самодействующий комбинированный клапан поршневого компрессора

Формула изобретения

1. Комбинированный клапан для поршневой ступени компрессора, содержащий 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, отличающийся тем, что всасывающая пластина выполнена с упругодеформируемыми лепестками, расположенными по кольцу с образованием между лепестками пружинных участков с возможностью перекрытия лепестками всасывающих отверстий.

2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что 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.

3. Клапан по п.2, отличающийся тем, что кольцевой участок нагнетательной пластины в зоне нагнетательного отверстия выполнен выпуклым в сторону нагнетательного отверстия.

4. Клапан по п.1, отличающийся тем, что 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 под действием гидравлического удара.

Описание изобретения к патенту

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 р 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.