ТАРЕЛЬЧАТЫЙ САМОДЕЙСТВУЮЩИЙ КЛАПАН Российский патент 1996 года по МПК F16K15/02 

Изобретение относится к компрессоростроению и касается газораспределительных органов.

Известен тарельчатый самодействующий клапан с грибками из капрона (Френкель М.И. Поршневые компрессоры, Л. Машиностроение, 1969, с. 331, рис. VII. 39), содержащий запорные органы из капрона в форме грибков, подпружиненные каждый концентрическими пружинами, размещенные в ограничителе подъема грибков. Однако большое количество грибков (9 и более) уменьшает проходное сечение всего клапана, вследствие чего они рекомендованы для компрессоров небольшой производительности и небольшого давления, работающих при низкой температуре нагнетаемого газа.

Известен также тарельчатый самодействующий клапан (там же, рис. VII. 40), содержащий пластину клапана, штампованную из листа и имеющую сферическую опорную поверхность, а седло плавно закругленную уплотняющую кромку и концентрическую пружину, размещенную между тарелкой и ограничителем подъема пластины. Однако этот клапан имеет малое проходное сечение и недостаточно герметичен.

За прототип выбран стандартизованный тарельчатый клапан, содержащий седло с плавно закругленной уплотняющей кромкой, запорную пластину в виде сферической тарели, нагруженную возвратной пружиной концентрического типа в сторону седла, и ограничитель подъема в виде призмы со сквозным входным отверстием в центре и выходными отверстиями в виде сегментов, образованных внутренним диаметром ограничителя подъема и наружными гранями призмы, при этом на внутренней поверхности ограничителя выполнено направляющее углубление под профиль тарели.

Однако этот клапан недостаточно герметичен, так как уплотняющая кромка седла образует по плоскости контакта с тарелью потенциальную щель для возможного перетока газа при обратном ходе поршня. К тому же, площади трех сегментов обратной стороны тарели явно недостаточны, чтобы при наличии разности давлений по обе стороны тарели плотно прижать ее к седлу при том же обратном ходе поршня;
Задача изобретения повышение герметичности.

Эта задача достигается тем, что призма выполнена с основанием в виде гипоциклоиды с тремя ветвями, а диаметр окружности направляющего углубления равен диаметру тарели, при этом на тарели в месте посадки на седло выполнен поясок, а седло выполнено с углублением, ответным пояску.

На фиг. 1 изображен тарельчатый самодействующий клапан, общий вид; на фиг. 2 то же, план; на фиг. 3 тарель, разрез; на фиг. 4 вид по стрелке А на фиг. 3.

Тарельчатый самодействующий клапан содержит седло 1 с плавно закругленной уплотняющей кромкой, запорную пластину 2 в виде сферической тарели, возвратную пружину 3 концентрического типа, нагруженную в сторону седла, ограничитель 4 подъема в виде призмы со сквозным входным отверстием 5 в центре и выходными отверстиями 6 в виде сегментов, образованных внутренним диаметром ограничителя подъема и наружными гранями призмы того же ограничителя подъема, поясок 7 на тарели и углубление 8 в седле под него.

Наружная часть ограничителя подъема 4 имеет в основании призму в виде гипоциклоид с тремя ветвями, а на его внутренней поверхности выполнено направляющее углубление 9 под обратную поверхность тарели. На рабочей поверхности тарели 2 выполнен поясок 7 (например, штамповкой) в месте посадки в седло. Этот поясок может иметь форму полукруга, полуэллипса, полуовала или любой иной обтекаемой формы. В месте посадки тарели в седло выполнено углубление 8, по форме и размерам ответное пояску 7.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Под действием разности давлений снизу и сверху на тарель последняя перемещается вниз (при ходе поршня вниз клапан нагнетательный), закрывая клапан. Однако сила поджатия пружины и сила, действующая на обратную поверхность тарели (за счет разности давлений), оказывается недостаточной для плотного прижатия тарели к седлу, так как "работает" не вся обратная поверхность тарели, а только сегменты, образованные внутренним диаметром ограничителя подъема и наружными гранями призмы. Площадь сегментов можно увеличить, если стороны вписанного треугольника (по прототипу) заменить кривой, например гипоциклоидой с тремя ветвями (Бронштейн И.Н. и др. Справочник по математике. Для инженеров и учащихся ВТУЗов. Пер. с нем. Совм. из-ние: "Тойбнер" Лейпциг и "Наука", М. с. 142, рис. 1, 60-а). Известно, что гипоциклоида это кривая, описываемая точкой, отстоящей на фиксированном расстоянии от центра круга, катящегося без скольжения по данной кривой направляющей. Уравнение ее в параметрической форме:
х (b-a)cos Φ + acos((b-a) Φ /a),
y (b-a)sin Φ asin((b-a) Φ /a), (1)
при b > a; -∞ < Φ < ∞ где b радиус окружности направляющей кривой;
а радиус окружности, катящейся по ней без скольжения.

При m= b/a 3 гипоциклоида приобретает три ветви; при m 4 гипоциклоида называется астроидой.

Если принять радиус тарели равным радиусу окружности направляющей кривой, то площадь тарели в обоих случаях равна:
S₁ S₂ π b²
Разность между этой площадью и площадью, ограниченной гипоциклоидой, будет представлять интерес как площадка, на которую действует разность давлений при обратном ходе поршня. Безусловно, ребро призмы с таким основанием будет достаточно острым, да и по условиям прочности такая острота нецелесообразна. Практически, оно будет выполнено определенной ширины, что несколько уменьшит найденную полезную площадь, но незначительно. Это позволяет согласиться, что форма основания призмы ограничителя подъема в виде гипоциклоиды с тремя ветвями предпочтительна.

При недостаточном прижатии тарели к седлу возможен переток газа по щели, образованной опорной сферической поверхностью тарели и седлом. Для повышения герметичности следует щель заменить лабиринтом, который может быть создан пояском снаружи тарели и ответным углублением в уплотняющей кромке седла. Этот поясок может быть выполнен в форме полукруга, полуэллипса или любым профилем обтекаемой формы. Незначительное уменьшение проходного сечения клапана и увеличение его сопротивления, вызванное пояском на тарели, компенсируется повышением его герметичности.

Тарельчатый самодействующий клапан работает следующим образом (на примере нагнетательного).

При движении поршня компрессора на всасывание газа (при котором работает другая группа клапанов всасывающих) под действием разности давлений по обе стороны тарели 2 последняя будет прижиматься своей сферической поверхностью вместе с размещенным на ней пояском 7, и плавно закругленной уплотняющей кромке седла 1, имеющей углубление 8. Увеличенная за счет создания своеобразных лепестков-ветвей обратная поверхность тарели позволяет эффективнее использовать разность давлений по обе стороны тарели, сила прижатия которой вместе с возвратной пружиной 3 позволяет плотнее прижимать тарель к седлу.

При всасывающем ходе на пути обратного потока газа по возможной щели между наружной поверхностью тарели 2 и уплотняющей кромкой седла 1 воздвигнут барьер в виде пояска 7 на тарели, который утоплен в углубление 8 в седле. Возникший вместо щели лабиринт уменьшает переток газа через тарель. Оба указанных мероприятия повышают герметичность клапана.

При обратном (нагнетательном) движении поршня компрессора тарель клапана, преодолевая силу возвратной пружины 3, приподнимается над седлом 1 до ограничителя подъема 4 в направляющее углубление 9, в результате чего сжатый газ беспрепятственно проходит через нагнетательный клапан в прямом направлении.

Таким образом, создание на пути обратного потока газа большей рабочей поверхности тарели за счет замены сегментов ветвями гипоциклоиды с тремя ветвями, а также применение пояска на наружной поверхности тарели и ответного ему углубления в седле приводит к повышению герметичности клапана.

Использование: в области компрессоростроения. Сущность изобретения: наружная призма ограничителя подъема выполнена в виде гипоциклоиды с тремя ветвями. Диаметр окружности направляющего углубления ограничителя подъема равен диаметру тарели, на которой в месте посадки на седло выполнен поясок. Седло выполнено с углублением, ответным пояску, поперечное сечение которого с основанием на наружной поверхности тарели выполнено полукруглым. 1 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. ТАРЕЛЬЧАТЫЙ САМОДЕЙСТВУЮЩИЙ КЛАПАН, содержащий седло с плавно закругленной уплотняющей кромкой, запорную пластину в виде сферической тарели, нагруженную возвратной пружиной концентрического типа в сторону седла, и ограничитель подъема в виде призмы со сквозным входным отверстием в центре и с выходными отверстиями в виде сегментов, образованных внутренним диаметром ограничителя подъема и наружными гранями призмы, при этом на внутренней поверхности ограничителя подъема выполнено направляющее углубление под профиль тарели, отличающийся тем, что призма выполнена с основанием в виде гипоциклоиды с тремя ветвями, а диаметр окружности направляющего углубления равен диаметру тарели, при этом на тарели в месте посадки на седло выполнен поясок, а седло выполнено с углублением, ответным пояску. 2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что поперечное сечение пояска выполнено полукруглым, с основанием на наружной поверхности тарели.