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].