На затвор клапана действуют силы гидростатического давления и трения, силы гидродинамического воздействия потока, боковое усилите, обусловленное несимметричностью распределения давления жидкостью в радиальном зазоре и несносностью затвора и отверстия, а так же силы бокового давления, вызываемого несимметричным действием усилия пружины.
На первом этапе расчета клапана учитывают лишь силы гидростатического воздействия. Перепад давления соответствующий началу открытия или концу закрытия затвора, для клапана с острыми кромками посадочного седла, см. рисунок 4 (а). Т.е. условия равновесия статических сил, действующих на затвор клапана можно определить без учета сил трения и массы затвора по уравнения
P0=∆p/A0
(3)
Проекция затвора капана описывается рабочей средой на плоскости перпендикулярной ее оси.
A0 – площадь сечения затвора по линия контакта с кромкой седла
d0 – диаметр отверстия седла.
сh – коэффициент жесткости.
При этом условии перепад давления открытия клапана равен перепаду давления в момент закрытия клапана. После того, как клапан оторвется от своего седла перепад давления может существенно измениться, это изменение обусловлено возникновением гидродинамических сил, а так же тем, что при увеличении расхода через клапан, затвор ее должен быть поднят на соответствующую высоту, в связи с чем усилие пружины, а следовательно и давление жидкости, требующееся для удержания затвора капана в поднятом положении повысятся.
На рисунке 5 приведена зависимость давления от расхода одноступенчатого клапана при открытии затвора и при закрытии затвора. График показывает, что давление pн соответствующее началу открытия клапана при повышении расхода больше конечного давления при снижении расхода. Разница в этих давлениях при равных расходах определяет гистерезис предохранительного капана, под которым в общем понимается разница между давлениями при открытии и закрытии затвора при том же расходе – отрезок В. Причинами появления гистерезиса (нарушение стабильности давления) являются характеристика пружины и трения, подвижных деталей клапана, а так же изменение действующих при подъемах затвора клапана сил давления жидкости или газа, в т.ч. сил инерции гидродинамических сил. Для повышения стабильности давления, т.е. уменьшения гистерезиса при изменении расхода в первую очередь необходимо повышать эластичность пружины за счет уменьшения коэффициента ее жесткости, за счет увеличения длины, уменьшения диаметра проволоки, а так же максимально понижать силы трения и ход затвора.
Для идеального клапана зависимость давления от расхода выражается без учета гидродинамических сил вертикальной прямой, кривая а на рисунке 5. И это давления совпадает с давлением PH начала открытия (подъема) затвора.
Силы трения плунжера определяют чувствительность δ клапана к изменению давления, которые оцениваются соотношением:
Зависит от конструкции рабочей части затвора и формы седла (плоской или конусной), а так же от силы трения плунжера. Например клапана с пунжерным затвором смотри рис 1 г. Чувствительность ниже чем капана с конусным, а тем более с кромочным затвором. С учетом сил трения условия равновесия сил без учета гидродинамической силы потока жидкости и силы инерции, действующие на затвор клапана с острыми кромками в начале открытия клапана или закрытия, когда расход Q=0 и h=0.
∆pA0=P0±R
Где R – сила трения.
При приближенных расчетах трением пренебрегают. После того как затвор оторвется от седла перепад изменится из за уменьшения эффективной плоскости затвора на которую действует давления рабочей среды. Из расчетной схемы следует, что при закрытом клапане с острыми кромками седла.
d1<d
В соответствии с этим эффективная площадь клапана, на которую действует давление среды:
(4)
Площадь проходного сечения щели будет иметь вид.
Подставим площадь щели в уравнение (2) расхода, получим.
(5)
Очевидно для клапанов с небольшим подъемом затвора уменьшение эффективной площади клапана, вызванное разницей d-d1 ничтожно можно, им в большинстве случаем можно пренебречь. Условия равновесных сил, при максимальном расходе рабочего тела имеет вид:
Aэф<A0
В реальных клапанах седло имеет не острые кромки а некоторую поверхность см. рисунок 4б. В виду чего нарушения стабильности сил давления рабочего тела, действующих на клапан, а следовательно и разность сил давление pн и р0 будет еще более значительными. Из рисунка 4б видно, что перед отрывом затвора клапана от седла усилие пружины уравновешивается давлением рабочего тела, действующим на проекцию омываемой поверхностью затвора, которой для герметичного клапана будет площадь сечения отверстия диаметром d. После того, как затвор оторвется от седла рабочее тело поступит в щель, образованную седлом и конусом затвора. В результате площадь, на которую будет действовать давление рабочего тела увеличится на проекцию рабочего седла, на плоскость перпендикулярную к оси затвора. Очевидно, что давления внутренней кромки контакта затвора с седлом равно рабочему давлению Р1. Тогда как во внешней кромке щели оно понизится до давления Р2 равному давлению на выходе из клапана. При конусности поверхностей, образующих щель. Изменение давления от Р1 до Р2 происходит по закону, изображённом на рисунке 4б. В соответствии с этим.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.