Модернизация клапанов компрессора CO₂: не менее 8 000 часов работы без отказов

Рабочие параметры и зафиксированный результат
Компрессор	Поршневой компрессор 4M40-150/80; расчёт выполнен на примере клапанов четвёртой ступени.
Газовая среда	Диоксид углерода (CO₂).
Давление и температура	В опубликованном примере не указаны.
Частота вращения	В опубликованном примере не указана.
Исходное состояние или механизм отказа	Исходные клапаны имели короткий срок службы, а энергопотребление компрессора было высоким.
Решение RONDER	Сетчатые клапаны WD; динамический расчёт, разработка и проверка рабочих чертежей.
Зафиксированный результат	После модернизации — не менее 8 000 часов непрерывной работы без отказов.

На одном из углехимических предприятий провинции Шаньдун, Китай, клапаны поршневого компрессора CO₂ модели 4M40-150/80 имели короткий срок службы, а энергопотребление компрессора было высоким. Для модернизации были выбраны сетчатые клапаны WD. RONDER выполнила динамический расчёт, разработку и проверку рабочих чертежей. После модернизации клапаны отработали непрерывно без отказов не менее 8 000 часов.

Ниже на примере клапана четвёртой ступени рассмотрены выбор конструкции, проверка проходных сечений и расчёт движения пластины.

Какие факторы проверяли для клапана компрессора CO₂?

Частая замена клапанов увеличивает объём ремонтных работ и потребность в запасных частях. Целью модернизации было продление рабочего периода и снижение потерь в клапанах. При выборе конструкции рассматривали три взаимосвязанных фактора.

Проходные сечения и потери давления

Условия работы различаются по ступеням, поэтому расчёт выполняют для каждой ступени отдельно. Проверяют каналы седла, проходное сечение зазора при поднятой пластине и каналы ограничителя подъёма. Если поток уже ограничен седлом или ограничителем, увеличение подъёма пластины даёт ограниченный эффект.

Удары пластины и усталостные нагрузки

При неизменной массе энергия удара пропорциональна квадрату скорости. Поэтому подъём рассматривают совместно с массой и материалом пластины, а также геометрией контактных поверхностей.

Моменты открытия и закрытия, подбор пружин

Запаздывание закрытия вызывает обратный поток и усиливает удар о седло. Отскоки увеличивают число контактов. Подъём и пружинную нагрузку согласуют с изменением газовых сил в течение цикла. Также проверяют работу при нагрузках, отличающихся от расчётной.

Факторы, влияющие на поток газа и динамику пластины клапана поршневого компрессора CO₂

Факторы, влияющие на поток газа и динамику пластины клапана поршневого компрессора CO₂.

Выбор клапана WD и разработка модернизации

Выбор клапана WD

Сетчатый клапан WD имеет широкие щелевые каналы, возможность выбора увеличенного подъёма пластины и массивные пружины. В этом проекте WD был выбран благодаря высокой пропускной способности и меньшей ударной нагрузке на пластину.

WD применяется для газов с относительно высокой молекулярной массой, при низком и среднем давлении, а также низкой и средней частоте вращения. Исполнение подбирают для работы со смазкой или без неё.

Конструктивные особенности и условия подбора приведены в разделе «WD» каталога клапанов RONDER.

Динамический расчёт и согласование параметров

Для клапана четвёртой ступени выполнен динамический расчёт. Одномерный нестационарный анализ движения позволяет определить подъём и скорость пластины, моменты открытия и закрытия, а также проверить запаздывание закрытия, отскоки и удары.

Исходные данные включают фактическую частоту вращения, параметры цилиндра, условия всасывания и нагнетания по ступеням, свойства газа и конструктивные параметры клапана. Удар при открытии и скорость посадки на седло проверяют с учётом материала, контактной конструкции и условий эксплуатации. Также рассматривают изменение нагрузки относительно расчётного режима.

Увеличение подъёма обычно расширяет проходное сечение клапанного зазора, но одновременно увеличивает путь пластины и может повысить скорость удара. Поэтому подъём, движущуюся массу и пружинную нагрузку подбирают совместно, обеспечивая требуемый проход газа и устойчивое движение.

Разработка и проверка чертежей

После динамического расчёта разработали и проверили рабочие чертежи, чтобы реализовать выбранные решения в конструкции клапана.

Этапы динамического расчёта, проектирования и проверки клапана WD для компрессора CO₂

Последовательность расчёта и модернизации клапана поршневого компрессора RONDER.

Результат эксплуатации

После модернизации клапаны WD отработали непрерывно без отказов не менее 8 000 часов.

Подход к подбору клапанов для другого газа рассмотрен в материале «Модернизация клапанов WP для низконапорных компрессоров хлорметана».

Какие данные нужны для оценки модернизации

Изготовитель компрессора может направить проектные параметры нового оборудования, а эксплуатирующее предприятие — данные действующей машины и сведения об отказах. Для первичной оценки подготовьте:

название компании, контактное лицо и способ связи; задачу подбора для нового оборудования или модернизации;
модель компрессора, ступень, частоту вращения и установочные размеры клапана;
состав газа, давление и температуру всасывания и нагнетания каждой ступени, фактическую нагрузку;
описание проблемы, наработку клапанов и фотографии повреждённых деталей, которыми можно поделиться.

Укажите, является ли давление абсолютным или избыточным. Для первичного технического обсуждения направьте модель компрессора, известные рабочие условия и описание основной проблемы.

При повторных отказах клапанов одной ступени также сообщите об уносе жидкости, загрязнениях, условиях смазки и изменениях нагрузки.

Отправить запрос RONDER

Направьте данные и доступные материалы на sales@ronder-valve.com.

Дополнительные материалы

Vaglini. Compressor Valves. EFRC, 2015.
Brun, Nored. Valve Performance and Life of Reciprocating Compressors. Texas A&M University, 2012.

Связанная продукция

Клапаны WD