Самодействующий сферический тарельчатый клапан

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ САМОДЕЙСТВУЮЩИЙ СФЕРИЧЕСКИЙ ТАРЕЛЬЧАТЫЙ КЛАПАН(71) Заявитель Учреждение образования Могилевский государственный университет продовольствия(72) Авторы Игнатов Борис Иванович Забелов Андрей Павлович Маршалко Дмитрий Максимович(73) Патентообладатель Учреждение образования Могилевский государственный университет продовольствия(57) 1. Самодействующий сферический тарельчатый клапан, содержащий седло, ограничитель подъема, имеющий каналы для прохода газа, запорный орган в виде сферической тарелки, пружину, лепестки пружины и регулирующий винт, отличающийся тем, что плоская пружина имеет нелинейную характеристику с прямым перескоком при открывании клапана и обратным перескоком при закрывании. 2. Самодействующий сферический тарельчатый клапан по п. 1, отличающийся тем,что упругие лепестки пружины являются балками равного сопротивления. 3. Самодействующий сферический тарельчатый клапан по п. 1, отличающийся тем,что количество лепестков может быть от трех до восьми. 4. Самодействующий сферический тарельчатый клапан по п. 1, отличающийся тем,что края пружины по контору отбортованы. 5. Самодействующий сферический тарельчатый клапан по п. 1, отличающийся тем,что регулирующий винт в месте соединения с лепестками пружины имеет диаметр больше, чем диаметр окружности свободных концов лепестков. 6. Самодействующий сферический тарельчатый клапан по п. 1, отличающийся тем,что ограничитель подъема имеет вставку в виде кольца из упругого материала. 7. Самодействующий сферический тарельчатый клапан по п. 1 или 2, отличающийся тем, что ограничитель подъема имеет систему каналов. 92392013.06.30 8. Самодействующий сферический тарельчатый клапан по пункту 1, отличающийся тем, что седло имеет плавно закругленную уплотняющую кромку, которая вместе со сферической тарелкой образует диффузор. Полезная модель самодействующего сферического тарельчатого клапана относится к компрессоростроению и касается газораспределительных узлов поршневых компрессоров. Известна конструкция самодействующего дискового клапана, содержащего седло, ограничитель подъема, имеющий каналы для прохода газа, пружину и закрывающий орган в виде плоского диска 1. В данной конструкции поток газа в щели открытого клапана совершает поворот потока газа примерно на девяноста градусов, что приводит к повышенным газодинамическим потерям энергии. Другим недостатком в конструкции дискового клапана является применение винтовой пружины, которая имеет линейную характеристику. Клапан с такой пружиной на нерасчетных режимах работы компрессора функционирует с повышенными потерями энергии и при повышенных ударных усилиях закрывающего диска о седло в момент закрытия клапана. Это снижает надежность компрессорной машины. Известна конструкция тарельчатого клапана, содержащая седло с ограничителем подъема, имеющим каналы для прохода газа, запорный орган в виде грибка и винтовую пружину с линейной характеристикой 2. Недостатками такого клапана являются применение пружины с линейной характеристикой, что ограничивает возможность увеличения числа оборотов коленчатого вала компрессора, а также сложная конструкция запорного органа в виде грибка. Запорный орган такой конструкции сложно изготовить из металла и просто изготовить из пластических материалов методом литья под давлением. Клапаны с запорным органом из полимерных материалов могут нормально функционировать только при небольших перепадах давления. Наиболее близкой к заявляемой модели является конструкция самодействующего сферического тарельчатого клапана, состоящая из седла, ограничителя подъема, запорного органа в виде сферической тарелки и винтовой пружины 3. Основным недостатком этого самодействующего клапана является применение в его конструкции винтовой цилиндрической пружины с линейной характеристикой. Повышение работоспособности такого клапана достигается увеличением жесткости пружины и уменьшением величины подъема закрывающего органа (тарелки), то есть снижением проходного сечения в открытом клапане. Последнее приводит к увеличению скорости газа в щели клапана и повышенным газодинамическим потерям энергии, что снижает экономичность работы компрессора. Закрытие клапана при жесткой пружине сопровождается повышенными ударными нагрузками тарелки о седло, которое нередко приводят к разрушению закрывающего органа. Задачей полезной модели является повышение экономичности и надежности самодействующего клапана. Поставленная задача достигается тем, что самодействующий сферический тарельчатый клапан, содержащий седло, ограничитель подъема, имеющий каналы для прохода газа, запорный орган в виде сферической тарелки, пружину, лепестки пружины и регулирующий винт, отличается тем, что плоская пружина имеет нелинейную характери 2 92392013.06.30 стику с прямым перескоком при открывании клапана и обратным перескоком при закрывании. Упругие лепестки пружины являются балками равного сопротивления. Также количество лепестков в пружине может быть от трех до восьми. Возможно, чтобы края пружины по контору были отбортованы. Также регулирующий винт в месте соединения с лепестками пружины может иметь диаметр больше, чем диаметр окружности свободных концов лепестков. Также ограничитель подъема может иметь вставку в виде кольца из упругого материала и систему каналов. Возможно, чтобы седло имело плавно закругленную уплотняющую кромку, которая вместе со сферической тарелкой образует диффузор, позволяющий скоростной напор потока газа через щель преобразовывать в давление. Сущность полезной модели поясняется фигурами. На фиг. 1 изображена конструкция самодействующего сферического тарельчатого клапана, на фиг. 2 - плоская пружина, на фиг. 3 - нелинейная характеристика упругости пружины. Самодействующий сферический тарельчатый клапан содержит седло 1, ограничитель подъема 2 с каналами для прохода газа 3, закрывающую деталь в виде сферической тарелки 4, плоскую пружину 5 с нелинейной характеристикой упругости, регулирующий винт 6, вставку 7 из упругого материала. Пружина 5 состоит из нескольких лепестков 10 (фиг. 2). Каждый лепесток представляет собой балку равного сопротивления. Количество лепестков в зависимости от требуемой упругости пружины может быть от трех до восьми. Для увеличения жесткости контура пружины наружный край 11 отбортован. В качестве пружины используется плоская пружина с нелинейной характеристикой,которая в открытом клапане находится в неустойчивом состоянии. Характеристика пружины на участках 0-12 и 15-16 имеет повышенную жесткость. Функционирование всасывающего клапана происходит в такой последовательности. При движении поршня к нижней мертвой точке сначала расширяется газ, оставшийся в мертвом пространстве цилиндра. Затем давление в цилиндре становится меньше давления в объеме перед клапаном. Под действием разности давлений клапан начинает открываться. Для того чтобы плоская пружина 5 была прикреплена к регулирующему винту 6 более тщательно, необходимо, чтобы регулирующий винт 6 в месте соединения с лепестками пружины 5 имел диаметрбольше, чем диаметрокружности свободных концов лепестков. Так как перепад давления на клапане быстро увеличивается из-за увеличения скорости поршня, усилие пружиныбыстро достигает точки 13 (фиг. 3). Затем происходит прямой перескок в точку 15, и при дальнейшем увеличении усилияпружина переходит в неустойчивое состояние и удерживается в этом положении действием потока газа через клапан. Для того чтобы исключить повышенные ударные нагрузки на тарелку в момент касания ограничителя подъема, ограничитель имеет вставку 7 из упругого материала. При подходе поршня к нижней мертвой точке скорость потока газа уменьшается из-за снижения скорости поршня. Вследствие этого уменьшается давление потока газа на тарелку и усилие пружиныизменяется по кривой 16-14. Клапан начинает закрываться. При этом движение тарелки клапана тормозится уменьшающимся потоком газа. Из точки 14 происходит обратный перескок пружины в положение 12. На участке 0-12 характеристика пружины имеет повышенную жесткость, и клапан закрывается при тормозящем действии потока газа в нижней мертвой точке положения поршня. Нагнетательный клапан функционирует аналогично. Открытие этого клапана начинается в тот момент времени, когда скорость поршня близка к максимальной. Поэтому при быстром открытии клапана возможны сильные удары тарелки по ограничителю подъема. Для снижения ударных сил в момент посадки тарелки на ограничитель подъема он имеет вставку 7 из упругого материала. 3 92392013.06.30 Седло имеет плавно закругленную уплотняющую кромку 8. В открытом клапане щель 9, образованная двумя радиусами, представляет собой диффузор, в котором скоростной напор потока газа на выходе из щели преобразуется в давление. Это уменьшает газодинамические потери энергии при проходе газа через клапан. Рассмотренный процесс взаимодействия потока газа через клапан и движения тарелки под действием пружины с нелинейной характеристикой позволил примерно в 1,5-2,0 раза увеличить величину подъема тарелки в открытом клапане. При этом увеличивается площадь прохода в щели открытого клапана и снижаются газодинамические потери энергии вследствие снижения скорости газа в щели. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4