Клапан поршневого компрессора Советский патент 1992 года по МПК F04B39/10 

Изобретение относится к компрессоро- строению, а также может быть использовано в других отраслях машиностроения.

Известен клапан поршневого компрессора, содержащий корпус (ограничитель подъема) с равномерно распределенными по окружности гнездами, винтовые цилиндрические пружины, свободно установленные в гнезда при отношении наружного диаметра витков к диаметру гнезда 0,85- 0,95, кольцевую пластину (запорный орган), прижатую к седлу клапана силой упругости деформированных пружин.

К недостаткам данной конструкции клапана следует отнести низкую ремонтопригодность из-за сложности удержания пружин от выпадения из гнезд под действием собственного веса, особенно в случае использования в. качестве седел гильз цилиндров; осевое искривление и смещение пружин относительно оси гнезда, что приводит к повышенному износу наружной боковой поверхности витков; недостаточное смягчение (демпфирование) удара запорного органа об ограничитель силой упругости

деформированных пружин; повышенное свободное пространство клапана за счет объема гнезд под пружины, что приводит к снижению энергетической эффективности клапана (ввиду увеличения мертвого пространства компрессора).

Известен клапан поршневого компрессора, в котором используется способ закрепления винтовых цилиндрических пружин в глухих отверстиях корпуса клапана. В клапане закрепление пружин осуществляется путем защемления в гнезде опорного витка пружины, наружный диаметр которого в свободном состоянии больше диаметра гнезда. В клапане, где используется данный способ, пружины удерживаются от выпадания под действием собственного веса, уменьшается износ боковой поверхности пружин за счет их центрированного положения в гнезде, однако не устраняются другие перечисленные недостатки конструкции клапана.

Наиболее близким к изобретению является клапан.,содержащий седло, ограничитель подъема, расположенный между ними запорный орган, поджатый к седлу цилиндН

Ч

4 ГО СЛ

Ю

рической пружиной. Пружина размещена в гнезде и заключена в неметаллическую Обойму с днищем, обращенным к запорному органу и снабженным демпфирующими лепестками. В данном клапане исключается износ наружной боковой поверхности витков пружины, так как отсутствует возможность ее непосредственного контакта со стенкой гнезда. Кроме того, смягчается удар запорного органа о седло за счет дополнительного демпфирования лепестками, расположенными на днище обоймы.

Недостатками данного клапана являются низкая ремонтопригодность из-за возможности выпадания пружин и обойм из гнезд при монтаже и демонтаже клапана, а также пониженная энергетическая эффективность вследствие сохранения свободного пространства в гнездах.

Целью изобретения является повышение энергетической эффективности за счет уменьшения мертвого объема и повышение ремонтопригодности клапана.

Поставленная цель достигается тем, что в клапане, содержащем седло, ограничитель подъема, расположенный между ними запорный орган, поджатый к седлу цилиндрической пружиной, размещенной в гнезде и заключенной в неметаллическую обойму с днищем, обращенным к запорному органу, пружина зафиксирована в гнезде силой упругости опорного витка, обойма выполнена с внутренним цилиндрическим выступом, а крайний нерабочий виток пружины установлен на выступе с натягом, причем размеры гнезда, выступа и нерабочего витка определены из соотношений

Рва РВП

(си + d)3

1.2N Ed4f

в Н0-с;

,

где DBB диаметр внутреннего цилиндрического выступа обоймы;

Den - внутренний диаметр крайнего нерабочего витка пружины;

d - диаметр сечения витка пружины (ди- эметр проволоки);

N - вес обоймы;

Е - модуль упругости материала пружины;

f - коэффициент трения между обоймой и витком пружины;

а - высота обоймы;

b - высота внутреннего цилиндрического выступа обоймы;

с - глубина гнезда;

Но - свободная высота пружины.

На фиг.1 показана конструкция клапана; на фиг.2 - вид пружины с обоймой перед установкой в клапан; на фиг.З - вид пружины клапана в свободном состоянии.

Клапан состоит из седла 1, корпуса 2 с

гнездами 3 глубиной с, винтовых цилиндрических пружин 4 со свободной высотой Н0, установленных в гнезда, запорного органа 5. Пружина 4 заключена в неметаллическую

обойму 6 высотой а с днищем 7, обращенным к запорному органу 5. Запорный орган 5 прижат к седлу 1 силой упругости деформированных пружин 4. Обойма б выполнена с внутренним цилиндрическим выступом 8,

имеющим высоту Ь. В кольцевом зазоре между стенкой обоймы 6 и выступом 8 размещены рабочие вигки пружины.

У пружины 4 наружный диаметр DH опорного витка 9 выполнен большим диаметра Dr гнезда 3. Силой упругости деформированного опорного витка 9 пружина закреплена в гнезде 3 центрирование по отношению к его оси. Крайний нерабочий виток 10 пружины 4 выполнен с внутренним

диаметром Овл, меньшим диаметра DBB внутреннего цилиндрического выступа 8 обоймы 6 и установлен на нем с натягом, что жестко связывает обойму б с пружиной 4. При этом размеры гнезда 3, обоймы б и

пружины 4 выбраны из следующих соотношений

Рев РВП (Овп + d)3

1.2N

Ed4f

t H0-c;

,

где DBB - диаметр внутреннего цилиндрического выступа обоймы;

Овп - внутренний диаметр крайнего нерабочего витка пружины;

N - вес обоймы;

Е - модуль упругости материала пружи

НЫ; f

коэффициент трения между обоймой и витков пружины;

d-диаметр сечения витка пружины (диаметр проволоки);

а-высота обоймы;

b-высота внутреннего цилиндрического выступа обоймы;

С - глубина гнезда;

Но - свободная высота пружины.

Клапан работает следующим образом.

Под воздействием на запорный орган 5 перепада давления рабочие витки пружины 4 сжимаются и запорный орган 5, отрываясь от седла 1, открывает проход газа в клапане. Вместе с запорным органом 5 обоймы 6,

скользя вдоль стенок гнезда 3, вытесняет из него газ. Из-за малости зазора между обоймой 6 и гнездом 3 давление газа, находящегося между дном гнезда и обоймой, начинает расти, увеличивая сопротивление подъему запорного органа и снижая скорость его перемещения, что смягчает удар запорного органа 5 о корпус 2 клапана, являющийся ограничителем подъема. Благодаря такому демпфированию снижается вероятность разрушения запорного органа от ударных воздействий и, тем самым повышается надежность клапана.

Повышение энергетической эффективности клапана обеспечивается тем, что обойма 6, обладая повышенным объемом благодаря наличию внутреннего цилиндрического выступа 8, уменьшает свободное пространство в клапане и, соответственно, мертвое пространство в камерах сжатия компрессора.

При снижении перепада давления клапан закрывается. Повышенное давление в пространстве между дном гнезда 3 и обоймой 6 способствует более раннему закрытию клапана, что также повышает его энергетическую эффективность.

Нормальному (без перекосов) перемещению обоймы способствует центрированное закрепление пружин А в гнездах 3 усилием деформированного опорного витка 9, наружный диаметр DH которого в свободном состоянии превышает диаметр Dr гнезда 3.

В случае использования в качестве седел гильз цилиндров компрессора, когда первоначально на седло сверху устанавливается запорный орган, а затем корпус клапана, для обеспечения ремонтопригодности необходимо удерживать пружину и обойму в гнездах корпуса, что достигается с помощью упругих сил, возникающих при деформировании крайних верхнего и нижнего витков пружины.

Для удержания обоймы на пружине внутренний диаметр DBn крайнего нерабочего витка 10 выполнен меньшим диаметра DBB внутреннего цилиндрического выступа 8 обоймы и установка крайнего витка на выступ 8 производится с натягом. Возникающая при деформации витка сила упругости вызывает трение его поверхности о стенку выступа обоймы. Выпадание обоймы под действием собственного веса исключается при выполнении следующего соотношения;

Pynpf N,

(D

где Рупр - сила упругости, развиваемая деформированным крайним витком пружины; N - вес обоймы;

f - коэффициент трения между обоймой и витком пружины.

При рассмотрении крайнего витка пружины как плоского разрезного кольца, на- груженного по контуру равномерно распределенной нагрузкой, силу упругости определяют из выражения

-упр16EIAS

3(DBn+d)31

(2)

0

момент инерции сечения витка;

где Овп - внутренний диаметр крайнего нерабочего витка пружины;

D - диаметр сечения витка пружины (ди- аметр проволоки);

Е - модуль упругости материала пружины;

64

Д5 л(0Вв-Овл) - перемещение конца деформированного витка;

DBB диаметр внутреннего цилиндрического выступа обоймы.

5 Подставляя (2) и (1),получаем соотношение геометрических параметров, при выполнении которого обеспечивается удержание обоймы на пружине от выпадения под действием собственного веса:

0

Dee - Овп 1.2N

(Овп + d)3

Удержание пружины с обоймой в гнезде

5 корпуса клапана осуществляется силой упругости деформированного опорного витка 9, диаметр которого в свободном состоянии DH больше диаметра гнезда Dr. Соотношение диаметра выбирают таким образом, что0 бы сила трения, возникающая между сжатым витком и стенкой гнезда, превышала суммарный вес пружины и обоймы.

Перед установкой корпуса 2 клапана на седло 1 пружины 4 закреплены в гнездах 3

5 корпуса и находятся в свободном (недеформированном) состоянии. Для обеспечения гарантированного попадания надетых на пружины обойм в гнезда корпус клапана при сборке, верхняя (торцовая) часть обой0 мы должна находится уже внутри гнезд. Это достигается выполнением свободной высоты пружины Но, глубины гнезда С и высоты цилиндрического выступа обоймы Ь при следующем размерном соотно5 шении: .

Для надежной и эффективной работы клапана необходимо исключить возможность удара обоймы о крайний виток 8 пружины и обеспечить полное утопание обоймы в гнезде 3 при нахождении запорного органа 5 в крайнем верхнем положении (на ограничителе). Это достигается при выполнении следующего соотношения между высотой обоймы а, глубиной гнезда с и диаметром сечения витка пружины (диаметром проволоки)

Таким образом, выполнение обоймы, гнезда и нерабочих витков пружины при определенных размерных соотношениях позволяет повысить ремонтопригодность клапана, обеспечив при этом его высокую надежность.

Испытания компрессора проводят на стандартных режимах на калориметрическом стенде (для определения энергетической эффективности) и на стенде паровое кольцо (для установления показателей надежности клапана).

В результате испытаний было установлено: повышение холодопроизводительно- сти компрессора на 1%; повышение наработки на отказ клапана на 20%; удовлетворительная ремонтопригодность клапана.

Формула изобретения Клапан поршневого компрессора, содержащий седло, ограничитель подъема, расположенный между ними запорный орган, поджатый к седлу цилиндрической пружиной, размещенной в гнезде и заключенной в неметаллическую обойму с днищем, обращенным

0

к запорному органу, отличающийся тем. что, с целью повышения энергетической эффективности и ремонтопригодности клапана, пружина зафиксирована в гнезде силой упругости опорного витка, обойма выполнена с внутренним цилиндрическим выступом, а крайний нерабочий виток пружины установлен на выступе с натягом, причем размеры гнезда, обоймы и пружины определены из соотношений

DBB - DB

, 1.2N

(Овп + d)3

b H0-c;

,

где DBB - диаметр внутреннего цилиндрического выступа обоймы;

Den - внутренний диаметр крайнего нерабочего витка пружины;

d - диаметр сечения витка пружины;

N - вес обоймы;

Е - модуль упругости материала пружины;

f - коэффициент трения между обоймой и витком пружины;

а - высота обоймы;

b - высота внутреннего цилиндрического выступа обоймы;

с - глубина гнезда;

Но - свободная высота пружины,

Сущность изобретения : цилиндрическая пружина клапана размещена в гнезде и заключена в неметаллическую обойму с внутренним цилиндрическим выступом. Пружина зафиксирована в гнезде силой упругости опорного витка, а на выступе крайний нерабочий виток пружины установлен с натягом. 3 ил.

Фиг. Ј