РУКОВОДЯЩИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

* Снято ограничение срока действия Приказом Союзпромарматуры № 16 от «11» февраля 1976 г. Срок введения установлен с «1» января 1977 г.

Настоящий руководящий технический материал (РТМ) распространяется на обратные подъемные угловые и поворотные клапаны и устанавливает методику гидравлического расчета обратных клапанов на стадии проектирования и рациональный выбор их проточной части.

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1. Расчет применяется для обратных подъемных клапанов с золотниками, имеющими направление в седле (черт. 1), и золотниками, имеющими направление в крышке клапана (черт. 2), а также для обратных поворотных однодисковых клапанов с полуосями, размещенными в основном проходе клапана (черт. 3), имеющих четыре исполнения дисковых затворов: типы А, Б - вогнутый, типы В, Г - плоский.

Геометрические размеры дисков, отнесенные к диаметру условного прохода D_у, даны в таблице

1.2. Настоящий РТМ применим при следующих средах, физических и геометрических величинах:

а) давление - до 6,3 МПа;

б) условный проход для подъемных клапанов - D_у от 15 до 150, для поворотных клапанов - D_у от 50 до 500;

в) температура - любая;

г) рабочие среды - однофазные жидкие среды с кинематическими вязкостями, близкими к вязкости воды;

Черт. 1

Черт. 2

Черт. 3

Черт. 4

д) режим движения среды - в области квадратичного сопротивления, Re ³ 2´10⁴.

1.3. Методика расчета применима для клапанов, имеющих следующую геометрию проточной части:

а) обратные подъемные клапаны:

- диаметр седла D_с равен условному проходу D_у, то есть ;

- отношение диаметра золотника D_з к D_у (относительный диаметр золотника) равно 1,2, ;

- отношение диаметров камер D_к к D_у (относительный диаметр камеры) равно: ; ;

- отношение ширины направляющих перьев золотника S к D_у (относительная ширина направляющих перьев) равно 0,15,  (для конструктивного исполнения золотника, представленного на черт. 1);

- отношение наружного диаметра направляющего хвостовика D_н к D_y (относительный диаметр направляющего хвостовика) равно 0,75,  (для конструктивного исполнения золотника, представленного на черт. 2);

- отношение высоты золотника H к D_у равно ;

б) обратные поворотные клапаны:

- отношение диаметра седла D_с к диаметру условного прохода D_у равно 0,97, ;

- отношение диаметра диска D_з к диаметру условного прохода D_у равно 1,0, ;

- угол наклона плоскости уплотнительной поверхности седла относительно оси потока равен 90°, α_с = 90°;

- отношение расстояния от оси вращения диска до оси геометрического центра диска к диаметру условного прохода равно 0,15, .

2. ЗАДАЧИ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА

2.1. Настоящий РТМ устанавливает при заданных условном проходе D_у и рабочей, среде g, υ последовательность решения следующих задач:

а) определение коэффициента сопротивления ζ клапана и потери давления DР на клапане при заданном расходе Q (скорости V) рабочей среды;

б) определение коэффициента сопротивления ζ и потери давления DР на клапане по заданному значению подъема золотника h (или относительному подъему  для подъемных клапанов и по заданному углу поворота диска a - для поворотных клапанов;

в) определение величины подъема золотника h - для подъемных клапанов и угла поворота диска a - для поворотных клапанов, а также потери давления DP на клапане по заданному коэффициенту сопротивления ζ.

г) определение гидродинамического усилия и максимальной высоты подъема золотника для золотников с направлением в крышке (черт. 2) - для подъемных клапанов и определение величины гидродинамического момента и максимального угла поворота диска - для поворотных клапанов в зависимости от режимных параметров и конструктивных размеров;

д) выбор материала затвора.

3. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КЛАПАНОВ

3.1. Данные для расчета:

g - удельный вес рабочей среды, Н/м³;

υ - кинематическая вязкость рабочей среды, м²/с;

D_у - диаметр условного прохода клапана, м.

В основу расчета положены полученные экспериментальным путем зависимости коэффициента сопротивления ζ и относительного подъема золотника  от безразмерного критерия, названного удельным динамическим напором ,

где g - удельный вес рабочей среды, Н/м³;

υ - скорость рабочей среды на входе в клапан, м/с;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

q - вес затвора, приходящийся на единицу площади седла, Н/м²

                                                                  (1)

где G - вес затвора.

Зависимости коэффициента сопротивления и относительной величины подъема золотника  от удельного динамического напора , соответственно  и  для золотников с направлением в седле приведены на черт. 5, для золотников с направлением в крышке - на черт. 6.

Аналогичные зависимости для поворотных клапанов  и  от удельного динамического напора  представлены на черт. 7, 8.

Здесь

                                             (2)

где l_ц.т - расстояние от оси вращения затвора до центра тяжести системы подвижных частей затвора, вес которых равен G, м;

L - расстояние от оси вращения затвора до геометрического центра диска (до центра седла), м;

a^о - угол открытия затвора.

Черт. 5

Черт. 6

Черт. 7

Черт. 8

Поскольку экспериментальные зависимости действительны только для режимов квадратичного сопротивления (Re ³ 2´10⁴), то для проектируемых клапанов перед гидравлическим расчетом необходимо определить режим течения. Для этого используется следующие расчетные зависимости:

а) зависимость условного прохода D_у от удельного динамического напора  при постоянной скорости V = const, а также зависимость D_у от удельного динамического напора при постоянной вязкости υ = const (при Re ³ 2´10⁴); зависимости  при V = const и υ = const приведены на черт. 9, 10, 11, 12 и 13 для ; функция  при V = const построена для диапазона V от 0,5 до 3 м/сек; функция при υ = const построена для диапазона υ от 0,2 · 10^-6 до 1,4 · 10^-6 м²/сек;

б) зависимость относительной величины отношения удельного веса среды и затвора  от относительной величины удельного динамического напора  приведена на графике черт. 14,

где  - отношение удельного веса среды к удельному весу затвора;

 - значение отношения, равное ;

Черт 9

Черт 10

Черт. 11

Черт 12

Черт. 13

Черт 14

 - значение удельного динамического напора при отношении удельного веса среды и золотника, равное .

В соответствии с задачами гидравлического расчета режим течения определяется следующим образом.

3.2. Задано:

а) рабочая среда g, υ;

б) расход рабочей среды Q или скорость V;

в) диаметр условного прохода D_у;

г) материал золотника g_з.

По черт. 9 (для подъемных клапанов) и по черт. 10, 11, 12, 13 (для поворотных клапанов) находим точку на пересечении кривых V = const в соответствующих значений диаметров условного прохода D_у, абсцисса которой является удельным динамическим напором. Если данная точка лежит выше кривой, соответствующей вязкости υ то Re ³ 2 · 10⁴, и приведенные на черт. 5, 6, 7 и 8 зависимости коэффициента сопротивления ζ и относительного хода  (угла поворота a) от удельного напора применимы для расчета. Действительное значение удельного динамического напора  при  определяется по черт. 14.

3.3. Задано:

а) коэффициент сопротивления ζ;

б) рабочая среда g, υ;

в) диаметр условного прохода D_у.

По черт. 5, 8, 14 по коэффициенту сопротивления ζ определяется удельный динамический напор . По графику (черт. 14) найденный динамический напор приводится к удельному напору при . Затем по черт. 9, 10, 11, 12 и 13 находят точку на пересечении значения найденного удельного динамического напора и значения диаметра условного прохода D_у. Если найденная точка лежит выше соответствующий кривой υ = const режим течения - при Re ³ 2 · 10⁴.

3.4. Задано:

а) рабочая среда g, υ;

б) диаметр условного прохода D_у;

в) относительный подъем  или угол поворота диска a.

По черт. 5, 6 для подъемных клапанов или черт. 7, 8 для поворотных клапанов определяется удельный динамический напор по относительному подъему  или углу поворота диска a. По графику черт. 14 найденный динамический напор приводится к удельному динамическому напору при . Затем по черт. 9, 10, 11, 12, 13 находится точка на пересечении найденного значения удельного динамического напора и значения диаметра условного прохода. Если точка располагается выше соответствующей кривой, режим течения - при Re ³ 2 · 10⁴

4. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ОБРАТНЫХ ПОДЪЕМНЫХ КЛАПАНОВ

4.1. Определение коэффициента гидравлического сопротивления и потери давления на клапане.

4.1.1. Задано:

а) рабочая среда g, υ;

б) диаметр условного прохода D_у;

в) расход среды Q (скорость среды V).

4.1.2. Определяется удельный динамический напор по п. 3.2.

4.1.3. Определяется коэффициент сопротивления ζ по черт. 5 или 6 в зависимости от типа затвора.

4.1.4. Рассчитывается потеря давления на клапане по формуле:

                                                             (3).

4.2. Определение гидравлического сопротивления ζ и потери давления DP на клапане

4.2.1. Задано:

а) рабочая среда g, υ;

б) диаметр условного прохода D_у;

в) подъем золотника .

4.2.2. По заданному  определяется удельный динамический напор по черт. 5, 6.

4.2.3. Определяется режим течения по п. 3.4.

4.2.4. По найденному удельному динамическому напору определяется коэффициент сопротивления ζ по черт. 5, 6.

4.2.5. Рассчитываются потери давления на клапане DP по формуле (3).

4.3. Определение величины подъема золотника h и потери давления на клапане DP.

4.3.1. Задано:

а) рабочая среда g, υ;

б) диаметр условного прохода D_у;

в) коэффициент сопротивления ζ.

4.3.2. По заданному ζ определяется удельный динамический напор по черт. 5, 6.

4.3.3. Определяется режим течения по п. 3.3.

4.3.4. По найденному удельному динамическому напору определяется величина относительного подъема золотника по черт. 5, 6.

4.3.5. Определяется потеря давления на клапане по формуле (3).

4.4. Определение гидродинамического усилия, действующего на золотник, и максимальной высоты подъема золотника для золотников с направлением в крышке

4.4.1. Определяется относительный ход  по удельному динамическому напору  (черт. 5).

4.4.2. Определяется коэффициент подъемной силы  по графику - зависимости величины от относительного хода  (черт. 15).

где  - безразмерные аргументы, называемые эквивалентными коэффициентами давления, определяемые экспериментально.

4.4.3. Определяется величина гидродинамического усилия P (подъемной силы), действующего на золотник по формуле:

                                                  (4)

Черт. 15

Из графика черт. 15 следует, что максимальная высота подъема достигается при коэффициенте подъемной силы, равном нулю, то есть χ = 0.

4.5. Выбор материала затвора

4.5.1. Задано:

а) рабочая среда g, υ;

б) диаметр условного прохода D_у.

4.5.2. По черт. 9 находится точка пересечения значения диаметра условного прохода D_у и кривой, соответствующей вязкости υ = const.

Абсцисса данной точки определит минимальный удельный динамический напор , а кривая скорости, проходящая через данную точку, определит минимальную скорость для режима Re ³ 2 · 10⁴ при отношении .

4.5.3. По одной из заданных величин:

а) коэффициенту сопротивления ζ.

б) относительному ходу ,

в) скорости среды V - определяется  по черт. 5, 6 и 9.

4.5.3. Удельный вес материала золотника рассчитывается по формуле:

                                                     (5)

5. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ОБРАТНЫХ ПОВОРОТНЫХ КЛАПАНОВ

5.1. Определение гидравлического сопротивления и потери давления на клапане

5.1.1. Задано:

а) рабочая среда g, υ;

б) диаметр условного прохода D_у;

в) расход рабочей среды Q (скорость V);

г) материал золотника g_з.

5.1.2. Определяется удельный динамический напор  по п. 3.2.

5.1.3. По полученному значению  определяются угол поворота диска и величина гидравлического сопротивления ζ по черт. 7 и 8, в зависимости от профиля диска.

5.1.4. Определяются потери давления DP на клапане по формуле (3).

5.2. Определение гидравлического сопротивления и потери давления на клапане

5.2.1. Задано:

а) рабочая среда g, υ;

б) диаметр условного прохода D_у;

в) угол поворота диска a.

5.2.2. Определяется удельный динамический напор в зависимости от угла поворота a (черт. 8).

5.2.3. Определяется режим течения по п. 3.4.

5.2.4. По найденному значению удельного динамического напора определяется коэффициент сопротивления (черт. 7).

5.2.5. Определяется потеря давления на клапане DP по формуле (3).

5.3. Определение величины угла поворота диска и потери давления на клапане

5.3.1. Задано:

а) рабочая среда g, υ;

б) диаметр условного прохода D_у;

в) коэффициент сопротивления ζ.

5.3.2. По заданному значению коэффициента сопротивления определяется удельный динамический напор  (черт. 7).

5.3.3. Определяется режим течения по п. 3.3.

5.3.4. По найденному значению удельного динамического напора определяется угол поворота по черт. 8.

5.3.5. Определяется потеря давления DP по формуле (3)

5.4. Определение гидродинамического момента, действующего на золотник, и максимального угла поворота золотника

5.4.1. Определяется угол поворота a по удельному динамическому напору  по черт. 8.

5.4.2. Определяется коэффициент подъема золотника «m» по черт. 16.

5.4.3. Гидродинамический момент М определяется по формуле:

                                                        (6)

Черт 16

5.5. Выбор материала золотника

5.5.1. Задано:

а) рабочая среда g, υ;

б) диаметр условного прохода D_у.

5.5.1. По черт. 10, 11, 12, 13 находится точка пересечения значения диаметра условного прохода D_у и кривой, соответствующей вязкости υ = const. Абсцисса найденной точки определит минимальный удельный динамический напор , а кривая скорости, проходящая через данную точку определит минимальную скорость для режима Re ³ 2 · 10⁴ при отношении .

5.5.2. По одной из заданных величин:

а) углу поворота a,

б) коэффициенту сопротивления ζ,

в) скорости среды V - определяется действительное значение удельного динамического напора  по черт. 7, 8, 10, 11, 12 и 13.

5.5.3. Удельный вес материала золотника рассчитывается по формуле:

                                                    (7)

6. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАЦИОНАЛЬНОМУ ВЫБОРУ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ОБРАТНЫХ КЛАПАНОВ

6.1. В целях уменьшения ζ рекомендуется проектировать для подъемных клапанов золотники, имеющие направление в крышке. При удельном динамическом напоре  целесообразно применять золотники с направлением крышке с D_к/D_у = 1,75.

При удельном динамическом напоре  рекомендуется применять клапаны с направлением в седле и с D_к/D_у = 1,5.

Увеличение высоты подъема h от 0,25D_у до 0,3D_у почти вдвое уменьшает гидродинамическое усилие, уменьшая коэффициент сопротивления ζ только на 5 %, поэтому целесообразно ограничить максимальную величину подъема затвора .

6.2. Оптимальным вариантой формы дискового затвора является диск типа A.

6.3. Целесообразно максимальный угол поворота выбирать равным a = 80°, для этого на золотниках следует предусматривать упор.

6.4. Угол наклона плоскости уплотнения седла к вертикальной необходимо выбирать в пределах  от 5 до 10°.

6.5. При работе поворотного клапана можно рекомендовать для уменьшения ζ и мягкой обратной посадки золотника значения a_о:

а) при удельном напоре

 a_о - от 5 до 10°;

б) при удельном напоре

 a_о - от 10 до 15°.

6.6. Обратные поворотные клапаны, открывающиеся на угол свыше 35 - 40°, имеют существенно меньший коэффициент сопротивления, чем подъемные клапаны при полном открытии затвора, то есть имеют преимущество при средних и больших расходах.

ЛИСТ РЕГИСТРАЦИИ ИЗМЕНЕНИЙ

Черт. 11

Черт. 12

СОДЕРЖАНИЕ