在工作的时候，用力旋转线圈，听是否需要有“吱吱”电磁噪声说电磁线圈基本上没有问题，如果不是换向时还没有肯定的换向吸合“啵啵“声，是因为四通阀可能卡死。可以小木棒轻轻猛敲，观察是否是是可以完全恢复。
线圈诊断方法—“测”：通常四通阀的电磁线圈供电电压大都打交道220V电源，可以先直接测量线圈左端电压是否需要正常，再用万用表电磁线圈的阻值如何确定正常。
案例：某品牌空调制冷或制热时四通阀不调速，导致制冷或制热效果不好。用手总觉得四通阀各管温度时，下面三个管温度差别不太大。
原因分析：
二、电子膨胀阀
电子膨胀阀：是一种可按初始设定程序进入到制冷装置的制冷剂流量的节流元件，相对而言比较传统的节流元件（毛细管、热力膨胀阀），电子膨胀阀调节平衡范围非常大、动作飞速灵敏、调节平衡精密、稳定可靠。
正常的电子膨胀阀：在插电后有“咯嗒”的响声。若是没有响声，或在制冷时膨胀阀在压缩机工作啊后便结束除霜，则应检测检测其线圈及供电如何确定算正常（12V脉冲波电）。若电压算正常，则那就证明电脑板正常，若此时膨胀阀内无声音，则是膨胀阀不良，这时先仪器测量电子膨胀阀线圈直流电阻，若正常吗，则很有可能是阀体内脏堵，用些高压气体通过吹洗。
别外，在断电后时电子膨胀阀应复位，这时可按照听声音或感觉上是否需要振动来可以判定阀针如何确定有问题。在自动关机状态下，阀芯一般在大开度，此时断线线圈引线，然后开机时运行，要是此时制冷剂没能实际，可以不直接判断阀针卡死。正常情况下，用手摸电子膨胀阀的两端，进口处是温的，出口处是凉的。
案例：内机不开机时直接出现蒸发器化霜（同一系统中别的内机冰箱制冷运行），拆开来内机面板，听蒸发器上有很明显流水声音，用手摸汽管和液管有温差，给内机突然断电再没电，听到电子膨胀阀线圈复位的声音，内机制冷开机时，制冷算正常，直接判断内机电子膨胀阀关了不严，有漏汽。
三、电磁阀
电磁阀是冷库、空调、热水机等制冷设备里面非常重要的零部件，电磁阀在制冷系统中起的作用比较多是完全控制流体的通断，最常见的一种的故障是不能打开或是关不死，那就电磁阀最常见的一种的故障有哪些呢？
电磁阀就没上电：电磁阀还没有上电会导致系统管路彻底卡死，流体不能是从。要如何全面检查电磁阀有没上电方法的很简单，可不使用钳流表检查，要是系统也没电流，包括电源线看是否通电。
电磁阀线圈烧毁：当电磁阀的线圈击坏，电磁阀里面的弹簧难以吸合，也会导致系统无法通路，检查方法也比较很简单，可是从万用表的欧姆档检查电磁阀的阻值，如果为零的或无限大则电磁阀线圈电路短路，也有一种方法螺丝刀检查阀体如何确定有磁吸力，如果不是通电后也没磁吸力则线圈肯定巳经击坏。更换时只需要更换线圈，不需直接更换阀体。
热水机电磁阀
电磁阀弹簧卡死：电磁阀里面的弹簧一般是不锈钢材料自己制作，但该材料在长期使用然后也会问题，一旦生锈了，到了最后很有可能会影响到弹簧卡死然后，管路系统关闭不森严的戒备。
假如是冷库电磁阀在欠费的时电磁阀关不戒备森严，很可能会造成压缩机再一次起动时液击。假如是热水机，管路系统直接关闭不森严的戒备，可能会造成水箱可能会会溢水等现象。当电磁阀会出现此故障之后，是可以只是需要直接更换阀芯即可解决，阀体无须换新。
