клапан

Формула изобретения

Клапан, содержащий седло и ограничитель подъема с каналами для прохода газа, по крайней мере, один запорный орган, расположенный между ними и, по крайней мере, один дополнительный запорный элемент, установленный с возможностью перемещения относительно седла и запорного органа между ними, причем в дополнительном запорном элементе выполнено, по крайней мере, одно сквозное отверстие, отличающийся тем, что в запорном органе выполнена, по крайней мере, одна сквозная проточка, причем сквозное отверстие дополнительного элемента выполнено со смещением относительно сквозной проточки запорного органа таким образом, что проходные сечения отверстия и проточки не совпадают друг с другом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области энергомашиностроения и предназначено для организации потоков рабочего газа в проточной части машин объемного действия, преимущественно компрессоров.

Известен клапан, содержащий седло, запорный орган в виде тонкой гибкой пластины, выполненной из упругого материала, и ограничитель подъема (А.с. СССР №1837122, МКИ⁵ F 04 В 39/10. Самодействующий клапан. Опубл. 30.08.03. Бюл. №32).

В таких клапанах имеют место высокие скорости соударения запорного органа с ограничителем подъема, что приводит к разрушению и деформации элементов конструкции клапана и, соответственно, к снижению ресурса клапана и ухудшению его герметичности.

Известен клапан, содержащий седло и ограничитель подъема с каналами для прохода газа и расположенные между ними запорные органы (А.с. СССР №1225968, МКИ⁵ F 16 К 15/08. Кольцевой клапан. Опубл. 23.04.86. Бюл. №15).

По сравнению с предыдущим аналогом такая конструкция более надежна и герметична за счет того, что запорный орган выполнен в виде более жесткой и прочной пластины, однако при высоких скоростях ее соударения с ограничителем клапана также происходит разрушение элементов клапана, снижается ресурс клапана и ухудшается его герметичность, кроме того, за счет инерционности пластины и большой высоты ее подъема имеет место запаздывание открытия и закрытия клапана, что приводит к увеличению потерь давления в клапане и снижает экономичность рабочего процесса машины объемного действия (Пластинин П.И. Теория и расчет поршневых компрессоров. - М., 1987, с.157-167).

Наиболее близким к заявляемому является клапан, содержащий седло и ограничитель подъема с каналами для прохода газа, по крайней мере, один запорный орган, расположенный между ними и, по крайней мере, один дополнительный запорный элемент, установленный с возможностью перемещения относительно седла и запорного органа между ними, причем в дополнительном запорном элементе выполнено, по крайней мере, одно сквозное отверстие (Патент US 4478243 А, М. Кл. F 16 K 15/08. Опубл. 23.10.1984).

По сравнению с аналогом такая конструкция позволяет увеличить проходное сечение в проточной части клапана, что приводит к снижению скорости газа в клапане. Однако большая высота подъема запорного органа и запорного элемента также приводит к высоким скоростям соударения этих деталей с ограничителем подъема и седлом и к их разрушению; при этом возникает инерционность запорного органа и дополнительного запорного элемента, что приводит к запаздыванию и несвоевременному открытию и закрытию клапана, снижающим экономичность рабочего процесса машины объемного действия.

Задача изобретения - увеличение ресурса работы клапана и повышение экономичности за счет уменьшения времени его срабатывания и снижения потерь давления в нем.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном клапане, содержащем седло и ограничитель подъема с каналами для прохода газа, по крайней мере, один запорный орган, расположенный между ними и, по крайней мере, один дополнительный запорный элемент, установленный с возможностью перемещения относительно седла и запорного органа между ними, причем в дополнительном запорном элементе выполнено, по крайней мере, одно сквозное отверстие, а в замыкающем органе выполнена, по крайней мере, одна сквозная проточка, причем сквозное отверстие дополнительного запорного элемента выполнено со смещением относительно сквозной проточки запорного органа таким образом, что проходные сечения отверстия и проточки не совпадают друг с другом.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг.1, 2 схематично показан заявляемый клапан с одним дополнительным запорными элементом и несколькими сквозными отверстиями в нем и несколькими сквозными проточками в запорном органе. На Фиг.1 клапан показан в закрытом положении, на Фиг.2 - в открытом.

Клапан (Фиг.1, 2) содержит седло 1 и ограничитель подъема 2 с каналами 3 для прохода газа диаметром d₃ и каналами 4; запорный орган 5 толщиной ₅. Между запорным органом 5 и седлом 1 установлен с возможностью перемещения относительно запорного органа 5 и седла 1 дополнительный запорный элемент 6 толщиной ₆, в котором выполнены сквозные отверстия 7 диаметром d₇. В запорном органе 5 выполнены сквозные проточки 8 диаметром d₈, не совмещенные даже частично с отверстиями 7: минимальное расстояние между центральной осью проточки 8 и центральной осью отверстия 7 меньше чем величина (d₈+d₇)/2. Между ограничителем подъема 2 и запорным органом 5 может быть установлена пружина 9.

Клапан (Фиг.1, 2) работает следующим образом. Давление газа, заполняющего всю проточную часть клапана, периодически изменяется (за счет работы машины объемного действия, в которой установлен клапан), причем давление газа в канале 3 седла 1 изменяется по одному закону, а давление газа в каналах 4 ограничителя подъема 2 - по другому закону (например, так, как это имеет место в поршневых компрессорах; см. Пластинин П.И. Теория и расчет поршневых компрессоров. - М., 1987). При этом давление газа действует на запорный орган 5 и на дополнительный запорный элемент 6 как со стороны седла 1, так и со стороны ограничителя подъема 2.

Когда величина давления газа в канале 3 седла 1 превысит величину давления газа в каналах 4 ограничителя 2 и суммарная сила от действия давления газа на запорный орган 5 превысит силу упругости пружины 9, запорный орган 5 начнет подниматься над дополнительным запорным элементом 6, освобождая сечение отверстия 7 для прохода газа. Так как толщина ₅ и масса запорного органа 5 малы (по сравнению с прототипом диаметры отверстий 7 и проточек 8 существенно меньше диаметра одного отверстия в дополнительном запорном органе, при той же суммарной площади проходного сечения, что позволяет обеспечить такую же прочность запорного органа 5, как в прототипе, но при его меньшей толщине), для преодоления его инерционности потребуется небольшой перепад давления и, соответственно, небольшой интервал времени для создания требуемого перепада давления. То есть при малых потерях давления в клапане будет обеспечено частичное открытие клапана при минимальном запаздывании, что также ведет к снижению потерь давления в клапане и уменьшению обратного потока через клапан (Юша В.Л., Танкин В.В. «Оценка эффективности применения прямоточных систем газораспределения с самодействующими клапанами в быстроходных компрессорах»/ Компрессорная техника и пневматика, 2004 г., №6, с.30-33).

Кроме того, S - площадь проходного сечения проточки 8 меньше, чем S' - площадь проходного сечения канала 3 седла 1, благодаря чему давление газа в канале 3 седла 1 будет оставаться выше, чем давление газа в каналах 4 ограничителя подъема 2 над дополнительным запорным элементом 6, при этом пружина 9, поджатая запорным органом 5, не оказывает сопротивления движению дополнительного запорного элемента 6, и тот начинает подниматься над поверхностью седла 1 так, что газ проходит через канал 3 седла 1, а далее - частично через щель высотой hc между седлом 1 и дополнительным запорным элементом 6 в каналы 4 ограничителя подъема 2, и частично - через отверстие 7 в проточки 8 и через щель высотой h' между запорным органом 5 и дополнительным запорным элементом 6 в каналы 4 ограничителя подъема 2. Движение запорного органа 5 и дополнительного запорного элемента 6 вверх продолжается до тех пор, пока они не коснутся соответствующих поверхностей ограничителя подъема 2 (Фиг.2).

В дальнейшем, когда давление газа в каналах 3 седла 1 и каналах 4 ограничителя подъема 2 выравнивается, запорный орган 5 и запорный элемент 6 под действием пружины 9 вернутся в исходное положение, герметично перекрыв проточную часть клапана (Фиг.1).

Суммарная площадь проходного сечения клапана определяется суммой площадей проходных сечений двух кольцевых щелей: между седлом 1 и дополнительным запорным элементом 7 и между запорным органом 5 и дополнительным запорным элементом 6, а также площадей проточек 8 в запорном органе 5. Естественно, что при неизменных высотах подъема запорного органа 5 и дополнительного запорного элемента 6 такая суммарная площадь больше, по сравнению с прототипом, у которого суммарная площадь состоит лишь из двух кольцевых щелей. Поэтому перепад давления в проточной части заявляемого клапана будет меньше, чем в прототипе (то есть меньше станут потери давления в клапане при том же расходе газа). При этом газовая сила от действия этого перепада давления на запорный орган 5 и дополнительный запорный элемент 6 также будет меньше, и, соответственно, будут меньше скорости их движения и скорости соударения с поверхностями ограничителя подъема 2.

Таким образом, предлагаемый клапан позволяет, по сравнению с ранее известными, увеличить ресурс работы клапана и повысить экономичность за счет уменьшения времени его срабатывания и снижения потерь давления в нем.