Гидравлические клапаны давления

Клапаны давления, предназначенные для регулирования давления рабочей жидкости, подразделяют:

- по назначению – на предохранительные, переливные, редукционные;

- по воздействию на затвор – на клапаны прямого действия и клапаны с серводействием;

- по форме затвора – на шариковые, конические, пластинчатые, золотниковые и др.

Клапаны должны иметь минимальные габариты и массу, пологую перепадно-расходную характеристику, надежно срабатывать при одном и том же давлении независимо от пауз между открытиями.

Предохранительные клапаны

Предохранительные клапаны служат для автоматического ограничения давления в системе “перед собой”. Основными элементами предохранительного клапана (рис. 1.14) являются затвор 1, корпус с седлом 2 и пружина 3.

Рис. 1.14. Схемы и условные обозначение

предохранительного (а) и переливного (б) клапанов

Принцип действия предохранительного клапана основан на уравновешивании силы давления жидкости на затвор силой затяжки пружины. Когда сила давления жидкости преодолевает силу затяжки пружины, клапан открывается, ограничивая рост давления “перед собой” путем перепускания части рабочей жидкости в сливную магистраль.

Давление настройки (открытия) клапана рассчитывают исходя из уравнения равновесия сил, действующих на затвор клапана в момент его открытия:

,

откуда

,

где – сила предварительной затяжки пружины; – давление настройки клапана; – диаметр седла клапана.

Седло клапана для обеспечения высокой герметичности чаще всего имеет острую кромку.

Расход жидкости, протекающий через клапан, рассчитывают по формуле Торричелли:

,

где – коэффициент расхода дроссельной щели; – площадь живого сечения дроссельной щели; – плотность жидкости; – перепад давления на дроссельной щели клапана (если можно пренебречь давлением в магистрали за клапаном, то , где – приращение давления в линии нагнетания перед клапаном при пропускании расхода).

Площадь живого сечения дроссельной щели клапана, представляющую, например, для конусного клапана площадь боковой поверхности усеченного конуса с диаметром основания и высотой , вычисляют по приближенной формуле:

,

где – половина угла при вершине конусного затвора клапана.

Подъем затвора при пропускании расхода жидкости через клапан определяют по формуле

.

При поднятом затворе возрастает сила затяжки пружины и перераспределяются давления в дроссельной щели клапана (рис. 1.15).

Рис. 1.15. Эпюры давлений на затворе

в закрытом (а) и в открытом (б) положении клапана

Уменьшение давления в щели клапана, обусловленный эффектом Бернулли, а также возрастающее усилие со стороны пружины при подъеме затвора клапана автоматически компенсируется за счет увеличения давления перед клапаном так, что .

Статическую характеристику клапана может быть получена на основе применения теоремы Эйлера об изменении количества движения потока, записанной для контрольного контура (рис. 1.16, а, сечения 1–1 и 2–2) для установившегося течения:

,

где – скорость течения жидкости в сечении 1–1; – скорость течения жидкости в сечении 2–2; – главный вектор поверхностных сил, действующих на выделенный объем жидкости в пределах контрольного контура.

Действием массовых сил пренебрегаем.

Приняв, что и , в проекции на ось клапана получаем

,

где – результирующая поверхностная сила, действующая на жидкость в контрольном объеме по оси клапана; – угол между истекающей струей и осью клапана.

Учитывая, что

; ,

получим

,

где – жесткость пружины; – подъем затвора клапана при пропускании расхода жидкости .

Рис. 1.16. Расчетная схема (а) и характеристика (б)

Дата добавления: 2015-07-17