Клапан для поршневого компрессора.... Для Руководителя предприятия вроде и звучит то как то мелковато. "Ну калапан. Ну стоит где там в компрессоре. Я всё равно не понимаю. У меня там есть Петрович, он всё знает." А на самом деле, за этим кроются серьёзные затраты. Ведь клапан на 50% является важнейшим органом газораспределения в поршневом компрессоре. В результате много летнего анализа, получены данные позволяющие судить, что процент износа других испытывающих трение частей в поршневом компрессоре не особо влияет на работу самого компрессора, как процент износа клапана. Если клапан потерял герметичность, то Вы получаете целый букет мало приятных факторов, таких как, повышение температуры компримирования и перепуск сжатой среды между ступенями. Что соответственно приводит к снижению производительности. Что такое производительность? Это тот объём сжатой среды, который крайне необходим Вашему производственному оборудованию, для того, что бы для Вас делать прибыль. Получается что? Петровичу без различно Ваше стремление к долгожданной прибыли. На 90% у него все клапаны "шипят", но он исправно получает свою зарплату. Что Вы получаете в этом случае? Компрессор из-за потери производительности, работает дольше, чтобы поддержать необходимое давление. Работает дольше? Значит и потребляет электроэнергии больше. Лишнее потребление электроэнергии 1-й фактор уменьшения прибыли. А не дай Бог не хватает всё равно производительности? Петрович с лёгкой руки запускает резервыный компрессор с электродвигателем мощностью 600 кВт. Это уже не фактор, это уже прямое покушение на прибыль в конце года. 2-й фактор - это затраты на приобретение клапанов и ремонтных комплектов, которые, к стати, достигают 40-50% стоимости от самого клапана. Так вот, клапаны обычно меняют 2-3 раза в год. Ну, что поделать... Расходник. Как верхонки? Довольно таки дорогой расходник. Стоимость комплекта клапанов бывает превышает 1 500 000 тенге. Это 3 000 000 или 4 500 000 тенге в год. Может быть это и не много... А если на предприятии 5 компрессоров?...
В настоящее время, предприятиями, использующими поршневые компрессора, используются клапаны конструкции прошлого века,
которые не обеспечивают номинальную работу поршневого компрессора в следствии не удовлетворительной герметичности. Так же, клапаны использующиеся в данное время, имеют низкий срок работы "на отказ", что приводит к дополнительным затратам на приобретение новых или ремонт старых клапанов.
Энергосберегающие клапаны для поршневых компрессоров ЭСКЛ, СЛК, полноценно заменяющий клапана СГИД, СГИД м, ПИК, НКТ, ВКТ, НДТ, ВДТ и др.
Клапан ЭСКЛ:
1.Идеально подходит только как всасывающий клапан 1 ступени.
2. Гарантийный срок работы клапана «на отказ» 5 000 часов.
3. Реально повышает производительность компрессора на 5% за счёт абсолютной герметичности по условиям всасывания.
4. Отсутствие металлических следов износа.
5. Абсолютная бесшумность работы клапана.
6. Возможность использования в качестве обратного клапана.
Клапан СЛК:
1. Идеально подходит начиная с 1 ступени стороны нагнетания и выше.
2. Гарантийный срок работы клапана "на отказ" 15 000 часов. Подтверждено промышленной эксплуатацией в течении 10 лет.
Конструкции самодействующих клапанов.
Самодействующие клапаны принадлежат к числу наиболее ответственных узлов поршневых компрессоров. Они оказывают существенное влияние на две важнейшие характеристики поршневого компрессора - экономичность работы и надёжность. К ним предъявляется ряд требований, удовлетворить которые одновременно не является возможным. Разные требования к клапанам и условиям их работы привели к появлению самых различных конструкций клапанов. Рассмотрим требования, предъявляемые к клапанам, и лишь те конструкции, которые находят наиболее широкое применение.
Клапаны должны оказывать по возможности малое газодинамическое сопротивление потоку протекающего через них газа; иметь развитое пропускное сечение; открываться под действием небольшой разности давлений до и после клапана, а в открытом состоянии работать без вибраций подвижных элементов. Отступление от этого требования ведёт к увеличению затрачиваемой энергии необходимой на проталкивание газа и снижению экономичности работы компрессора.
Закрытие клапана (посадка замыкающего элемента в 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. Перетёки газа из-за запаздывания, обуславливают так называемую «динамическую не плотность клапана», названую так потому, что она вызвана несовершенством динамики движения пластин клапана.
В закрытом состоянии клапан должен обеспечивать герметичность рабочей камеры. Перетёки газа через закрытый клапан , вызванные не достаточно плотным прилеганием пластины к седлу, обуславливает так называемую «статическую не плотность» клапана, так же вызывающую снижение производительности ступени и рост удельной работы.
Клапаны должны иметь малый объём «мёртвого пространства», так как всякий «мёртвый объём» снижает производительность компрессора. Пластины и пружины клапанов (либо только пластины самопружинящих закрывающих органов) должны обладать достаточной прочностью, т.е. они должны в течение достаточно длительного времени выдерживать статические и динамические (ударные) нагрузки, возникающие при работе клапана. Иными словами, клапан должен обладать требуемой надёжностью, т.е. сохранять работоспособность в течение заданной наработки. Недостаточная надёжность клапанов влечёт за собой увеличение эксплуатационных расходов, уменьшение объёма выпускаемой продукции, когда компрессор участвует в технологическом процессе и т.п. В условиях эксплуатации клапаны должны обеспечивать удобство монтажа, демонтажа и ремонта. Таким образом, главные требования, предъявляемые клапанам, связаны с обеспечением экономичной и надёжной работы компрессора.
В современных поршневых компрессорах затраты мощности на преодоление сопротивлений клапанов составляют около 20 % от номинальной. Учитывая огромный парк поршневых компрессоров, снижение этих затрат является актуальной задачей.
Не менее актуальна проблема повышения надёжности клапанов. Как показывает опыт эксплуатации поршневых компрессоров, наибольшее число их простоев вызвано отказом клапанов.
Создать клапан, полностью отвечающий вышеперечисленным требованиям, непросто. При их проектировании трудности возникают по мере увеличения частоты вращения коленчатого вала, средней скорости поршня, плотности газа, т.е. когда вступают во всё большие противоречие требования экономичности и надёжности.
Многообразие предъявляемых клапанам требований было причиной появления весьма различных конструкций самодействующих клапанов.
Прямоточный клапан ПИК-А.
Прямоточный клапан ПИК - самый распространённый тип клапанов, конструкция которого была создана в 70-е года прошлого века.
Клапан представляет собой набор однотипных элементов, состоящих из седла и упругой пластины. Седло имеет с одной стороны проточные каналы для прохода газа, разделённые перемычками, с другой стороны, клиновидный скос, служащий ограничителем хода пластины при открытии клапана. Пластина состоит из нескольких языков, связанных общей перемычкой. Каждый замыкающий элемент перекрывает два - четыре канала. Пластина зажимается по П-образному контуру между соседними сёдлами. Клапан собирается при наличии специального приспособления.
Применяется на воздушных компрессорах общего назначения, а так же на первых ступенях компрессоров среднего и высокого давления при перепаде давлений на клапане не более 4МПа.
Клапан ПИК не рекомендуется для работы на загрязнённых, коксующихся газах и легко текучих газах.
Кольцевые клапаны НКТ; ВКТ.
Они состоят из седла с концентрическими каналами для прохода газа, соединёнными радиальными перемычками, кольцевых пластин, перекрывающих эти каналы и ограничителя подъёма пластин, который так же имеет концентрические каналы, сдвинутые относительно каналов седла по диаметру клапана. В ограничителе подъёма расположены пружины, прижимающие пластины к седлу и закрывающие клапан. Весь клапан стянут шпилькой, расположенной в центре. В ограничителе или седле выполнены бурты для направления пластины при её движении. Кольцевые клапаны могут выполняться либо с кольцевой, концентрически расположенной спиральной пружиной, отдельной для каждой пластины, либо с точечными пружинами, размещёнными по окружности каждого кольца.
С увеличением быстроходности компрессоров возрастают ударные нагрузки в пластинах. При этом, с одной стороны, чаще наступает разрушение пластины, с другой - пластина, ударившись об ограничитель, отскакивает от него и некоторое время совершает колебательные движения между седлом и ограничителем, мешая тем самым проходу газа. Для смягчения силы удара делают демпфирующие устройства в виде газовых камер, усложняющих конструкцию клапана и увеличивающих стоимость клапана.
Кольцевые клапаны просты в изготовлении, обладают высокой плотностью, сравнительно малым «мёртвым пространством». Однако из-за не высокой эффективности (низкое значение площади пропускного сечения) кольцевые клапаны в настоящее время применяются в основном на ступенях среднего и высокого давления, в компрессорах, сжимающих легколетучий газ (водород, гелий и др.), так же в компрессорах без смазки и сжимающих загрязнённые газы (природный, коксовый и др.)
Дисковые клапаны ВДТ; НДТ.
Отличаются от кольцевых конструктивно лишь тем, что кольца закрывающих пластин соединены перемычками и образуют диск.
Клапаны имеют одну или несколько дисковых пружин, которые служат для увеличения общей жёсткости всех пружинящих элементов к концу открытия клапана. Иногда в клапане дополнительно устанавливают несколько точечных витых пружин для создания некоторого предварительного натяга. Для уменьшения силы удара пластины об ограничитель и гашения её вибрации над рабочей пластиной устанавливается упругая пластина, называемая демпферной.
Дисковые клапаны сложней по конструкции, чем кольцевые. Требуют большей трудоёмкости при изготовлении, но в тоже время они более эффективны, так как при тех же посадочных диаметрах в дисковых клапанах может быть выполнено большее число каналов и колец меньшей ширины, тем самым увеличено проходное сечение. Наличие плоских пружин позволяет уменьшить высоту ограничителя подъёма пластины и, в случае всасывающего клапана, уменьшить «мёртвый объём».
