Всмоктуючий клапан осьового поршневого компресора - патент України 2160382 - Іверсен франк Хольм (dk)
Клапан може бути використаний в компресорах поршневого типу. Блок циліндрів компресора покритий зверху клапанної дошкою з отворами для всмоктувального клапана і розвантажувального клапана. Пластинчасту пружину всмоктуючого клапана фіксують на одному кінці так, що її зафіксована частина розташована між клапанної дошкою і блоком циліндра. З протилежного боку пружини розташована запірна частина, яка закриває отвір всмоктуючого клапана. Середня частина пружини розташована по суті поза поперечного перерізу циліндра. У зоні стінки циліндра, зверненої до зафіксованої частини пружини, розташований стопор для пластинчастої пружини всмоктуючого клапана. Така конструкція дозволяє забезпечити оптимальне наповнення циліндра і, отже, поліпшити ефективність компресора, що особливо бажано для холодильних компресорів. 9 з.п. ф-ли, 7 мул.
Малюнки до патенту України 2160382
Винахід стосується всмоктуючому клапану осьового поршневого компресора, блок циліндрів якого покритий зверху клапанної дошкою, що має отвори усмоктувального клапана і розвантажувального клапана, що містить пластинчасті пружину, зафіксовану на одному кінці так, що її зафіксована частина розташована між клапанної дошкою і блоком циліндрів, на іншому наприкінці закриває отвір всмоктуючого клапана запірної частиною, що має середню частину, яка з'єднує ці частини, і при відкритті всмоктувального клапана взаимодейств ующую зі стопором, розташованим на блоці циліндрів.
У відомому клапані такого типу (заявка на патент США A-2 908 287) зафіксована частина пластинчастої пружини з одним зафіксованим кінцем розташована в безпосередній близькості до циліндра. Запірна частина розташована на іншому кінці пружини і взаємодіє зі стопором. У цьому випадку середня частина проходить поверх значної частини діаметра циліндра.
При знаходженні всмоктуючого клапана у відкритому положенні, коли газ всмоктується в циліндр, пластинчаста пружина відігнута вниз. У цьому місці потік газу відхиляється від отвору всмоктуючого клапана до стінки циліндра. При зіткненні зі стінкою циліндра газ нагрівається і розширюється. Через опір течією і нагрівання кількість газу, яке може надходити в циліндр під час ходу всмоктування компресора, зменшується.
Метою даного винаходу є створення всмоктувального клапана, тип якого описаний у вступній частині та який дозволяє забезпечити оптимальне заповнення циліндра і, таким чином, підвищити ефективність компресора, що особливо бажано для холодильних компресорів.
У відповідно до даного винаходу ця мета досягається тим, що середня частина пружини розташована по суті поза поперечного перерізу циліндра, а стопор розташований в зоні стінки циліндра, зверненої до зафіксованої частини пружини.
У цій конструкції на початку переміщення відкриття характеристика є слабкою, оскільки пластинчатая пружина може деформуватися по довжині середньої і запірної частин. Але як тільки пружина досягає стопора, характеристика відкриття стає жорсткішим, так як тільки лише запірна частина пружини може ще переміщатися. Тому новий всмоктуючий клапан може відкриватися швидше і ширше, ніж відомі до теперішнього часу клапани. Отже, заповнення циліндра при ході всмоктування компресора збільшено. І навпаки, при знаходженні всмоктуючого клапана в повністю відкритому положенні він завдяки своїй значній жорсткості закривається швидше і, таким чином, запобігає зворотний потік газу. Це також призводить до збільшення заповнення циліндра, і, отже, до збільшення ефективності компресора. Більш того, з'явилася можливість розраховувати окремі частини пластинчастої пружини в точній відповідності з їх призначенням, тобто зафіксовану частина - відповідно до функцією кріплення, середню частину - відповідно до функцією вигину, а запірну частину - відповідно до функцією закриття. Таким чином, отриманий клапан, в якому поєднуються переваги жорсткого клапана і нежорсткого клапана.
Крім того, запірна частина утворює з клапанної дошкою кут, вершина якого знаходиться поблизу стінки циліндра і який розширюється в бік центру циліндра. Отже, газ надходить безпосередньо в середню частину циліндра, при цьому необхідність в початковому відхиленні газу від стінки циліндра відсутня. Це призводить до зменшення нагрівання газу, а, отже, і до поліпшення наповнюваності циліндра.
Під час ходу стиснення також є поліпшення. Тепер, коли на шляху газу, що випускається через розвантажувальний клапан, відсутня перешкода у вигляді пластинчастої пружини всмоктуючого клапана, оскільки в камері циліндра розташована по суті тільки її запірна частина, представляється можливим створити щодо великий отвір розвантажувального клапана.
В кращою конструкції на торцевій поверхні блоку циліндрів виконана виїмка для розміщення середній частині пружини, обмежена похилим укосом, провідним до циліндра. Укіс забезпечує можливість розміщення зафіксованої частини пружини на деякій відстані від циліндра, але так, щоб середня частина пружини зберігала можливість руху. Стопор утворений цим схилом.
Нахил укосу переважно є постійним по всій його довжині. Стопор відповідно до лінії вигину пластинчастої пружини виконаний на кінці укосу, зокрема в точці перетину укосу і стінки циліндра.
В іншому варіанті виконання, що володіє тими ж перевагами, нахил укосу збільшується в сторону циліндра, починаючи з малої величини. При такій конструкції стопор середній частині пружини зміщується при переміщенні відкриття з одного кінця укосу до його іншого кінця. Під час цього переміщення активна ділянка середньої частини поступово стає коротшим. Тому характеристика відкриття поступово стає жорсткішим.
Також бажано зафіксована частина пружини має щонайменше два відігнутих язичка, які входять в отвори в клапанної дошці і / або блоці циліндрів. Цим забезпечується точність положення пластинчастої пружини навіть в зоні сідла клапана. Тому запірна частина може мати меншу поверхню, яка виступає лише в невеликому ступені за межі отвору всмоктуючого клапана. Це також покращує заповнення циліндра.
Кращим є і те, що пластинчатая пружина в зоні середньої частини вигнута в напрямку відкриття. Тому всмоктувальний клапан при ході стиснення поршня закритий, але відкритий під дією своєї власної сили пружності, коли поршень досягає верхньої мертвої точки. Тому всмоктування газу може починатися з самого початку ходу всмоктування. Крім того, попереджено прилипання запірної частини до сідла всмоктуючого клапана.
Кращою є конструкція, в якій запірна частина у відкритому положенні нахилена під кутом щонайменше 15 o до клапанної дошці. У цьому випадку втрати на відхилення підтримуються невеликими.
Переважно між вхідним шумоглушників і отвором всмоктуючого клапана розташований канал, що проходить похило до осі циліндра в потрібному напрямку відкриття запірної частини. Завдяки цьому зменшено втрати на відхилення і підвищена ефективність.
Проекція отвору всмоктуючого клапана на поперечний переріз отвору циліндра переважно частково розташована поза зазначеного перетину. Завдяки цьому з'явилася можливість створення компресорів навіть порівняно малого розміру з великими отворами всмоктуючих клапанів. Проте для розвантажувального клапана залишається досить місця. Крім цього, підведення всмоктуваного газу до компресора здійснюється під нахилом, відповідним напрямку відкриття запірного елемента.
Ще однією перевагою є те, що отвір всмоктуючого клапана проходить через клапанну дошку під кутом, так що його вісь нахилена по відношенню до осі циліндра. Завдяки цьому нахилу отвори усмоктувального клапана газ, що надходить із вхідного шумоглушника компресора, входить в циліндр без істотних змін напрямку руху. Завдяки цьому поліпшені заповнення циліндра і ефективність компресора.
Нижче наведено докладний опис винаходу з посиланням на кращі варіанти виконання, зображені на кресленнях, на яких:
фіг. 1 зображує в розібраному вигляді блок циліндрів і клапанну дошку, між якими розташовані прокладка ущільнювача і пластинчаста пружина всмоктуючого клапана,
фіг. 2 зображує місцевий вид зверху торцевої поверхні блоку циліндрів, і
фіг.3 - 7 зображують місцеві розрізи зони всмоктуючого клапана в різних робочих станах.
На фіг.1 показаний блок 1 циліндрів, що має циліндр 2, виконаний у вигляді отвору, чотири отвори 3 для перехожих через них кріпильних гвинтів, газовий канал 4 з боку тиску і виїмку 5, яка в напрямку до циліндру 2 обмежена пологим схилом 6. Клапанна дошка 7 має отвір 8 всмоктуючого клапана і отвір 9 розвантажувального клапана. Між блоком 1 та дошкою 7 розташована ущільнююча прокладка 10, що має отвір 11, що збігається з циліндром 2 і має подовжену частину 12, і виїмку 13, яка зі зворотного боку прокладки 10 має виступ, що входить в частину виїмки 5.
Пластинчаста пружина 15 всмоктувального клапана має зафіксовану частина 16, вставлену в виїмку 13 і міцно утримується дошкою 7, запірну частину 17, виконану з можливістю закриття отвори 8, і середню частину 18, яка з'єднує частини 16 і 17 один з одним. На зафіксованої частини 16 є два поперечних відігнутих догори язичка 19, що входять в додаткові отвори в дошці 7 і точно фіксують положення пружини 15.
Укіс 6 обмежений кількома сторонами, що примикають один до одного під деяким кутом, так що утворені межі, що утворюють стопори 20, 21 і 22, причому останній з вказаних стопорів, стопор 22 розташований в місці, де укіс 6 з'єднаний зі стінкою 23 циліндра. Крім того, пластинчаста пружина всмоктуючого клапана вигнута під деяким кутом в напрямку відкриття в зоні частини 18, а саме на згині 24.
На фіг.2 положення отворів 8 і 9 показані штриховими лініями. Очевидно, що газ під тиском, що виходить через отвір 9, які не зустрічає перешкоди з боку пружини 15. З фіг. 3 видно, що в зоні отвору 8 розташоване сідло 25 клапана, яке, в свою чергу, оточене кільцевої канавкою. Отвір 8 частково розташоване поза поперечного перерізу циліндра 2, а його осьова лінія розташована похило по відношенню до осі циліндра. Примикає канал 26 вхідного шумоглушника також проходить похило. Для забезпечення вільного входження газу в місці переходу від стінки 23 до торцевій стінці блоку 1 може бути виконана похила поверхня 27.
На Фіг.3 - 7 показані різні положення клапана в залежності від ходу поршня 28. Напрям переміщення поршня показано стрілкою K.
На Фіг.3 показаний хід стиснення, коли поршень 28 рухається, вгору. Тиск P2 в робочій камері поршня значно більше тиску P1 з боку входу. Тому частина 17 притиснута до сідла клапана, і всмоктуючий клапан щільно закритий.
На фіг.4 показано положення, при якому досягнута верхня мертва точка. Тиску P1 і P2 рівні між собою. При зміні напрямку руху пружина 15 просто знаходиться під дією зусилля, викликаного наявністю згину 24. Під впливом цього пружного зусилля всмоктуючий клапан злегка відкривається, так що при подальшому ході всмоктування газ з самого початку може надходити в циліндр 2.
На фіг. 5 показано положення початку ходу всмоктування. Запірний елемент 17 силою всмоктування циліндра 2 відхиляється до тих пір, поки пружина 15 не впреться в стопор 20. Характеристика клапана, яка до сих пір була слабкою, стає жорсткішим, так як вільний кінець пружини 15 стає коротшим. Частина 17 досягає певного положення відкриття, яке в той момент, коли поршень рухається ще порівняно повільно, є достатнім. Потік всмоктуваного газу показаний стрілкою S.
На фіг.6 показано положення, при якому частина 17 просунулася ще далі від сідла клапана. Пружина 15 тепер лежить на стопорі 21. Характеристика клапана стала ще жорсткішою.
На фіг.7 показано, нарешті, положення, в якому пружина 15 відхилена на найбільшу відстань. Тепер пружина спирається на стопор 22, так що характеристика клапана стала ще жорсткішою. Внаслідок цього, коли поршень змінює напрямок руху в нижній мертвій точці, закриття всмоктувального клапана сприяє поворотна пружність пластинчастої пружини, і тому втрати під час ходу стиснення відсутні.
При знаходженні всмоктуючого клапана в положенні найбільшого відкриття (фіг. 7) частину 17 знаходиться під кутом приблизно 45 o. тобто більше 15 o. до дошки 7. Канал 26, по якому проходить усмоктуване газ, і отвір 8 мають однаковий нахил по відношенню до дошки 7. Вони також мають те ж саме радіальний напрямок, що і пружина 15. У результаті усмоктуване газ S входить в циліндр 2 практично безперешкодно і доходить в ньому до зони осі циліндра без попереднього підігріву, що виникає внаслідок надлишкового контакту з гарячими стінками циліндра.
У багатьох випадках наявність єдиного стопора, наприклад стопора 22, було б достатньо для підтримки пружини 15, як показано на фіг. 1. З іншого боку, нахил укосу може також безперервно змінюватися, з тим щоб і характеристика пластинчастої пружини змінювалася поступово.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Всмоктуючий клапан осьового поршневого компресора, блок циліндрів якого покритий зверху клапанної дошкою, що має отвори усмоктувального клапана і розвантажувального клапана, що містить пластинчасті пружину, зафіксовану на одному кінці так, що її зафіксована частина розташована між клапанної дошкою і блоком циліндрів, на іншому кінці закриває отвір всмоктуючого клапана запірної частиною, що має середню частину, яка з'єднує ці частини, і при відкритті всмоктувального клапана взаємодіє зі стопором, розташованим на блоці циліндрів, що відрізняється тим, що середня частина (18) розташована по суті поза поперечного перерізу циліндра, а стопор (20, 21, 22) розташований в зоні стінки (23) циліндра, зверненої до зафіксованої частини (16) пружини.
2. Всмоктуючий клапан по п.1, що відрізняється тим, що на торцевій поверхні блоку (1) циліндрів виконана виїмка (5) для розміщення середній частині (18) пружини, обмежена похилим укосом (6), провідним до циліндра (2).
3. Всмоктуючий клапан по п.2, що відрізняється тим, що нахил укосу (6) є постійним по всій його довжині.
4. Всмоктуючий клапан по п.2, що відрізняється тим, що нахил укосу (6) збільшується в сторону циліндра (2), починаючи з малої величини.
5. Всмоктуючий клапан за допомогою одного з пп.1 - 4, який відрізняється тим, що зафіксована частина (16) має щонайменше два відігнутих язичка (19), які входять в отвори в клапанної дошці (7) і / або блоці (1) циліндрів.
6. Всмоктуючий клапан за допомогою одного з пп.1 - 5, що відрізняється тим, що пластинчатая пружина (15) в зоні середньої частини (18) вигнута в напрямку відкриття.
7. Всмоктуючий клапан за допомогою одного з пп.1 - 15, відрізняється тим, що запірна частина (17) у відкритому положенні нахилена під кутом щонайменше 15 o до клапанної дошці (7).
8. Всмоктуючий клапан за допомогою одного з пп.1 - 7, який відрізняється тим, що між вхідним шумоглушників і отвором (8) всмоктувального клапана розташований канал (26), що проходить похило до осі циліндра в потрібному напрямку відкриття запірної частини (17).
9. Всмоктуючий клапан за допомогою одного з пп.1 - 8, який відрізняється тим, що проекція отвори (8) всмоктувального клапана на поперечний переріз отвору циліндра частково розташована поза зазначеного перетину.
10. Всмоктуючий клапан за допомогою одного з пп.1 - 9, який відрізняється тим, що отвір (8) всмоктувального клапана проходить через клапанну дошку (7) з нахилом так, що його вісь нахилена по відношенню до осі циліндра.