Требования к клапанам

Клапаны поршневых компрессоров должны соответствовать целому комплексу требований. Основные из них: малый мертвый объем, малые гидравлические сопротивления протекающему потоку газа, своевременность открытия и закрытия клапана, плотность в закрытом состоянии, надежность, долговечность и взаимозаменяемость.

Рассмотрим каждое из этих основных требований и покажем, что необходимо рассматривать их в комплексе, так как они взаимно влияют друг на друга и могут оказывать противоположное влияние на основные интег-
ральные характеристики поршневого компрессора.

Малый мертвый объем. В цилиндре поршневого компрессора всегда есть мертвый объем, обусловленный наличием каналов в клапане, которые служат для прохода газа от полости собственно цилиндра до запорных
органов клапана. Так, для нагнетательного клапана мертвым объемом клапана будет объем канала в седле, а для всасывающего клапана — сумма объемов каналов  в ограничителе и полости .

Ранее было показано, что мертвый объем приводит к уменьшению производительности компрессора. Таким образом, чтобы получить максимальную производительность, следует обеспечить минимальный мертвый объем в клапанах. Необходимо помнить, что при установке клапанов в гнезда цилиндра будет образовываться дополнительный мертвый объем между собственно расточкой цилиндра и клапаном.

Малые гидравлические сопротивления проходящему потоку газа. Чем большее гидравлическое сопротивление оказывают клапаны протекающему газу, тем больше будут площадки действительной индикаторной диаграммы  над линией, соответствующей р_н, и подлинней, соответствующей д,_с. Известно, что чем больше будут эти площадки, тем больше будут потери энергии при перемещении газа из полости всасывания в цилиндр и из цилиндра в полость нагнетания. Своевременность открытия и закрытия. Всасывающий клапан в идеальном случае должен открываться, когда давление газа в цилиндре во время процесса обратного расширения сравняется с давлением, а нагнетательный клапан — когда давление газа в цилиндре в процессе сжатия сравняется с давлением р_н.

Закрытие клапанов должно закончиться в момент, когда знак разности давлений газа в клапане изменится на противоположный. Закрытие клапанов в этот момент предотвращает обратный поток газа через клапан. В
первом приближении (для упрощения рассмотрения работы клапана) можно считать, что наиболее благоприятные моменты закрытия клапанов: для всасывающего — вблизи НМТ, для нагнетательного — в окрестности ВМТ.

Своевременность открытия клапана. Причинами запаздывания начала открытия клапана в действительном компрессоре могут быть: сила инерции покоя пластины (пластина, перед тем как начать двигаться, т. е. открывать клапан, покоится на седле), силы прилипания пластины к седлу, сила первоначального натяга  пружины, т. е. сила, с которой пружина давит на пластину, когда последняя находится на седле. Эти силы необходимо преодолеть для того, чтобы пластина начала двигаться от седла.

Преодолеть же эти силы может перепад давления после дополнительного расширения газа в цилиндре (для всасывающих клапанов) или дополнительного сжатия газов (для нагнетательных клапанов). Всасывающий
клапан начнет открываться в точке d, а нагнетательный — в точке b. Запаздывание открытия клапана приводит к увеличению расхода энергии.

Что произойдет, если клапан откроется раньше, чем следует, предоставим рассмотреть самим читателям.

Продолжение>>