Требования к клапанам (продолжение)
Требования к клапанам (продолжение)
Своевременность закрытия клапана. Запаздывание закрытия клапанов — наиболее частое явление. Причинами запаздывания посадки пластины на седло, т. е. закрытия клапана, являются: сила инерции пластины, сила прилипания пластины к ограничителю и сила сопротивления газа движению пластины. Пружина помогает клапану закрываться — это и есть основное назначение пружины в клапане.
Запаздывание закрытия клапана приводит к потерям производительности, а в ряде случаев и к энергетическим потерям. Действительно, если всасывающий клапан закрывается позже, то часть газа будет выталкиваться поршнем через еще не закрытый клапан. Это выталкивание газа из цилиндра обратно в полость всасывания будет происходить до момента закрытия клапана. Таким образом, часть газа, которая всасывается в цилиндр
и которая могла бы быть подана потребителю, если бы клапан закрывался вовремя, выходит из цилиндра обратно. При этом производительность компрессора уменьшается.
Аналогичную картину имеем при запаздывании закрытия нагнетатель ного клапана. От ВМТ поршень движется к НМТ, рабочая полость цилиндра увеличивается, и газ, ранее перемещенный из цилиндра в полость нагнетания, будет входить обратно в цилиндр до тех пор, пока клапан не закроется. При этом компрессор всасывает газа меньше, чем в случае, когда клапан закрывается своевременно. Запаздывание закрытия нагнетательного клапана приводит к увеличению объема газа (который будет расширяться в цилиндре от давления рн до давления ръс), т. е. к увеличению потери производительности, обусловленной процессом обратного расширения.
Рассматривая запаздывание закрытия клапанов, следует помнить, что материалы пластины клапана и седла обладают упругими свойствами и после удара пластины о седло возможен отскок пластины. Отскок пластины приводит к тому, что запаздывание полного закрытия клапана увеличивается. При работе действительного компрессора встречаются случаи, когда пластина подходит к седлу вблизи мертвой точки, но последующий
отскок пластины от седла приводит к большому запаздыванию закрытия клапана.
Плотность в закрытом состоянии. Плотность клапанов зависит главным образом от качества изготовления и может нарушаться вследствие деформации седла и пластин под действием остаточных напряжений. При изучении действительного одноступенчатого компрессора было установлено, что неплотности в закрытом состоянии как всасывающих, так и нагнетательных клапанов приводят к потерям производительности и ухудшению энергетических характеристик. Неплотности всасывающих и нагнетательных клапанов вызывают также нарушения теплового режима компрессора, так как в этом случае может резко возрасти температура нагнетания. В самом деле, если всасывающий клапан неплотен, то во время процессов сжатия и нагнетания горячий газ из цилиндра будет поступать в полость всасывания, увеличивая температуру газа в последней. Газ, всасываемый в последующем рабочем цикле, таким образом, будет иметь более высокую температуру, что приведет к увеличению температуры в конце сжатия. Такое явление будет повторяться, температура конца сжатия будет постепенно повышаться и может достигнуть недопустимых значений.
Аналогичный процесс последовательного повышения температуры конца сжатия будет иметь место и при неплотностях нагнетательных клапанов, так как в процессе всасывания горячий газ через неплотности будет проникать в цилиндр и увеличивать температуру газа в конце всасывания, т. е. в начале сжатия.
Обычно неплотности клапанов определяют путем измерения времени, необходимого для фиксированного изменения давления газа в емкости известного объема, когда это изменение давления обусловлено утечками
газа через закрытый клапан. Неплотности клапана принято выражать условным зазором б в микрометрах. Условным зазором называют такой зазор по всему периметру пластин клапанов, расход газа через который
равен расходу газа через неплотности закрытого клапана. Допустимые значения для разных типов клапанов составляют 0,25… 1,0 мкм. Надежность, долговечность и взаимозаменяемость. Надежность особенно важна, так как клапаны чаще, чем другие элементы компрессора, выходят из строя. Такое положение объясняется большими нагрузками, возникающими прежде всего в запорном органе — пластине. На пластину действует перепад давления, который изгибает ее в то время, когда клапан закрыт. Фаза открытия клапана заканчивается ударом пластины об ограничитель подъема, а фаза закрытия — ударом пластины о седло. Энергия удара, а значит, и напряжения в пластине зависит от массы пластины и скорости ее движения в момент удара. Напряжения в пластине в моменты ударов будут тем меньше, чем меньше масса пластины и скорости посадки
пластины на седло или ограничитель. Пластина ударяется об ограничитель подъема большей поверхностью, чем о седло, так как контакт пластины с седлом осуществляется только по уплотняющим кромкам небольшой ширины. Поэтому допустимые скорости посадки на седло много меньше, чем на ограничитель. Допустимые значения скорости пластины в момент удара об ограничитель для разных типов клапанов различны и на ходятся в пределах 8… 10 м/с. На практике принято оценивать допустимое значение средней скорости пластины на фазе открытия, т.е. на пути от седла до ограничителя, значением 3 м/с, а среднюю скорость на фазе закрытия — 1 м/с.
Долговечность клапанов зависит от качества материалов, из которых изготовлены пластины, пружины и седла, от качества изготоачения, от рода сжимаемого компрессором газа. Большое влияние на долговечность работы клапанов оказывает чистота сжимаемого газа. Наличие капельной влаги и масла в газе уменьшает срок работы клапанов. Увеличение высоты подъема пластины обычно сопровождается уменьшением срока работы клапана.
Требование взаимозаменяемости, предъявляемое к клапанам, не нуждается в дополнительных пояснениях.
Взаимосвязь между требованиями к клапанам. Все требования, предъявляемые к клапанам, невозможно выполнить одновременно, так как некоторые из них связаны друг с другом и могут противоречить друг другу. Так, гидравлические сопротивления и надежность клапана связаны друг с другом. С увеличением высоты подъема клапанных пластин возрастают проходное сечение в щели клапана, его эквивалентная площадь и экономичность компрессора, но срок службы клапана при этом уменьшается, так как скорости посадки пластины на ограничитель и седло могут оказаться большими, т. е. будут возникать значительные напряжения от ударов в момент посадки пластины.
Еще один пример. Повысить экономичность работы компрессора можно путем установки клапана с большим проходным сечением. Однако при этом мертвый объем клапана увеличивается, т. е. возрастают удельная металлоемкость и габаритные размеры компрессора.