Клапан непрямого действия принцип работы

Предохранительные клапаны обычно устанавливаются в напорную линию параллельно. В случае достижения давления настройки предохранительный клапан открывается и пропуская поток (или часть потока) из напорной линии в сливную.

Принцип работы предохранительного клапана

На рисунке показан предохранительный клапана седельного типа.

Основными элементами предохранительного клапана являются:

1. корпус;
2. пружина;
3. запорно-регулирующий элемент;
4. седло.

В исходом состоянии усилие Fпр пружины 2 прижимает запорно-регулирующий элемент (конус) 3 к седлу 4. Напорная линия отделена от сливной.

В случае если сила Fг давления потока на запорно-регулирующий элемент превысит силу Fпр, конус сместится вверх, пропуская поток из напорной линии в сливную.

При отсутствии давления в линии слива величина усилия Fг определяется по формуле:

Где А — площадь уплотняемой поверхности.

Регулировка давления настройки предохранительного клапана осуществляется путем изменения предварительного поджатия пружины.

Предохранительные клапаны прямого действия

В клапанах прямого действия на запорно-регулирующий с одной стороны действует усилие пружины с противоположной — сила давления жидкости.

Пружину в таких клапанах называют силовой, т.к. именно она оказывает силовое воздействие, удерживающее запорно-регулирующий до момента открытия.

Предохранительный клапан седельного типа, рассмотренный ранее, является примером клапана прямого действия. К этому же типу относят клапаны золотникового типа.

В исходном состоянии золотник 3, установленный в корпусе 1, перекрывает каналы в напорной и сливной линиях. При увеличении силы давления до величины превышающей усилие пружины 2, золотник будет перемещаться вверх, открывая канал для прохода потока из напорной линии в сливную.

Характеристика клапана прямого действия

Характеристика предохранительного клапана прямого действия имеет достаточно большой подъем.

Капаны прямого действия склонны к автоколебаниям. При больших расходах и высоких давлениях размеры пружины должны быть очень большими.

Устройство демпфирования

На работу предохранительного клапана влияют не только статические, но и динамические нагрузки.

Для снижения негативного влияния автоколебаний подпружиненного запорно-регулирующего элемента в предохранительных клапанах прямого действия используют устройства демпфирования.

Наиболее распространенным устройством демпфирования является — демпфирующий поршень, который жестко связан с запорно-регулирующим элементом.

Для демпфирования в поршне может быть выполнен узкий канал или снята лыска, как в примере показанном на рисунке.

Во время движения поршня жидкость движется в малом зазоре. При этом возникает демпфирующее усилие направленное в сторону противоположную движению поршня.

В конструкции большинства современных гидравлических предохранительных клапанов прямого действия присутствует демпфирующий поршень.

Предохранительные клапаны непрямого действия

При увеличении расхода через предохранительный клапан необходимо увеличивать и диаметры подводных каналов и запорно-регулирующего элемента. Вследствие увеличения площади уплотняемой поверхности потребуется и увеличение усилия поджатия пружины, а значит и увеличение самой пружины.

Для обеспечения относительно небольших габаритов клапана при больших значениях расхода используют предохранительные клапаны непрямого действия, состоящие из основного и управляющего клапана.

Клапан управления представляет собой классический предохранительный клапан прямого действия. Этот клапан способен пропустить лишь небольшой расход. Однако при его открытии за счет возникшего перепада давления на постоянном дросселе 6 запорно-регулирующий элемент 5 переместится вверх соединив напорную линию со сливом.

Пружина 4 в этом клапане мягкая, она предназначена для возвращения запорно-регулирующего элемента в исходное состояние.

Настройка клапана осуществляется регулировочным винтом 1, который позволяет изменить предварительное поджатие силовой пружины 2.

Характеристика клапана непрямого действия

Характеристика предохранительного клапана непрямого действия более пологая, клапан этой конструкции имеет меньшие габариты, чем аналогичный клапан прямого действия.

Свойства клапанов непрямого действия позволили разработать методы управления давлением, которые существенно повысили технические, эксплуатационные и потребительские характеристики гидроприводов, сделали их проще и экономичнее.

Автоматизация ряда рабочих процессов осуществляется также благодаря этим свойствам. В результате гидравлические машины и оборудование стали более эффективными, удобными и легкими в управлении.

Рассмотрим наиболее применяемые методы управления, реализованные с помощью предохранительных клапанов непрямого действия.

Немало гидроприводов содержат насос с постоянным рабочим объемом (нерегулируемый) и гидрораспределители с закрытым центром, у которых в нейтральной позиции линия нагнетания закрыта.

В результате при холостых режимах рабочая жидкость поступает на слив через предохранительный клапан, переводя полезную энергию в тепло. В таких гидросистемах целесообразно использовать предохранительные клапаны непрямого действия с дополнительной управляемой разгрузочной линией.

Рис. 1. Схема разгрузки клапана непрямого действия

1 – насос; 2 – главный золотник; 3 – пилотный золотник; 4 – дроссель; 5 – нагнетательная линия; 6 – манометр; Х – линия разгрузки; Y1 – электроуправляемый клапан (нормально открытый)

Рассмотрим схему, представленную на рис. 1. Вне зависимости от конструкции схема и принцип действия всех клапанов непрямого действия одинаковы. Зная принципы его работы, легко разобраться в любых конструктивных особенностях.

Рассмотрим сначала работу предохранительного клапана непрямого действия в режиме без разгрузки (в его основном состоянии). В этом случае линия разгрузки Х перекрыта, т.е. электроуправляемый клапан Y1 (нормально открытый), показанный на рис. 1, включен.

Рабочая жидкость от насоса из линии нагнетания 5 поступает в торцевую полость силового золотника 2. Одновременно по внутренним каналам управления и через дроссельное отверстие 4 жидкость подводится к противоположному подпружиненному торцу силового золотника 2.

В канале перед подпружиненной полостью часто выполняют дроссель для исключения скачков давления (гидроударов). Такой пример показан на рис. 1. Пилотный золотник 3 (золотник управления клапаном) закрывает поступление рабочей жидкости на слив.

Он прижимается к седлу жесткой пружиной. Рабочая поверхность пилотного золотника выполняется конусной. В ряде конструкций в качестве пилотного золотника используется металлический шарик.

Поскольку движение потока жидкости в канале управления отсутствует (состояние статики – перепад давлений на дросселе 4 равен нулю), на оба торца силового золотника действует одинаковое давление, равное рабочему.

Силы, развиваемые рабочим давлением (гидравлические силы), уравновешивают золотник 2. Силовой золотник 2 прижимается к седлу только усилием слабой пружины.

Для преодоления ее сопротивления достаточно воздействия на противоположный торец золотника давления 0,3-0,5 МПа. Как только величина рабочего давления превысит настройку предохранительного клапана, пилотный золотник 3 начинает смещаться.

Действующая на него сила, развиваемая давлением, превышает силу, создаваемую жесткой пружиной. Перемещение пилотного золотника 3 открывает кольцевое окно между его круглым седлом и конусом (либо шариком).

Небольшая часть рабочей жидкости начинает поступать через это кольцевое окно на слив в гидробак (состояние динамики). Давление в подпружиненной торцевой полости силового золотника 2 становится меньше.

Перепад давлений на дросселе 4 начинает расти. При дальнейшем повышении рабочего давления пилотный золотник 3 продолжает перемещаться, все больше сжимая жесткую пружину. Площадь кольцевого окна увеличивается. Все большее количество рабочей жидкости поступает из канала управления на слив.

Давление в подпружиненной полости силового золотника 2 падает (возрастает перепад давлений на дросселе 4). Уменьшается гидравлическая сила, действующая на силовой золотник 2 в подпружиненной полости.

Как только сумма этой силы и силы действия слабой пружины станет меньше гидравлической силы в противоположной торцевой (неподпружиненной) полости золотника 2, он начнет перемещаться, открывая свободный доступ нагнетаемому потоку рабочей жидкости на слив.

Контроль давления настройки клапана осуществляется с помощью манометра 6. Если гидросистема работает в холостом режиме, то рабочая жидкость поступает на слив под давлением настройки предохранительного клапана, переводя большое количество гидравлической энергии в тепло.

Насос при этом нагружен и работает в экстремальном режиме. Однако использование клапана непрямого действия позволяет разгрузить гидросистему в период холостой работы машины. Разгрузка осуществляется следующим образом. В канале управления между дросселем 4 и торцевой подпружиненной полостью силового золотника 2 выполняется отводящая линия Х – линия разгрузки.

Во многих гидросистемах она соединяется с внутренними управляющими каналами, чтобы разгрузка при наступлении холостого режима работы машины осуществлялась автоматически, а при выполнении силовых операций, также автоматически, предохранительный клапан переводился в рабочее положение.

Открытие и закрытие внутренних управляющих каналов осуществляется с помощью соответствующих клапанов, чутко реагирующих на изменение рабочего давления в гидросистеме. Вместе с тем в гидросистемах часто применяется внешний управляющий клапан, который показан на рис. 1.

Он позволяет оператору непосредственно управлять разгрузкой. Рассмотрим этот случай. Когда внешний управляющий клапан Y1 соединяет линию разгрузки со сливом (Y1 отключен), силовой золотник 2 прижимается к седлу только слабой пружиной.

Для её преодоления нагнетающему потоку достаточно развить давление 0,3-0,5 МПа. Силовой золотник 2 открывается и направляет рабочую жидкость от насоса на слив в гидробак. Насос работает практически в холостом режиме, преодолевая лишь указанное незначительное сопротивление.

Разгрузка предохранительного клапана существенно экономит энергию, снижает гидравлические удары при включении гидросистем и дает возможность производить запуск насоса в практически ненагруженном состоянии.

Для перевода гидросистемы в рабочий режим включается клапан Y1. Линия разгрузки Х перекрывается. Рабочая жидкость поступает в торцевую подпружиненную полость силового золотника, компенсируя действующую гидравлическую силу, и с помощью пружины закрывает его.

Поток от насоса нагнетается в гидросистему, преодолевая рабочее давление. Далее предохранительный клапан непрямого действия работает в обычном режиме.

Рис. 2. Многоконтурная система управления с клапаном непрямого действия

Сам принцип использования клапана непрямого действия с внешним регулирующим устройством позволяет создавать многоконтурные системы управления с различными величинами заданного давления.

Пример такой системы показан на схеме рис. 2. Здесь главный предохранительный клапан настроен на давление 18,0 МПа. Внешние управляющие клапаны Y1 и Y2нормально закрытые, они отключены.

При отключенных клапанах Y1 и Y2 гидросистема работает при максимальном давлении 18,0 МПа. Если включить клапан Y1, линия управления Х соединится с клапаном прямого действия, настроенным на максимальное давление 6,0 МПа. Рабочее давление в гидросистеме не будет превышать эту величину.

Рис. 3. Схема 4-ходового 3-позиционного (4/3) распределителя с электроуправлением компании Bosch Rexroth

Если отключить клапан Y1 и включить клапан Y2, линия управления Х соединится с клапаном, настроенным на максимальное давление 12,0 МПа. Теперь рабочее давление ограничится соответственно 12,0 МПа. Используя данное техническое решение, многие компании выпускают гидрораспределители, которые управляются при различных значениях давления.

В качестве примера на рис. 3 показана такая гидроаппаратура. Таким образом, вводя в гидросхему внешние управляющие клапаны, можно создавать разветвленные гидросистемы, способные управлять различными режимами гидродвигателей.

Рис. 4. Система управления клапаном непрямого действия и гидрораспределителем

Рассмотрим гидросхему, приведенную на рис. 4. Она содержит насос с постоянным рабочим объемом, электрогидравлическую систему управления предохранительным клапаном непрямого действия и распределителем, которая позволяет управлять исполнительным гидроцилиндром в 5 различных вариантах его работы.

В качестве самопроверки, опираясь на вышеизложенное, заполните карту работы гидросистемы. При выключенном электромагните поставьте в соответствующей клетке символ 0, а при включенном – символ 1.

Насосное оборудование и компоненты гидросистем

Электромагнитный клапан для воды предназначен для регулировки прохождения жидкости. Устройство работает по электромеханическому принципу. Для изготовления корпуса выбираются стойкие и универсальные, а также высокопрочные материалы по типу литейного чугуна, латуни, нержавеющей стали. Что касается мембран и уплотнителей, то они выполняются из высокоэластичных полимеров. Помимо прочего, в составе может быть силиконовая резина.

Подобное устройство устанавливается в той части системы трубопровода, к которой будет обеспечен легкий доступ.

Устройство соленоидного клапана

Электромагнитный клапан для воды еще называется соленоидным. Он имеет в составе основные детали по типу мембраны, корпуса, пружины, крышки, штока, а также электрической катушки, которая является соленоидом. Крышка и корпус клапанов отливаются из нержавеющей стали, латуни, полимеров или чугуна. Данные устройства рассчитаны для эксплуатации при самых разных рабочих средах, температурах и давлениях.

Для штоков и плунжеров используются магнитные материалы. Электрокатушки, которые называются соленоидами, изготавливаются в пылезащищенном или герметичном корпусе. Высококачественный эмальпровод идет на обмотку катушек. Он изготавливается из электротехнической меди. Соединение с системой трубопровода может производиться по сланцевому или резьбовому методу. Для подключения к электрической сети применяется штекер. Управление производится методом подачи напряжения на катушку.

Ведущие рабочие положения

Если рассматривать вышеописанные устройства по исполнению, то они могут быть нормальнозакрытыми или нормальнооткрытыми. Среди разновидностей можно выделить еще и бистабильные клапаны, которые называются импульсными. Управляющий принцип способствует переключению с закрытого на открытое положение.

Принцип действия

Электромагнитный клапан для воды может использоваться при различных условиях, это предполагает применение устройств прямого действия, а также приборов, срабатывающих при нулевом перепаде давления. В продаже можно встретить клапаны непрямого действия, которые являются пилотными. Они срабатывают исключительно при самом малом перепаде давления.

Подобные устройства можно подразделить на распределяющие трёхходовые, запорные и переключающие клапаны.

Информация об уплотнителях и мембранах

Электромагнитный клапан для воды имеет в составе мембраны, которые могут изготавливаться из эластичных полимерных материалов. Последние обладают специальной конструкцией и химическим составом. Помимо прочего, в конструкции клапанов применяются самые последние составы силиконовых резин, а также другие полимеры.

Принцип работы пилотного клапана

Электромагнитный клапан для воды своими руками может быть установлен достаточно быстро. Если речь идет о нормальнозакрытом устройстве, то в статическом положении напряжение отсутствует, при этом клапан находится в закрытом состоянии. Поршень, который является запорным органом, герметично прижат, он расположен у седла уплотнительной поверхности. Пилотный канал находится в закрытом состоянии. Давление в верхней полости поддерживается с помощью перепускного отверстия в мембране.

Клапан такого типа находится в закрытом состоянии до тех пор, пока катушка не подвергнется напряжению. Для того чтобы он открылся, напряжение должно подаваться на катушку. Под воздействием магнитного поля плунжер поднимается, открывая канал. По той причине, что диаметр канала значительно больше перепускного, давление верхней полости понижается. Разница давлений воздействует на подъем поршня или мембраны, что способствует открытию клапана. Электромагнитный клапан подачи воды будет находиться в открытом состоянии до тех пор, пока катушка будет подвергаться напряжению.

Принцип действия нормальнооткрытого клапана

Работает такое устройство по обратному принципу: в статичном положении прибор находится в открытом виде, а вот при повышении напряжения клапан закрывается. Для того чтобы удержать прибор в закрытом состоянии, напряжение будет подаваться на катушку достаточно долго. Для того чтобы любые пилотные клапаны работали правильно, нужно обеспечить малый перепад давления.

Подобные устройства называются клапанами непрямого действия по той причине, что кроме подачи напряжения, необходимо выполнение условия, которое заключается в перепаде давления. Использовать такое приспособление можно для систем отопления, водоснабжения, ГВС, а также пневмоуправления. Агрегат подходит для тех условий, где давление в трубопроводе присутствует.

Работа клапана прямого действия

Электромагнитный клапан, схема которого дает возможность понять принцип работы, может обладать прямым действием. У такого устройства пилотный канал отсутствует. В центральной части находится эластичная мембрана, которая обладает металлическим кольцом. Сквозь пружину она соединена с плунжером. Когда на катушку воздействует магнитное поле, клапан открывается, плунжер поднимается и снимает усилие с мембраны. Последняя поднимается и способствует открыванию клапана. В тот момент, когда происходит закрытие, магнитное поле отсутствует, плунжер опускается и воздействует на мембрану.

Для такого прибора минимальный перепад давления не требуется. Электромагнитный клапан, фото которого представлены в статье, может использоваться в системах с давлением, а также на сливных емкостях. Установить прибор можно и в условиях накопительных ресиверов. Монтировать такое устройство можно в тех местах, где давление отсутствует или находится на минимальном уровне.

Особенности работы бистабильного клапана

Этот клапан может находиться в двух устойчивых положениях: в закрытом и открытом. Переключение осуществляется последовательно методом подачи импульса на катушку. Такие устройства работают исключительно от источника постоянного тока. Для того чтобы удержать клапан в закрытом или открытом положении, не требуется подавать напряжение. По конструкции такие приспособления изготавливаются как пилотные, это указывает на необходимость минимального перепада давления.

Электромагнитный соленоидный клапан представляет собой надежную и функциональную арматуру для системы трубопровода. Если речь идет о специальных электромагнитных катушках, то ресурс их работы очень велик. До момента выхода из строя прибор способен работать, пока число включений не достигнет 1 миллиона. Время, которое требуется для срабатывания магнитного клапана, может составить от 30 до 500 миллисекунд. Конечная цифра будет зависеть от давления, диаметра и исполнения.

Заключение

Устройство электромагнитного клапана было представлено выше, как и принцип его действия. Подобные приборы можно использовать в качестве запорного устройства дистанционного управления. Они незаменимы для безопасности в роли отсечных, отключающих и переключающих электроклапанов. Эти особенности необходимо учесть перед приобретением клапана и его установкой в определенных условиях.