8. Газораспределение в поршневом компрессоре

Современные компрессоры снабжаются самодействующими пластинчатыми клапанами, открывающимися автоматически под действием разности давлений с двух сторон пластины. Конструктивный расчет элементов клапана сводится к определению проходных сечений для пропуска газа и параметров пружин, с последующей проверкой на прочность и удельное давление на пластину. Здесь рассмотрим лишь вопросы, связанные с практикой эксплуатации компрессорных клапанов.

Разность давлений, действующих на пластину клапана непостоянна, при открытии она наибольшая, а после открытия она изменяется в зависимости от скорости движения поршня. Для поддержания клапана в открытом состоянии необходима разность давлений достаточная, чтобы преодолеть массу пластины и силу давления пружины.

(102)

где G_кл – масса клапанной пластины (для вертикально расположенных пластин в прямоточном клапане не учитывается); F_пр – сила сжатия пружины; f_пл = πd_срb – площадь пластины; d_ср – средний диаметр; b – ширина пластины под седлом клапана.

При открытом клапане эта разность уравновешивается скоростным давлением газа, протекающего под пластиной, которое определяется по выражению

(103)

где w_щ – скорость движения газа через щель между пластиной и седлом; ρ – плотность газа в щели; ξ – коэффициент местных сопротивлений при протекании газа через щель, ξ =0,03-0,08.

Приравняв выражения (102) и (103), получим

. (104)

Отсюда видно, что при открытом клапане сила сжатия пружины и вес пружины уравновешиваются скоростным давлением потока газа. Для всасывающего клапана в формулу (104) необходимо подставить скорость в щели, соответствующую максимальной скорости движения поршня, которая при достаточно большой длине шатуна принимается равной

(105) где п –частота вращения вала компрессора, об/с; r – радиус кривошипа; F_п –площадь поршня; f_щ – площадь щели под пластиной клапана; α - коэффициент поджатия струи газа при истечении.

Во избежание чрезмерного нагрева газа, проходящего через щель и пластины клапана, скорость газа не должна превышать 60м/с. Отсюда получается, что удельное давление на пластину клапана должно быть в пределах 1000-2000 Н/м², при этом удельное давление от силы тяжести самой пластины составляет 150-200 Н/м² (т.е. стальная пластина толщиной не более 2,6 мм), а удельное давление сжатия пружины должно быть порядка 850-1800 Н/м².

Удельное давление на пластину нагнетательного клапана допускают до 500-600 Н/м². Предварительное давление пружины на пластину при закрытом клапане должно составлять 0,2-0,5 от максимального, т.е. при полностью сжатой пружине.

При эксплуатации поршневых компрессоров для уменьшения скорости движения газа под клапанной пластиной, уменьшения потерь на дросселирование, а также во избежание сильного нагрева клапана необходимо применять легкие клапанные пластины и по возможности слабые пружины. С другой стороны, пружины должны быть достаточно сильными, чтобы обеспечить своевременное закрытие клапана.

Уменьшение запаздывания закрытия нагнетательного клапана влияет не только на производительность компрессора, но и на долговечность его работы. Поскольку падение давления по ходу поршня при расширении происходит более круто, чем рост давления при сжатии, то чем больше запаздывание, тем больший силы удар при закрывании клапана.

Перед установкой клапаны в собранном виде проходят проверку на герметичность путем заливки в них керосина. При испытании в течение 5 минут допускается просачивание керосина: 5 капель для однопластинчатого клапана, 14 капель для двухпластинчатого, 20 капель для трехпластинчатого и 32 капли для четырехпластинчатого.