Конструкции самодействующих клапанов

Клапаны должны оказывать по возможности малое газодинамическое сопротивление потоку протекающего через них газа; иметь развитое проходное сечение; открываться под действием небольшой разности давлений до и после клапана, а в открытом состоянии работать без вибраций подвижных элементов. Отступление от этого требования ведет к увеличению энергии, затрачиваемой на проталкивание газа, и снижению экономичности работы компрессора.

Закрытие клапана (посадка замыкающего элемента на седло) под действием пружинящего элемента должно происходить своевременно, т.е. в момент, когда разность давлений до и после клапана становится равной нулю. Если всасывающий клапан работает с запаздыванием, то часть газа до начала процесса сжатия вытесняется обратно во всасывающую камеру, что приводит к уменьшению производительности и росту удельной работы ступени. При запаздывании с закрытием нагнетательного клапана часть сжатого газа из камеры нагнетания возвращается в рабочую камеру, что приводит к снижению производительности и росту удельной работы. Перетечки газа из-за запаздывания обусловливают так называемую «динамическую неплотность клапана», названную так потому, что она вызвана несовершенством динамики движения пластины клапана.

В закрытом состоянии клапан должен обеспечивать герметичность рабочей камеры. Перетечки газа через закрытый клапан, вызванные недостаточно плотным прилеганием пластины к седлу, обусловливают так называемую «статическую неплотность» клапана, также вызывающую снижение производительности ступени и рост удельной работы.

В современных поршневых компрессорах затраты мощности на преодоление сопротивлений клапанов составляют около 10% от номинальной. В ряде случаев, в частности, в передвижных и специальных (высокого давления) компрессорах эти затраты достигают 20—30% от общей мощности. Снижение этих затрат, учитывая огромный парк поршневых компрессоров в народном хозяйстве страны, является актуальной задачей. Не менее актуальна проблема повышения надежности клапанов. Как показывает опыт эксплуатации поршневых компрессоров, наибольшее число вынужденных их простоев вызвано отказами клапанов.

Создать клапан, полностью отвечающий перечисленным выше требованиям, непросто. При их проектировании трудности возникают по мере увеличения частоты вращения вала, средней скорости поршня, плотности газа, т.е. когда вступают во все большее противоречие требования экономичности и надежности. Многообразие предъявляемых клапанам требований было причиной появления весьма различных конструкций самодействующих клапанов.