Предохранительные клапаны

Предохранительным гидроклапаном называется напорный гидроклапан, предназначенный для предохранения элементов гидросистемы от давления, превышающего допустимое.

Предохранительные гидроклапаны используются во всех объемных гидроприводах и устанавливаются, как правило, в непосредственной близости у насоса, а также в местах, где по условиям работы гидросистемы возможно возникновение опасных по величине давлений.

Как правило, для предохранительного гидроклапана характерен эпизодический режим работы.

Основными требованиями, предъявляемыми к предохранительному гидроклапану, являются:

– герметичность сопряжения седло-клапан в закрытом положении;

– стабильность давления срабатывания клапана (надежность). Ошибка на срабатывание предохранительных клапанов не должна превышать 1 – 2 %.

С конструктивной точки зрения последнее требование означает, что в клапане необходимо исключить вероятность заклинивания его запорно-регулирующего элемента. Поэтому предохранительный клапан простейшей конструкции имеет либо шариковый (для малых расходов), либо конусный запорно-регулирующий элемент.

а) б)

в)

Рис. 2.12. Принципиальные схемы и условное обозначение предохранительных клапанов

В конструкции, приведенной на рис. 2.12, а давление пружины и давление рабочего тела могут выравниваться при этом будут происходить медленные утечки рабочего тела. Такая конструкция клапана склонна к автоколебаниям запорно-регулирующего элемента из-за низкой его устойчивости. Этого недостатка лишена конструкция, приведенная на рис. 2.12, б. Здесь клапан 1 перемещается вместе с седлом 2, причем клапан 1 гарантировано прижат к седлу. При посадке на стержень 3 происходит срабатывание клапана и сброс рабочего тела. Для предохранения большерасходных систем высокого давления применяются предохранительные клапаны, показанные на рис. 2.12, в.

Давление срабатывания предохранительного гидроклапана р_к обычно регулируется при помощи регулировочного винта 4 (рис. 2.12, а) за счет изменения силы предварительного поджатия пружины 3. В первом приближении давление срабатывания предохранительного клапана определяется по формуле:

,

где F_пр – сила предварительного поджатия пружины; D_у – условный проход, обычно равен диаметру отверстия седла клапана; р_сл – давление в сливной гидролинии.

Если гидроклапаны рассмотренных конструкций использовать в системах, где они должны срабатывать достаточно часто, то при этом конус в результате частых ударов о седло быстро потеряет свою форму или разобьет седло. В результате клапан потеряет герметичность в контакте конуса с седлом. Это значительно уменьшает срок его службы.

Значительные преимущества имеет конструкция предохранительного гидроклапана прямого действия с демпфирующим устройством, схема которого приведена на рис. 2.13.

Рис. 2.13. Предохранительный клапан прямого действия с демпфирующим устройством

Особенностью его конструкции является то, что конический запорно-регулирующий элемент 2 клапана имеет хвостовик, заканчивающийся цилиндрическим пояском А, который перемещается в отверстии корпуса 1. Сила предварительного поджатия пружины 3 может изменяться при помощи регулировочного винта 4.

Гидроклапан работает следующим образом. Если контролируемое давление становится больше давления срабатывания клапана р_к, то его запорно-регулирующий элемент 2 поднимается и открывает проходное сечение, через которое рабочая жидкость начинает сливаться в бак. Во время движения запорно-регулирующего элемента 2 на его цилиндрическом пояске возникает дополнительная сила, направленная в сторону, противоположную скорости движения, и пропорциональная ее величине. Возникновение этой силы обусловлено необходимостью движения жидкости в зазоре между пояском А и внутренней поверхностью отверстия в корпусе. Так как указанный зазор достаточно мал, то движение в нем жидкости возможно лишь при наличии на нем достаточного перепада давления. Этот перепад давления и создает упомянутую выше силу на пояске А. Эта сила, всегда направленная против движения запорно-регулирующего элемента 2, очень быстро гасит автоколебания, возникающие при его открытии. Происходит также существенное смягчение удара запорно-регулирующего элемента 2 о седло при закрытии проходного сечения клапана.