Силы, действующие на затвор клапана. Влияние формы седла. Действие гидродинамической силы. Элементы и устройства струйной пневмоавтоматики (струйной техники), страница 4

β -  угол щели клапана (переменный)

Точеное определение этого угла от объема определить чрезвычайно сложно, поэтому ограничиваются приближенными оценками и экспериментальными данными. При условии d3 = do этот угол будет равен 60о при значительных перекрытиях и малых подъемах затвора, этот угол можно принять 900.

Усилия пружины, действующей на затвор после открытия клапана (h>0) будет определяться следующим образом

Pпр = P0+ch=c(h0+h), где

Р0 = ch0 – усилие начального сжатия пружины.

h0 – начальное сжатие пружины.

H – переменное значение подъема затвора обеспечивающее расход Q.

В соответствии с этим до открытия затвора:

P0=ch0=∆p0·A

Pпр=(h0+h)c=∆p0·A+Qp(v1-v2·cosβ)            (1)

При малых расходах:

(h0+h)c=∆p0·A                        h0+h=(∆p0·A)/c

Из уравнения 1 следует, что :

∆p=(Pпр/А)-(Qρ(v1-v2·cosβ))/A

Дифференциальные клапаны

Для уменьшения усилия пружины, которые в случае клапанов прямого действия принимаю недопустимые значения, применяют дифференциальные клапаны с гидравлическим уравновешиванием частью усилия развиваем давление жидкости. Это уравновешивание в большинстве конструкций осуществляется при использовании дополнительного поршня й, связанного с основным поршнем затвора клапана. Практически в основу конструкции клапанов дифференциального типа положен неуравновешенный плунжер, имеющий пояски а и б разных диаметров. Очевидно в этом клапане пружина воспринимает лишь усилие давления жидкости, действующую на эффективную площадь, равную ∆А=А12=π/4(d12-d22)

Р0=Р(А12)

Чрезмерное уменьшение площади затвора клапана (разность площадей) поясков А и Б, приведет к тому, что доля сил трения, действующих на плунжер будет настолько велика, что клапан не сможет удовлетворительно выполнять свою функцию из за большого гистерезиса трения

Предохранительные клапаны непрямого действия

При применении клапанов прямого действия в системах диметры ограничены, поскольку при более высоких значениях недопустимо растёт усилие пружины. Для уменьшения усилия пружины при заданном расходе и давлении, а также для повышения стабильности давления применяют двухступенчатые клапаны на рисунке 10, 11. Жидкость под давлением Р1 рис 10а подводится в камеру а соединенную через отверстие D с полостью С и с полостью Е на входе во вспомогательный клапан 3. Давление 3 в полости С действует на поршень 1 удерживая совместно с пружиной затвор 5 в закрытом положении Клапан закрыт до тех ор пока давление Р3 в полости С не преодолеет усилие пружины 2  не откроет клапан 3. После открытия этого клапана давление жидкости в полости С из-за сопротивления в полости В понизится по сравнению с давлением в полости А. В результате затвор 5 оторвётся от своего седла и давление Р1 в полости А понизится до значения при котором расход жидкости через клапан 3 будет равен тому количеству жидкости которое поступит в полость С через отверстие В. Процесс вытеснения жидкости а следовательно и открытие клапана 5 зависит от перетекания в камеру С жидкости из напорной магистрали через В. Изменением усилие пружины 2 можно регулировать основной клапан. Для уравновешивания затвора 5 в нём выполняют сверление Ж, соединяющее сливную полость Н с цилиндрической камерой D, диаметр которой равен диаметру седла 6 клапана. В конструкции клапана предусматривается возможность дистанционного управления разгрузки насоса. Для этого в клапане выполнено отверстие F, при соединении которого со сливной магистралью давление в полости С понизится до  давления в это магистрали, в результате затвор 5 переместившись вправо совместиn напорную и сливные магистрали.  На рисунке 10б представлена схема подобного клапана со вспомогательным шариковым клапаном внутри основного клапана. Этот клапан прост в изготовлении, однако отличается неуравновешенной силой сливного давления: d1^2/(d1^2-d2^2). Где d1 и d2 диаметр поршня затвора и седла. Часто выполняется по схеме рис 11. При давлении в системе ниже заданного затвор шарикового датчика 3 закрыт. При этом давление в полостях В и С которые сообщаются между собой через дроссельное отверстие А поршня1 равны.  Пружины 4 удерживает поршень в положении при котором входной канал В закрыт. При повышении давления выше заданного на которое рассчитана пружина 2 шариковый затвор 3 датчика открывается, и давление в полости С падает,  в результате чего  в полостях В и С создаётся перепад давления под действие которого поршень один перемещается соединяя канал нагнетания с баком. Для сглаживания забросов давлений рекомендуется применять клапаны прямого действия, т.к. для применения этих целей клапанов непрямого действия могут возникнуть из-за неизбежного запаздывания отработки сигнала большие забросы давления. Как видно из схемы на рисунке 11 смещение основного затвора переливного клапана может произойти лишь после того как будет открыт вспомогательный клапан и жидкость заполняющая камеру С вытиснится в бак. Однако двухступенчатые клапаны отличаются более высокой стабильностью давления. Благодаря небольшому расходу жидкости через В давление жидкости на поршне 1 при изменении расхода практически не будет изменяться а следовательно будет стабильным давление Р1 при всех видах потока жидкости через рабочее окно переливного клапана.