Розрахунок гідравлічного запобіжного клапана

Гідравлічний запобіжний клапан встановлюють на випадок відмови механічного дихального клапана. Поділ газоповітряного простору резервуара з атмосферою в гідравлічному запобіжному клапані здійснюється завдяки гідравлічному затвору незамерзаючою рідиною, що зна­ходиться в спеціальних каналах корпуса клапана. Запобіжний клапан відрегульовано таким чином, щоб він починав працювати при підвище­них (на 5 – 10 %) тисках порівняно з тиском, на який налагоджено дихальний клапан.

Принцип роботи гідравлічного клапана полягає в наступному.

При тиску в газоповітряній порожнині резервуара, що дорівнює атмосфер­ному тиску, рівень рідини в коаксіальних циліндрах однаковий (рис. 5.5,в). Як тільки в резервуарі створюється розрядження, тиск зовнішнь­ого повітря знижує рівень рідини в зовнішньому кільцевому просторі клапана до нижньої кромки внутрішнього циліндра, забезпечуючи попадання його до резервуара (рис. 5.5, б).

а б в

Рис.5.5. Схема роботи гідравлічного запобіжного клапана:

а – при надлишковому тиску в резервуарі; б – при вакуумі; в – при тиску в резервуарі, що дорівнює атмосферному: 1 – приєднувальний патрубок; 2 – нерухомий циліндр; 3 – рухомий циліндр

При надлишковому тиску в резервуарі рівень рідини знижується у внутрішньому кільцевому просторі (рис. 5.5, а) – і газоповітряна суміш із резервуара ви­ходить в атмосферу.

Конструктивна схема гідравлічного запобіжного клапана типу КПС, що працює за описаним принципом показана на рис. 5.6.

Він складається з приєднувального патрубка 10 із фланцем, кор­пуса 3, в якому є стакан 4 і відбивач рідини 5. Для заповнення рідиною клапана та забезпечення можливості контролю її рівня клапан об­ладнують лійкою 8 і мірним щупом 9. Патрубок 2 і зли­вальна пробка 1 служать для обмеження верхнього рівня рідини при заливанні.

Розрахунок запобіжного гідравлічного клапана полягає у визна­ченні висот (рис. 5.5), при яких повинен спрацьовувати клапан на вакуум і надлишковий тиск, а також розміри поперечних перерізів каналів газоходів. В основу розрахунку гідравлічного клапана покладено такі умови:

при надлишковому тиску в резервуарі клапан повинний створю­вати гідравлічний затвор висотою

h_над = p_над /r_р (h_над ≈ 2000 Па ≈ 200 мм вод. ст.)

а при спрацьовуванні на вакуум

h_в = p_в /r_р (h_в ≈ 200–250 Па ≈ 20–25 мм вод. ст.)

Рис. 5.6. Гідравлічний запобіжний клапан типу КПС:

1 – пробка; 2 – патрубок; 3 – корпус; 4 – стакан; 5 – відбивач; 6 – кришка; 7 – корпус; 8 – лійка; 9 – щупом; 10 – приєднувальний патрубок.

– із метою запобігання уноса рідини з клапанна при проходженні газів через гідравлічні затвори площі прохідних перерізів каналів S₁ і S₂, заповнених рідиною, повинні бути більше площі поперечного перерізіу S приєднувального патрубка.

При розрахунку орієнтовно приймають S₁ = 4S , або

pD₁²/4 = 4pd²/4,

звідки

D₁= 2d,

де d –внутрішній діаметр приєднувального патрубка.

Відстань від нижнього кінця рухомого циліндра до дна зовнішнього нерухомого циліндра h можна визначити також з урахуванням умови рівності прохідних перерізів:

pD₁h = 3pd²/4

З огляду на те, що

D₁ = 2d то

h = 3d/8

Діаметр зовнішнього нерухомого циліндра D₂ визначають з умови рівності обсягу переміщуваної рідини:

(pD₁² - pd²) (pD₂²- pD₁²)

---------- h_в = ----------- h_и

44

Підставивши значення d і D₁, одержимо:

Враховуючи, що об’єм рідини в непрацюючому клапані над його нижнім зрізом повинний бути достатній для створення гідравлічного затвора на надлишковий тиск і на вакуум, можна визначити необхідну глибину занурення h_м внутрішнього циліндра :

(pD₁² - pD₂)(pD₂²- pD₁²)(pD₁²-pd²)

---------- h_в= ---------- h_и= --------- h_м

4 4 4

Замінивши D₁ і D₂ їхніми значеннями, находимо

h_и h_в

h_м = -------

h_и+ h_в

При русі газів у кільцевих каналах клапана рідина може виноситися у вигляді крапель, внаслідок чого кількість рідини буде поступово зменшуватися і клапан почне працювати при знижених h_ві h_и. Для попередження винесення рідини у верхній частині корпуса клапана ставлять краплеуловлювач.

Гідравлічні клапани треба встановлювати строго горизон–тально, інакше вони будуть працювати зі зниженим вакуумом і надлишковим тиском внаслідок стоку рідини на одну сторону клапана.