Прямоточный клапан

 

Полезная модель относится к компрессорным машинам, в частности, к клапанам поршневых компрессоров. Целью полезной модели является повышение производительности поршневого компрессора за счет использования в качестве запорного органа пружинного разрезного кольца, которое оказывает равномерно распределенное давление на стенки паза седла клапана. Предложена конструкция прямоточного клапана, содержащая седло и запорные органы, выполненные в виде разрезных пружинных колец переменной толщины, что обеспечивает повышение эффективности работы клапана.

Полезная модель относится к компрессорным машинам, в частности, к клапанам поршневых компрессоров. Клапан является одним из основных узлов компрессора, который связан с потреблением существенной части подводимой энергии. Вопросы, связанные с совершенствованием клапанов поршневых компрессоров представляют собой важную научно-практическую задачу, поскольку повышение энергоэффективности не имеет альтернативы в условиях рыночных отношений

Одной из основных причин неудовлетворительной работы поршневых компрессоров является отсутствие клапанов, обладающих высокой долговечностью, хорошей герметичностью и малым аэродинамическим сопротивлением.

Существующие клапаны поршневых компрессоров не в полной мере отвечают требованиям, предъявляемым к ним горной промышленностью.

Известен прямоточный клапан., содержащий седло, выполненное в виде диска с каналами для прохода газа, выполненными в виде концентричных пазов, и запорные органы в виде пружинных лент, вертикальное перемещение которых ограничивается фиксатором (см. авторское свидетельство СССР 564481, кл. F16К 15/14, 1977 (прототип)).

Недостатком известного клапана является неравномерность величины натяга запорного органа (радиального давления запорного органа на седло клапана) по периметру паза седла клапана, что не обеспечивает своевременность открытия и закрытия каналов для прохода газа, ухудшает аэродинамическое сопротивление клапана и технико-экономические показатели компрессора в целом.

Задачей полезной модели является повышение производительности

поршневого компрессора за счет использования в качестве запорного органа пружинного разрезного кольца, которое оказывает равномерно распределенное давление на стенки паза седла клапана.

Поставленная цель достигается тем, что запорный орган клапана, выполнен в виде разрезного пружинного кольца с круговыми поверхностями, смещенными относительно друг друга по оси, проходящей через замок (разрез) кольца и имеющее прямоугольное поперечное сечение постоянной ширины.

На фиг.1 - представлена схема запорного органа прямоточного клапана.

На фиг.2 - изображен прямоточный клапан в сборе.

На фиг.3 - приведена схема работы запорного органа.

На фиг.4 - приведена расчетная схема запорного органа прямоточного клапана.

Прямоточный клапан, содержит седло, по меньшей мере с одним кольцевым концентрическим пазом и каналом для прохода газа, выходящим на внешнюю цилиндрическую поверхность паза, и по меньшей мере один запорный орган, выполненный в виде разрезного кольца, установленного в паза и перекрывающего канал.

Прямоточный клапан: в седле 1 клапана выполнены кольцевые концентрические пазы 2 и каналы 3 для прохода газа. Каналы 3 выходят на внешнюю цилиндрическую поверхность пазов 2. Запорные органы 4 выполнены в виде пружинных разрезных колец, имеющих прямоугольное поперечное сечение постоянной ширины h и переменную толщину b (фиг.1), с круговыми поверхностями 5 и 6, центры которых смещены относительно друг друга на величину по оси 7, проходящей через замок (разрез) 8 кольца 4, установленных в пазах 2 и перекрывающих каналы 3. Ограничитель 9 крепится с помощью стяжного болта 10 и гайки 11 (фиг.2).

Клапан работает следующим образом. При достижении давления нагнетания поток газа, проходя по каналам 3 для прохода газа, воздействует на запорные органы 4, упруго деформируя их (фиг.3). При этом в месте разреза пружинного кольца 4, его концы надвигаются друг на друга, образуя при этом закрытый замок (положение II), радиус кривизны запорного органа уменьшается. В образующиеся, между запорными органами 4 и цилиндрическими внешними поверхностями пазов 2, зазоры проходит газ. После этого запорные органы 4 под действием обратного потока газа и силы упругости возвращаются в первоначальное положение (положение 7). Ограничитель 10 удерживает запорные органы 4 от перемещения в осевом направлении.

Для обеспечения равномерного натяга запорного органа (в виде разрезного кольца), обеспечивающего своевременность открытия и закрытия клапана, необходимо получить такое кольцо, которое, при установке в паз клапана, будет оказывать равномерно распределенное давление на его стенки. Для этого требуется найти закон изменения толщины кольца.

Введем следующие обозначения: г - радиус паза седла клапана, r+ - наружный радиус кольца в ненапряженном состоянии, h - ширина кольца, b - толщина кольца в произвольном сечении. Учитывая изгибающий момент М, возникающий в любом поперечном сечении m-n кольца под действием равномерно распределенного по наружной поверхности кольца давления Р, получаем

где Е - модуль упругости материала, Jo - осевой момент инерции поперечного сечения.

Заменяя выражение на раскрывая момент инерции как после несложных преобразований, получаем следующее уравнение для определения величины толщины Ъ в произвольном сечении:

Перед установкой кольца в паз седла клапана, его концы соединяют. Если две равные и противоположные сжимающие силы F приложены по касательной к концам кольца у разреза, то они вызовут в поперечном сечении m-n изгибающий момент, равный

т.е. изгибающий момент зависит от угла так же, как и изгибающий момент по формуле (1). Поэтому, если концы кольца соединить друг с другом при установке его в паз седла клапана, оно создаст равномерно распределенное давление (натяг) на стенки паза седла клапана.

Таким образом, для получения равномерного натяга запорного органа в клапане, обеспечивающего повышение эффективности поршневого компрессора, следует использовать разрезное кольцо переменной толщины.

Прямоточный клапан, содержащий седло, по меньшей мере, с одним кольцевым концентричным пазом и каналом для прохода газа, выходящим на внешнюю цилиндрическую поверхность пазов, и, по меньшей мере, один запорный орган, выполненный в виде разрезного пружинного кольца, установленного в паз и перекрывающего канал, отличающийся тем, что разрезное пружинное кольцо имеет прямоугольное поперечное сечение постоянной ширины и переменную толщину с круговыми поверхностями, смещенными относительно друг друга по оси, проходящей через замок кольца.



 

Наверх