12 Изменение производительности компрессоров отжимом всасывающих клапанов.

Если воспрепятствовать закрытию самодействующего всасывающего клапана, то газ, поступивший в цилиндр при ходе всасывания, при обратном ходе поршня будет вытеснен из цилиндра через тот же всасывающий клапан. На этом основаны все разновидности регулирования воздействием на всасывающие клапаны, а именно: полный отжим клапанов, частичный отжим клапанов и отжим клапанов на части хода. При первом способе сжатие в полости цилиндра прекратится полностью и производительность становится равной нулю. Другие два способа дают возможность постепенно изменять производительность, т.е. осуществлять плавное регулирование.

Напишем упрощенное уравнение движения закрывающего органа самодействующих клапанов.

,

где m – масса подвижных частей клапана;

- их ускорение;

f_c – площадь для прохода газа в седле клапана;

Δр – разность давлений в цилиндре и во всасывающем патрубке;

Р_пр – сила действия пружины клапана на закрывающий орган.

Величина Δр может быть определена уравнением

.

Скорость газа в щели клапана W_к может быть выражена как функция скорости движения поршня

, (1)

где F_n – площадь поршня;

С_n – скорость поршня;

f_к – площадь щели клапана.

Скорость поршня зависит от угла поворота кривошипа γ. Эта зависимость для бесконечно длинных шатунов определяется уравнением

. (2)

Выразим потери давления Δp в клапане компрессора в зависимости от угла γ, используя (1) и (2).

;

; (3)

Как видно из уравнения (3), величина Δр зависит от угла поворота кривошипа γ.

Максимальная величина ее будет при γ = П / 2, минимальная при γ = 0 и γ = П.

Приложим к пластине клапана силу N, препятствующую закрытию клапана.

Тогда уравнение движения примет вид

; (4)

Из уравнения (4) следует, что пластина клапана будет закрываться только в том случае, если

. (5)

Если при всех значениях γ неравенство (5) для всасывающего клапана не будет соблюдено, то клапан не закроется. Производительность в этом случае будет равна нулю, так как весь газ, поступивший в цилиндр, будет вытеснен поршнем обратно во всасывающий патрубок.

Полный отжим всасывающих клапанов.

Его осуществляют либо вручную, либо автоматически. Лучное управление используют преимущественно у крупных компрессоров для разгрузки при пуске, а автоматическое – у компрессоров небольшой и средней производительности для ступенчатого регулирования.

Рассмотрим индикаторную диаграмму при регулировании полным отжимом клапанов, в том числе и нагнетательных.

отжат всасывающий клапан в течение всего хода поршня.

1. Отжат нагнетательный клапан в течение всего хода поршня.

2. Номинальная работа компрессора.

Кривая 2 соответствует индикаторной диаграмме компрессора при отжатых в течение всего хода поршня нагнетательных клапанах. В этом случае производительность компрессора так же равна нулю. Сопротивление клапана пропорционально плотности протекающего газа. Следовательно, работа, затрачиваемая на всасывание и вытекание газа из цилиндра в полость нагнетания, будет больше, чем при отжиме всасывающих клапанов. Поэтому отжим нагнетательных клапанов для регулирования не применяется . (и конструктивно его осуществить трубно).

Рассмотрим схему возможного устройства для отжима всасывающих клапанов.

При достижении в системе максимально допустимого давления, газ из ресивера поступает через перепускные устройства регулятора по трубке 1 в камеру 2. Сжатый газ давит на поршень отжимного устройства 3 и, преодолевая сопротивление пружины 4, перемещает его. На стыке поршня 3 укреплена вилка 5, пальцы которой упираются в закрытый орган 6. При перемещении поршня вниз вилка отжимает закрывающий орган, не давая ему закрыться. При падении давления в ресивере вилка 5 под действием пружины 4 перемещается вверх, освобождая пластину клапана.

Если полость цилиндра выполнена с несколькими всасывающими клапанами, предусматривают их одновременный отжим. При многоступенчатом сжатии отжимают всасывающие клапаны всех ступеней.

Удары вилки, часто повторяющиеся, влияют отрицательно на срок службы клапанных пластин и плотность клапана.

В компрессорах, имеющих цилиндры всех ступеней двойного действия, при росте давления сигнала срабатывает одна ступень регулирования и производится отжим всасывающих клапанов одной полости каждого из цилиндров. Производительность при этом снижается до 50%. При дальнейшем росте конечного давления срабатывает II ступень регулирования, производится отжим всасывающих клапанов 2й полости цилиндров и компрессор переводится на холостой ход. При снижении конечного давления включение полостей цилиндров происходит в обратной последовательности.

Следует учитывать, что при отжиме всех всасывающих клапанов с полным прекращением подачи происходит повышение температуры газа, внутренняя энергия которого растет в связи с работой, затрачиваемой на проталкивание через клапаны. У воздушных компрессоров повышение температуры во всасывающем патрубке достигает 150◦С и более.

Поэтому регулирование отжима всасывающих клапанов следует осуществлять только на одной из полостей цилиндров двойного действия или на обоих, но пользоваться им кратковременно.

В случае двухступенчатого однорядного компрессора (при последовательном расположении цилиндров в ряду) или оппозитного (цилиндра в противолежащих рядах) с цилиндрами двойного действия. Одну ступень регулирования осуществляют воздействием на клапаны полости I ступени со стороны вала и II ступени со стороны крышки, а другую – воздействием на клапаны противоположных полостей. Тогда при половинной производительности степень неравномерности вращения компрессора не возрастает.

При отжиме клапанов в течение всего хода поршня в многоступенчатых компрессорах это необходимо производить одновременно во всех ступенях. При отжиме клапанов только на 1^й ступени резко возрастает степень повышения давления в последней ступени, так как в этом случае компрессор будет работать как машина с числом ступеней на единицу меньше, и всю тяжесть работы примет последняя ступень.

При отжиме клапанов в течение всего хода поршня производительность компрессора равна нулю, а на преодоление механических трений и перемещений газа через всасывающие клапаны затрачивается около 20-25% мощности, потребляемой компрессором при номинальном режиме работы.

Регулирование производительности отжимного всасывающих клапанов нашло широкое применение ввиду его простоты. Отжимные устройства используются так же для разгрузки машины при ее пуске.

Частичный отжим всасывающих клапанов

Такой отжим осуществляют, используя устройства для отжима клапанов вручную. При полном отжиме клапана сквозь образовавшуюся щель уходит часть сжимаемого газа и производительность компрессора понижается. Таким образом может быть достигнуто плавное снижение производительности. Наиболее интенсивно утечка газа через щель клапана происходит в конце сжатия и во время нагнетания, поэтому экономичность такого регулирования не намного выше, чем при байпасе после I ступени.

Существенный недостаток данного способа регулирования – значительный рост температуры нагнетания, а также то, что в периоды сжатия и нагнетания тонкие клапанные пластины, прижатые силой давления газа к пальцам отжимной вилки, выгибаются и получают значительные остаточные деформации. При возврате на полную производительность пластины работают плохо, но обеспечивая плотности клапана. Вследствие указанных причин этот вид регулирования не следует применять.