大型往复式压缩机是流程工艺领域用来压缩气体提高气体压力或输送气体的通用机械,也是量大面广的高耗能设备。部分行程顶开进气阀无级气量调节方式具有节能降耗的优点。但实际应用中发现,在气量调节作用下,气阀阀片由于存在压叉力的作用,会出现气阀阀片提早破裂损坏的情况。因此探讨无级气量调节工况下气阀阀片结构失效破坏原因,进一步探讨气阀在此运动规律下,压叉力对气阀阀片的冲击载荷作用的影响,并进行疲劳寿命预估,开展气量调节机构优化设计的研究十分重要。论文在国家科技支撑计划项目“高效节能压缩机关键技术研究”,以及镇海炼化研发项目“歧化装置C102往复式压缩机气量无级调节系统的研制”和中国石油乌鲁木齐石化炼油厂“往复式压缩机用无级调节系统”项目的支持下,对气量调节工况下的压缩机热力循环过程和气阀运动规律进行了更为深入的理论和实验研究,建立了流线型气阀模型,并进行了动力学分析。数值计算结果表明流线型气阀的节能效果更为优良。并以现有气量调节装置为基础,建立了正交各向异性短纤维复合材料阀片模型,分析压叉力对气阀阀片的冲击碰撞作用。同时研究了阀片侧倾对顶开进气阀的影响。通过耐久性疲劳分析软件,研究对不同液压顶开力和不同倾斜角度与阀片疲劳寿命之间的关系。为压缩机顶开进气阀无级气量调节机构优化及其液压系统的设计和改进了提供理论依据。论文的主要研究内容：1)建立了气量无级调节下流线型气阀热力循环数学模型,并进行了动力学分析,对比分析了流线型气阀和普通平阀片在气量调节中的效果。通过数值计算,得出流线气阀在气量调节工况下,对气阀的气流通道进行流线型设计后,气阀使用效率以及压缩机功效有明显提高。通过数值计算,得出流线型气阀阀片切线角度取值为30°时,流线型气阀能够获良好的节能效果。2)建立了正交各向异性短纤维复合材料阀片模型,研究了气量调节工况下压叉对气阀阀片的冲击载荷作用的影响。分析了顶开进气阀阀片的动态力学性能及其应力应变关系。并对此工况下阀片碰撞的疲劳寿命特性进行了研究,初步描述出不同液压顶开力与阀片疲劳寿命之间的关系。详细计算分析后,为了改善阀片的受力状况,得出较为合理的液压顶开力,最大的液压顶开力取值范围应为4～6MPa。3)研究了气量无级调节工况下压缩机气阀侧倾碰撞运动规律,分析在顶开进气阀气量调节系统的压叉力作用下,阀片的动态力学性能；建立了不同倾斜角度下气阀阀片有限元数值仿真模型,模拟了在侧倾碰撞中阀片的损伤；对比分析有无侧倾两种状态下阀片侧倾对气阀阀片及其寿命的影响。并对侧倾阀片疲劳寿命进行了预估,初步建立了侧倾角度与气阀寿命的关系。