где р — угол конуса седла (см. рис. 188,6).

Минимальна* ширина Ь\ седла не должна быть меньше 0,25 мм. Седло должно иметь вид блестящего ровного кольца.

Разница в давлениях при различных расходах жидкости в конусном клапане обусловлена также и тем, что с увеличением подъема клапана эффективная площадь, на которую действует жидкость, уменьшается. Так, например, из схемы, приведенной на рис. 188, а, следует, что при закрытом клапане давление жидкости будет действовать на него по сечению диаметром d, тогда как при открытом клапане эффективное сечение определится переменным диаметром d\ сечения конуса по точкам пересечения с ним перпендикуляров, опущенных из кромки седла.

Рассматриваемый разрыв в давлениях является одновременно и положительным фактором, поскольку он способствует демпфированию автоколебаний клапана. Очевидно, что если бы усилие затяжки пружи­ ны и усилие давления жидкости совпадали при любом положении кла­ пана, он при малейших силовых импульсах вступал бы в автоколебания.

Для предупреждения колебаний применяют сдвоенные пружины, из которых одна работает на всем диапазоне регулирования, вторая же вступает в действие лишь на части хода клапана, поэтому результирую­ щая характеристика подобных пружин определяется ломаной линией.

Действие на клапан гидродинамической силы потока жидкости

Помимо рассмотренных выше статических сил, на клапан действует гидродинамическая сила, представляющая собой реакцию потока жид­ кости на клапан.

Нетрудно видеть, что по мере открывания клапана изменяются ско­ рости потока жидкости через щель между клапаном и седлом, а следова­ тельно, изменяется давление жидкости в этой щели. При увеличении скорости потока жидкости в результате подъема клапана среднее дав­ ление /?Ср в щели понизится (см. рис. 188,6), вследствие чего равновесие сил, действующих на клапан, нарушится и он под действием усилия пру­ жины начнет опускаться. Это приведет, в свою очередь, к понижению скорости и соответственно — к увеличению среднего давления в щели, что вновь, вследствие нарушения равновесия сил, откроет клапан. В ре­ зультате могут возникнуть колебания клапана, которые могут вызвать колебания гидравлической системы или отдельных ее ветвей.

Чем выше перепад давления в клапане и чем больше ширина Ь\ гнезда, т. е. чем больше разность (D — d), тем большим будет гидроди­ намический эффект, который при известных соотношениях величины давления и разности (D—d) может быть значительным.

Способы компенсации нестабильности давления

Для компенсации рассмотренного повышения давления необходимо, чтобы после открывания клапана появилась добавочная сила, которая действовала бы в том же направлении, в котором действует усилие дав­ ления жидкости. Для этой цели используют действие на клапан динами­ ческой силы потока жидкости.

253

Из схемы, представленной на рис. 188, а, видно, что, кроме рассмот­ ренных выше статических сил давления жидкости, на клапан будет действовать в том же направлении динамическая сила

Подбором величины угла конуса клапана а можно улучшить харак­ теристику клапана. Для этой цели применяют клапан с обратным кону­ сом (рис. 190,а), в котором благодаря отклонению потока жидкости можно получить динамические силы, способные частично компенсиро­ вать изменяющееся с подъемом клапана усилие сжатия пружины.

Эффект компенсации может быть усилен применением клапана с двухступенчатой конусностью посадочного места (рис. 190,6), в кото­ ром путем изменения давления между первой и второй ступенями, дей­ ствующего на торцовую поверхность клапана, можно получить необхо­ димое дополнительное усилие, действующее на клапан в направлении действия жидкости.

КЛ АПАН Ы ТАРЕЛЬЧАТОГО (ПЛОСКОГО) ТИПА

В приводах некоторых конструкций применяют клапаны е плоскими

посадочными поясками (рис. 191).

Для обеспечения герметичности посадочные места (пояски) клапана и седла не должны иметь выпуклостей и вогнутостей и должны быть обработаны с чистотой поверхности не ниже 10—11-го класса.

При расчете этих клапанов необходимо учитывать как статиче­ скую Р, так и динамическую Рл силы действия потока жидкости.

Пренебрегая толщиной s кромки седла клапана, можем написать:

и.-скорость струи жидкости в щели клапана; -площадь отверстия клапана.

254

Условие равновесия до открывания клапана Рп^= Р и после откры­ вания клапана Рдр= Р /1+Рд,

где РПр — усилие затяжки пружины; Рг— усилие статического давления жидкости на клапан с учетом

повышения давления, обусловленного дополнительным сжа­ тием пружины при подъеме клапана.

Д И Ф Ф ЕРЕН Ц И АЛ ЬН Ы Е КЛАПАНЫ

Для уменьшения действующих усилий и размеров пружин приме­ няют дифференциальные (сбалансированные) клапаны с гидравличе­ ским уравновешиванием части усилия, развиваемого давлением жидко­ сти (рис. 192, а).

В большинстве конструкций это уравновешивание осуществляется при помощи дополнительного пояска 1, связанного с основным пояском 2 плунжера клапана. Пружина в этом случае уравновешивает лишь дав­ ление жидкости, действующее на площадь, равную разности площадей поясков 2 и /.

Усилие предварительного сжатия пружины 3 для этого клапана на­ ходят из уравнения

применить независимо от величины давления и расхода жидкости через клапан пружину столь малого усилия, насколько это допускают силы трения плунжера. Очевидно, что чрезмерное уменьшение эффек­ тивной площади клапана, т. е.

уменьшение разности площадей (/2—f\) поясков 2 и 1 приведет к тому, что доля трения в балансе сил, действующих на плунжер, будет настолько велика, что кла­ пан не сможет удовлетворительно выполнять свою функцию из-за большого гистерезиса трения (см. рис. 189).

Практика показывает, что для удовлетворительной работы кла­ пана разность площадей, на кото­ рую действует давление жидко­ сти (неуравновешенная пло­ щадь), должна быть не меньше 0,25 площади основного плун­ жера.

Конструктивная схема диф­ ференциального клапана конус­ ного типа представлена на рис. 192,6. Применение в этом кла­ пане уплотнительного резинового

2 5 5

Для демпфирования колебаний служат дроссели а (см. рис. 189, а и б).

При высоком расходе жидкости усилие пружины можно уменьшить, объединив функции разгрузочного золотника и клапана по схеме, при­ веденной на рис. 192, в. Плунжер 2 золотника благодаря тому, что диа­ метры его поясков 6 и 5 равны, разгружен от сил давления жидкости, протекающей через золотник. Пружина 1 клапанной части золотника воспринимает лишь усилие давления жидкости на хвостовик 3 плунже­ ра 2. Диаметр этого хвостовика может быть выбран настолько малым, насколько это позволяет требуемая чувствительность клапана. Подвод жидкости в камеру 4 клапанной части осуществляется через дроссель а, являющийся одновременно и демпфером.

рации), которые в условиях резонанса вызовут колебания во всей гид­ равлической системе. Нетрудно видеть, что при внезапном увеличении расхода жидкости, клапан в силу инерции подвижных его частей откро­ ется с некоторым запаздыванием, в результате чего давление перед кла­ паном резко повысится. Это в свою очередь вызовет перемещение (от­ крывание) клапана за пределы требуемого равновесного положения, соответствующего измененному расходу жидкости, в результате чего произойдет падение давления, что в свою очередь приведет к излишне большому перемещению клапана в сторону закрывания. В результате клапан вступает в автоколебания, происходящие обычно с высокой час­ тотой.

Источником колебаний клапанов при известных условиях могут быть также указанные выше гидродинамические силы (см. стр. 253), а также различные внешние и внутренние возмущения, основными из которых являются пульсации подачи жидкости насосом. Возникновению и поддержанию этих колебаний способствует воздух, находящийся в жидкости в нерастворенном состоянии.

Наиболее опасным является случай, когда частота возмущающих импульсов совпадает или кратна частоте собственных колебаний клапа­ на, определяемой массой плунжера и пружины, а также присоединенным объемом жидкости, так как при этом наступят резонансные колебания большой амплитуды.

Для демпфирования резонансных явлений требуется создать такое сопротивление при перемещении клапана, сила которого была бы по возможности пропорциональна скорости его перемещения. Этим усло­ виям наиболее полно удовлетворяет гидравлическое демпфирование (см. рис. 187 и 192).

Испытания показывают, что при соответствующих параметрах кла­ паны с подобными демпфирующими устройствами сохраняют устойчи­ вость при всех практически возможных возбуждениях. Очевидно, что степень демпфирования клапанов зависит от величины дросселирующе­ го канала а, размер которого обычно подбирается экспериментально. Клапаны с короткой жесткой пружиной менее подвержены колебаниям (вибрации), чем клапаны с эластичными пружинами, хотя стабильность давления в зависимости от расхода в них будет менее благоприятной, чем в последних.

ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН С ИНДИКАТОРНЫМ СТЕРЖНЕМ

Недостатком рассмотренных предохранительных клапанов прямого действия (см. рис. 185—188) является то, что в процессе повышения дав­ ления, усилие, с которым клапан прижимается к своему гнезду (контакт­ ное давление), уменьшается. К моменту начала отрыва клапана от гнез­ да натяжение пружины полностью уравновешивается давлением жидко-

2 5 6

сти на клапан, а следовательно усилие, с которым он будет прижат к седлу, понизится до нуля. В результате герметичность клапана задолго до его открывания может быть в той или иной степени нарушена.

Очевидно, в интересах сохранения герметичности желательно было бы сохранить усилие прижима клапана к его гнезду вплоть до давления, соответствующего началу открывания. Для этого необходимо, чтобы кла­ пан перед открыванием имел ступеньку в давлении. Схема подобного клапана представлена на рис. 193, а. Подвижная часть клапана, выпол­ ненная в виде поршенька 3, который служит седлом для шарикового клапана, при повышении давления перемещается вместе с шариком и сжимает пружину 6. При этом усилие, с которым шарик будет прижат к седлу, будет с повышением давления увеличиваться, а не уменьшаться.

6)

После того как шарик 2, перекрывающий канал 4, ведущий в резер­ вуар, придет в результате перемещения поршенька 3 к упорному стерж­ ню 5, площадь, на которую действует давление жидкости, уменьшится на величину площади отверстия, перекрываемого шариком 2. Вследствие этого равновесие сил нарушится и движение поршенька 3 прекратится и возобновится лишь тогда, когда давление возрастет до величины, спо­ собной преодолеть при указанном уменьшении площади клапана усилие пружины 6. После того как будет преодолено это приращение давления, шарик оторвется от своего седла и откроет проход жидкости через отвер­ стие в поршеньке 3 клапана.

Нетрудно видеть, что в клапане с упорным стержнем шарик 2 при нулевом давлении прижимается к седлу лишь небольшим усилием пру­ жины 1, удерживающей шарик 2 в требуемом положении. При увеличе­ нии давления усилие прижатия увеличивается; при некоторой величине давления поршенек 3, несущий шарик 2, будет перемещаться, сжимая пружину 3, вправо.

При некотором давлении р2, равном части рабочего давления ри при котором клапан должен открыться, шарик, перемещаясь вместе с пор­ шеньком 3, придет к упорному стержню 5 и при дальнейшем движении последнего оторвется от своего гнезда. Величину этого давления можно вычислить по выражению (усилием пружины 1 пренебрегаем)

D2 — d2

После того как шарик придет к упорному стержню 5, клапан дейст­ вует по обычной (см. рис. 186) схеме.

На рис. 193,6 и в изображены типовые конструкции рассматривае­ мого клапана, рассчитанного на давление 300 кГ/см2.

ПРЕД ОХРАН И ТЕЛ ЬН Ы Е КЛАПАНЫ С СЕРВОД ЕЙСТВИЕМ

Диаметры клапанов прямого действия в системах высоких давле­ ний практически ограничены величиной 25 мм, поскольку при больших диаметрах размеры пружин недопустимо возрастают. При применении же дифференциальных клапанов снижается чувствительность.

Ю9 8

Рис. 194. Предохранительные клапаны с серводействием

Для уменьшения усилия пружины при заданных расходе и давле­ нии, а также для повышения чувствительности и стабильности давления применяют клапаны с серводействием (рис. 194, а).

Полость рабочего давления 1 этого клапана через дроссель 2 соеди­ нена с полостью 4, давление в которой, действуя на поршень 3, удержи­

Повышение стабильности давления в рассматриваемом клапане до­ стигается тем, что нагрузка на переливной клапан 9 осуществляется дав­ лением жидкости, максимальная величина которого определяется харак­ теристикой пружины 6 вспомогательного клапана 7. Благодаря ничтож­ ному расходу жидкости через дроссель 2 давление жидкости на пор­ шень 3 будет практически стабильным, а следовательно, стабильным

258