ПРЯМОТОЧНЫЙ КЛАПАН

Полезная модель относится к компрессорным машинам, в частности, к клапанам поршневых компрессоров. Клапан является одним из основных узлов компрессора, который связан с потреблением существенной части подводимой энергии. Вопросы, связанные с совершенствованием клапанов поршневых компрессоров представляют собой важную научно-практическую задачу, поскольку повышение энергоэффективности не имеет альтернативы в условиях рыночных отношений
Одной из основных причин неудовлетворительной работы поршневых компрессоров является отсутствие клапанов, обладающих высокой долговечностью, хорошей герметичностью и малым аэродинамическим сопротивлением.
Существующие клапаны поршневых компрессоров не в полной мере отвечают требованиям, предъявляемым к ним горной промышленностью.
Известен прямоточный клапан., содержащий седло, выполненное в виде диска с каналами для прохода газа, выполненными в виде концентричных пазов, и запорные органы в виде пружинных лент, вертикальное перемещение которых ограничивается фиксатором (см. авторское свидетельство СССР №564481, кл. F16К 15/14, 1977 (прототип)).
Недостатком известного клапана является неравномерность величины натяга запорного органа (радиального давления запорного органа на седло клапана) по периметру паза седла клапана, что не обеспечивает своевременность открытия и закрытия каналов для прохода газа, ухудшает аэродинамическое сопротивление клапана и технико-экономические показатели компрессора в целом.
Задачей полезной модели является повышение производительности
поршневого компрессора за счет использования в качестве запорного органа пружинного разрезного кольца, которое оказывает равномерно распределенное давление на стенки паза седла клапана.
Поставленная цель достигается тем, что запорный орган клапана, выполнен в виде разрезного пружинного кольца с круговыми поверхностями, смещенными относительно друг друга по оси, проходящей через замок (разрез) кольца и имеющее прямоугольное поперечное сечение постоянной ширины.
На фиг.1 - представлена схема запорного органа прямоточного клапана.
На фиг.2 - изображен прямоточный клапан в сборе.
На фиг.3 - приведена схема работы запорного органа.
На фиг.4 - приведена расчетная схема запорного органа прямоточного клапана.
Прямоточный клапан, содержит седло, по меньшей мере с одним кольцевым концентрическим пазом и каналом для прохода газа, выходящим на внешнюю цилиндрическую поверхность паза, и по меньшей мере один запорный орган, выполненный в виде разрезного кольца, установленного в паза и перекрывающего канал.
Прямоточный клапан: в седле 1 клапана выполнены кольцевые концентрические пазы 2 и каналы 3 для прохода газа. Каналы 3 выходят на внешнюю цилиндрическую поверхность пазов 2. Запорные органы 4 выполнены в виде пружинных разрезных колец, имеющих прямоугольное поперечное сечение постоянной ширины h и переменную толщину b (фиг.1), с круговыми поверхностями 5 и 6, центры которых смещены относительно друг друга на величину Δ по оси 7, проходящей через замок (разрез) 8 кольца 4, установленных в пазах 2 и перекрывающих каналы 3. Ограничитель 9 крепится с помощью стяжного болта 10 и гайки 11 (фиг.2).
Клапан работает следующим образом. При достижении давления нагнетания поток газа, проходя по каналам 3 для прохода газа, воздействует на запорные органы 4, упруго деформируя их (фиг.3). При этом в месте разреза пружинного кольца 4, его концы надвигаются друг на друга, образуя при этом закрытый замок (положение II), радиус кривизны запорного органа уменьшается. В образующиеся, между запорными органами 4 и цилиндрическими внешними поверхностями пазов 2, зазоры проходит газ. После этого запорные органы 4 под действием обратного потока газа и силы упругости возвращаются в первоначальное положение (положение 7). Ограничитель 10 удерживает запорные органы 4 от перемещения в осевом направлении.
Для обеспечения равномерного натяга запорного органа (в виде разрезного кольца), обеспечивающего своевременность открытия и закрытия клапана, необходимо получить такое кольцо, которое, при установке в паз клапана, будет оказывать равномерно распределенное давление на его стенки. Для этого требуется найти закон изменения толщины кольца.
Введем следующие обозначения: г - радиус паза седла клапана, r+δ - наружный радиус кольца в ненапряженном состоянии, h - ширина кольца, b - толщина кольца в произвольном сечении. Учитывая изгибающий момент М, возникающий в любом поперечном сечении m-n кольца под действием равномерно распределенного по наружной поверхности кольца давления Р, получаем
o
где Е - модуль упругости материала, J - осевой момент инерции поперечного сечения.
Заменяя выражение  на  раскрывая момент инерции как  после несложных преобразований, получаем следующее уравнение для определения величины толщины Ъ в произвольном сечении:
Перед установкой кольца в паз седла клапана, его концы соединяют. Если две равные и противоположные сжимающие силы F приложены по касательной к концам кольца у разреза, то они вызовут в поперечном сечении m-n изгибающий момент, равный
т.е. изгибающий момент зависит от угла  так же, как и изгибающий момент по формуле (1). Поэтому, если концы кольца соединить друг с другом при установке его в паз седла клапана, оно создаст равномерно распределенное давление (натяг) на стенки паза седла клапана.
Таким образом, для получения равномерного натяга запорного органа в клапане, обеспечивающего повышение эффективности поршневого компрессора, следует использовать разрезное кольцо переменной толщины.