Теорія дії та кінематика клапанів ЗПН

На рис. 7.4 показані діаграми руху вхідного і вихідного клапанів з розгорнутою індикаторною діаграмою. Початок руху кожного з клапанів зміщено відносно крайнього положення поршня на деякий кут ().

 

Рисунок 7.4 – Діаграма руху клапанів

 

Розглянемо умови відкриття вихідного клапана. На початку ходу поршня вхідний клапан продовжує опускатися, при цьому рідина виштовхується з камери в отвір сідла. Безпосередньо перед посадкою тарілки клапана під його опорною поверхнею утворюється прошарок рідини, що витісняється з клапанної щілини в обидві сторони (рис. 7.4). Оскільки цей прошарок чинить опір руху клапана, то тиск в робочій камері починає зростати ще до повної посадки вхідного клапана (точки 1 і 2).

Інтенсивність зростання тиску залежить від пружності рідини, що перекачується, податливості стінок робочої камери, наявності газу в рідині тощо. Відкриття вихідного клапана відбувається в момент, коли тиск в камері перевищить тиск рідини над клапаном. Якщо опір невеликий, то цей момент може співпадати з моментом посадки вхідного клапана або навіть його випереджати.

Аналогічні дії виникають на початку всмоктування рідини тільки з тими відмінностями, що в камері проходить спад тиску. Початок зниження (точка 4) випереджає закриття вихідного клапана, а вхідний клапан відкривається у фазі .

Хоча клапани конструктивно однакові, відкриваються вони з різним запізненням в часі, що пояснюється різницею в об’ємах і у вмісті газу рідини, що стискається та розширюється, а також впливом кінцевої довжини шатуна на швидкість поршня.

 

7.3 Порядок виконання роботи

 

Так як розміри вхідних і вихідних клапанів вибирають однаковими, то проводиться розрахунок тільки вхідного клапана. Розрахункова схема клапана представлена на рис. 7.5.

Рисунок 7.5 – Розрахункова схема клапана

 

7.3.1 Кутова швидкість кривошипа (ексцентрика) обчислюється за формулою:

.

(7.1)

7.3.2 Діаметр отвору сідла клапана визначають за формулою:

,

(7.2)

де – коефіцієнт зменшення площі сідла. Для сідел з ребрами = 0, 7…0, 75, без ребер =1.

Виходячи з формули (7.2) знаходять площу прохідного перерізу сідла клапана.

7.3.3 Площа прохідного перерізу сідла клапана може бути визначена також за формулою:

,

(7.3)

де – розрахований діаметр поршня насоса, м;

– кутова швидкість корінного вала насоса, с^-1;

r – радіус кривошипа (ексцентрика) корінного вала, м;

– найбільша швидкість потоку рідини в отворі сідла, м/с.

7.3.4 Виходячи з формули (7.3) визначається найбільша швидкість потоку рідини в щілині клапана.

7.3.5 Розрахункова висота підйому тарілки клапана визначається за формулою:

(7.4)

де - площа поперечного перерізу клапана;

– кут повороту кривошипа;

- площа поперечного перерізу поршня;

- радіус кривошипа (ексцентрика);

– коефіцієнт витрати.

7.3.6 Побудова сумарного графіка зміни висоти підйому тарілки від кута повороту кривошипа в межах 0 … 180⁰. Кут повороту кривошипа приймається з кроком 30⁰.

Сумарний графік зміни висоти підйому тарілки від кута повороту кривошипа представлений на рис. 7.6.

Рисунок 7.6 – Графік зміни висоти підйому тарілки