Основы теории тарельчатого клапана

Рассмотрим работу тарельчатого клапана поршневого или плунжерного насоса (рис. 17). Пусть тарелка клапана поднимается с некоторой скоростью υт. Количество жидкости, проходящей через отверстие седла клапана, будет равно количеству жидкости, проходящему через щель, которая образуется между тарелкой и седлом, плюс объем ( ), освобождаемый тарелкой клапана при своем подъеме вверх.

Площадь щели у открытого тарельчатого клапана с плоской тарелкой будет равна:

, (38)

где - коэффициент сжатия струи в щелевом зазоре; - высота подъема тарелки клапана над седлом; dт – диаметр тарелки.

На основании сказанного можно записать

, (51)

где - площадь поперечного сечения отверстия седла клапана; - средняя ско-

рость жидкости в седле клапана; - скорость жидкости в щелевом зазоре между тарелкой и седлом клапана.

При опускании тарелки выражение (51) запишется в виде

. (52)

 

 

Рис. 18. Схема тарельчатого клапана.

Если принять направление движения тарелки клапана вверх положительным, а вниз – отрицательным, то общее выражение для подъема и опускания тарелки клапана запишется в виде (закон Вестфаля):

. (53)

Из (53) определим высоту подъема тарелки клапана:

. (54)

Уравнение постоянства расхода жидкости, движущейся в цилиндре и в отверстии седла клапана, можно записать как:

, (55)

где vп– скорость поршня ( ).

Запишем выражение (55) с учетом выражения для скорости поршня

. (56)

Тогда уравнение (54) примет вид:

. (57)

Найдем скорость подъема тарелки клапана . Для этого продифференцируем выражение (54) по времени:

. (58)

Если в выражении (58) отбросить член , который в сравнении с составляет малую величину более высокого порядка, то выражение для определения примет вид

. (59)

Так как тарелка клапана движется неравномерно, то на тарелку будет действовать сила инерции, которую обычно в расчетах не учитывают вследствие её малой величины.

Уравнение равновесия сил, действующих на тарелку клапана, имеет вид:

. (60)

где - сила тяжести тарелки клапана в жидкости; R – сила сжатия пружины; - разность давлений над и под тарелкой клапана.

Разделив правую и левую часть уравнения (60) на ( ) получим: , (61)

где ∆H – потери напора на клапане.

Применив известную из гидравлики зависимость для определения скорости истечения жидкости из отверстия или насадка, определим скорость истечения жидкости из щелевого зазора между тарелкой и седлом клапана:

, (62)

где φ – коэффициент скорости щелевого зазора.

Зависимость для определения высоты подъема тарелки клапана, с учетом выражений (57), (59) и (62) примет вид:

, (63)

где – коэффициент расхода клапана.

На рис. 19 показан графический вид зависимости (63). Синусоида 1 построена с использованием первого члена правой части уравнения (63), а косинусоида 2 – с использо-ванием второго члена этого же уравнения. Путем суммиро-вания ординат синусоиды 1 и косинусоиды 2 построена кривая 3, выражающая характер движения тарелки клапана, то есть изменение высоты её подъема в зависимости от угла поворота кривошипа. Кривая 3 указывает на несоответствие моментов открытия и закрытия клапана крайним положениям поршня. После того как кривошип повернется на угол φ1, тарелка клапана начинает подниматься. Кривошип повернулся на 1800, а клапан ещё открыт и тарелка находится на расстоянии h0 от опорной поверхности седла. После поворота кривошипа на угол (1800+ φ2) произойдет закрытие клапана.

Угол φ1 – угол запаздывания клапана при открытии, а φ2 – угол запаздывания клапана при закрытии.

Углы запаздывания φ1 и φ2 можно определить при помощи той же зависимости (63). Клапан откроется при повороте кривошипа на угол φ1, определяемый из условия, что при φ = φ1 h = 0.

. (64)

Ни один из параметров, входящих в множитель перед квадратными скобками, при работе насоса не равен нулю; нулю может быть равно только выражение в квадратных скобках:

= 0, или ,

отсюда

. (65)

Такую же зависимость получим и для угла φ2, однако в действительности φ1 и φ2 могут быть разными по величине.

Для клапана с плоской тарелкой (см. рис. 47) при (а – ширина опорной поверхности; - диаметр отверстия седла) С.Н. Рождественский рекомендует использовать следующую формулу для определения коэффициента расхода:

. (66)

Однако эта формула пригодна лишь для квадратичного режима движения жидкости через отверстие седла, а этот режим имеет место при Reщ 10.

Здесь число Рейнольдса потока у входа в щель

Reщ= , (67)

где - гидравлический радиус щели, определяемый по формуле:

. (68)

С учетом зависимости (68) выражение (67) запишется в следующем виде:

Reщ= . (69)

Для конических тарельчатых клапанов с углом конусности β=450 С. Н. Рождественский рекомендует формулу

. (70)

Эта формула справедлива при числах Рейнольдса 25<Reщ<300.

Для кольцевых клапанов с плоской тарелкой и узкой опорной поверхностью О.В. Байбаков рекомендует следующую формулу для определения коэффициента расхода:

, (71)

где b – ширина прохода в седле клапана.

Формула (71) справедлива для Reщ<10.

Максимальный подъем тарелки клапана будет при φ = 900, тогда зависимость (63) примет вид

. (72)

Из рис. 19 (линия 4) видно, что hmax имеет место, когда поршень пройдет путь больше, чем , то есть в результате большего сопротивления отрыву тарелки от седла открытие происходит с рывком. Под действием силы инерции тарелки клапана её подъем происходит со скорость, превышающей скорость поршня в данном положении. Вследствие этого при дальнейшем подъеме тарелки клапана её скорость уменьшится и подъем будет более плавным. Об этом свидетельствует более пологий участок кривой.

Когда клапан открыт и через него протекает жидкость, гидравлические потери в нем определяют по формуле:

, (73)

где - максимальная скорость жидкости в отверстии седла клапана; - коэффициент гидравлического сопротивления клапана.

Опытами установлено, что гидравлические потери сравнительно мало меняется от высоты подъема тарелки клапана. Небольшое уменьшение происходит в период опускания тарелки клапана, то есть тогда, когда это не имеет практического значения для определения давления под клапаном. Поэтому величину рекомендуется определять для среднего положения поршня, когда и h=hmax.

В выражении (61) скорость выразим через скорость поршня v:

.

Тогда формулу (73) следует записать в виде

, (74)

Коэффициент гидравлического сопротивления зависит от конструкции клапана.

Для определения коэффициента известны следующие эмпирические формулы Баха:

1. Для тарельчатого клапана с плоской тарелкой без нижнего направления

(75)

где a – ширина поверхности соприкосновения тарелки и седла клапана; – опытная величина, которая находится в пределах 0,15 – 0,16; dс - диаметр отверстия седла клапана; h - высота подъема тарелки клапана.

Величину рекомендуется определять по формуле:

(76)

При пользовании формулами (75) и (76) должны быть выполнены следующие соотношения между размерами h, dс и a: 4< <10, 4 a< dс<10 a.

2. Для тарельчатого клапана с плоской тарелкой и нижними направляющими в виде ребер:

; (77)

, (78)

где – величина, равная 1,70÷1,75; - число ребер; - ширина ребра; - ширина поверхности соприкосновения тарелки и седла клапана.

Величину коэффициента выбирают в зависимости от степени стеснения ребрами площади поперечного сечения отверстия седла 0,8≤ <1,6; =0,80 ÷ 0,87, где F - площадь поперечного сечения ребер тарелки клапана; Fс – площадь отверстия седла клапана.

3. Для тарельчатого клапана с конусной опорной поверхностью и верхним направляющим в виде стержня

. (79)

При пользовании эмпирической формулой (59) должны выполняться следующие условия: 4< <10; .








Дата добавления: 2015-07-10; просмотров: 1186;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.019 сек.