Башта Т.М. - Машиностроительная гидравлика (1067403), страница 73
Текст из файла (страница 73)
219, 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 с( (см. выражение (383)].
После же того, как аатвор клапана оторвется от своего гнезда, жидкость поступит в щель, обрааованную седлом и конусом затвора, в реаультате площадь, на которую будет действовать давление жидкости, увеличится на величину проекции площади седла на плоскость, перпендикулярную к оси затвора.
Очевидно, что давление у внутренней кромки контакта затвора с седлом будет равно давлению р, на входе в клапан, тогда как у внешней кромки щели оно понизится до величины р„равной давлению на выходе из клапана, причем закон этого понижения будет зависеть от характера щели. При параллельных конусных поверхностях, образующих щель, изменение величины давления от р, до рх изображено на рис. 219, в (заштрихованные площадки). В соответствии с зтнм условие равновесия сил, действующих на затвор клапана в момент открытия и закрытия, определится без учета скл трения и влияния сил инерции из выраноення Ро гхргг + Р п1 о (388) 376 я (7П вЂ” чя) где 1„, = — проекция поверхности гнезда на пло- 4 скость, перпендикулярную к оси клапана; р,р — среднее давление, действующее в щели, обрааованной седлом и клапаном после отрыва его от седла.
Для определения дополнительного усилия давления жидкости, действующего в рассматриваемой щели, исходят иэ среднего аначения давления, которое по данным опытов может быть принято равным р,р — — 0,45 (р, — рэ); (389) отск7да перепад давления, при котором клапан закроется (беэ учета сил трения), (390) где р — угол конуса седла.
Минимальная ширина седла лимитируется контактным напряжением и выбирается не меньше 0,25 мм. Площадь седла подсчитывают по выражению (см. рис. 249, в) О+а я 0~ — св Е=яЬ, — = — . 2 4 совр а В случае 2 л В~ — ~Р 31а— 2 (391) Длина Ь, конусной части эатвора клапана должна быть, с целью устранения неравномерной выработки седла, несколько больше его ширины Ь,, Твердость материала клапана должна быть возможно высокой и превышать твердость материала седла. 377 В случае нарушения герметичности клапана дополнительное усилие от давления жидкости в щели гнезда клапана войдет также и в баланс сил, действующих в момент его отрыва от седла при открытии клапана, ввиду чего давление начала открытия подобного клалапа будет ниже давления, рассчитанного по выражоник7 (383).
Если прк этом допустить, что среднее давление в щели гнезда клапана до его открытия равно приведенному в выражении (389), то давление в начале открытие клапана будет равно давлению его закрытия и доля~но вычисляться по выражению (390). Разрыв в давлениях начала открытия и конца закрытия подобного клапана можно свиэнть уменьшением ширины опорной ковер хности гнезда. Ширину Ь, седла клапана выбираю7 обычно по выражени|о Герметичность клапана достигается обычно путем обеспечения точности и чистоты обработки контактирующих металлических деталей без приыенения мягких материалов. При высоких требованиях к герметичности и при применении текучих жидкостей (см. стр.
58) применяют седла или затворы из пластмассы и твердой резины. Контакт затвора клапана с седлом, по кромкам близким к острым, часто обеспечивается тем, что углы при вершинах затвора и гнездах выполняются различными: а ( р (рис. 221, а). Площадь |, на которую действует давление жидкости в начале открытия и в конце аакрытия клапана, определяется сечением яз1 вершины конуса 7'= — '.
В этом случае поток жидкости отры- 4 вается от седла в нижней точке (у входной грани) и давление на пояске будет близким давлению слива. Этим жв условиям контакта 6 по кромке, близкоя к острой, удов- летворяют также клапаны с кои а ническим седлом и сферическим а) 6 затвором (рис. 221, б).
Подобные Рвс. 224. Схемы клапанов с ко- клапаны обладают относительно вусвым седлом небольшим сопротивлением про- тону жидкости (в полтора-два рава ниже, чем с коническим аатвором). Угол р седла последнего клапана обычно равен 45 ', и диаметр сферы затвора Р = 2д. Площадь, на которую действует давление жидкости в начале открытия и в конце закрытия этого клапана, является сечением сферы по точкам ее контакта с гнездом плоскостью, перпендикулярной к оси клапана. Величина атой площади равна Ы,' я 1= — '= —.0'з(пз р.
4 4 Переливкой клапан. Рассмотренные клапаны могут применяться как в качестве предохранительных с эпизодическим действием, так и в качестве переливных, поддерн'ивающих постоянное давление жидкости в системе путем непрерывного отвода (слива) части жидкости в бак. Однако в силу специфичности работы переливных клапанов они обычно выполняются с плунжерным затвором (см.
рис. 218, г). Величина х перекрытия затвором (плунжером) окна, через которое масло после открытия клапана перетекает в бак, должна быть несколько больше величины 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. 376 Свяаь между давлениями на входе в клапан (р<) и на выходе (р,), а также расходом жидкости через клапан (С<) получим совместным решением уравнений (допускаем, что давление р, равномерно распределено по площади затвора): расхода равновесия клапана я«я Р„„+ ой + сх = (р — р )— где <( и х — диаметр плунжера и ход (открытие) клапана; р — коэффициент расхода; Р„„— сила пружины при х + Ь 0; с — константа упругости пружины; Й вЂ” величина перекрытия плунжером окна слива, т. е.
величина, ня которую доля<ея переместиться плунжер от своей опоры до полол<ения начала слива жидкости. Решив эти уравнения относительно х, получим О=РЯ<(,— (Р— Рз) — — ~-й,1 ~("< ") . (392) Очевидно, для получения возможно более пологой кривой характеристики р = ~ ((<), т. е. для уменыпения степени влияния расхода я<идкости на давление р„следует уменьшать жесткость пружины с и увеличивать диаметр клапана <(.
Действие на клапан гидродинамической силы. Помимо рассмотренных выше сил, на затвор клапана действует гидродинамическая сила, представляющая собой реакцию потока жидкости, которая может существенным образом изменить баланс действующих сил. При известных условиях усилие пружины составляет в этом балансе менее 50% общей силы, действующей на клапан. Эту силу можно рассматривать как дополнительную гидравлическую пружину с переменной жесткостью. Величину гидродинамической силы определяют, пользуясь ааконом изменения количества движения (см.
рис. 219, б): Р, = <",<р ~и, — и, соз — ") . (393) где <) и р — секундный расход и плотность жидкости; и, и из — средняя скорость жидкости перед клапанной щелью и в самой щели; а 2 — — угол отклонения потока в щели клапана. Исследования показывают, что направление потока для рапространенных в клапанах углов конусности затвора при вершине 140' практически совпадает с образующей конуса затвора. В79 Поскольку скорость и, <; и„ею в большинстве случаев расчета можно пренебречь, в реаультате получим упрощенное выражение Р = — Яэпз соз— (394) Подставив значение этой гидродинамической силы в уравнение (386), получим условие равновесия затвора клапана прн максимальном расходе: Р „=с(Ьэ+Ь)+Орп,соз ~ ~В (305) или рюз„= - — ~с (Ьз+ Ь) + Дриз соз ~ ~ Л~, (396) (а Выражение (394) показывает, что значение Р, увелнчнваегся с повышением расхода, а следовательно, увеличнваетсн с подъемом клапана.
Ввиду этого при рассмотрении механизма явления можно ввести по аналогии с я<есткостью пружины понятие гидродинамической ясесткости: '~~ г г йй где ЬР, — изменение величины осевой составляющей гидродинамической силы потока; ЛЬ вЂ” приращение подъема клапана, обусловленное увеличением расхода жидкости. Опыт показывает, что гидродннамическая жесткость с, во многих случаях превышает (в 2 раза и более) жесткость с самой ляг пружины: с= — ', Опыты также показывают, что величина с, = лз изменяется в широком диапазоне расходов пропорционально открытию затвора. Чем выше перепад давления па клапане и чем больше ширина Ь, его седла, т. е.
чем больше разность 1), — о', где В, и г( — диаметры основания и вершины конуса седла (см. рис. 219), тем большим будет гидродинамический аффект, который при известных соотношениях величины перепада давления и разности с', — д может быть аначительным. Суммируя гидроднпамнческую жесткость с, с жесткостью пружины с, получим суммарную (результирующую) зкесткость клапана: ср, + ир„„ свез = сг+ с = * Л/ В соответствии с приведенным приращение усилия на клапане КР, обусловленное результирующей (суммарной) жесткостью, моя;ет значительно превышать прнращение ЛР„„, обусловленное жесткостью самой прунзины: КР ~~ ЬР„„.
380 Изменение силы давления н<идкости на клапан, обусловленное гидродинамической л<есткостью и жесткостью пружины, может быть выражено ЬР = ЛР, + Р„. На рис. 222 приведены кривые изменения сил 2хР и ЛР, в зависимости от расхода н<идкости (от открытия затвора Ь) для типового конического клапана (за начало отсчета принят расход () = 10 л!агин). Кривые показывают, что значения ОгР и ЛР, изменяютсн в широком диапазоне расхода прямо пропорционально открытию затвора, т.
е. величины с, и с сохраняются в этом диапазоне расхо- е бйгЯлГ дов постоянными. Резкое уменьшение ОО аиачения ЬРю набегюдаемое при большом расходе, вызвано возникновением на конической поверхности клапана кавитации, обусловленной высокими 0 а скоростлми лгидкости в щели. Ф Следует отметить, что высокая реб о зультирующая (суммарная) жесткость с,, которая имеет место в рассматРее Од о. г ю риваемом случае, повышает частоту соб- 2 ственных колебаний клапана, а также повышает возможность вхождения его О 0,05 Од 055 02 Ьмм в резонансные колебания. Способы стабилизации давления.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
