Зміст

1. Метарасчетного завдання

2. Постановка завдання й вихідні дані

3. Призначення, будова та принцип дії клапана

4. Математична модель

5. Визначення площ прохідних перетинів

6.Расчет й модульна побудова статичної характеристики

7. Побудова графічної залежності коефіцієнта витрати робочої щілини основного клапана від кількостіРейнольдса і гідродинамічної сили після відкриття робочої щілини клапана

8. Висновок по виконану роботу

9. Список використаної літератури

1. Метарасчетного завдання

Метоюрасчетного завдання є закріплення і навіть поглиблення знань, отримані процесі вивчення лекційного курсу, і навіть придбання навичок розрахунку статичної характеристики клапанів тиску заданої структури.

2. Постановка завдання й вихідні дані

клапанрейнольдс гідродинамічний робочий щілину

Для заданої конструктивної схеми клапана, відомих базових параметрів, умовах і обмеженнях завдання необхідно:

>Рассчитать залежність регульованого тиску від витрати рідини;

Визначитирасчетное значення показника якості клапана, що характеризує точність регулювання тиску, порівняти його з граничним значенням, визначальним поріг конкурентоспроможності апарату;

Провести якісний аналіз можливостей поліпшення аналізованого показника якості рахунок зміни конструктивних розмірів клапана;

Вихідними для розрахунку є:

Конструктивна схема клапана.

>Рис.2.1. Конструктивна схема клапана непрямого дії.

Лінійні розміри і кути (див. мал.1):

       

Жорсткість і (попередня стиснення пружини основного клапана З,h0, жорсткість пружини управляючого клапана С1:

     

Максимальний витрата робочої рідини через клапанQmax:

 

Тиск настройки клапанаp0:

 

Тиск виході з клапана (для напірного клапана)p2:

  

Щільність робочої рідини:

 

Зміна регульованого тиску буде в діапазоні витрат відQmin доQmax, що має бути трохи більшеp:

 

Коефіцієнти витрати щілин основного клапанак, управляючого клапанау і дроселідр(диафрагменний):

-основногоЗРЭ (>цилиндр-конус):

-допоміжногоЗРЭ(конус-цилиндр):

-дроселі:

3. Призначення, будова та принцип дії клапана

>Напорние клапани призначені обмеження тиску вподводимом до них потоці робочої рідини.

Залежно від впливу потоку рідини назапорно-регулирующий елемент напірні клапани діляться на клапани прямого і непрямого дії. У клапанах прямої дії робоче прохідне перетин змінюється внаслідок безпосереднього впливу потоку рідини зазапорно-регулирующий елемент.

>Напорние клапани прямої дії прості, надійні, дешеві. Проте задля значних коштів і тисків де вони застосовні, оскільки потрібні потужніші пружини. У цьому збільшуються габарити, важко забезпечити допустиму нерівномірність тиску.

У умовах застосовують клапани тиску непрямого дії, конструктивна схема, яких показані на рис. 2.

>Напорние, клапани непрямого дії складаються з основного клапана 1 і допоміжного (управляючого) клапана 4. Значення тиску, яке обмежує клапан, встановлюється з допомогоюрегулировочного гвинта, впливає на пружину 3 допоміжного клапана.

>Напорний, клапан непрямого дії може працювати у двох режимах. Працюючи як захисного клапана він обмежує тиск угидролинии, до котрої я клапан приєднується. Якщо тиск у ній перевищує припустимого значення, то конус клапана 4 притиснутий до сідла; сили тиску, які діють клапан 1 зверху і знизу, однакові, і основний клапан 1 під впливом пружини 2 займає нижнє становище, перекриваючи у своїйподводимую до клапанугидролинию.

Коли тиск р перевищує значення, встановлений пружиною 3, конус 4 піднімається, рідина через дросель 5 йде слив, надросселе виникає перепад тиску, під впливом якого клапан 1 піднімається, відкриваючи прохідне перетин іперепуская витрата робочої рідиниQ на слив.

>Рис. 3.1. Схема розташування робочих органів клапана.

Працюючи як переливного клапана через аналізованийгидроаппарат скидається на слив надлишок витрати робочої рідиниQ, який може пропуститидроссельние устрою гідросистеми. У цьому вся режимі роботи значення тиску має залишатися практично постійним, що напірний клапан непрямого діїи.обеспечивает. Оскільки через клапан завжди повинен зливатися той чи інший витрата рідини, клапан 1 перебуває у піднесеному становищі, що можливо лише за наявності витрати рідини через клапан 4 і, отже, перепаду тискудросселе 5. Значення цієї витрати невеличке і звичайно вбирається у 0,5—1л/мин.

При збільшенні витратиQ який клапан повинен пропустити, збільшується тиск р, конус піднімається трохи вища встановленого становища, збільшується витратаQдр і перепад тискудросселе 5. Основний клапан кілька піднімається, збільшуючи прохідне робоче перетин, що зумовлює пропуску більшого витрати і, отже, до зменшення тиску р.

4. Математична модель

1.Уравнение рівноваги основногозаполно-регулирующего елемента:

                           (4.1)

З - жорсткість пружини основного клапана;

>h0- попереднє стиснення;

h - відкриття робочої щілини;

D - діаметр основногоклапана(рис.1);

>p3- тиск умеждроссельной камері.

2.Уравнение витрати, викликаного через робочу щілину основногоЗРЭ:

                        (4.2)

>Qк-расход,протекающий через робочу щілину;

>к-коеф. витрати основногоЗРЭ;

>fщк-площадь прохідного перерізу робочий щілини;

> - щільність робочої рідини.

>p1 - тиск під нижньому торцем основногоЗРЭ

>p2- тиск зливу.

3.Уравнение витрати, викликаного через дросель:

                     (4.3)

>Qдр-расход,протекающий через дросель;

>др-коеф. витрати дроселі;

>fдр-площадь прохідного перерізу дросель;

> - щільність робочої рідини;

>p1 - тиск під нижньому торцем основногоЗРЭ;

>p3 - тиск умеждроссельной камері.

4.Уравнение витрати, викликаного через робочу щілину допоміжного клапана:

                      (4.4)

>Qу-расход,протекающий через робочуупр. клапана;

>у-коеф. витратиупр. клапана;

>fщу-площадь прохідного перерізу робочої щілини;

> - щільність робочої рідини;

>p3 - тиск умеждроссельной камері;

>p2- тиск зливу.

5.Уравнение нерозривність системі ">дроссель-вспомогательний клапан":

                        (4.5)

6.Уравнение рівноваги допоміжногозапорно-регулирующего елемента:

 (4.6)

>C1 - жорсткість пружиниупр. клапана;

>х0- попереднє стиснення;

x - відкриття робочої щілини;

D - діаметр основногоклапана(рис.1);

>p3- тиск умеждроссельной камері;

>Fу- площаупр. клапана.

>p2- тиск зливу.

-для основного клапана:

7.Уравнение настройки допоміжного клапана:

 (4.7)

>C1 - жорсткість пружиниупр. клапана;

>х0- попереднє стиснення;

>p0- тиск настройки клапана;

>Fу- площаупр. клапана.

>p2- тиск зливу.

8.Геометрические залежності, що визначають зміна площ прохідних перетинів робочих щілин для основного і допоміжного клапанівЗРЭ(см. рис.3):

 (4.8)

>fщк-площадь прохідного перерізу робочої щілини основногоЗРЭ;

D - діаметр основногоклапана(рис.1);

h - відкриття робочої щілини основного клапана;

>1- кут (мал.1)

-для допоміжного клапана:

 (4.9)

>fщу-площадь прохідного перерізу робочої щілиниупр.ЗРЭ;

>d1 - діаметрупр.клапана(рис.1);

x - відкриття робочої щілиниупр. клапана;

>2- кут (мал.1).

9.Уравнение гідродинамічної силиRгд для основногоЗРЭ, визначеною за наступній емпіричну залежності:

                     (4.10)

>fщк-площадь прохідного перерізу робочої щілини основногоЗРЭ;

>fк - площа клапана основногоЗРЭ;

>к-коеф.расходаосновногоЗРЭ;

>- кут закінчення струменя з щілини;

>p1 - тиск під нижньому торцем основногоЗРЭ;

>p2- тиск зливу.

5. Визначення площ прохідних перетинів

>Рис.5.1.Расчетная схема з визначення площ прохідних перетинів.

Площа прохідного перерізу основногоЗРЭ:

                        (5.1)

 

Площа прохідного перерізу управляючогоЗРЭ:

                        (5.2)

 

Площа прохідного перерізу дроселі:

                       (5.3)

 

6.Расчет і його побудова статичних характеристики

>Найдем попереднє стиснення пружини управляючого клапана з рівняння настройки допоміжного клапана:

(6.1)

 

>Составим систему статичних рівнянь, з яких ми визначимо відкриття допоміжного клапана x, відкриття основного клапана h, регульоване тискp1 і тиск умеждроссельной камеріp3 залежно від витрати:

 (6.2)

Вирішуючи ці рівняння в математичному пакетіMathCAD одержимо необхідні нам величини:

>Найдем зміна площ прохідних перетинів робочих щілин для допоміжного клапанівЗРЭ по рівнянню (4.9) і витрати через управляючий клапан використовую рівняння витрати, викликаного через робочу щілину управляючого клапана (4.4):

>Рис. 6.1. Статична характеристика клапана.

За підсумками даних побудуємо статичну характеристику і оцінимо придатність його експлуатації за показником якості:

>Определим нерівномірність тиску, яке на ролі показника якості:

                   

Висновок: За результатами розрахунку графіку статичної характеристики клапана видно, що нерівномірність тиску клапана виходить поза припустимі межі роботи клапана (>p=0,8МПа), які дано у завданні (>pрасчет>p), отже, даний клапан не задовольняє технічним вимогам, і непридатний на експлуатацію.

Зміна тискуp у робітничій зоні зміни витрати від мінімального до номінального залежить від діаметра клапани й жорсткості пружини, отже, зменшення нерівномірності тиску клапана потрібно змінювати ці параметри для входу в припустимі межі роботи клапана.

7. Побудова графічної залежності коефіцієнта витрати робочої щілини основного клапана від кількостіРейнольдса і гідродинамічної сили після відкриття робочої щілини клапана

Для визначення числаРейнольдса скористаємося формулою:

                             (16)

де,Q - –>асход через клапан; – коефіцієнт стискування( його в нас дорівнює 1); D – діаметр основногоЗРЭ; – кінематичнавязкость(=0,12 У розділі ст)

Для визначення коефіцієнта витрати робочої щілини скористаємося даної формулою:

                          (17)

де, відповідно,к - –>оеффициент витрати основногоЗРЭ;Rei –i-ое значення числаРейнольдса( кожному за значення витрати);Reк- стала коефіцієнта корекції,вичисляемая за такою формулою:

     

де,K =0,045 (всім щілин він однаковий)

У результаті маємо:

>Рис.7.1. Залежність коефіцієнта витрати від кількостіРейнольдса.

Тепер побудуємо залежність гідродинамічної сили після відкриття робочої щілини клапана. І тому скористаємося рівняннями з математичну модель, саме рівняннями (8) і (10). Для різних значень відкриття робочої щілини маємо:

За отриманими даним будуємо потрібну залежність:

Графік 7.2. Залежність гідродинамічної сили після відкриття робочої щілини клапана.

Висновок: Усі необхідні залежності були успішно отримані, графіки відповідають виду теоретичним типовим характеристикам напірного клапана непрямого дії.

8. Висновок по виконану роботу

Через війну зробленогорасчетного завдання я закріпив і поглибив знання, отримані у процесі вивчення лекційного курсу, придбав навички розрахунку статичної характеристики клапанів тиску заданої структури, і навіть засвоїв методику оформлення технічної документації, що викладена у методичному посібнику [2].