Диссертация (Разработка метода расчета и исследование рабочих процессов регуляторов давления с учетом аэродинамической составляющей нагрузки на регулирующий элемент), страница 2

Он учитывает отличие действительной силы давления среды на тарельклапана в направлении подъема от силы статического давления на тарель поплощади, ограниченной диаметром седла клапана. Это отличие возникает из-затого, что распределение давления по тарели клапана неравномерное, так как натарель действует динамическая сила реакции потока. Кроме того, коэффициентподъемной силы учитывает, что давление среды под и над тарелью действуютна различные площади, и давление в проточной части отличается от давления впатрубке [38].Проведенный литературный обзор показал, что для определения значенийдействительных газовых сил в основном применяются экспериментальныеметоды. Так, наибольший вклад в исследования по определению коэффициентаподъемной силы в установившемся режиме для различных конструкцийклапановбылвнесенКондратьевойТ.Ф.[38],исследованиявнеустановившемся режиме были проведены Плюгиным Б.В.

[63]. Изучениемраспределения давления по тарели малоподъемных клапанов занимался в своейработе Бугаенко В.Г. [8]. На основании экспериментальных данных былипредложены новые методики определения действительных газовых силучеными Tsai и Cassidi, Лясковским и др. Исследования проводились дляразличных конструкций клапанов и на различных режимах. Все исследователинеизменно пришли к выводу, что коэффициент подъемной силы зависит отконструкции клапана и условий работы, и полученные результаты не могут12быть распространены на другие условия работы и другие конструктивныерешения.

Таким образом, экспериментально полученная база коэффициентовподъемной силы ограничена рассмотренными типовыми конструкциями, и невключает в себя всю полноту возможных решений, что ограничиваетвозможности ее применения при разработке новых устройств.В результате проведенного литературного обзора было установлено, чтона данный момент не существует метода расчета рабочих процессов в РД,позволяющего учесть неравномерность распределения газовых сил поповерхности тарели клапана РД.

Это позволило сформулировать цели и задачиработы.Целью работы является:Разработка метода расчета и математической модели рабочих процессов вРД с учетом аэродинамической составляющей нагрузки на регулирующийэлемент для проведения предварительных расчетов при разработке иусовершенствовании конструкций РД.Задачи исследования:1.Разработка метода расчета и математической модели рабочих процессовв РД с учетом аэродинамической составляющей нагрузки на регулирующийэлемент, позволяющих определить изменение распределения давлений искоростей газа в полостях РД и скоростей подвижных элементов конструкцииво времени.2.Проведение расчетно-теоретических исследований рабочих процессов вРД.3.Разработка методики и проведение экспериментальных исследований дляпроверки адекватности математической модели рабочих процессов в РД.4.Внедрение результатов работы в практику проектирования и наладки РД.Научная новизна:1.Впервые в приложении к РД созданы метод расчета и математическаямодель рабочих процессов с учетом распределенной аэродинамическойсоставляющей нагрузки на регулирующий элемент.132.При помощи созданных метода расчета и математической моделирабочих процессов в РД впервые получены результаты расчетно-теоретическихисследований рабочих процессов в РД: распределение давления в проточнойполости устройства; влияние силы трения, изменения расхода потребителя,диаметра делительной дюзы, объема ОР на рабочие процессы в РД.3.Предложенный в работе метод расчета позволяет провести детальныйанализ рабочих процессов в РД в переходном режиме, что практическиневозможно осуществить при использовании экспериментальных методовисследования.4.Разработана методика и проведены экспериментальные исследованиярабочихпроцессоввРД, подтвердившиеадекватность разработаннойматематической модели рабочих процессов в РД.Теоретическая и практическая значимость работы заключается в том, что:1.Создан метод расчета и математическая модель рабочих процессов в РД,позволяющие повысить эффективность проектирования подобных устройств, атакже сократить сроки их разработки за счет возможности внесения измененийв конструктивную схему устройства на этапах разработки.2.Результаты работы использованы при выполнении НИР «Созданиенаучнойбазыразработкивакуумногоипневмоэлектромеханическогооборудования с применением методов быстрого прототипирования» (ШифрГБ3301сп) в МГТУ им.

Баумана, Москва.3.Результатыдиссертационнойработывнедренывпрактикупроектирования и исследования рабочих процессов в РД в ЗАО НПО «Аркон»,г. Москва, а также использованы при проведении исследовательских работ вОАО «РКК «Энергия», г. Королев (договор №07/01-13) и внедрены в учебныйпроцесс МГТУ им. Н.Э. Баумана, г. Москва,что подтверждено актами овнедрении.Положения, выносимые на защиту: метод расчета и математическаямодель рабочих процессов в РД.

Результаты расчетно-теоретических иэкспериментальных исследований рабочих процессов в РД.14ГЛАВА 1. ОБЩЕЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ИССЛЕДОВАНИЯРАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ В РЕГУЛЯТОРАХ ДАВЛЕНИЯ1.1.Общие сведения о регуляторах давления1.1.1. Определение и классификация регуляторов давленияРегулятор давления является разновидностью регулирующей арматуры.Это устройство, управляемое автоматическим воздействием рабочей среды нарегулирующийиличувствительныйэлемент,ипредназначенноедляподдержания давления рабочей среды (жидкости или газа) в заданномдиапазоне, либо его изменения по заданной программе в различных объектахрегулирования (ОР) для осуществления технологических и производственныхпроцессов [17].Работа РД невозможна без ОР, который представляет собой емкостьпостоянной или переменной вместимости, связанную с РД.Любой РД имеет в своем составе следующие звенья [17], [31], [51], [83]:−измерительное устройство, состоящее из задающего устройстваичувствительного элемента;−исполнительный механизм, включающий в себя регулирующий элемент ипривод.Кроме того в состав РД могут входить различные вспомогательныеустройства, служащие для улучшения рабочих характеристик РД.В качестве регулирующего элемента в РД применяют конструктивновыполненные в форме клапанов устройства различных конфигураций: плоские,конусные, шаровые, специального профиля [4], [53], [55], [80], [81].

Широкоераспространение получили тарельчатые клапаны из-за своей простоты инадежности. Могут использоваться клапаны прямого хода (направлениедвижения рабочей среды совпадает с направлением открытия клапана) иобратного хода. По степени разгрузки клапаны подразделяют на частичноразгруженные, полностью разгруженные и неразгруженные. Конструктивно15разгрузка в основном осуществляетсяс помощью сильфонов, поршней,мембран.В качестве чувствительного элемента чаще всего используют сильфоны имембраны. Сильфоны более просты в использовании, поскольку имеютлинейную зависимость деформации от нагрузки и располагают большим ходом,а их эффективная площадь не зависит от давления.

Иногда (при высокихзначениях выходных давлений РД) в качестве чувствительных элементовприменяют также поршневые устройства и трубки Бурдона.Задающим устройством в большинстве конструкций служит пружина.Задающий элемент может быть регулируемым и нерегулируемым.В качестве вспомогательных устройств для ограничения выходногодавления в РД применяют предохранительные и перепускные клапаны. ДляулучшениядинамическиххарактеристикРДприменяютразличныедемпфирующие устройства.В ряде случаев при наличии специальных требований в состав РД могутвходить звенья, уменьшающие влияние изменения температуры газа илиокружающей среды или уменьшающие влияние жесткости упругих элементовконструкции; элементы для защиты РД от скачкообразного увеличениядавления на входе (автодроссели) и др.Регулирование осуществляется следующим образом.При изменениивходных параметров происходит изменение выходного параметра, сигнал обэтом изменении поступает на чувствительный элемент, на который такжеподается сигнал с задающего устройства.

На чувствительном элементепроисходитсравнениепоступающихсигналов,врезультатечеговырабатывается новый сигнал, который посредством привода передаетсярегулирующему элементу. Регулирующий элемент осуществляет работу поизменению входных параметров, что приводит к выравниванию выходногопараметра.В работе [36] авторыБ.В. Кармугин, В.Л. Кисель, А. Г. Лазебникпредлагают классификацию РД по следующим признакам:161.По месту расположения РД относительно ОР регуляторы делятся на РД«до себя» (устанавливаются на магистрали выхода из ОР и поддерживают в немдавление путем сброса части рабочей среды или дросселирования) и РД «послесебя» (устанавливаются на магистрали подачи в ОР).

В дальнейшем в работебудут рассматриваться РД «после себя».2.По типу рабочей среды РД делятся на газовые и жидкостные. Отличиезаключается, в основном, в процессе истечения через сечение дросселярегулятора. В дальнейшем в работе будут рассматриваться газовые РД, и всезависимости будут записаны в предположении, что рабочее тело – воздух.3.РД могут быть прямого и непрямого действия.