Расчет статической характеристики клапанов давления заданной структуры (стр. 1 из 2)

Содержание

1. Цель расчётного задания

2. Постановка задачи и исходные данные

3. Назначение, устройство и принцип действия клапана

4. Математическая модель

5. Определение площадей проходных сечений

6. Расчёт и построение статической характеристики

7. Построение графической зависимости коэффициента расхода рабочей щели основного клапана от числа Рейнольдса и гидродинамической силы от открытия рабочей щели клапана

8. Вывод по проделанной работе

9. Список использованной литературы

1. Цель расчётного задания

Целью расчётного задания является закрепление и углубление знаний, полученных в процессе изучения лекционного курса, а также приобретение навыков расчёта статической характеристики клапанов давления заданной структуры.

2. Постановка задачи и исходные данные

клапан рейнольдс гидродинамический рабочий щель

Для заданной конструктивной схемы клапана, известных базовых параметров, условиях и ограничениях задачи необходимо:

Рассчитать зависимость регулируемого давления от расхода жидкости;

Определить расчётное значение показателя качества клапана, характеризующего точность регулирования давления, сравнить его с граничным значением, определяющим порог конкурентоспособности аппарата;

Провести качественный анализ возможностей улучшения рассматриваемого показателя качества за счёт изменения конструктивных размеров клапана;

Исходными данными для расчёта являются:

Конструктивная схема клапана.

Рис.2.1. Конструктивная схема клапана непрямого действия.

Линейные размеры и углы (см. рис.1):

Жесткость и предварительное сжатие пружины основного клапана С, h0, жесткость пружины управляющего клапана С1:

Максимальный расход рабочей жидкости через клапан Qmax:

Давление настройки клапана p0:

Давление на выходе из клапана (для напорного клапана) p2:

Плотность рабочей жидкости ρ:

Изменение регулируемого давления в диапазоне расходов от Qmin до Qmax, которое должно быть не более Δp:

Коэффициенты расхода щелей основного клапана μк, управляющего клапана μу и дросселя μдр(диафрагменный):

-основного ЗРЭ (цилиндр-конус):

-вспомогательного ЗРЭ(конус-цилиндр):

-дросселя:

3. Назначение, устройство и принцип действия клапана

Напорные клапаны предназначены для ограничения давления в подводимом к ним потоке рабочей жидкости.

В зависимости от воздействия потока жидкости на запорно-регулирующий элемент напорные клапаны делятся на клапаны прямого и непрямого действия. В клапанах прямого действия рабочее проходное сечение изменяется в результате непосредственного воздействия потока жидкости за запорно-регулирующий элемент.

Напорные клапаны прямого действия просты, надежны, дешевы. Однако для больших расходов и давлений они не применимы, так как требуются более мощные пружины. При этом увеличиваются габариты, трудно обеспечить допустимую неравномерность давления.

В этих условиях применяют клапаны давления непрямого действия, конструктивная схема, которых показаны на рис. 2.

Напорные, клапаны непрямого действия состоят из основного клапана 1 и вспомогательного (управляющего) клапана 4. Значение давления, которое ограничивает клапан, устанавливается с помощью регулировочного винта, воздействующего на пружину 3 вспомогательного клапана.

Напорный, клапан непрямого действия может работать в двух режимах. При работе в режиме предохранительного клапана он ограничивает давление в гидролинии, к которой клапан подсоединяется. Если давление в ней не превышает допустимого значения, то конус клапана 4 прижат к седлу; силы давления, действующие на клапан 1 сверху и снизу, одинаковы, и основной клапан 1 под действием пружины 2 занимает нижнее положение, перекрывая при этом подводимую к клапану гидролинию.

Когда давление р превышает значение, установленное пружиной 3, конус 4 приподнимается, жидкость через дроссель 5 идет на слив, на дросселе возникает перепад давления, под действием которого клапан 1 поднимается, открывая проходное сечение и перепуская расход рабочей жидкости Q на слив.

Рис. 3.1. Схема расположения рабочих органов клапана.

При работе в режиме переливного клапана через рассматриваемый гидроаппарат сбрасывается на слив излишек расхода рабочей жидкости Q, который не в состоянии пропустить дроссельные устройства гидросистемы. В этом режиме работы значение давления должно оставаться практически постоянным, что напорный клапан непрямого действия и.обеспечивает. Так как через клапан всегда должен сливаться тот или иной расход жидкости, клапан 1 находится в приподнятом положении, что возможно лишь при наличии расхода жидкости через клапан 4 и, следовательно, перепада давления на дросселе 5. Значение этого расхода небольшое и обычно не превышает 0,5—1 л/мин.

При увеличении расхода Q который клапан должен пропустить, увеличивается давление р, конус поднимается несколько выше установившегося положения, увеличивается расход Qдр и перепад давления на дросселе 5. Основной клапан несколько приподнимается, увеличивая проходное рабочее сечение, что приводит к пропуску большего расхода и, следовательно, к уменьшению давления р.

4. Математическая модель

1. Уравнение равновесия основного заполно-регулирующего элемента:

(4.1)

C - жесткость пружины основного клапана;

h0- предварительное сжатие;

h - открытие рабочей щели;

D - диаметр основного клапана(рис.1);

p3- давление в междроссельной камере.

2. Уравнение расхода, протекающего через рабочую щель основного ЗРЭ:

(4.2)

Qк-расход, протекающий через рабочую щель;

μк- коэф. расхода основного ЗРЭ;

fщк-площадь проходного сечения рабочий щели;

ρ - плотность рабочей жидкости.

p1 - давление под нижнем торцом основного ЗРЭ

p2- давление слива.

3. Уравнение расхода, протекающего через дроссель:

(4.3)

Qдр-расход, протекающий через дроссель;

μдр- коэф. расхода дросселя;

fдр-площадь проходного сечения дроссель;

ρ - плотность рабочей жидкости;

p1 - давление под нижнем торцом основного ЗРЭ;

p3 - давление в междроссельной камере.

4. Уравнение расхода, протекающего через рабочую щель вспомогательного клапана:

(4.4)

Qу-расход, протекающий через рабочую упр. клапана;

μу- коэф. расхода упр. клапана;

fщу-площадь проходного сечения рабочей щели;

ρ - плотность рабочей жидкости;

p3 - давление в междроссельной камере;

p2- давление слива.

5. Уравнение неразрывности для системы "дроссель-вспомогательный клапан":

(4.5)

6. Уравнение равновесия вспомогательного запорно-регулирующего элемента:

(4.6)

C1 - жесткость пружины упр. клапана;

х0- предварительное сжатие;

х - открытие рабочей щели;

D - диаметр основного клапана(рис.1);

p3- давление в междроссельной камере;

Fу- площадь упр. клапана.

p2- давление слива.

-для основного клапана:

7. Уравнение настройки вспомогательного клапана: