САМОДЕЙСТВУЮЩИЙ КОМБИНИРОВАННЫЙ КЛАПАН ПОРШНЕВОГО КОМПРЕССОРА
AUTOMATIC COMBINED VALVE OF PISTON COMPRESSOR

Изобретение относится к области компрессоростроения, а именно к самодействующим комбинированным клапанам поршневых компрессоров.
Известны комбинированные кольцевые клапаны (см. Холодильные компрессоры / А.В. Быков, Э.М. Бежанишвили, И.М. Калнинь и др.; под ред. А.В. Быкова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Колос, 1992, стр.72-73). В их конструкции есть всасывающие кольцевые пластины с пружинами для закрытия клапана. Вход рабочего тела (РТ) в цилиндр происходит по внутреннему кольцевому поясу пластины. Нагнетательная кольцевая пластина с ограничителем хода такого клапана установлена по поясам седла и диска в составе устройства разгрузки от гидравлического удара.
Пружины в сборке клапана неоднородны по характеристикам, неравномерно нагружают пластину. В реальном клапане работа сопровождается трением пластин по направляющим, перекосом движения, и сопутствующим этому неравномерным износом уплотняющих поясов седла и кромок пластин, впоследствии нарушающих герметичность. Клапан всасывания придает рабочей камере ступени увеличенное мертвое пространство, снижающее производительность компрессора. Разгрузочное устройство клапана в режиме гидравлических ударов срабатывает с большими ударными нагрузками, которые приводят к стукам в машине.
Известны также комбинированные клапаны лепесткового типа всасывающих и нагнетательных пластин, в которых лепестки объединены по одному из диаметров (см. П.И. Пластинин Поршневые компрессоры, т.2.: Основы проектирования. - М.: Колос, 2008, стр.274).
В составе этих лепестковых клапанов применяется три различных типоразмера пластин: один на всасывании и два на нагнетании. Кроме того, размещение нагнетательных пластин клапана оставляет большой мертвый объем в каналах седла, из которого рабочее тело расширяется после нагнетания, уменьшая производительность компрессора. В конструкции комбинированного клапана не предусмотрена разгрузка от гидравлических ударов, возникающих при влажном ходе, поскольку предполагается наличие одного из известных способов защиты (поддержание значительной величины перегрева пара на всасывании; дозированная заправка рабочего агента; использование отделителей жидкости с системой автоматизации, предусматривающей аварийный останов компрессора при недопустимом уровне жидкости; выполнение трубопроводной обвязки с необходимыми уклонами).
Наиболее близким к предложенному является комбинированный клапан компрессора с кольцевой всасывающей пластиной, установленной между цилиндром компрессора и седлом с возможностью перекрытия кольцевого всасывающего отверстия между ними, и нагнетательным цилиндрическим элементом с уплотняющим поясом по наружному диаметру, контактирующим с уплотняющим поясом центрального нагнетательного отверстия седла, работающей совместно с устройством разгрузки от гидравлических ударов - ограничителем хода нагнетательного элемента, выполненного в виде пружины, установленной между нагнетательным элементом и крышкой клапана (см. US 6044862 (А), МПК F04B 39/10, F16K 15/14, F16K 15/00. Compressor reed valve / Schumann Stanley P, Wallis Frank Shue, Beresik Jason Patrick, и др., опубл. 04.04.2000).
Недостатком такой конструкции является ограниченность проходного сечения всасывающего и нагнетательного клапанов вследствие того, что у всасывающего клапана существует неравномерный ход пластины относительно уплотняющих поясов, а в нагнетательном клапане выход газа происходит только по наружному уплотняющему поясу диска. В устройстве разгрузки от гидравлических ударов не предусмотрено снижение ударных нагрузок в режимах влажного хода.
Техническим результатом изобретения является увеличение площади проходного сечения клапанов, уменьшение числа элементов, упрощение технологии изготовления и сборки отдельных деталей, эффективная защита от гидравлического удара, и, как следствие, повышение надежности и долговечности.
Технический результат изобретения достигается за счет того, что самодействующий комбинированный клапан для поршневого компрессора содержит седло кольцевой формы с, по меньшей мере, одним всасывающим отверстием на периферии и нагнетательным отверстием, кольцевая всасывающая пластина установлена между цилиндром поршневой ступени и седлом, а нагнетательный элемент связан с ограничителем хода, причем всасывающая пластина выполнена с упруго деформируемыми лепестками, расположенными по кольцу с образованием между лепестками пружинных участков с возможностью перекрытия лепестками всасывающих отверстий.
Выполнение всасывающей пластины с упруго деформируемыми лепестками позволяет увеличить проходное сечение всасывания (поскольку в этом случае крайнее положение лепестков практически параллельно по отношению к плоскости седла, в отличии от аналогов, имеющих консольно закрепленные лепестки) и обеспечить равномерный ход лепестков пластины относительно уплотняющих поясов вследствие отсутствия трения пластины о детали клапана.
Кроме того, нагнетательное отверстие имеет кольцевую форму и образовано седлом и диском, соединенным с ограничителем хода, а нагнетательный элемент выполнен в виде круглой пластины с, по меньшей мере, одним отверстием в зоне края диска, что позволяет увеличить проходное сечение нагнетания за счет того, что выход газа происходит не только по краю нагнетательной пластины, но и через отверстия в ней.
Причем кольцевой участок нагнетательной пластины в зоне нагнетательного отверстия предпочтительно выполнен выпуклым в сторону нагнетательного отверстия.
Кроме того, часть ограничителя хода нагнетательной пластины выполнена в виде поршня, расположенного в полости цилиндра, сообщенного отверстиями с камерой нагнетания с возможностью перекрытия отверстий поршнем при его перемещении по действием гидравлического удара.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан разрез клапана; на фиг.2 изображена всасывающая пластина; на фиг.3 - местный разрез проточной части клапана по Г-Г на фиг.2 в масштабе 2:1; на фиг.4 - нагнетательная пластина; на фиг.5 - местный разрез проточной части клапана по Е-Е на фиг.4 в масштабе 2:1.
Самодействующий комбинированный клапан содержит кольцевую всасывающую пластину 1 и круглую нагнетательную пластину 2. Проточная часть всасывающей части клапана сформирована в седле 3. В центре седла 3 образован уплотняющий пояс нагнетательной части клапана. Второй уплотняющий пояс находится на диске 4, собранным с ограничителем 5 хода для нагнетательной пластины 2. Сборка диска 4 с ограничителем 5 хода, осуществляемая с помощью винта 6, является устройством разгрузки от гидравлических ударов. Положение диска 4. в сборке изменяется регулировочной шайбой 7, расположенной между ограничителем 5 и пластиной 2, поскольку в этом случае образуется монтажный зазор по внутреннему кольцевому поясу «А», уменьшающий в период приработки неравномерный износ кромок. Расположение шайбы между пластиной 2 и диском 4 недопустимо, поскольку нарушенная в этом случае герметичность наружного и внутреннего кольцевых поясов будет еще более ухудшена и в процессе работы из-за характерного неравномерного износа кромок. В верхней части ограничителя 5 хода выполнен поршень с возможностью перемещения внутри цилиндра, изготовленного заодно с крышкой 8. Поджатие ограничителя хода 5 к седлу 3 осуществляется буферной пружиной 9. Полости различного давления уплотняются прокладками 10.
Всасывающая пластина 1 выполнена с лепестками 11, расположенными равномерно по кругу, а между смежными лепестками 11 образованы пружинные (упругие) участки (фиг.2).
Нагнетательная пластина 2 имеет круглую форму и отверстия в виде дугообразных прорезей 12 (фиг.4). Прорези, ближайшие к краю пластины 2, расположены вдоль края диска 4, образующего с седлом 3 нагнетательное отверстие.
Комбинированный клапан работает следующим образом. Всасывающая часть клапана открывается на этапе прямого хода поршня 13 компрессора от мертвой точки в конце внутреннего расширения РТ, оставшегося в мертвом объеме. Наполнение рабочей камеры компрессора происходит при срабатывании на перепад давления Δр упруго деформируемых лепестков 11 всасывающей пластины 1, которые отгибаясь, открывают каналы «В» седла 3. Перемещение лепестков 11 ограничивается углублениями 14 по контуру «Б» зеркала цилиндра компрессора, и далее проходное сечение увеличивается за счет пружинных участков прорезей между смежными лепестками 11, обеспечивая практически параллельное положение лепестков 11 по отношению к плоскости седла 3 (см. фиг.3). В исходное положение лепестки 11 пластины 1 возвращаются под действием собственной упругости. В обратном ходе поршня 13 выход РТ через нагнетательную часть клапана происходит по кольцевыми поясам «Д» (фиг.4) седла 3 и диска 4 при поднятии нагнетательной пластины 2.
Пластина 2 выполнена выпуклой между поясами «Д» и имеет вследствие этого кольцевой выступ величиной «Ж», который обеспечивает снижение гидравлических потерь и дополнительную центровку пластины 2 в потоке рабочего тела. Кроме того увеличивается момент сопротивления радиального сечения пластины 2, что снижает касательные напряжения и улучшает долговечность. Установка нагнетательной пластины 2 на диске 4 выполняется при помощи шайбы 6 с монтажным зазором по внутреннему кольцевому поясу «А», что уменьшает в период приработки неравномерный износ кромок.
При возникновении гидравлического удара происходит перекрытие отверстий поршнем ограничителя 5 хода в цилиндре крышки 8 и отсекание замкнутого пространства внутри цилиндра крышки 8, которое на режиме номинальной работы сообщено с камерой нагнетания клапана. В результате перемещения поршня внутри замкнутого пространства с повышением давления происходит демпфирование, смягчаются удары ограничителя хода 5 по крышке 8. Это происходит потому, что повышающееся давление внутри замкнутого пространства противодействует поршню, уменьшая скорость его движения и возможного удара, который возникает при влажном ходе (буферная пружина аналога в этом случае работает с большими ударными нагрузками.
Таким образом, предлагаемая конфигурация всасывающей пластины 1 обеспечивает увеличенное проходное сечение, что улучшает условие наполнения цилиндра. Форма нагнетательной пластины 2 с выступом улучшает ее динамику и снижает напряжения, возникающие при соударениях. В конструкции также предусмотрена эффективная защита от гидравлического удара. При этом в отношении аналогов уменьшается количество элементов; увеличиваются надежность и долговечность клапанного узла, в том числе вследствие установки нагнетательной пластины с монтажным зазором, а по сравнению с патентом США получено расширенное проходное сечение и эффективная защита от гидравлического удара.