Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Предохранительные устройства являются ответственными узлами, которые должны обеспечить безопасность работы уста новки, находящейся под давлением газа, пара или жидкости.
В оборудовании, работающем при высоком давлении, повреж дения предохранительных устройств могут вызвать серьезные последствия и производственные трудности при эксплуатации. Многие недостатки в работе предохранительных клапанов можно объяснить выбором клапанов без учета их конструктивных осо бенностей и характеристик!
Наиболее сложно решаются вопросы силового воздействия потока на диск клапана. Действующие закономерности в работе предохранительных клапанов наилучшим образом могут быть выражены с помощью принципов теории физического подобия процессов.
Назначение предохранительных устройств. Предохранительные устройства являются видом арматуры, используемой для автоматического выпуска избытка жидкой, паро- или газообразной среды из системы высокого давления при чрезмерном повышении давления в ней в систему низкого давления или в атмосферу и обеспечивающей безопасную эксплуатацию установок и пред отвращение аварий. Предохранительные устройства выполняются в виде предохранительных клапанов или разрывных элементов — мембран или колпачков. Разрывные элементы применяются в тех случаях, когда по условиям безопасности требуется быстрое открытие больших проходов для сброса большого количества среды, например в реакторах химических производств, в аппара тах нефтеперерабатывающих заводов, ядерных реакторах, в уста новках горнодобывающей промышленности и других особо ответ ственных случаях, где возможны взрывы рабочей среды. Разрыв ные элементы обладают минимальной инерционностью при сра батывании и способны сбросить среду при очень быстром повы шении давления.
Применение разрывных элементов ограничивается тем, что при их разрушении полностью теряется продукт, находящийся в системе. Поэтому разрывные мембраны иногда устанавливают параллельно или последовательно с предохранительными кла панами. В первом случае мембрана рассчитывается на давление срабатывания несколько более высокое, чем у предохранитель ного клапана, чтобы обеспечить дополнительный сброс среды при экстремальных условиях. Во втором случае разрывные мем браны устанавливают перед предохранительным клапаном для защиты его от коррозии, загрязнения и исключения пропусков среды при закрытом клапане во время нормальной работы уста новки.
На рисунке 1 представлена схема шарикового клапана. Расчет клапана сводится к определению площади для прохода через щель клапана требуемого количества жидкости при заданном перепаде давления .
Расход жидкости через клапан
, (1)
где расход жидкости через клапан, ;
плотность рабочей жидкости, (В качестве рабочей жидкости выбираем масло ИГП – 18 плотностью ; вязкость при t=50 0С ).
- коэффициент расхода;
- площадь щели, м2 (, где t – размер проходного отверстия, перпендикулярном направлении потока, м).
(2)
где - высота подъема клапана по его оси, м;
- угол конусности клапана.
Рисунок 1 – Схема расчета шарикового клапана
Пользуясь выражениями (1) и (2), находим высоту подъема клапана
(3)
Высота подъема в клапане с углом при вершине конструктивно выбирается обычно равной [2, стр.368]. Во избежание заклинивания клапана значение должно быть больше 60°. Принимаем , , .
Подставляем в формулу (3), вычислим диаметр канала
Вычислим диаметр шарика .
Высота подъема шарика в клапане
.
Определение усилий для перемещения клапана
Уравнение равновесия клапана для переменных режимов работы, соответствующих характеристике клапана (2,ст. 368):
где FЖ - сила давления жидкости на ЗРЭ клапана; определяется в данном случае как ,
где ψ – коэффициент силы; принимаем ψ = 0,9 [2,c.368,рис.3.77];
P=3*106 ( из условия )
SК – активная площадь клапана;
, м2
Расчет пружины клапана
Определим жесткость пружины из формулы:
,
где Х0 – предварительное поджатие пружины, м;
h=Хmax – максимальное открытие дроссельной щели, м.
Предварительное поджатие пружины:
Тогда, усилие сжатия пружины можно найти следующим образом:
Из полученного уравнения найдем жесткость пружины:
Число витков определим по формуле:
По табл. 14 [3, стр. 226] выбираем пружину сжатия и растяжения II класса, разряда 1 (по ГОСТ 13770 – 68) № 346. Материал пружины – проволока класса I по ГОСТ 9389 – 75.
Диаметр проволоки d = 4 мм.
Наружный диаметр D0 = 20 мм.
Жесткость одного витка С1 = 37,057 кгс/мм.
Число рабочих витков пружины равно
(9)
Примем .
Полное число витков равно
Пересчет высоты подъема пружины
;
3.Расчет на прочность резьбовых соединений
3.1 Расчет устройства регулирования поджатия пружины на прочность
Сила, действующая на резьбу в осевом направлении пропорциональна давлению и равна:
,
где - рабочее давление;
- площадь, на которую действует давление.
Определим требуемый диаметр крышки поджатия из условий прочности при статическом нагружении:
(11)
где - допустимое напряжение материала крышки поджатия;
– площадь крышки поджатия, м2;
МПа;
к = 3 – коэффициент запаса.
Тогда
Условие выполняется.
3.2 Расчет устройства регулирования поджатия пружины на смятие
,
где - осевое усилие;
- площадь смятия;
- допускаемое напряжение смятия, =80…120 МПа.
,
где ;
z = 5 – число витков резьбы;
- средний диаметр резьбы.
Следовательно, условие на смятие выполняется.
3.3 Расчет устройства регулирования поджатия пружины на срез
,
где кР – коэффициент полноты резьбы, равный 0,87.
.
Условие выполняется.
4 Расчеты и графики основных характеристик
4.1. Математическая модель предохранительного клапана
Математическая модель системы состоит из трех уравнений:
(13)
4.1.2 Уравнение давлений
, (14)
где рвх – давление на входе в клапан;
рвых – давление на выходе;
Δр – перепад давлений на клапане.
4.1.3 Уравнение сил
, (15)
где - сила инерции;
- сила пружины;
- гидродинамическое усилие рабочей жидкости.
4.2 Расчет статической характеристики
Статическая характеристика предохранительного клапана представляет зависимость давления от расхода .
|
PH,МПа |
0 |
1 |
2 |
3 |
3,2 |
3,4 |
3,6 |
3,8 |
4 |
|
Q, л/мин |
0 |
0 |
0 |
150 |
156 |
161 |
165 |
170 |
174 |
|
4,2 |
4,4 |
4,6 |
4,8 |
5 |
|
179 |
183 |
187 |
191 |
195 |
5. Выбор уплотнительных колец.
Выбираем уплотнения резиновыми кольцами круглого сечения по ГОСТ 9833 – 73.
Эти уплотнения получили широкое применение в гидравлических системах. Герметичность в уплотнениях этого типа достигается при отсутствии давления за счет предварительного (монтажного) сжатия резинового кольца в канавке. При появлении давления в системе кольцо дополнительно деформируется и создаёт плотный контакт с уплотняемой поверхностью.
Чаще всего применяются кольца круглого сечения, т.к. они не имеют острых кромок, разрушающих масляную пленку и приводящих к сухому трению. Кроме того, кольца круглого сечения меньше подвержены выдавливанию в зазор между уплотняемыми деталями. Выдавливание происходит при давлении, превышающем 100 – 150 кГ/см2.
Эскиз уплотнительного кольца
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
1
2
Лист
ата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
ЮУрГУ-1211.06.026.00.00.00. ПЗ
6
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
3
ЮУрГУ-1211.06.026.00.00.00. ПЗ
4
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
5
ЮУрГУ 1211.145.00.00.00.ПЗ
ЮУрГУ-150802.08.204.00.00.00. ПЗ
8
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
ЮУрГУ-150802.08.204.00.00.00. ПЗ
7
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
9
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
11
10
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.