ВПУСКНОЙ КЛАПАН ДЛЯ ВПУСКА КОМПРЕССОРНОГО ЭЛЕМЕНТА, А ТАКЖЕ КОМПРЕССОР И КОМПРЕССОРНЫЙ ЭЛЕМЕНТ, СНАБЖЕННЫЕ ТАКИМ ВПУСКНЫМ КЛАПАНОМ
INLET VALVE FOR INLET OF COMPRESSOR ELEMENT, AS WELL AS COMPRESSOR AND COMPRESSOR ELEMENT PROVIDED WITH SUCH INLET VALVE

Настоящее изобретение относится к впускному клапану для впуска компрессорного элемента.
В области компрессоров достаточно известно применение впускного клапана на впуске компрессорного элемента для компрессоров с впрыском масла или жидкости, в которых масло или другая жидкость впрыскивается в компрессорный элемент во время работы компрессора для смазки, охлаждения и/или уплотнения между вращающимися частями компрессорного элемента.
Эти компрессоры содержат компрессорный элемент, приводимый в движение двигателем, с впуском для всасывания подлежащего сжатию газа и выпуском для сжатого газа, с которым соединен нагнетательный трубопровод, направляющий сжатый газ к сосуду высокого давления, где сжатый газ промежуточно накапливается под давлением, чтобы подаваться через выход сосуда высокого давления в сеть потребителя.
Масло или другая жидкость, присутствующая в сжатом газе, отделяется в сосуде высокого давления, собирается и впрыскивается оттуда в компрессорный элемент под действием давления, создаваемого в сосуде высокого давления.
Известно, что применение впускного клапана или так называемого «разгрузочного устройства» в таких компрессорах, когда отсутствует потребление сжатого газа, позволяет компрессорному элементу работать разгруженным путем закрытия впуска с помощью впускного клапана, чтобы не всасывать и не сжимать дополнительный воздух, и в то же время сброса давления в сосуде высокого давления в окружающую среду через тот же впускной клапан.
В результате давление в сосуде высокого давления поддерживается настолько низким, насколько это возможно, так что компрессорный элемент в этом случае испытывает небольшое сопротивление давления, что является благоприятным для потребления энергии во время этой фазы работы без нагрузки.
Этот метод работы без нагрузки компрессорного элемента является более энергоэффективным для компрессоров с постоянной скоростью вращения, в которых двигатель останавливают каждый раз, когда отсутствует потребление, и перезапускают, когда потребление возобновляется.
Сброс давления в сосуде высокого давления также применяется при пуске для ограничения давления в сосуде высокого давления во время этой фазы, так что пуск требует меньше энергии. Это также применяется при отключении и в случае аварийной остановки.
Известно другое применение, в котором во время работы без нагрузки впускной клапан закрывают, и осуществляют возврат или перепуск небольшого количества газа из сосуда высокого давления к впуску компрессорного элемента, чтобы тем самым перекачивать этот газ по замкнутому контуру и поддерживать минимальное давление в сосуде высокого давления, необходимое для надлежащего впрыска масла или жидкости.
По существу известны два типа впускных клапанов, т.е. впускные клапаны с управлением с использованием пружины и впускные клапаны с управлением с использованием вакуума.
Во впускных клапанах с управлением с использованием пружины впускной клапан открывается под действием давления в сосуде высокого давления и снова закрывается с помощью пружины. Чтобы удерживать впускной клапан закрытым, требуется значительное усилие. Недостаток этих впускных клапанов заключается в том, что они являются относительно сложными и содержат большое количество частей.
Во впускных клапанах с управлением с использованием вакуума открытием и закрытием клапана управляют с помощью нескольких регулирующих клапанов давления.
Опасность этих впускных клапанов состоит в том, что в случае аварийной остановки, когда привод внезапно останавливается, например, впускной клапан остается открытым, так что газ течет обратно в обратном направлении через компрессорный элемент от сосуда высокого давления к впуску под действием давления в сосуде высокого давления, захватывает с собой некоторое количество масла из сосуда высокого давления и выбрасывает его через впуск. Это влечет за собой, что впускной фильтр на впуске компрессорного элемента будет покрыт маслом, что, конечно, является нежелательным.
Для предотвращения этого впускные клапаны с управлением с использованием вакуума снабжают дополнительным обратным клапаном, что представляет собой дополнительные затраты. Кром того, эти впускные клапаны также являются относительно сложными и требуют соответствующего сложного управления регулирующими клапанами.
Пример такого впускного клапана с управлением с использованием вакуума описывается в BE1015079 заявителя настоящего изобретения.
Еще одним применением, в котором используется впускной клапан и которое описывается в BE1021804 заявителя настоящего изобретения, является предотвращение в компрессоре с впрыском масла с регулируемой скоростью вращения конденсации масла из–за слишком низкой температуры масла при выключении двигателя, в котором, в этом случае, двигатель останавливается не сразу, а продолжает работать с открытым впускным клапаном, чтобы использовать теплоту сжатия сжатого газа для нагрева масла.
В этом случае требуется относительно сложное управление, использующее по меньшей мере два регулирующих клапана, т.е. один для закрытия впускного клапан и один для предотвращения конденсации, и, возможно, дополнительный клапан для сброса давления в сосуде высокого давления при необходимости.
Целью настоящего изобретения является решение одного или более из приведенных выше и других недостатков.
Для достижения этой цели изобретение предлагает впускной клапан для впуска компрессорного элемента компрессора, снабженного сосудом высокого давления, соединенным с выпуском компрессорного элемента, при этом впускной клапан содержит корпус с внешней частью, имеющей вход для впускного клапана и выход для впускного клапана для присоединения к впуску компрессорного элемента, и внутренней частью, которая вместе с внешней частью образует проточный канал между входом и выходом впускного клапана, при этом упомянутый проточный канал выполнен с возможностью закрытия с помощью клапана, который в состоянии покоя прижимается с помощью пружины к седлу клапана впускного клапана, отличающийся тем, что упомянутый клапан образован поршнем и взаимодействующим с ним запорным элементом, при этом поршень установлен с возможностью перемещения в осевом направлении в направляющей внутренней части корпуса, и с помощью упомянутой пружины принудительно смещается в направлении седла клапана, при этом поршень на стороне, обращенной от седла клапана, соединен с выходом впускного клапана, и при этом запорный элемент расположен на другой стороне поршня и образован запорным штоком–поршнем и головкой, обеспеченной на запорном штоке–поршне, при этом запорный шток–поршень установлен с возможностью перемещения соосным образом в поршне на определенную глубину, ограничиваемую упором, таким образом, что в состоянии покоя запорный элемент прижимается поршнем к седлу клапана под действием упомянутой пружины, при этом между запорным штоком–поршнем и поршнем образована промежуточная камера, имеющая по меньшей мере один вход сброса давления, через который промежуточная камера может быть приведена в сообщение по текучей среде с сосудом высокого давления, и по меньшей мере один выход сброса давления, образующий постоянное сообщение по текучей среде между промежуточной камерой и входом впускного клапана, при этом запорный шток–поршень также содержит перепускной канал, соединенный с промежуточной камерой и оканчивающийся и боковой стенке запорного штока–поршня, или напрямую, или опосредованно через выход сброса давления промежуточной камеры.
Такой впускной клапан является простым для реализации и содержит небольшое количество частей, и при этом все еще позволяет реализовать только с одним регулирующим клапаном и без дополнительного обратного клапана все упомянутые применения для сброса давления в сосуде высокого давления, перепуска для поддержания минимального давления в сосуде высокого давления и для предотвращения конденсации в масле.
Впускной клапан является универсально применимым для компрессоров с постоянной или регулируемой скоростью вращения и/или с функцией предотвращения конденсации, причем в последнем случае требуется даже меньше регулирующих клапанов, чем известно.
Двойной клапан также, так сказать, выполняет функцию обратного клапана, так что не требуется дополнительный обратный клапан для предотвращения того, что в случае внезапного выхода из строя привода компрессорного элемента масло может выбрасываться из сосуда высокого давления через впуск и впускной фильтр.
Пружина обеспечивает, что запорный элемент и поршень вместе функционируют как обратный клапан таким образом, что когда газ не всасывается из–за выхода из строя привода, впускной клапан закрывает впуск, и тем самым через впуск не может быть выброшено масло, и в то же время всегда остается возможным выпуск чистого газа из сосуда высокого давления через вход сброса давления и выход сброса давления.
Предпочтительно, впускной клапан представляет собой клапан с вертикальным расположением частей, в котором осевое направление поршня и запорного элемента ориентировано вертикально, с запорным элементом над поршнем.
В этом случае вес запорного элемента помогает удерживать впускной клапан открытым.
Предпочтительно, запорный шток–поршень установлен с возможностью перемещения по скользящей посадке без уплотнений в поршне, так что запорный элемент имеет возможность скользить в поршне без существенного сопротивления. Кроме того, это означает, что количество компонентов впускного клапана сведено к минимуму.
Предпочтительно, упомянутая пружина является единственной пружиной впускного клапана, что также уменьшает количество компонентов.
Предпочтительно, впускной клапан имеет промежуточное уплотнение между упорным заплечиком более широкой головки и упорной кромкой поршня.
Это обеспечивает преимущество в том, что двойной клапан может работать как цельный обратный клапан, когда поршень прижимает запорный элемент к седлу клапана под действием пружины, так как в этом случае сжатый газ не может утекать между поршнем и запорным элементом.
В соответствии с частным аспектом, головка запорного элемента в зоне контакта с седлом клапана имеет уплотнение головки для лучшего уплотнения впуска для воздуха, когда впускной клапан закрыт.
Предпочтительно, головка запорного элемента покрыта уплотнительной мембраной для образования промежуточного уплотнения и уплотнения головки.
Предпочтительно, уплотнительная мембрана имеет отверстие сброса давления, образующее сообщение по текучей среде между упомянутым выходом сброса давления промежуточной камеры и входом впускного клапана таким образом, что газ может быть выпущен из сосуда высокого давления через промежуточную камеру и отверстие сброса давления наружу.
Предпочтительно, диаметр головки запорного элемента на уровне зоны контакта с седлом клапана больше, чем наружный диаметр запорного штока–поршня запорного элемента, чтобы избежать колебаний впускного клапана при работе без нагрузки со сбросом давления или перепуском.
Изобретение также относится к компрессору с компрессорным элементом и сосудом высокого давления, соединенным с выпуском компрессорного элемента, который снабжен впускным клапаном в соответствии с любым из предыдущих пунктов, при этом упомянутый впускной клапан через трубопровод сброса давления с клапаном сброса давления в нем сообщается по текучей среде с по меньшей мере одним входом сброса давления промежуточной камеры впускного клапана, и при этом впускной клапан, в частности выход сброса давления и перепускной канал, имеет размеры такие, что с компрессорным элементом при работе без нагрузки, когда впускной клапан полностью открыт и клапан сброса давления открыт для выпуска содержимого сосуда высокого давления через впускной клапан, давление после стабилизации режима составляет между 0,05 и 0,15 МПа.
Это обеспечивает преимущество в том, что таким образом поддерживается достаточное давление в сосуде высокого давления, чтобы гарантировать, также и во время работы без нагрузки, достаточную подачу масла к компрессорному элементу под действием давления сосуда высокого давления, с одной стороны, и, с другой стороны, чтобы иметь относительно низкое противодавление, что обеспечивает относительное низкое потребление энергии в этом состоянии без нагрузки.
Предпочтительно, форму и размеры головки впускного клапана выбирают таким образом, что во время работы с нагрузкой компрессорного элемента, когда упомянутый клапан сброса давления в трубопроводе сброса давления закрыт, а впускной клапан открыт, чтобы позволить компрессорному элементу всасывать газ через впускной клапан, перепад давлений между статическим давлением на входе впускного клапана и статическим давлением в промежуточной камере впускного клапана прилагает усилие к запорному элементу, направленное от седла клапана.
Таким образом, поток газа между седлом клапана и запорным элементом генерирует усилие, которое помогает удерживать клапан открытым.
Практика показывает, что в противном случае клапан будет снова затягиваться в закрытое положение потоком, когда головка запорного элемента, вопреки всем ожиданиям, имеет обтекаемую выпуклую форму с небольшими потерями нагрузки.
Поэтому было неожиданным обнаружить, что наилучшие результаты были получены с запорным элементом, головка которого в зоне, где головка запорного элемента вступает в контакт с седлом клапана, образована перпендикулярной кромкой головки запорного элемента.
Форма, которая при испытаниях демонстрирует хорошие результаты, представляет собой форму, в которой головка запорного элемента на одном конце выполнена по существу цилиндрической, при этом торцевая периферийная кромка этого цилиндрического конца образует зону, которой головка запорного элемента в закрытом состоянии впускного клапана вступает в контакт с седлом клапана корпуса впускного клапана.
Торец цилиндрического конца может быть выполнен, например, плоским с плоскостью, продолжающейся перпендикулярно осевому направлению запорного элемента.
Для этого головка запорного элемента может быть выпуклой с каналом к выходу сброса давления промежуточной камеры впускного клапана, или по меньшей мере частично вогнутой, и перекрыта упомянутой уплотнительной мембраной, имеющей отверстие сброса давления.
Предпочтительно, корпус впускного клапана имеет соединение сброса давления для внешнего присоединения упомянутого трубопровода сброса давления с установленным в нем клапаном сброса давления, при этом упомянутое соединение сброса давления оканчивается на уровне упомянутого входа сброса давления промежуточной камеры впускного клапана или на уровне промежуточной камеры, соединенной с ней, так что это отверстие сброса давления постоянно соединено с промежуточной камерой впускного клапана.
Таким образом, промежуточная камера может быть соединена с сосудом высокого давления во всех положениях впускного клапана путем открытия упомянутого клапана сброса давления.
Изобретение в частности может быть применено в компрессорном элементе с масляной или жидкостной смазкой, при этом работа впускного клапана в качестве обратного клапана гарантируется во всех случаях, так что при отключении или при внезапном выходе из строя привода компрессорного элемента предотвращается выброс масла или жидкости из сосуда высокого давления через компрессорный элемент и впускной клапан, причем без использования дополнительного обратного клапана.
Впускной клапан в соответствии с изобретением может использоваться в компрессоре с приводом компрессорного элемента с постоянной скоростью вращения, при этом перепускной канал опосредованно сообщается по текучей среде с промежуточной камерой впускного клапана через выход сброса давления.
В этом случае упомянутый клапан сброса давления может служить в качестве управляющего элемента для переключения между работой с нагрузкой и работой без нагрузки компрессорного элемента при постоянной скорости вращения привода.
Впускной клапан в соответствии с изобретением также может использоваться в компрессоре с впрыском масла с приводом компрессорного элемента с регулируемой скоростью вращения, при этом перепускной канал напрямую сообщается по текучей среде с промежуточной камерой впускного клапана.
В этом случае клапан сброса давления может служить в качестве управляющего элемента для предотвращения образования конденсата в масле, если существует риск образования конденсата при переключении с работы с нагрузкой на работу без нагрузки с помощью снижения скорости вращения до скорости вращения без нагрузки, путем продолжения приведения в движение компрессорного элемента на скорости вращения, которая выше скорости вращения без нагрузки, и в то же время открытия клапана сброса давления, до тех пор, пока не исчезнет опасность образования конденсата.
Это обеспечивает преимущество в том, что в данном случае достаточно только одного клапана сброса давления для переключения с работы с нагрузкой на работу без нагрузки и наоборот и для управления предотвращением конденсации.
Чтобы лучше показать особенности изобретения, несколько предпочтительных вариантов осуществления впускного клапана в соответствии с изобретением и оснащенных им компрессорного элемента и компрессора будут описаны ниже в качестве неограничивающего примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 – схематически иллюстрирует компрессор с компрессорным элементом с впускным клапаном в соответствии с изобретением;
фиг. 2 – вид в перспективе впускного клапана, обозначенного на фиг. 1 как F2;
фиг. 3 – вид в поперечном разрезе по линии III–III с фиг. 2 с впускным клапаном в состоянии покоя;
фиг. 4 – иллюстрирует впускной клапан, показанный на фиг. 2, в разобранном состоянии;
фиг. 5–11 – иллюстрируют различные рабочие состояния впускного клапана, показанного на фиг. 3, в упрощенной схеме компрессора, показанного на фиг. 1;
фиг. 12 – вид в поперечном разрезе, таком же, как на фиг. 3, иллюстрирующий другой вариант осуществления впускного клапана в соответствии с изобретением;
фиг. 13 – иллюстрирует различные формы впускного клапана в соответствии с изобретением.
Компрессор 1, показанный на фиг. 1, представляет собой винтовой компрессор с впрыском масла, содержащий компрессорный элемент 2 с приводом 3 с постоянной скоростью вращения.
Компрессорный элемент 2 имеет впуск 4 и выпуск 5.
Впуск 4 соединен с впускным фильтром 6.
Между впуском 4 и впускным фильтром 6 установлен впускной клапан 7 в соответствии с изобретением.
Сосуд 8 высокого давления соединен с выпуском 5 через нагнетательный трубопровод 9, соединенный с входом 10 сосуда 8 высокого давления.
Сосуд 8 высокого давления имеет выход 11 с предохранительным клапаном 12, к которому присоединена или может быть присоединена сеть 13 потребителя, использующая сжатый газ, подаваемый компрессорным элементом 2.
Сосуд 8 высокого давления заполнен маслом 14 до определенного уровня, которое известным образом под действием давления в сосуде 8 высокого давления впрыскивается через трубопровод 15 впрыска на уровне одной или более точек 16 впрыска в компрессорный элемент 2, среди прочего для смазки и охлаждения компрессорного элемента 2.
Впускной клапан 7 показан более подробно на фиг. 2 и фиг. 3.
Он содержит корпус 17 с внешней частью 17a и внутренней частью 17b, установленной в ней.
Внешняя часть 17a имеет вход 18 для впускного клапана 7, который соединен с впускным фильтром 6, и выход 19, который соединен с впуском 4 компрессорного элемента 2.
Внутренняя часть 17b образует вместе с внешней частью 17a проточный канал 20 между входом 18 и выходом 19 впускного клапана 7, при этом проточный канал 20 выполнен с возможностью закрытия с помощью клапана 21, который в состоянии покоя на фиг. 3 прижимается с помощью пружины 22 к седлу 23 клапана корпуса 17, чтобы закрыть впуск 18.
В соответствии с изобретением клапан 21 представляет собой двойной клапан, образованный поршнем 24 и запорным элементом 25, который взаимодействует с ним.
Поршень 24 установлен с возможностью перемещения в осевом направлении X–X’ в направляющей 26 внутренней части 17b корпуса 17 и принудительно смещается в направлении седла 23 клапана с помощью упомянутой пружины 22.
Осевое направление X–X’ ориентировано вертикально в рассматриваемом примере.
На дне 27, обращенном от седла 23 клапана, поршень 24 контактирует с давлением/пониженным давлением во впуске 4 компрессорного элемента 2.
Вдоль его внешней периферии поршень 24 имеет одну или более пар выступающих в боковом направлении периферийных ребер 28, каждое из которых образует канавку 29, в которой установлено уплотнительное кольцо или другое уплотнение 30 для образования уплотнения между поршнем 24 и его направляющей 26.
В иллюстрируемом примере периферийные ребра 28 образуют промежуточную камеру 31, расположенную между уплотнительными кольцами или другими уплотнениями 30.
Поршень 24 выполнен вогнутым образом и содержит один или более входов 32 сброса давления, образующих сообщение по текучей среде между промежуточной камерой 31 и внутренней частью вогнутого поршня 24.
Запорный элемент 25 установлен между поршнем 24 и седлом 23 клапана.
Запорный элемент 25 образован запорным штоком–поршнем 33, посредством которого запорный элемент 24 установлен с возможностью перемещения соосным образом относительно поршня 24 в вогнутом поршне 24, и головкой 34, обеспеченной на запорном штоке–поршне 33, которая ограничивает глубину, на которую запорный элемент 25 может скользить в поршне 24, с помощью упора, который в этом случае образован, с одной стороны, упорным заплечиком головки 34, образующимся потому, что головка 34 является более широкой, чем запорный шток–поршень 33, и, с другой стороны, взаимодействующей с ним упорной кромкой 36 на верху поршня 24.
Запорный шток–поршень 33 установлен с возможностью перемещения по скользящей посадке без каких–либо уплотнений в поршне 24.
Упор 35–36 выполнен таким образом, что в состоянии покоя на фиг. 3 запорный элемент 25 периферийной кромкой на его верхнем торце прижимается поршнем 24 к седлу 23 клапана под действием упомянутой пружины 22.
Предпочтительно, диаметр A головки 34 запорного элемента 25 на уровне зоны контакта с седлом 23 клапана больше, чем наружный диаметр B запорного штока–поршня 33 запорного элемента 25.
Запорный элемент 25 выполнен вогнутым образом с дном 37, обращенным в направлении поршня.
Головка 34 запорного элемента 25 перекрыта уплотнительной мембраной 38, обеспечивающей образование уплотнения 39 головки на уровне зоны контакта запорного элемента 25 с седлом 23 клапана и образование промежуточного уплотнения 40 между запорным элементом 25 и поршнем 24 на уровне упора 35–36, когда запорный элемент с его упорным заплечиком 35 скользит вверх относительно упорной кромки 36 поршня 24.
Очевидно, что уплотнения 39 и 40 также могут быть заменены отдельными уплотнениями или непосредственным контактом между запорным элементом 25 и седлом клапана, с одной стороны, и непосредственным контактом между запорным элементом 25 и поршнем 24.
Следует отметить, что в примере, показанном на фиг. 3, головка 34 запорного элемента выполнена цилиндрическим образом с плоским торцом, образованным частью уплотнительной мембраны 38, которая покрывает вогнутый запорный элемент и продолжается перпендикулярно осевому направлению X–X’.
Между запорным штоком–поршнем 33 и поршнем 24 образована промежуточная камера 41, которая через выход 42 сброса давления в дне 37 запорного элемента 25 и центральное отверстие 43 сброса давления в уплотнительной мембране 38 постоянно сообщается по текучей среде с входом 18 впускного клапана 7.
Кроме того, запорный шток–поршень 33 содержит перепускной канал 44, который оканчивается в боковом направлении немного выше дна 37 запорного элемента 25 между упорным заплечиком 35 запорного элемента 25 и упорной кромкой поршня 24, когда клапан находится в состоянии покоя, как показано на фиг. 3.
Через вогнутый запорный элемент 25 и выход 42 сброса давления в дне 37 запорного элемента перепускной канал 44 опосредованно соединен с промежуточной камерой 41.
Корпус 17 имеет по меньшей мере одно соединение 45 сброса давления, к которому присоединяется трубопровод 46 сброса давления, сообщающийся по текучей среде с содержимым сосуда 8 высокого давления над уровнем масла 14.
Соединение 45 сброса давления оканчивается во впускном клапане на уровне промежуточной камеры 31, которая в свою очередь соединена через вход 32 сброса давления с промежуточной камерой 41.
В трубопроводе 46 сброса давления установлен клапан 47 сброса давления, который позволяет открывать или закрывать трубопровод 46 сброса давления.
Клапан 47 сброса давления в этом случае представляет собой электромагнитный клапан, который нормально открыт и которым может управлять блок 48 управления.
Следует отметить, что в примере на фиг. 1 клапан сброса давления является единственным клапаном.
Устройство 1 работает следующим образом.
Из состояния остановки с впускным клапаном 7 в состоянии покоя, показанном на фиг. 3, работа компрессора 1 может быть начата путем запуска привода 3.
В результате на впуске 4 компрессорного элемента создается пониженное давление, которое тянет вниз и открывает как поршень 24, так и впускной клапан, противодействуя давлению пружины 22, как показано на фиг. 5.
Давление в сосуде 8 высокого давления начинает увеличиваться. Через открытый клапан 47 сброса давления это давление связано с промежуточной камерой 41, которая вследствие этого также оказывается под давлением и толкает вверх запорный элемент 25 до тех пор, пока он не закроет впускной клапан 7, как показано на фиг. 6.
В этот момент газ больше не всасывается, и газ выпускается из сосуда 8 высокого давления через промежуточную камеру 41 и выход 42 сброса давления в дне 37 запорного элемента 25 и отверстие 43 сброса давления в уплотнительной мембране 38 наружу через впускной фильтр 6, как показано с помощью стрелки C на фиг. 6, и в то же время осуществляется перепуск газа из сосуда 8 высокого давления к впуску 4 компрессорного элемента 2 через промежуточную камеру 41 и перепускной канал 44, и тем самым обратно в сосуд 8 высокого давления, как показано с помощью стрелки D на фиг. 6.
В результате во время пуска давление в сосуде 8 высокого давления поддерживается ограниченным, так что требуемые пусковой крутящий момент и пусковая мощность также будут ограничены.
Когда привод будет запущен в достаточной степени, требуемая пусковая мощность падает и в этот момент клапан 47 сброса давления закрывается, так что больше не осуществляется сброс давления из сосуда высокого давления, и тем самым компрессорный элемент 2 может втянуть впускной клапан 7 в открытое положение, как показано на фиг. 7, и может начать повышать давление в сосуде 8 высокого давления. Это называют работой с нагрузкой.
Если во время работы с нагрузкой на фиг. 7 с полностью открытым впускным клапаном 7 давление в сосуде 8 высокого давления поднимается слишком высоко, например, из–за меньшего потребления от сети пользователя, компрессор 1 переводится в состояние работы без нагрузки.
Для этого снова открывают клапан 47 сброса давления, так что давление из сосуда 8 высокого давления может передаваться к промежуточной камере 41, так что запорный элемент 25 выталкивается вверх и прижимается к седлу 23 клапана, и в то же время поршень остается втянутым в его самое нижнее положение из–за пониженного давления на дне 27 поршня 24.
В результате газ выпускается из сосуда 8 высокого давления, как показано с помощью стрелки C на фиг. 8, и частично подвергается перепуску, как показано с помощью стрелки D на фиг. 8.
В состоянии равновесия впускной клапан 7 будет немного открыт таким образом, что газ, выпускаемый по пути C, снова всасывается, как показано с помощью стрелки C’ на фиг. 8, и/или через перепускной канал 44, как показано с помощью стрелки C’’.
В результате давление в сосуде 8 высокого давления снова падает, частично вследствие того, что новый газ не всасывается и не сжимается из–за закрытого впускного клапана 7.
Благодаря уменьшенному давлению во время этой фазы работы без нагрузки с постоянной скоростью вращения требуется только ограниченное потребление энергии для приведения в движение компрессорного элемента 2.
Однако подача масла к компрессорному элементу 2 должна продолжаться, для чего необходимо минимальное давление в сосуде 8 высокого давления.
Для этого впускной клапан 7, в частности выход 42 сброса давления и перепускной канал 44, имеют размеры такие, что с компрессорным элементом при работе без нагрузки, когда впускной клапан 7 и клапан 47 сброса давления открыты, давление после стабилизации режима составляет между 0,05 и 0,15 МПа.
Для возврата из состояния без нагрузки на фиг. 8 в состояние нагрузки, например, когда потребление возобновляется, достаточно снова закрыть клапан сброса давления с работающим приводом 3.
Тем самым промежуточная камера 41 снова оказывается под атмосферным давлением через соединение 42–43 между камерой 41 и входом 18 впускного клапана 7.
Поршень и запорный элемент затем снова втягиваются вниз под действием работы компрессорного элемента 2 в состояние на фиг. 5, так что газ снова может всасываться и сжиматься.
Для остановки компрессора он сначала приводится в состояние без нагрузки, как было описано выше, путем открытия клапана 47 сброса давления, так что достигается состояние без нагрузки на фиг. 8 с почти закрытым впускным клапаном 7, чтобы затем остановить привод 3.
Компрессорный элемент 2 затем останавливает работу, так что давление из сосуда 8 высокого давления само поступает через компрессорный элемент 2 на впуск 4 и впускной клапан 7, а также под поршень 24 и в проточный канал 20, и в то же время в промежуточной камере 41 давление сосуда 8 высокого давления также присутствует через открытый клапан 47 сброса давления.
Из–за направленного вверх усилия пружины 22 это выравнивание давлений над и под поршнем 24 принудительно смещает поршень 24 вверх и прижимает к упорному заплечику 35 запорного элемента 25, как показано на фиг. 9, таким образом, что промежуточное уплотнение 40 уплотнительной мембраны 38 образует уплотнение между поршнем 24 и запорным элементом 25.
Однако сосуд 8 высокого давления остается соединенным с входом 18 впускного клапана 7, как указано с помощью стрелки C на фиг. 9, так что давление в сосуде 8 высокого давления будет постепенно падать.
Благодаря промежуточному уплотнению 40 комбинация поршня 24 и запорного элемента 25 в этой ситуации ведет себя как обратный клапан, который препятствует утечке газа и масла, которые сами текут обратно через компрессорный элемент 2 к впуску 4 компрессорного элемента 2, через впускной фильтр 6, что без этого действия обратного клапана может привести к выбросу газа вместе с маслом через впускной фильтр 6, что, конечно, является нежелательным.
Тем самым в этом случае не требуется дополнительный обратный клапан, как в известных компрессорах.
Работа комбинации 24–25 в качестве обратного клапана также важна в случае поломки, когда в состоянии нагрузки компрессора 1 привод 3 внезапно выходит из строя, например, из–за поломки ремня или дефекта преобразователя в случае частотно–регулируемого привода.
Так как выход из строя привода 3 происходит во время работы с нагрузкой, клапан 47 сброса давления закрыт в этот момент, а впускной клапан 7 полностью открыт, как показано на фиг. 7.
Из–за выхода из строя компрессорного элемента 2 существует риск утечки газа вместе с маслом наружу через впускной фильтр 6.
Однако давление сосуда 8 высокого давления само устанавливается через компрессорный элемент 2 под поршнем 24, и в то же время над поршнем 24 в промежуточной камере 41 присутствует низкое давление из–за закрытого клапана 47 сброса давления.
Из–за действия давления под поршнем 24 и направленного вверх усилия пружины 22 поршень 24 принудительно смещается вверх и прижимается вместе с запорным элементом 25 в качестве обратного клапана к седлу 23 клапана, как показано на фиг. 10. Это предотвращает, также и в случае выхода из строя привода 3, выброс масла через воздушный фильтр 6.
Когда обнаруживается поломка привода 3, выполненный с возможностью закрытия клапан 47 может быть открыт для сброса давления в сосуде высокого давления, как показано с помощью стрелки C на фиг. 11.
Очевидно, что при любых обстоятельствах непреднамеренный выброс масла через воздушный фильтр 6 предотвращается благодаря функции обратного клапана двойного клапана 24–25.
На фиг. 12 показан альтернативный впускной клапан 7, отличающийся от впускного клапана на фиг. 3 тем, что перепускной канал 44 в этом случае расположен под дном 37 запорного элемента 25, так что в этом случае перепускной канал 44 напрямую соединен с промежуточной камерой 41.
Этот впускной клапан 7 может использоваться в компрессоре с впрыском масла, таком как на фиг. 1, но с регулируемой скоростью вращения, и это позволяет предотвратить образование конденсата в масле 14 при низких температурах масла, которое может происходить, например, при переключении с работы с нагрузкой с закрытым клапаном 47 сброса давления на работу без нагрузки путем снижения скорости вращения компрессорного элемента 2.
В этом случае при переключении на работу без нагрузки вначале измеряют температуру масла, и если существует риск ее падения ниже температуры конденсации, временно будет продолжаться приведение в движение компрессорного элемента 2 на скорости вращения с нагрузкой, и будет открыт клапан 47 сброса давления, как показано на фиг. 12.
В этом случае впускной клапан 7 остается частично открытым таким образом, что газ всасывается и сжимается, как показано с помощью стрелки E на фиг. 12, и в то же время осуществляется сброс давления из сосуда 8 высокого давления, как показано с помощью стрелки F на фиг. 12.
Сжатие газа генерирует тепло сжатия, которое используется для нагрева масла до тех пор, пока температура масла не будет выше температуры конденсации.
Очевидно, что в этом случае предотвращением конденсации можно управлять с помощью только одного клапана 47 сброса давления.
На фиг. 13 иллюстрируются несколько примеров возможных вариантов осуществления впускных клапанов, в которых один из них лучше, чем другой в отношении открытия без динамического влияния потока, вызывающего затягивание запорного элемента снова в закрытое положение.
Вариант осуществления «a», таким образом, соответствует описываемому выше впускному клапану с запорным элементом 25 с плоской головкой и перпендикулярным окончанием на уровне зоны контакта с седлом 23 клапана.
Достаточно неожиданно, этот запорный элемент обеспечивает наилучшие результаты, например, лучше, чем у имеющего по существу обтекаемую пулевидную форму в варианте осуществления «c», от которого можно было бы ожидать лучших результатов, но который более склонен к самостоятельному затягиванию снова в закрытое положение при всасывании газа компрессорным элементом 2.
Вариант осуществления «e» демонстрирует, что также возможно, например, использовать вогнутый запорный элемент 25, такой как на фиг. 3, но в котором полость запорного элемента остается открытой и тем самым без уплотнительной мембраны 38, покрывающей запорный элемент 25.
При выборе формы и размеров головки 34 запорного элемента и зоны корпуса 17 вокруг седла клапана является важным выбрать таким образом, чтобы во время работы с нагрузкой компрессорного элемента 2, когда упомянутый клапан 47 сброса давления закрыт, а впускной клапан открыт, перепад давлений между статическим давлением на входе 18 впускного клапана 7 и статическим давлением в промежуточной камере 41 из–за динамического падения давления за счет потока воздуха, всасываемого через седло клапана, обеспечивал приложение усилия к запорному элементу 25, которое направлено от седла 23 клапана.
Настоящее изобретение не ограничивается каким–либо образом вариантами осуществления, описываемыми в качестве примера и иллюстрируемыми на чертежах, и впускной клапан в соответствии с изобретением и оснащенные им компрессорный элемент и компрессор могут быть реализованы в любых формах и размерах, не выходя за пределы объема изобретения.