Клапаны HK для компрессора водорода: более 8 000 часов без отказов

Рабочие параметры и зафиксированный результат
Компрессор	Новый компрессор водорода среднего и высокого давления; клапан второй ступени.
Газовая среда	Водород.
Давление и температура	Среднее и высокое давление; численные значения не опубликованы.
Частота вращения	В опубликованном примере не указана.
Исходное состояние или механизм отказа	Снижение утечки было требованием к конструкции; полевой механизм отказа не опубликован.
Решение RONDER	Кольцевой клапан HK с малым подъёмом и короткой суммарной длиной уплотнения; расчёт движения и проверка чертежей.
Зафиксированный результат	Для этой конфигурации зафиксирована непрерывная работа без отказов более 8 000 часов.

В проекте комплектации нового компрессора водорода среднего и высокого давления клапан HK, поставленный RONDER, отработал непрерывно без отказов более 8 000 часов. Для второй ступени, где требовалось уменьшить утечку водорода, RONDER выбрала кольцевой клапан HK с небольшим подъёмом и короткой суммарной длиной уплотнения, выполнила расчёт динамики клапана, разработала и проверила рабочие чертежи.

На примере клапана второй ступени показано, как для водородного режима согласовали уплотнение, проход газа и движение запорного элемента.

Выбор клапана исходя из требования по утечке

В этом проекте уменьшение утечки водорода было главным требованием к клапану второй ступени. Поэтому выбрали клапан HK с короткой суммарной длиной уплотнения и небольшим подъёмом, одновременно проверив уплотнение при закрытии и пропускную способность при открытии.

Суммарная длина уплотнения — это общая длина границ контакта между запорным элементом и седлом; она отличается от ширины уплотнительной поверхности.

Клапаны поршневых компрессоров автоматически открываются и закрываются под действием перепада давления между цилиндром и всасывающей или нагнетательной полостью. После посадки кольца на седло проход закрывается. Поэтому при комплектации нужно одновременно учитывать требования к уплотнению и пропускной способности.

HK — кольцевой клапан с широкими каналами, широкими уплотнительными поверхностями, небольшим подъёмом и массивными пружинами. Небольшой подъём ограничивает перекос кольца и контактные удары. Подробнее см. описание клапана HK.

Три направления проверки конструкции клапана компрессора водорода: уплотнение, проход газа и движение кольца

Уплотнение, проход газа и движение кольца: три направления проверки конструкции.

При небольшом подъёме нужно учитывать проход газа и движение

Уменьшение подъёма сокращает путь движения кольца и одновременно изменяет площадь прохода в клапанном зазоре. Если стремиться только к небольшому подъёму, не проверяя ограничивающие участки потока, можно увеличить сопротивление. При проектировании оценивают в одной проточной цепочке каналы седла, зазор при открытии и каналы ограничителя подъёма.

Своевременное и устойчивое закрытие зависит также от движущейся массы, пружинной нагрузки и газовых сил. Подъём, материал и параметры пружин подбирают совместно; высокая скорость удара и режимы, отличающиеся от расчётной точки, могут влиять на срок службы запорного элемента.

В этом проекте по требованию заказчика пластина изготовлена из материала 30Cr13.

Динамический расчёт и проверка рабочих чертежей

После выбора типа клапана RONDER выполнила динамический расчёт на примере клапана второй ступени, затем разработала и проверила рабочие чертежи.

Динамический расчёт отслеживает открытие, движение и закрытие кольца в каждом цикле. Проверяют запаздывание закрытия, отскоки или флаттер, скорость удара и прохождение требуемого расхода при приемлемых потерях давления.

При проверке чертежей сопоставляют установочные интерфейсы, подъём кольца, уплотнительные поверхности и конфигурацию пружин с расчётными условиями.

Процесс выбора клапана HK, динамического расчёта второй ступени, проверки рабочих чертежей и получения эксплуатационной обратной связи

Выбор клапана HK, динамический расчёт второй ступени, проверка рабочих чертежей и эксплуатационная обратная связь.

Результат эксплуатации

В этом проекте клапан HK отработал непрерывно без отказов более 8 000 часов.

Для других газов см. также материалы о модернизации клапанов WD для компрессора CO₂ и клапанах WP для компрессоров хлорметана.

Отправить запрос по клапану для компрессора водорода

Для оценки комплектации нового компрессора или клапана действующего агрегата направьте на sales@ronder-valve.com:

название компании, контактное лицо и способ связи, задачу комплектации или замены;
модель компрессора, оцениваемую ступень, частоту вращения и доступные установочные данные;
состав газа, давление и температуру всасывания и нагнетания этой ступени, расход и диапазон нагрузки;
требования к материалам и приёмке; для действующего оборудования — записи о работе клапана, отклонения и фотографии повреждённых деталей.

Укажите, является ли давление абсолютным или избыточным, а для расхода — единицы и соответствующее состояние газа. Для первичного технического обсуждения направьте модель компрессора, газ и основную задачу.

Дополнительные материалы

Claudio Vaglini. Compressor Valves. EFRC Training Workshop, 2015; разделы Operating Principle, Valve Dynamics, Valve Efficiency и Valve Reliability.
Klaus Brun, Marybeth Nored. Valve Performance and Life of Reciprocating Compressors. Texas A&M University, Turbomachinery Laboratories, 2012.

Связанная продукция

Клапаны HK