Розробка клапана різниці тиску

Abstract

Проаналізовані схемні та конструктивні рішення існуючих клапанів різниці тиску та дискретних мембранних елементів. Встановлено, що гідроапарати, зокрема клапани різниці тиск, які мають у своєму складі запірно-регулюючий елемент, виконаний у вигляді золотника, мають значну силу тертя, що знижує їх чутливість до перепаду тиску, та витоки, які знижують їх ККД. За аналізом гідроапаратів, збудованих за принципом вільних мембран, встановлено, що вони мають просту конструкцію, високу надійність, малий час спрацювання та собівартість. Проаналізовані існуючі конструктивні рішення таких мембранних елементів. Доведено, що відомі рівняння власних коливань мембрани, які розділяють ідеальні рідини різної щільності в прямокутному каналі з жорсткими підставами не можуть бути використані при побудові елементів, збудованих за принципом вільних мембран. Встановлені конструктивні параметри, які впливають на вихідні характеристики елементів, збудованих за принципом вільних мембран. Наведено схемну реалізацію клапана різниці тиску, збудованого за принципом вільних мембран, конструкція якого захищена патентом України на корисну модель. Особливістю розробленого клапана є те, що він дозволяє, залежно від різниці тисків на його вході та виході, які сумуються на запірно-регулюючому елементі, утвореному рухомими дисками, розміщеними в камерах, управляти відкриттям/закриттям вхідних та вихідних каналів камер, забезпечуючи протікання рідини від входу клапана на його вихід та навпаки. Розроблений клапан різниці тиску дозволяє підтримувати задану різницю тиску незалежно від напрямку руху робочої рідини. Проаналізовано конструктивні та робочі параметри, які впливають на робочий процес розробленого клапана. Доведено, що регулювання різниці тиску між входом та виходом розробленого клапана здійснюється відповідним добором площ мембран,розміщених у його проточних камерах. Розроблена методика вибору конструктивних та робочих параметрів розробленого клапана різниці тиску, яка базується на методах механіки твердого тіла та гідромеханіки. Встановлено поріг чутливості розробленого клапана різниці тиску.The design and structural solutions of membrane elements are analyzed. It has been established that hydraulic devices, namely differential pressure control valves, having shut-off and regulating elements, made in the form of a spool, have significant friction force, which reduces their sensitivity to pressure drop, and leakages, which reduce efficiency. After analyzing the hydraulic apparatus, built on the principle of free membranes, it was found that they have a simple design, high reliability, short switching time and cost. The existing design solutions of such membrane elements are analyzed. It is proved that the known equations of membranes self-oscillations, which separate ideal fluids of different densities in a rectangular channel with rigid walls, cannot be used in the construction of elements built on the principle of free membranes. Design parameters have been established that influence the output characteristics of elements built on the principle of free membranes. A circuit implementation of a differential pressure control valve, built on the principle of free membranes, whose design is protected by a patent of Ukraine for a utility model, is given. A feature of the developed valve is that it allows, depending on the pressure difference at its inlet and outlet, which are summed on the locking and regulating element formed by movable discs placed in the chambers, to control the opening / closing of the inlet and outlet of channels of the chambers, ensuring the flow of fluid from the valve inlet to its outlet and vice versa. The designed differential pressure control valve allows the pressure difference to be maintained regardless of the direction of movement of the working fluid. Design and operating parameters that affect the workflow developed valve are analyzed. It is proved that the regulation of the pressure difference between the inlet and outlet of the developed valve is carried out by appropriate selection of the squares of the membranes placed in its flow chambers. A technique has been developed for selecting the design and operating parameters of thedeveloped differential pressure control valve, based on solid mechanics and hydromechanics methods, which made it possible to obtain new mathematical relationships. The threshold of sensitivity of the developed differential pressure control valve is set.