Опорный конспект лекций для студентов специальности 090602 (стр. 11 )

  Условие возникновения стука клапана

  Опыты  показывают,  что  с  увеличением  частоты  ходов  поршней  n  клапаны  начинают  стучать,  в  результате  чего  разрушаются  поверхности  клапана  и  седла.  Условие  возникновения  стука – предмет  ряда  исследований  теоретического  и  экспериментального  характера. 

  1.  Р а с ч ё т  по  И.  И.  К у к о л е в с к о м у

  Опытным  путём  было  установлено,  что  существует  некоторая  (критическая)  скорость  посадки  клапана,  превышение  которой  приводит  к  появлению  стука.  Критическая  скорость

  м/c.

  Приняв  приближённо,  что  в  формуле  (7.7)  ,  получим  условие

  м/с

или

    мм/с  (7.13)

  Как  показал  опыт,  для  клапанов  буровых  насосов  в  зависимости  от  ширины  рабочей  поверхности  седла  можно  принимать

    мм/с 

2.  Р а с ч ё т  п о  Г.  Б е р г у

Критерием  возникновения  стука  является  высота  запаздывания  посадки  клапана.  В  опытах  над  шестью  разнотипными  клапанами  Г. Берг  установил,  что  критическая  высота  запаздывания  составляет  некоторую  долю  a  от  диаметра  клапана  d:

  .

Используя  выражения  (7.8)  и  (7.11),  после  преобразований  получим  условие:

  ,  (7.14)

где  - критическое  значение  произведения  ,  называемое  границей  стука; 

B – критерий,  определяемый  опытным  путём  для  каждого  типа  клапанов.  У  клапанов,  испытанных  Бергом  на  воде,  этот  критерий  составляет  0,14 – 0,27.

  При  проектировочном  расчёте  клапана,  выбрав  его  тип  с  определёнными  соотношениями  размеров,  задаются  нагрузкой  клапана  b  или  скоростью  истечения  c,  а  затем  из  формул  (7.13)  и  (7.12)  или  (7.14)  определяют  диаметр  клапана.

  Если  клапан  уже  существует,  то  его  можно  приспособить  к  насосу,  обеспечивая  безударную  работу  регулированием  нагрузки  клапана.  С  этой  точки  зрения  можно  допустить  любую  частоту  ходов,  однако  с  увеличением  нагрузки  увеличивается  перепад  давления  в  клапане,  что  влечёт  за  собой  ухудшение  условий  всасывания.  Поэтому  быстроходные  поршневые  насосы  работают  только  при  повышенном  давлении  всасывания,  создаваемом  подпорным  насосом.

  Кроме  изложенных  методов  расчёта  клапана  на  безударную  посадку,  существуют  и  другие,  которые,  однако,  не  имеют  существенных  преимуществ.  Несмотря  на  большое  количество  проведенных  исследований,  в  теории  клапанов  остаётся  ещё  много  нерешённых  вопросов.

  Перепад  давления  в  клапане

  По  формуле  местного  гидравлического  сопротивления

  .  (7.15)

  Коэффициент  сопротивления  ,  который  нельзя  путать  с  коэффициентом  обтекания  клапана  ,  определяется  опытным  путём  для  клапана  определённой  формы  в  функции  высоты  подъёма  тарелки  h.  Экстраполируя  опытную  зависимость  к  положению  клапана  h = 0,  можно  найти  предельное  значение  коэффициента  .

  Из  (7.11)  и  (7.15)  получим  формулу

  ,

где  опытная  величина  - коэффициент  нагрузки  клапана  (в  момент  открытия  эта  величина  принимает  значение  ).

  § 7.7.  ВСАСЫВАНИЕ  ВОЗВРАТНО – ПОСТУПАТЕЛЬНОГО  НАСОСА

  Расчёт  всасывания  поршневого  насоса.  Представим  (рис. 7.5),  что  в  одной  из  рабочих  камер,  связанных  всасывающими  патрубками  1  с  общим  воздушным  колпаком  2,  начинается  ход  всасывания.  В  этот  момент  давление  у  поршня  наименьшее,  потому  что  к  разрежению,  обусловленному  подъёмом  жидкости  на  высоту  z1  и  гидравлическими  потерями  h1,  добавляется  перепад  давления,  возникающий  под  действием  инерции  жидкости. 

  Рис. 7.5.  К расчёту процесса  всасывания поршневого насоса

  В  начале  хода  поршень  движется  с  максимальным  ускорением  amax,  и  силы  инерции  той  части  жидкости,  которая  движется  за  поршнем  безотрывно,  максимальны.

  Для  определения  инерционного  перепада  давления  рассмотрим  n – й  участок  трубопровода  длиной  Ln  и  площадью  Fn,  в  котором  жидкость  движется  с  одинаковым  ускорением  an.  По  закону  Ньютона,  это  ускорение  связано  с  искомым  перепадом  давлением:  …..  ,

откуда  инерционный  перепад  давления

  .

  В  зависимости  от  размера  поперечного  сечения  на  различных  участках  подводящей  линии  (в  коллекторе  3,  в  патрубке  1)  жидкость  имеет  разную  скорость.  Общий  перепад  давления    выражается  как  сумма  перепадов  на  тех  участках,  где  жидкость  движется  с  ускорением.  При  наличии  пневмокомпенсатора  учитывается  участок  между  компенсатором  и  поршнем,  а  при  отсутствии  компенсатора – также  и  всасывающий  коллектор.  Для  коллектора  принимается  в  расчёт  суммарное  ускорение  жидкости,  обусловленное  совокупным  действием  поршней  или  плунжеров  во  всех  рабочих  камерах  и  определяемое  по  графикам  ускорений  (7.1).

  С  учётом  инерционного  перепада  давления  в  момент  начала  хода  всасывания    наименьшее  давление  в  рабочей  камере  (см.  рис.  7.5):

  .  (7.16)

Здесь  дополнительно  к  принятым  обозначениям:  - потери  напора  в  начале  хода  поршня  в  коллекторе  (до  разветвления  к  рабочим  камерам),  в  котором  жидкость  движется  либо  с  постоянной  (средней)  скоростью  при  наличии  пневмокомпенсатора,  либо  по  закону,  представленному  графиком  мгновенной  подачи  (см.  рис.  7.1),  если  всасывание  происходит  без  компенсатора;  - перепад  давления  во  всасывающем  клапане,  наибольший  в  момент  его  открытия  (см.  § 7.6).