ной разгрузкой, которая достигается тем, что при утапливании вспомо­

ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ В УСЛОВИЯХ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР

При применении распределительных устройств в гидросистемах сверхзвуковых летательных аппаратов к ним предъявляется ряд допол­ нительных требований, обусловленных спецификой работы в условиях высоких температур. По мнению зарубежных специалистов, эти требо­ вания сводятся к следующему.

Наиболее полно удовлетворяют условиям работы при высоких тем­ пературах распределители с нулевым зазором (клапанные распредели­ тели и распределители с плоским золотником), которые обеспечивают высокую герметичность при низкой вязкости жидкости, соответствующей высокой температуре, и не подвержены заклиниванию в результате тем­ пературных деформаций деталей.

Однако при применении клапанных распределителей следует учесть, что при неправильном подборе материалов герметичность этого распре­ делителя может быть нарушена вследствие деформации под действием высоких температур седла клапана.

При выборе материалов для изготовления гидроагрегатов, пред­ назначенных для работы в условиях высоких температур, необходимо учитывать возможную неоднородность их температурного расширения с тем, чтобы предотвратить возможность заклинивания подвижных дета­ лей агрегатов и появления недопустимого увеличения зазоров, а также устранить нарушение точности. В частности, в гидроагрегатах, предназ­ наченных для работы в условиях широкого температурного диапазона, не следует применять заглушек и соединений с конической резьбой при которых повышение температуры нарушает герметичность.

Кроме того, при применении цилиндрических золотников их герме­ тичность с повышением температуры понижается, что в основном обус­

зазорах рабочей жидкости и выделения из нее при высоких температу­ рах твердого осадка. Из зарубежной печати известны случаи заклинива­

2 4 6

ГЛАВА XII

ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЕ И РЕДУКЦИОННЫЕ КЛАПАНЫ

Предохранительный клапан (рис. 185, а ) — клапан эпизодического действия, ограничивающий повышение давления рабочей жидкости на входе в гидросистему сверх заданного.

Имеется также переливной клапан постоянного действия, поддер­ живающий на входе в гидросистему постоянное давление рабочей жид­ кости, подаваемой насосом постоянного расхода.

Гидравлическими параметрами последнего клапана (рис. 185,6) являются разность (рн — Рс) давлений в нагнетательной рн и сливной рс

Рис. 185. Схемы предохранительного (а) и переливного (б)

клапанов

линиях и расход в линию слива (перепуска) QC= QH— QH, где QH— рас­ ход насоса системы и Qa=QB— Qc — расход за вычетом расхода в слив­ ную линию (расход гидродвигателя).

Предохранительный клапан должен срабатывать при заданном дав­ лении. При понижении давления ниже давления срабатывания клапан должен плотно перекрывать проход, при этом ошибка (разброс) в дав­ лении срабатывания не должна превышать 1—2%. Кроме того, клапан должен иметь минимальный разрыв в давлениях при различных расхо­ дах жидкости через клапан.

Принцип действия клапанов основан на уравновешивании силы давления жидкости, действующего на них, усилием пружины, противо­ давлением или соответствующими устройствами (противовесом и др.).

Обычно предохранительный клапан регулируется на давление, пре­ вышающее номинальное рабочее на 10—20%. Практически клапан ра­ ботает удовлетворительно в пределах изменения расхода 100:1.

2 4 8

Наиболее простым является конусный (см. рис. 185, а) и шариковый (рис. 186) клапаны с постоянной и с регулируемой затяжкой пружины, однако они применимы (особенно шариковый клапан) лишь в случае эпизодического действия и при небольших давлениях, так как при дли­ тельной работе вследствие вибраций клапаны разбивают гнездо. По этой

причине шариковый и конусный клапаны в качестве переливных обычно не приме­ няются.

При применении шариковых клапанов в системах с высоким давле­ нием шарик снабжают направляющей а, чтобы он мог перемещаться лишь вдоль своей оси.

Для работы в качестве переливных клапанов рекомендуются плун­ жерные их типы (рис. 187). Величина х перекрытия расходного окна, через которое масло перетекает в бак, должна быть несколько больше величины амплитуды возможных колебаний плунжера, чтобы при коле­ баниях он не ударялся о свое гнездо. Для гашения колебаний клапан снабжен демпфером а.

РАСЧЕТ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОГО КЛАПАНА

Расчет предохранительного клапана сводится к определению пло­ щади открывания расходного окна (щели) клапана для прохода через него требуемого количества жидкости при заданном перепаде давле­ ния Д/7.

Расход жидкости через щель конусного клапана (рис. 188, а) можно приближенно рассчитать по уравнению (73), на основании которого можно написать

Площадь проходной щели при подъеме клапана

где d — диаметр отверстия (острых кромок седла) клапана;

d\ — диаметр эффективного сечения конуса клапана (по сечению конуса по точкам пересечения с его сторонами перпендикуля­ ров, опущенных из острых кромок седла клапана);

с— размер проходного отверстия щели в сечении, перпендикуляр­ ном к направлению потока.

2 4 9

Принимая во внимание, что di = d — Я sin а и c= h sina/2, можем написать

f — ndhsin — (\ — — sincA ,

2 V 2di У

где h — высота подъема клапана по его оси; а — угол конуса клапана.

Поскольку h значительно меньше d, вторым членом разности можно пренебречь, в результате получим

Рис. 188. Схемы, иллюстрирую щ ие действие сил давления ж идкости на поверхность контакта клапана с седлом

Пользуясь этими выражениями, находим высоту подъема конусного клапана:

где \x — коэффициент расхода; для шариковых и конусных клапанов, посаженных на острую кромку седла (см. рис. 188,а), можно принять равным 0,6—0,62, а для клапанов, посаженных на ко­ нусное седло (см. рис. 188,6) — равным 0,52—0,56.

В распространенных клапанах с а = 90° высоту h подъема практиче­ ски выбирают равной (0,25-4-0,5)rf, причем верхние значения выбирают для клапанов с большим диаметром проходного сечения, а также для клапанов с весьма малым диаметром (5—10 мм). Во избежание закли­ нивания значение а должно быть а>45°.

Расчетное давление рн в начале открытия клапана, т. е. давление, при котором клапан оторвется от своего седла, можно определить для клапана с острыми кромками (см. рис. 188, а) из уравнения

4под давлением на плоскость, перпендикулярную к его оси;

Япр- У силие сжатия пружины.

Скорость жидкости в подводящем канале предохранительного кла­ пана обычно выбирают не более 15 м/сек, хотя в клапанах высокого дав­ ления часто допускают скорость до 30 м/сек. Отношение площади ка-

налов в корпусе клапана к площади f= — отверстия в гнезде самого

250

клапана (рис. 188, а) можно принять равным 2: 1. Ширина &2 конусной части клапана должна быть для уменьшения неравномерности выработ­ ки седла несколько больше ширины Ьх конусной части седла. Твердость материала клапана должна быть выше твердости седла.

Величину р удельного (контактного) давления на опорную площадь седла клапана можно приближенно определить (вне зависимости от угла а) по выражению

где D и d — большой и малый диаметр конусного седла (рис. 188,6). Размеры опорной поверхности седла должны быть такими, чтобы удельное давление не превышало: для стали не более 800 и для бронз не более 300 кГ]см2. В некоторых случаях для стальных закаленных дета­ лей допускается величина удельного давления до 1500 кГ/см2. Стремить­ ся к большому увеличению посадочной поверхности не рекомендуется, так как это затрудняет притирку и повышает опасность нарушения гер­ метичности клапана в результате попадания на седло механических за­

грязнений.

Д А В Л Е Н И Е Ж ИДКОСТИ ПРИ ОТКРЫВАНИИ И ЗАКРЫ ВАНИИ КЛАПАНА

Важной характеристикой клапана является стабильность поддер­ живаемого им давления в переходных режимах и при различных расхо­ дах жидкости.

Причинами, приводящими к нарушению стабильности давления, яв­ ляются в основном трение деталей клапана и неудовлетворительная ха­ рактеристика (жесткость) пружины, а также нестабильность действующих на клапан сил давления жидкости.

Так как при подъеме клапана, обусловленном повышением расхода, изменения площади, которое компенси­ ровало бы возрастание усилия сжатой пружины не происходит, давление жидкости увеличивается, причем, чем жестче пружина и чем выше трение, тем больше будет нестабильность дав­ ления.

Типовая характеристика клапана по расходу и давлению представлена на рис. 189. Давление р0, соответст­

вующее наименьшему расходу при закрывании клапана, ниже давления рН1 которое соответствует давлению в начале открывания клапана при цикле повышения давления. Эта разница в давлениях рн и ро обусловле­ на механическим трением в клапане и может быть при известных усло­ виях (см. стр. 221) значительной.

Степень неравномерности давления, поддерживаемого предохрани­ тельным клапаном, в зависимости от расхода обычно оценивают отно­

Рм

где рм — давление при максимальном расходе жидкости; Ро — давление при наименьшем расходе (при закрывании).

251

Для повышения стабильности давления применяют клапаны с пру­ жинами большой длины (с малым обжатием, приходящимся на один виток) и минимальным трением.

Разница в давлениях ржи р0 может возникнуть также в результате нестабильности сил давления жидкости, действующих на клапан. Из рис. 188,6 видно, что перед отрывом клапана от седла усилие пружины уравновешивается давлением жидкости, действующим на проекцию омы­ ваемой поверхности клапана, которой для герметичного клапана будет площадь сечения отверстия диаметром d. После того как клапан отор­ вется от своего гнезда, жидкость проникнет в щель, образованную сед­ лом и конусом клапана, и вследствие этого площадь, на которую будет действовать давление жидкости, увеличится на величину проекции пло­ щади седла на площадь, перпендикулярную оси клапана. Очевидно, что давление у внутренней кромки контакта клапана с седлом будет в этом случае равно рабочему давлению р\, тогда как у внешней кромки щели оно понизится до величины р2, равной давлению на выходе из клапана. При параллельности поверхностей, образующих щель, изменение вели­ чины давления от рх до р2 происходит по линейному закону, а при конус­ ности щели с расширением ее по потоку жидкости — по закону, изобра­ женному на рис. 188,6 (заштрихованные площадки).

В соответствии с этим условие равновесия сил, действующих на кла­ пан в момент закрывания, определится из выражения

Для определения дополнительного усилия давления жидкости, дей­ ствующего на поверхности рассматриваемой щели, обычно пользуются средним значением давления:

Для клапана, изображенного на рис. 188, а, расчетное давление, при котором закроется клапан, может быть с достаточной точностью опре­ делено

~

При недостаточной герметичности клапана дополнительное усилие от давления жидкости в щели гнезда клапана войдет в баланс сил, дей­ ствующих в момент его отрыва от седла при его открывании, ввиду чего подобный клапан откроется при давлении ниже рассчитываемого по выражению (284). Если при этом допустить, что среднее давление в щели гнезда клапана до его открывания соответствует выражению (288), то давление рн в начале открывания клапана будет равно давле­ нию ро его закрывания и должно вычисляться по выражению (289).

Разрыв в давлениях начала открывания и конца закрывания клапа­ на можно уменьшить изменением ширины опорной поверхности гнезда;

252