Гідроклапани - студопедія
Гідроклапан - це гідроапарат, в якому прохідний перетин (положення запірно-регулюючого елемента) змінюється під впливом потоку робочої рідини.
За характером впливу потоку робочої рідини на запірно-регулюючий елемент клапана розрізняють гідроклапани тиску прямої і непрямої дії.
У гідроклапанами тиску прямої дії прохідний перетин змінюється в результаті безпосереднього впливу контрольованого потоку робочої рідини на запірно-регулюючий елемент клапана.
Гідроклапани тиску непрямої дії являють собою сукупність, як правило, двох клапанів: основного і допоміжного, причому величина відкриття робочого прохідного перетину основного клапана змінюється в результаті дії потоку робочої рідини на запірно-регулюючий елемент допоміжного клапана.
Гідроклапани можуть бути напрямними і регулюючими.
З усього різноманіття напрямних гідроклапанів найбільшого поширення набули зворотні гідроклапани і гидрозамки.
Зворотним називається направляючий гідроклапан, призначений для пропускання рідини тільки в одному напрямку. Вони широко використовуються в системах підживлення, а також в гідролінії, де потрібно односпрямоване рух потоку. Зворотні клапани можуть виготовлятися як в окремому виконанні, так і вбудованими в вузли і агрегати.
Зворотний клапан повинен забезпечувати мінімальний опір руху рідини в дозволеному напрямку і герметичність в зворотному напрямку.
Малюнок 91 - Напрямні гідроклапани: 1, 2 -гідролініі підведення і відведення рідини; 3 -гідролінія управління; а -зворотний кульковий; б -зворотний конусний; в умовні позначення зворотного клапана; г -односторонній гідрозамок; д - його умовне позначення
На малюнку 91 а, б показані зворотні клапани з різними запірно-регулюючими елементами: відповідно кульковим і конусним. При русі рідини в напрямку, зазначеному стрілками, запірно-регулюючий елемент віджимається від сідла і потік з мінімальними втратами проходить через клапан. При зворотному напрямку руху рідини запірно-регулюючий елемент клапана притискається рідиною до сідла і рух рідини в цьому напрямку припиняється.
Пружина, що притискає клапан до сідла, є допоміжним елементом і служить лише для утримання запірно-регулюючого елемента поблизу сідла для надійного перекриття потоку при зміні його напрямку. Для зменшення втрат тиску на клапані попереднє стиснуті і жорсткість пружини вибирають мінімальними.
При підвищених вимогах до герметичності клапанів їх запірно-регулюючі елементи або сідла забезпечуються еластичними ущільненнями. Умовне позначення зворотного клапана наведено на малюнку 91 в.
Різновидом зворотного клапана є керований зворотний клапан, або гідрозамок, - направляючий гідроклапан, призначений для пропускання потоку рідини в одному напрямку при відсутності керуючого впливу і в обох напрямках при його наявності.
Схема одностороннього гідрозамки приведена на малюнку 91 м Він містить елементи зворотного клапана (сідло і запірно-регулюючий елемент з пружиною), а також поршень зі штовхачем. Якщо тиск в гідролінії 3 відсутній, то при русі рідини з гідролінії 2 в гідролінію 1 запірно-регулюючий елемент віджимається від сідла, а поршень зі штовхачем переміщаються вправо. Якщо напрямок потоку змінюється, то клапан закривається, і рух рідини припиняється. Якщо в гідролінію 3 подати тиск управління, то поршень штовхачем відіжме запірно-регулюючий елемент клапана від сідла, і рідина буде проходити через клапан в обох напрямках. Умовне позначення такого гідрозамка наведено на малюнку 91 д.
Гідрозамки можуть бути односторонніми і двосторонніми. В останніх рідина пропускається в будь-якому напрямку тільки при наявності керуючого сигналу.
До регулюючих гідроклапанами, застосовуваним в гідроприводі, належать запобіжні і редукційні. Крім того, в системах гідроавтоматики застосовуються регулюють гідроклапани спеціального призначення, такі як гідроклапани витримки часу, подільники потоку, гідроклапани різниці тисків і т.п.
Для обмеження і підтримки тиску в гідролінії шляхом безперервного або епізодичного зливу робочої рідини служать запобіжні клапани.
Запобіжними клапанами називаються гідроклапани, призначені для запобігання об'ємного гідроприводу від тиску, що перевищує встановлений, шляхом зливу рідини в моменти збільшення цього тиску.
Схема найпростішого запобіжного клапана прямої дії приведена на малюнку 92 а. У корпусі 2 є два отвори: наскрізне - для під'єднання клапана до гідролінії, в якій потрібно забезпечити обмеження тиску, і отвір для приєднання до зливної гідролінії. У корпусі розміщені запірно-регулюючий елемент 1. пружина 4. опора 5 і регулювальний гвинт 3.
Малюнок 92 - Предохраніетльние гідроклапани прямого (а. Б. В) і непрямого (г) дії та їх умовні позначення (д. Е)
В якості запірно-регулюючого елемента 1 служить кулька, який під дією зусилля пружини 4 сідає в гніздо і закриває робоче вікно клапана. При підвищенні тиску в захищається клапаном гідролінії на кульку буде діяти зусилля, що розвивається пружиною, кулька відійде від сідла і пропустить частину рідини на злив, обмежуючи підводиться тиск. Зі збільшенням витрати через клапан на злив Qсл буде збільшуватися віджимання кульки і, отже, стиснення пружини. Тому зі збільшенням витрати Qсл буде збільшуватися і тиск в захищається гідролінії.
Незважаючи на простоту такі запобіжні клапани мають ряд недоліків. Один з них - нестійка робота клапана при мінімальних витратах на слив. В цьому випадку кулька, який не має спеціальних напрямних, робить коливання в напрямку, перпендикулярному до осі гнізда, і розбиває гніздо. Тому такі напірні клапани застосовуються в якості запобіжних в системах низького тиску, коли клапан працює епізодично.
Як переливних клапанів з цієї причини застосовуються, як правило, клапани з золотниковим розподільником або так звані плунжерні клапани, схема одного з яких приведена на малюнку 92 б.
В обох випадках тиск в напірній гідролінії встановлюється за допомогою регулювальних гвинтів, що забезпечують необхідний натяг пружин.
Недостатній контакт запірно-регулюючого елемента з сідлом при тисках, близьких до тиску настройки клапана, схема якого наведена на малюнку 92 а. відсутня в напірних клапанах з індикаторним стрижнем.
На малюнку 92 в приведена одна з можливих схем напірного клапана з індикаторним стрижнем, на основі якої розробляються клапани на тиску до 50 МПа. Він складається з запірно-регулюючого елемента (кульки) 1. підтискає його пружини 6. поршня 5 з центральним отвором, силовий пружини 3 і індикаторного стержня 4. закріпленого в корпусі 2.
При підвищенні тиску в напірній гідролінії кульку 1 разом з поршнем 5 почне опускатися, долаючи зусилля пружини 3. При цьому контакт кульки і сідла буде збільшуватися. Відрив кульки від сідла станеться тоді, коли кулька, опускаючись, сяде на торець індикаторного стержня і чітко відкриє прохідне робоче вікно клапана.
Умовне зображення запобіжного клапана прямої дії показано на малюнку 92 г.
Редукційними клапанами називаються гідроклапани, призначені для зменшення тиску в гідролінії, що відводиться від основної лінії, і підтримки цього тиску або перепаду тисків на постійному рівні.
Редукційні гідроклапани використовуються у випадках, коли до гідролінії, тиск в якій вище, ніж потрібно споживачеві, підключається один або кілька споживачів, розрахованих на різний тиск харчування. Редукційні клапани застосовуються також для зменшення і стабілізації тиску харчування в попередніх каскадах посилення гідравлічних підсилювачів, а також для забезпечення постійного перепаду тиску на регульованих дроселях регуляторів потоку.
Схема редукційного клапана прямої дії приведена на малюнку 93 а. Його запірно-регулюючим елементом служить однощілинні золотник 1. У корпусі 2 клапана розташовані також пружина 3 з опорами і регулювальний гвинт 4. забезпечує необхідний ступінь стиснення пружини 3. Тиск напору рн. підводиться до робочої порожнини золотника 1. не робить на нього силового впливу в осьовому напрямку, так як ефективні площі буртов золотника рівні. Основними осьовими силами, що діють на золотник клапана, є: сила пружини; сила, обумовлена тиском на виході клапана, і сила, обумовлена тиском в зливний гідролінії.
Малюнок 93 - Схема редукційного клапана (а), умовне позначення (б)
Очевидно, що положення золотника 1. завдяки пружині 3, буде визначатися величиною різниці редуціруеми тиску рред і тиску зливу РСЛ. Зі збільшенням цієї різниці золотник буде прикривати робоче вікно клапана, зменшуючи подачу рідини на виході клапана, що призведе до зменшення різниці перепаду тиску на клапані до величини, на яку налаштований редуктор тиску. Якщо ж внаслідок збільшення витрат на виході редукційного клапана тиск рред. зменшиться, то під дією зусилля пружини 3 золотник 1 відкриє робоче вікно клапана, і редуціруеми тиск відновиться.
Подільники потоку призначені для поділу одного потоку рідини на два або більше потоків і підтримання витрат в розділених потоках в певному співвідношенні.
На малюнку 94 а і б наведено дві схеми подільників потоків, які відрізняються числом дросселирующих елементів, що беруть участь в розподілі і підтримці необхідного співвідношення розділених потоків.
На малюнку 94 а приведена схема дільника потоків з клапанними запірно-регулюючими елементами. Він складається з блоку рухливих сопел 2. здатного переміщатися в осьовому напрямку відносно корпусу 3. і двох упорів-заслінок 1 і 4. Положення блоку сопел 2 визначається перепадом тиску на його торцях. У разі збільшення тиску на одному з торців блоку сопел, що відповідає зменшенню витрати, що проходить через сопло, що належить цьому торця, блок сопел зміститься в бік і зменшить протилежний зазор між соплом і заслінкою, що призведе до зменшення витрат в інший гідролінії.
Малюнок 94 - Схеми дільників потоків
Через квадратичної залежності між витратами і перепадами тиску в зазорах регульованих дроселів, а також нелінійної залежності коефіцієнтів витрати в цих дросселях точність поділу потоку в такому делителе невисока. Тому область його застосування поширюється на випадки, коли до точності співвідношення поділюваних потоків не пред'являються високі вимоги.
Для розділення потоків на два нерівних потоку необхідно діаметри відповідних сопел виконати в відношенні, яке потрібно від співвідношення поділюваних потоків.
У тих випадках, коли до поділюваних потокам пред'являються високі вимоги по точності співвідношення, застосовують подільники потоку, схема одного з яких приведена на малюнку 94 б. Він складається з двохщілистими золотникового розподільника 3 і двох постійних дроселів 1 і 2. які монтуються зазвичай в корпусі 4. При зміні одного з поділюваних потоків в торцевій порожнини золотникового розподільника 3 змінюється і тиск в цій порожнині. Золотник 3 при цьому переміщається в сторону торця з меншим тиском, вирівнюючи ці тиску з високою точністю, що досягає 2 ... 3%. Рівність витрат в поділюваних гідролінії пояснюється рівністю перепадів тисків на постійних дросселях 1 і 2. Помилка в співвідношенні поділюваних потоків пояснюється наявністю контактного тертя в золотнику 3 і відмінністю реальних характеристик постійних дроселів.
Для отримання постійного співвідношення двох нерівних потоків необхідно встановити постійні дроселі з різним гідравлічним опором щодо, рівному необхідному співвідношенню поділюваних потоків.