Предохранительного клапана

Вид характеристики клапана показан на рис. 1.16, б. Характеристика предохранительного клапана имеет положительное “перерегулирование” по давлению, т. е. с увеличением расхода жидкости через клапан давление, поддерживаемое им, возрастает, что нежелательно по соображениям прочности системы.

Пологая характеристика предохранительного клапана может быть получена за счет применения пружин малой жесткости и компенсации гидродинамических сил.

Для разгрузки затвора от действия гидродинамических сил затвор клапана профилируется. Посадочное место выполняется с дополнительным конусом, отклоняющим струю рабочей жидкости в обратном направлении (рис. 1.17, а).

Рис. 1.17. Схема профилирования затвора (а) и

компенсации (б) реактивных сил клапана

Проекция полной реактивной силы, действующей на затвор для профилированной конструкции, составляет (рис. 1.17, б):

.

Если , то .

Давление жидкости при открытом затворе действует на увеличенную по сравнению с исходной площадь клапана, что делает характеристику более пологой, поскольку снижение давления в щели клапана компенсируется увеличением эффективной площади.

Эффект разгрузки затвора от действия реактивных сил достигается в предохранительном клапане с обратным ходом затвора по отношению к потоку жидкости (рис. 1.18). При протекании жидкости через клапан обратного хода эпюра давлений, действующих на площадь , не перераспределяется.

Рис. 1.18. Схема предохранительного клапана

с обратным ходом затвора по отношению к потоку жидкости

Пример. Определить перерегулирование по давлению характеристики предохранительного клапана обратного хода, если расход жидкости через клапан л/мин, давление, поддерживаемое клапаном, МПа, эффективная площадь затвора см², диаметр затвора мм, плотность жидкости Н·с²·м^-4, угол при вершине седла клапана жесткость пружины Н/мм, коэффициент расхода дроссельной щели клапана

Подъем затвора при пропускании через клапан расхода жидкости под давлением

мм.

Дополнительная сила от сжатия пружины при пропускании через клапан расхода жидкости:

Н.

Перерегулирование по давлению характеристики предохранительного клапана:

МПа.

Переливные клапаны

В отличие от предохранительных клапанов, рассчитанных на слив всей подачи насоса, переливные клапаны поддерживают постоянство давления за счет непрерывного слива только части подачи насоса. К переливным клапанам не предъявляется высоких требований к герметичности, поэтому их затворы часто выполняются в виде золотников (см. рис. 1.14, б). Переливные клапаны применяют в системах с дроссельным регулированием скорости для поддержания постоянства давления в напорной линии.

Характеристику системы с переливным клапаном (рис. 1.19, в) строят, совмещая характеристики клапана и насоса (рис. 1.19, а, б). Точка 2 перегиба характеристики на рис. 1.19, в соответствует началу работы переливного клапана.

Рис. 1.19. Характеристика системы с переливным клапаном:

а – характеристика клапана; б – характеристика насоса;

в – характеристика системы

До момента вступления в работу переливного клапана давление в системе варьируется в пределах и вся жидкость, подаваемая насосом, поступает в систему . При нагрузках, изменяющихся в пределах , через переливной клапан в бак сбрасывается только часть подачи насоса (). Если же система не потребляет жидкости (потребители отключены), давление в ней устанавливается на уровне максимального (рис. 1.19, в, точка 1), а вся подача насоса через переливной клапан сбрасывается в бак ().

Редукционные клапаны

Редукционным клапаном называется клапан давления, предназначенный для поддержания в отводимом от него потоке рабочей жидкости давления более низкого, чем давление питания. Редукционный клапан регулирует давление “за собой”. Редукционные клапаны применяют в системах, в которых от одного источника питаются несколько потребителей, работающих при разных давлениях.

Основным элементом редукционного клапана (рис. 1.20, а) является корпус 3, затвор с поршнем 2, пружина 1. Клапан подключается в гидролинию последовательно и действует только при наличии давления нагрузки.

Рис. 1.20. Схема, условное обозначение (а) и

характеристика (б) редукционного клапана

Принцип работы клапана заключается в следующем. Рабочая жидкость под давлением нагнетания подается в проточку между поршнем и затвором, затем поток дросселируется в щели между затвором и седлом и за клапаном устанавливается пониженное (редуцированное) давление , которое автоматически независимо от давления нагнетания поддерживается постоянным. При повышении редуцированного давления затвор автоматически смещается вправо, сжимая пружину 1. Дросселирующая щель уменьшается, гидравлическое сопротивление увеличивается, и давление снизится до расчетного значения.

Уравнение равновесия подвижных частей клапана для момента открытия затвора без учета сил трения имеет вид

,

откуда

,

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

При пропускании некоторого расхода жидкости давление за клапаном несколько снижается из-за перераспределения давления в затворе и уменьшения деформации пружины при подъеме клапана.

Уравнение характеристики редукционного клапана так же, как и для предохранительного клапана, может быть получено из теоремы Эйлера об изменении количества движения для контрольного контура потока:

.

В проекции на ось , учитывая, что

и ,

получают

или

.

Откуда

.

Характеристика редукционного клапана (рис. 1. 20, б) имеет отрицательное “перерегулирование”, которое уменьшают, применяя пружины с малой жесткостью.

Редукционно-предохранительный клапан (рис. 1.21) может поочередно выполнять функции то редукционного, то предохранительного клапана.

Рис. 1.21. Схема редукционно-предохранительного клапана

При повышении давления в двигателе выше давления настройки клапан 1 садится на седло 2, а поршень 3, сжимая пружину 4, открывает слив жидкости из гидродвигателя в бак. В этом случае клапан действует в качестве предохранительного клапана системы потребителя (системы редуцированного давления).

Дифференциальные клапаны и клапаны с серводействием

Для уменьшения размеров пружин и усилий их затяжки, которые в клапанах прямого действия для больших расходов и давлений принимают недопустимые значения, применяют дифференциальные клапаны с гидравлическим уравновешиванием части усилий от давления жидкости на затвор. Уравновешивание достигается с помощью дополнительного поршня, связанного с затвором клапана (рис. 1.22, а). В этом клапане пружина воспринимает лишь ту часть усилия от давления жидкости, которая действует на кольцевую площадь затвора. Чрезмерное уменьшение эффективной площади затвора приведет к тому, что доля сил трения в балансе сил, действующих на подвижные части, будет настолько велика, что клапан будет действовать со значительным гистерезисом. Обычно эффективная площадь составляет 25 % площади седла, перекрываемой затвором клапана.

Клапаны с серводействием (двухступечатые) (рис. 1.22, б) наряду с разгрузкой пружины от силы гидростатического давления обеспечивают одновременно пологую расходно-перепадную характеристику. В корпусе 1 кроме основного конического клапана 2 имеется вспомогательный шариковый клапан 3. Пружина основного клапана в этой конструкции воспринимает усилие не от полного давления на входе, а от перепада давления в полостях А и Б. Принцип работы клапана заключается в следующем. Основной конический клапан 2 закрыт до тех пор, пока закрыт вспомогательный клапан 3. При давлении рабочей жидкости в полости Б больше допустимого увеличивается давление и в полости А. При этом открывается шариковый клапан 3 и рабочая жидкость идет на слив в бак. Давление в полости А уменьшается, и возникает перепад давления между полостями А и Б, под действием которого открывается основной клапан 2.

Рис. 1.22. Схемы клапанов с разгрузкой пружины

от действия полной гидравлической силы:

а – дифференциальный клапан; б – клапан с серводействием

Клапан с серводействием имеет более пологую характеристику по сравнению с клапаном прямого действия, благодаря возможности применения пружин меньшей жесткости. Быстродействие двухступенчатых клапанов более низкое.

Дата добавления: 2015-07-17