2.2 Силовий розрахунок конічного крана

У циліндричних кранах клиновий ефект відсутній. Тому питомий тиск, який необхідний для забезпечення герметичності сферичних і циліндричних кранів без змащування, визначаємо за формулою [1]

, (1.31)

де m_с – коефіцієнт, який залежить від типу робочого середовища;

с і k_c – сталі, які залежать від матеріалу ущільнення;

р_р - робочий тиск, кгс/см²;

n – ширина перекриття (ущільнення), см.

При проведенні проектних розрахунків приймаємо, що робочий тиск середовища дорівнює умовному тиску, тобто . Коефіцієнти m_c, c і k_c вибираємо з таблиці 2.4 та 2.5 [1, с.26]. Приймаємо, що для рідини m_c = 1, для чавуну c = 30, k_c = 1.

Підставляємо числові значення у формулу (1.31)

Оскільки у конічних кранах при роботі затвору проявляється клиновий ефект, то на основі обробки експериментальних даних рекомендується наступна емпірична формула для визначення питомих тисків, які необхідні для забезпечення герметичності конічних кранів [1]

, (1.32)

де q – розрахунковий питомий тиск на ущільнювальній поверхні, кгс/см²;

k_к – коєфіціент, який залежить від матеріалу корпусу и пробки;

k_м - коєфіціент, який залежить від наявності мастила на ущільнювальних поверхнях;

n – ширина перекриття (ущільнення), см;

p_p - робочий тиск, кгс/см².

Згідно з таблицею 2.6, 2.7 [1], для чавуну приймаємо k_к = 1, k_м = 0,6.

Підставляємо числові значення у формулу (1.32)

Осьове зусилля затягування, яке необхідне для забезпечення двосторонньої герметичності, визначаємо за формулою

, (1.33)

.

З урахуванням цього зусилля від тиску середовища на пробку визначаємо за формулою

, (1.34)

Момент тертя пробки об корпус при відкриванні крана

, (1.35)

де – коєфіціент тертя.

Значення коефіцієнтів тертя пробки об корпус крана при повороті у залежності від питомого тиску приймаємо рівним 0,18 (з таблиці 2.7) [1]

Якщо прийняти, що втрати у сальнику і шайбі дорівнюють 25 % від моменту тертя пробки об корпус, то орієнтовний момент, який необхідний для відкривання крана [1]

, (1.36)

.

Орієнтовний розрахунковий крутячий момент

, (1.37)

.

Діаметр шпинделя (суцільного хвостовика пробки) у сальнику (для сальникових кранів) при проектному розрахунку визначаєтмо із умови кручення за формулою [1]

де - розрахункове допустиме напруження,

Розрахункове допустиме напруження для чавунних деталей

(1.39)

де - тимчасовий опір розриву (межа міцності)

Для чавуну СЧ15-32 тимсасовий опір розриву . Підставляємо числові значення у формули (1.39) і (1.38)

;

За такої умови зовнішній діаметр сальника визначаємо за формулою

, (1.40)

Максимальний питомий тиск, який діє на ущільнювальних поверхнях

, (1.41)

Ширину s і висоту h_s сальника визначаємо за формулами

, , (1.42)

Момент тертя в сальнику

, (1.43)

де - коефіцієнт, який залежить від робочого тиску і відношення .

Згідно з таблицею 2.8 [1, с. 32], при робочому тиск PN = 1,6 і приймаємо .

Підставляємо числові значення у формулу (1.43)

Момент тертя у шайбі знаходимо за формулою

, (1.44)

де - коефіцієнт тертя у сальнику, який залежить від робочого тиску;

- середнє значення радіуса сальника

Згідно з таблицею 2.8 [1, с. 32], при робочому тиск PN = 1,6 і приймаємо .

Підставляємо числові значення у формулу (1.44)

.

Крутячий момент, який необхідний для повороту пробки (відкриття сальникового крана)

, (1.45)

.

Розрахунковий крутячий момент для сальникових кранів також необхідно приймати із запасом, а тому

, (1.46)