ЗАПИРАЮЩИЙ И ДЕМПФИРУЮЩИЙ ДИСК ДЛЯ КЛАПАНА
CLOSING AND DAMPING VALVE DISK

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к запирающим и демпфирующим дискам для клапанов газового компрессора.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известны плоские запирающие и демпфирующие стальные диски для клапанов газового компрессора, имеющие проходящие по окружности дугообразные прорези для прохождения газа, с перемычками постоянной толщины, расположенными для жесткости между их концами. В центральной части они имеют одну или более спиральных прорезей, необходимых для деформации диска во время работы. Диск очень жестко закреплен в центральной части, через которую проходит стержень.
Чтобы обеспечить прохождение газа, диски упруго деформируются в зоне спиральных прорезей, а другая часть остается плоской, и диски поднимаются вместе с сегментами зоны спиральных прорезей от седла клапана, пропуская газ через прорези в сеть или из сети.
В процессе работы, чтобы ослабить ударные нагрузки, запирающие диски ударяются о демпфирующие диски, причем ударные нагрузки ослабляются также при помощи пружин, установленных на запирающих и демпфирующих дисках.
Также известны запирающие и демпфирующие диски, изготовленные из композитного материала, не имеющие спиральных дугообразных прорезей в центральной части, не заблокированные в центральной части и имеющие блокировочное отверстие, предотвращающее вращение диска, рядом с центральной частью (патентные документы RO 115289 и RO 115376).
Эти диски имеют следующие недостатки:
- сложная форма стальных дисков в центральной части и низкий предел усталости;
- частые поломки дисков в области перехода от зоны спиральных прорезей к наружной части диска с дугообразными прорезями, проходящими по окружности;
- разрушение седла клапана при поломке дисков, следовательно, повышение эксплуатационных расходов и стоимости простоя;
- высокий уровень шума при работе из-за больших инерционных сил;
- недостаточно быстрое осуществление полного закрытия из-за вибраций седла клапана и, следовательно, возвращение части сжатого газа в цилиндр и его повторное сжатие. Это приводит к излишнему расходу энергии, перегреву сжатого газа и низкой производительности компрессора;
- быстрый износ дисков в зоне контакта с седлом, разрушающий также поверхность седла клапана, как из-за больших инерционных сил, так и из-за сухого трения;
- упругая деформация при пульсирующем цикле не соответствует прочности;
- отметки, оставляемые демпфирующими пружинами дисков на запирающем диске при работе, и, таким образом, невозможность использования диска с другой стороны из-за неплотного прилегания к седлу клапана.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
2
Согласно настоящему изобретению запирающие и демпфирующие диски для газовых компрессоров могут осуществляться без указанных недостатков. Так, порог усталости при пульсирующем изгибе и надежность повышаются, эксплуатационные расходы снижаются, инерционные силы, уровень шума и температура сжатого газа уменьшаются, производительность компрессора повышается, и отложения хлорида натрия, графита, порошка активированного угля, образующиеся в процессе дистилляционной переработки нефти, уменьшаются. Кроме того, техническое обслуживание упрощается, вибрации и уровень шума в зоне клапана уменьшаются, обеспечивается быстрое и полное закрытие клапанов, и исключается износ и разрыв в зоне контакта с амортизирующими (демпфирующими) пружинами. Диски изготавливаются из антифрикционных композитных пластин с высоким уровнем стойкости к повторяющимся изгибам и контактному давлению, с низкой удельной массой (приблизительно в пять раз меньше по сравнению со стальными дисками). Диски изготавливаются из двух слоев: один слой, толщиной от 0,1 до 0,3 мм, для защиты от износа при контакте с амортизирующими пружинами, и другой слой изготавливается из материала, содержащего от 7 до 40 связывающих слоев стекловолокна или углеродного волокна, тканого или нетканого, с удельной массой от 50 до 120 г/м. Каждый слой пропитан приблизительно от 40 до 70% сшитого эпоксидного полимера (сшивающая смесь составляет 33% от массы полимера), представляющего собой модифицированный циклоалифатический амин с добавкой графитового порошка и дисульфида молибдена в количестве от 1 до 5% по массе полимера, причем отношение между графитовым порошком и дисульфидом молибдена составляет от 0 до 100%. Затем слои соединяются и отвердевают в процессе сжатия (под давлением).
2
Диски также могут изготавливаться из полиамида, амида, политетрафторэтилена, полиэфирэфиркетона, смешанных с от 10 до 60% стеклянного или углеродного волокна тониной (тонкостью) от 30 до 68 денье и с удельной массой от 50 до 200 г/м, с добавками от 0 до 100% графитового порошка и дисульфида молибдена или без добавок, причем пластины изготавливаются хорошо известными способами.
Запирающие и демпфирующие диски для газовых компрессоров имеют проходящие по окружности дугообразные прорези по всей поверхности диска и неравные перемычки между концами прорезей, причем перемычки действуют как перекладины с равной прочностью, что позволяет им легко и упруго деформироваться по всей поверхности диска.
Диски имеют центральное отверстие для установки в клапане компрессора и, по меньшей мере, одно отверстие, предотвращающее вращение диска, так что диски могут использоваться по очереди с обеих сторон.
Задачей настоящего изобретения является устранение известных недостатков запирающих и демпфирующих дисков для газовых компрессоров, обеспечение высокой надежности и равномерного распределения механических нагрузок, а также высокой устойчивости к ударным нагрузкам. Кроме того, диски согласно настоящему изобретению не разрушают седло клапана и повышают производительность компрессора.
Согласно настоящему изобретению запирающие и демпфирующие диски изготавливаются из двух слоев, причем слой износа имеет толщину от 0,1 до 0,3 мм, а второй слой изготавливается из антифрикционного материала. Диски содержат центральное отверстие, проходящие по окружности дугообразные прорези, по меньшей мере, одно блокировочное отверстие, предотвращающее вращение диска в клапане, так что диски могут использоваться по очереди с обеих сторон, и перемычки равной прочности.
При работе амортизирующие пружины надавливают на перемычки поверхности износа, диск скользит в продольном направлении по стержню клапана, проходящему через центральное отверстие диска, причем вращение блокируется, по меньшей мере, одним штифтом, установленным в клапане и проходящим через блокировочные отверстия.
Диски согласно настоящему изобретению имеют следующие преимущества:
- упрощенная форма дисков;
- изменение сложной формы запирающих и демпфирующих дисков за счет использования вместо спиральных прорезей прорезей, проходящих по концентрическим окружностям под определенными углами;
- снижение стоимости клапана;
- повышение предела усталости при пульсирующем изгибе;
- повышение эффективности эксплуатации компрессора;
- уменьшение сил инерции при работе;
- обеспечение быстрого и эффективного закрытия клапана;
- понижение температуры сжатого газа;
- повышение энергосбережения при одинаковых эксплуатационных характеристиках компрессора;
- снижение уровня шума при работе;
- понижение уровня вибраций седла клапана благодаря уменьшению инерционных сил;
- благодаря уменьшению инерционных сил запирающий диск не оставляет отметин на седле клапана;
- на поверхности дисков не осаждаются соли, например хлорид натрия, графит или порошок активированного угля;
- именно в диапазоне толщины слоя износа от 0,1 до 0,3 мм достигается высокая надежность и равномерное распределение механических нагрузок.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Ниже описан пример осуществления настоящего изобретения, изображенный на прилагаемых чертежах 1 и 2.
На фиг.1 представлен вид сверху диска согласно настоящему изобретению.
На фиг.2 представлено поперечное сечение по линии А-А по фиг.1.
СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно настоящему изобретению запирающие и демпфирующие диски изготавливаются из двух слоев, при этом слой износа (d) имеет толщину от 0,1 до 0,3 мм, а второй слой (е) изготовлен из антифрикционного материала. Диски имеют центральное отверстие (b), проходящие по окружности дугообразные прорези (а), по меньшей мере, одно блокировочное отверстие (с), предотвращающее вращение диска в клапане, так что диски могут использоваться по очереди с обеих сторон, и перекладины равной прочности (1).
2
Согласно настоящему изобретению запирающие и демпфирующие диски изготавливаются из материала, содержащего от 7 до 40 связывающих слоев стекловолокна или углеродного волокна, тканого или нетканого, с удельной массой от 50 до 120 г/м. Каждый слой пропитан приблизительно от 40 до 70% сшитого эпоксидного полимера (сшивающая смесь составляет 33% от массы полимера), представляющего собой модифицированный циклоалифатический амин с добавкой графитового порошка и дисульфида молибдена в количестве от 1 до 5% по массе полимера, причем отношение между графитовым порошком и дисульфидом молибдена составляет от 0 до 100%. Затем слои соединяются и отвердевают в процессе сжатия.
2
Согласно настоящему изобретению запирающие и демпфирующие диски изготовлены из полиамида, амида, политетрафторэтилена, полиэфирэфиркетона, смешанных с от 10 до 60% стеклянного или углеродного волокна с тониной от 30 до 68 денье и с удельной массой от 50 до 200 г/м, с добавками от 0 до 100% графитового порошка и дисульфида молибдена или без указанных добавок, причем пластины изготавливаются хорошо известными способами.
Результаты испытаний дисков согласно изобретению
Авторами изобретения были изготовлены диски согласно изобретению и измерены их основные характеристики. Полученные результаты приведены ниже.
Прочность на растяжение
230 МПа
(при температуре -40°С )
Прочность на растяжение
60 МПа
(при температуре +150°С)
Прочность на растяжение
30 МПа
(при температуре +250°С)
Модуль упругости при изгибе 3,2 мм
16000 МПа
(при температуре -40°С)
Модуль упругости при изгибе 3,2 мм
3500 МПа
(при температуре +250°С)
Разрушающее напряжение
150МПа
Прочность на изгиб 3,2 мм
270 МПа
(при температуре -40°С)
Прочность на изгиб 3,2 мм
30 МПа
(при температуре + 250°С )
Прочность на сжатие
89 МПа
Модуль упругости при сжатии
5300 МПа
Теплостойкость при изгибе
310°С
Температура плавления при 10°С/мин
352°С
Коэффициент трения
0,001
Плотность
1,62 г/см<sup>3</sup>
Полученные результаты существенно превышают прочностные характеристики известных аналогов, что свидетельствует о положительном эффекте заявленного изобретения.