Le piastre valvole nei compressori alternativi

Fig. 1 – Alcuni punti caratteristici di lavoro del compressore (Infoimpianti.it)

1. In questa fase, il pistone si trova nel suo punto più basso (detto punto morto inferiore) e, per via della depressione esercitata all’interno del cilindro, la valvola d’aspirazione si apre, cosicché in tutto il cilindro si ha una pressione prossima a quella d’aspirazione (pas).
2. Il pistone, riprendendo a salire, comincia a comprimere il gas precedentemente aspirato, la pressione all’interno del cilindro aumenta ma ancora non raggiunge un valore sufficiente ad aprire la valvola di scarico. Nel frattempo, la valvola di aspirazione è fermamente chiusa.
3. Proseguendo nella sua fase di compressione, il pistone ha generato, all’interno del cilindro, una pressione (psc) sufficiente ad aprire la valvola di scarico. Tale pressione è data dalla pressione di condensazione esistente nell’impianto maggiorata da una sovrappressione (necessaria a far sì che la valvola si possa aprire). In questo momento il gas comincia a defluire dall’interno del cilindro verso lo scarico. Il pistone non ha raggiunto il suo punto più alto (detto punto morto superiore).
4. Lo scarico del gas dura fino a quando il pistone non raggiunge il punto morto superiore dato che in questo punto comincia anche la corsa di ritorno a cui corrisponde una riduzione della pressione all’interno del cilindro. Occorre notare che in questa posizione il cielo del pistone (ovvero la sua parte più alta) è leggermente distanziato dalla piastra valvole. In altri termini, tra cielo del pistone e piastra valvole vi è sempre un certo spazio, voluto dai costruttori per evitare che, a causa di possibili dilatazioni, i due componenti entrino in collisione. Questo spazio, assieme ad altri, prende il nome di “spazio nocivo” ed è una delle cause di perdita di rendimento del compressore.
5. A questo punto il pistone comincia a discendere ma la valvola d’aspirazione rimane ancora chiusa dato che la pressione esercitata da quel poco di gas che è rimasto racchiuso nello “spazio nocivo” non è ancora discesa al di sotto del valore della pressione d’aspirazione (pas).
   Durante la corsa di discesa del pistone, la pressione continuerà a diminuire fino a quando la valvola d’aspirazione non si aprirà.
   Questo accade quando la pressione è pari a quello d’aspirazione dell’impianto diminuito di una certa quantità che rappresenta la resistenza che oppone la valvola d’aspirazione all’apertura.

Fig. 2 – Aree che intervengono sulla valutazione del volume nocivo (Infoimpianti.it)

Infatti, se lo spessore della piastra valvole diminuisce, diminuisce anche il volume nocivo generato dalla valvola di scarico.
Questo tipo di soluzione è da ritenersi di gran lunga migliore rispetto a quella che prevede la riduzione del numero (o del diametro) dei fori destinati allo scarico dei gas.
Nei compressori piccoli con un numero di giri al minuto relativamente elevato sono utilizzate preferibilmente valvole lamellari. Nei compressori a pistoni di medie e grandi dimensioni trovano applicazione quasi sempre valvole ad anello o a piastra, in casi particolari a che valvole a tenuta.

Nelle valvole ad anello (Figura 3 -1) la sede della valvola è una piastra con fessure di forma circolare concentrica, collegate da ponti.

Le zone libere dell’anello nella s de della valvola sono sigillate da singoli anelli non metallici (3), che sono tenuti contro la sede da molle elicoidali (4,5), che a loro volta sono racchiuse sulla circonferenza da tasche a molla.
Dopo che si è creata una differenza di pressione sufficientemente elevata sull’anello della valvola, la valvola si apre in un periodo relativamente breve.

Un’altra piastra con fessure circolari concentriche agisce, la cosiddetta protezione della valvola (2), limita l’alzata della valvola.
Un bullone centrale (6) mantiene in posizione la sede e la protezione.

Fig. 3 – Struttura schematica di una valvola ad anello (recip.org/tutorial-compressor-valves)

Nelle valvole a piastra le porte della sede vengono chiuse da una comune piastra della valvola in acciaio o materiale non metallico, anch’essa dotata di fessure.
Le valvole di aspirazione e di scarico hanno lo stesso design di base e differiscono solo per la posizione della sede e della protezione rispetto alla camera di lavoro (Figura 4).

Fig. 4 – Piastra valvole vista dall’altro (recip.org/tutorial-compressor-valves)

Per il corretto funzionamento delle valvole del compressore, l’installazione nel cilindro deve essere adeguatamente progettata.

Nelle valvole lamellari la chiusura della sede avviene   tramite   una striscia di   acciaio   per molle autoazionata o caricata a molla . Pertanto il design è semplice e le masse in movimento sono modeste. Questo design è particolarmente adatto per compressori a funzionamento veloce.

Quando si utilizzano valvole lamellari (Figura 5), la testata deve essere adeguata e deve incorporare ampie camere della valvola (6,7). Il monoblocco comune (5) di un compressore a due cilindri è dotato di una piastra comune (1) sufficientemente rigida. Le lamelle di aspirazione (2) aprono nella camera di lavoro e sono limitate in alzata da una superficie di arresto sulla circonferenza del cilindro. Le lamelle di scarico (3) sono munite di protezione (4).

Fig. 5 – Struttura schematica di una valvola lamellare (recip.org/tutorial-compressor-valves)

La zona di passaggio all’interno del sede è detta area di sede . Con valvola completamente aperta la zona di passaggio sarà lasciata libera tra sede e dispositivo di chiusura (es. anello, piattello, lamella). Questa area di passaggio è proporzionale all’alzata massima della valvola.

Per perdite di pressione minori sono vantaggiose ampie superfici delle sedi e dei passaggi delle valvole. Avere l’area di passaggio maggiore dell’area della sede (rapporto di apertura > 1) non comporta minori perdite di carico e aumenta le sollecitazioni dinamiche dei componenti mobili della valvola.