Башта Т.М. - Гидропривод и гидропневмоавтоматика (1067398), страница 23
Текст из файла (страница 23)
63, а), т. е. условие равновесия статических сил, действующих на затвор клапана, можно определить (без учета сил трения и веса затвора) по уравнению Р =АР/;, ЛР= — '= — ', (39) а /о где ЛР = Р, — Р, здесь Р, и Ро лко о 4 перепад давления на затворе клапана; давление на входе в клапан и в сливной его камере; проекция поверхности затвора клапана, омываемой жидкостью под давлением, на плоскость, перпендикулярную к его осп (площадь сечения затвора по линии контакта его с кромками седла); 91 рнс. ЗЗ. Зависимость давления на входе в клапанах от расхода жидкости здесь г(о = г( — диаметр круга этой проекции (для клапанов с острой кромкой седла этим диаметром является диаметр гг отвсрстпя седла); Р, = Сйа — усилие предварительного сжатия пружины; С и й, — коэффициент жесткости и предварительное сжатие пружины.
При этом условии перепад давления ггр, соответствующий началу открытия клапана с острой кромкой, равен перепаду давления в момент закрытия клапана. После того как клапан оторвется от своего гнезда, перепад давления может существенно измениться. Последнее в основном обусловлено возникновением гидродинамических сил, а также тем, что при увеличении расхода через клапан затвор последнего должен быть поднят на соответствующую высоту, в связи с чем усилие сжатия пружины, а следовательно, и давление жидкости, требующееся для удердона жанна затвора клапана в поднятом половооагорооаоа На рис.
65 приведена зависимость давлеРо Р» Р „, ния от расхода одноступепчатого клапана Дадоенне гнадкооаги при открытии затвора (при повышении расхода) и при закрытии (при понижении расхода). График показывает, что давление р„, соответствующее началу открытия клапана при повышении давления, больше давления ре в конце закрытия клапана при снижении давления. Разница в этих давлениях при равных расходах определяет вивлгерезггс предохранительного клаггана, под которым в общем случае понимается разница между давлениями прн открытии н закрытии затвора прн том же расходе. Применительно к рис.
65 этот гистерезис характеризуется для текущего расхода разницей давлений, выражаемой отрезком Ь. Причинами, приводящими при изменении расхода к нарушению стабнль. ности давления (и к появлению гистерезиса), являются характеристика пружины и трение подвижных деталей клапана, а также изменения действующих при подъемах затвора клапана (в переходных рсжимах) сил давления жидкости, в том числе сил инерции и гидродинамичсских сил. Для повышения стабильности давления при изменении расхода в первую очередь необходимо повышать эластичность пружины, что достигается увеличением ее длины (уменьшением коэффициента ее жесткости С), а также максимально понижать силы трения и ход затвора.
Зависимость давления от расхода идеального с этой точки зрения клапана выражается без учета гидродинамических сил вертикальпой прямой а (рис. 6о) как при увеличении расхода от нулевого до маисймального значения, так и при снижении его от максимального до нулевого. Давления в конце подъема, а также в конце закрытия затвора для этого клапана совпадают с давлением р„ начала подъема. Силы трения плунжера определяют чуввтвительносагь 6 клапана к изменению давления, которая оценивается отношением 6 = — г', где Лр — превышение давления над номинальным (расчетным) давлением р, определяемым усилием пружины клапана. Чувствительность колеблется в довольно широких пределах (6 = 0,03 —:0,1) и зависит от конструкции рабочей части затвора и формы седла (плоской, конусной), а также от трения плунжера.
Так, например, в клапанах с плунжерным затвором (см, рис. 67) чувствительность ниже, чем в клапанах с конусным, а тем более с кромочным затвором. 92 где Є— усилие пружины при нулевом подъеме клапана; Лр — перепад давлений жидкости, соответствующий началу открытия или концу закрытия затвора клапана; лэн /„=- ' — — площадь сечения затпора клапана по линии контакта его с кромками седла (проекция поверхности клапана, омываемой жидкостью под давлением); Р— сила трения покоя подвижных частей клапана; С вЂ” коэффициент жесткости пружины; л, — предварительное обжатнс пружины (при нулевом подъеме клапана).
При приближенных практических расчетах трением часто пренебрегают. После того, как затвор огорвется от своего гнезда (откроется), пере- пад давления изменится г/з-за уменьшения эффективной площади затвора, на которую действует давление жидкости. Из расчетной схемы, приведенной на рис. 63, а и б, следует, что при закры- том клапане с острыми кромками седла давление жидкости действует на его затвор по сечению диаметром г(, тогда как при открытом клапане это сечение определится переменным диаметром й,(й сечения конуса затвора. В соот- ветствии с этим эффективная площадь клапана, на которую действует давле- ние жидкости после открытия затвора, будет меньше площади Л4 10= 4 соответствующей закрытому затвору.
Эффективная плошадь (см. рис. 63, а и б) lэв = ' (г( — 2й гйп (э совр)' = 4 (4( — й э/п 2()), эа 4 (4,)) а где (э = 90' — —, з Площади проходного сечения клапанной щели (д — й р )/4созр. Подставив площадь щели в уравнение (38) расхода, получим Я = рп ~/ — (Й вЂ” й ) асов(4 Ьр, Очевидно, для клапанов с небольшим подъемом затвора уменьшение эффективной плогцади /,Ф клапана, обусловленное разницей 4( — э(„ничтожно мало и им в большинстве случаев можно пренебречь. Условие равновесия сил, действующих на затвор клапана с острой кромкой гнезда, 93 С учетом сил трения условие равновесия сил (без учета гидродинамической силы потока жидкости и сил инерции), действующих на конусный затвор клапана с острыми кромками в начале открытия клапана (отрыва затвора от седла) или закрытия (с/ = 0; и.=- О), при максимальном расходе жидкости имеет вид Ршо«-~- р с(а +а) -~- «~ 1оо )ф где Р,„) Р, — усилие пружины при сжатии ее на й, + Ь; здесь Р, — усилие пружины при предварительном сжатии на й„; (), — эффективная площадь клапана !см.
выражение (40)); й — подъем клапана по оси (см. рис. 63, а и б). Влияние формы гнезда. В реальных клапанах гнездо имеет не острые кромки, а некоторую поверхность (см. рис. 63, в), ввиду чего стабильность сил давления жидкости, действующих на клапан, а следовательно, и разница в давлениях р„в начале открытия и р, в конце закрытия будет еще более значительной. Из рис.
63, в видно, что перед отрывом затвора клапана от седла усилие пружины'уравновешивается давлением жидкости, действующим на проекцию омываемой поверхности затвора, которой для герметичного клапана будет площадь сечения отверстия диаметром д. После' же того как затвор оторвется от своего гнезда, жидкость поступит в щель, образованную седлом и конусом затвора, в результате площадь, на которую будет действовать давление жидкости, увеличится на проекцию площади седла на плоскость, перпендикулярную к оси затвора. Очевидно, что давление у внутренней кромки контакта затвора с седлом равно рабочему давлению р„ тогда как у внешней кромки щели оно понизится до давления р„ равного давлению на выходе из клапана.
При конусности поверхностей, образующих щель, изменение давления от р, до р, происходит по закону, изображенному на рис. 63, в (заштрихованные площадки). В соответстйци с этим условие равновесия сил, действующих на затвор клапана в момент закрытия окна, Р., = ЛИо Ю+ р«4, где рсо — среднее давление, действующее на этот поясок после отрыва клапана от седла (й) О); о а«а Во) — площадь проекции поверхности пояска гнезда на 4 плоскость, перпендикулярную и, оси затвора. Для определения дополнительного усилия давления жидкости, действующего в рассматриваемой щели, пользуются средним значением давления, которое по опытным данным р, = 0,46 (р, — р,). Отсюда давление, при котором клапан закроется (и О), Р «Р о Го + 0,45(о« При недостаточной герметичности конусного затвора дополнительное усилие от давления жидкости в щели гнезда клапана войдет также и в баланс сил, действующих в момент его отрыва от седла при открьпип клапана, ввиду чего подобный клапан откроется при давлении ниже давления, получаемого из выражения-(39).
Разрыв в давлениях начала открытия и конца закрытия такого клапана можно понизить уменьшением ширины опорной поверхности гнезда. В частности, контакт затвора клапана с седлом по кромкам, близким к острым, обеспечивается часто тем, что углы при вершинах затвора и гнезда выполняются различными (рис. 66, а). Площадь ), на которую действует давление жидкости в начале открытия и в конце закрытия клапана, определяется для 94 этого клапана площадью вершины конуса пи~2 4 Распространены также клапаны с коническим седлом и сферическим затвором (рис.
66, б). Эти клапаны обладают относительно небольшим сопротивлением течению жидкости (в 1,5 — 2 раза ниже, чем в клапанах с'коническим затвором). Угол (у седла последнего клапана обычно равен 90' и диаметр 0 сферы г) = 2п'. Площадь, иа которую действует давление жидкости в начале открытия и в конце закрытия этого клапана, является площадью сечения 0и =77д зт7ел ,.:Ъ~ =ф ау др Рис. 66. Клапаны: Рис. 67.
Расчетная схема перелив. ного клапана плунжерного типа а — с неравными углами конусов затвора и гнез- да; а — са смеринеским затвором сферы по точкам ее контакта с гнездом плоскостью, перпендикулярной к оси клапана. Эта площадь 2 )'= — = — Р и'гп 5 . ЗОЗ2 П 4 4 Переливные клапаны Рассмотренные клапаны могут применяться как в качестве предохранительных с эпизодическим действием, так и в качестве переливных, поддерживающих постоянное давление жидкости в системе путем непрерывного отвода (слива) части жидкости в бак. В практике такой гидроаппарат называют часто клапаном перепада давления или клапаном давления, предназначенным для поддержания определенного перепада давления в подводящей и отводящей гидролиниях.
Гидравлическими параметрами этого клапана являются разность давлений в нагнетательной р„и сливной р,„линиях и расход (перепуск) 9,„в линию слива (рис. 67): теса нем тчдз где 9„ — подача насоса; чд = Я„ — г4,„ — расход потребителя (гидродвигателя). В силу специфичности работы переливных клапанов они обычно выполняются с плунжерным затвором. Величина й, перекрытия затвором (плунжером) окна, через которое масло после открытия клапана перетекает в бак, должна быть несколько больше размаха возможных осевых колебаний плунжера при его вибрациях с тем, чтобы он не ударялся при этом о свою опору. Для демпфирования энергии колебаний в клапане предусмотрено дроссельное отверстие а. Связь между давлениями на входе в клапан р„ и на выходе р„, а также Расходом жилкости чеРез клапан (РасхоДом на слив) ага„ полУчим совместным решением следующих уравнений (гидродннамической силой и трением пренебрегаем): 95 расхода жидкости равновесия затвора клапана Р,+С(й,+й) =(р„— р„) ™, где о( и й — 'диаметр и ход затвора (открытие клапана); Р, — сила предварительного сжатия пружины (при И + И„.—..
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
