РТМ 26-07-181-74
Методика гидродинамического расчета электромагнитных мембранных и поршневых клапанов

УТВЕРЖДАЮ Главный инженер Главного управления промышленной арматуры ________________________ Зак А.А. «27» декабря 1974 г.

РУКОВОДЯЩИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

МЕТОДИКА ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ МЕМБРАННЫХ И ПОРШНЕВЫХ КЛАПАНОВ

Вновь

Приказом Главного управления от «30» декабря 1974 г.

№ 128 срок введения установлен с «1» мая 1975 г.

^* Снято ограничение срока действия.

Письмо № 21/2-373 от 13.06.96 из Управления по развитию химического и нефтяного машиностроения. 21.04.97 г.

Настоящий руководящий технический материал (РТМ) распространяется на разгруженные электромагнитные мембранные и поршневые клапаны несвязанного типа и устанавливает методику гидродинамического расчета на стадии их проектирования.

Применение настоящего РТМ является обязательным на стадии разработки технического проекта.

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1. Настоящий РТМ применим к клапанам Dy от 25 до 250, работающих на любых однофазных капельных жидкостях^*, имеющих следующие параметры:

а) температура рабочей среды - не более температуры насыщенной жидкости, если рабочая среда - жидкость; не менее температуры насыщенных паров, если рабочая среда - газ;

б) давление рабочей среды до 100 ата;

в) коэффициент кинематической вязкости ν не более 2 ´ 10^-6 м²/сек;

в) режим движения рабочей среды в области квадратичного сопротивления, то есть при числах Рейнольдса Re - не менее 2 ´ 10⁴.

^* имеются в виду и газы при

где Р'₁ и Р'₂ - абсолютные давления рабочей среды до и после клапана.

1.2. Основные размеры проточной части, выраженные в относительных единицах (отнесены к условному диаметру Dy) представлены в табл. 1 (см. черт. 1 и 2).

Таблица 1

Относительный ход основного золотника с учетом допуска на величину хода не должен превышать .

Клапан электромагнитный мембранный

Черт. 1

Клапан электромагнитный поршневой

Черт. 2

2. ЗАДАЧА РАСЧЕТА

2.1. Задача гидродинамического расчета - нахождение величин эффективного диаметра мембраны или диаметра поршня D и коэффициента настройки Ψ, при которых одновременно удовлетворяется требования, предъявляемые к клапанам:

а) обеспечение заданной величины минимального перепада давлений на клапане в закрытом состоянии DP_3min, при котором клапан должен начать открываться;

б) полное открытие клапана () при заданной скорости рабочей среды, то есть обеспечение минимально возможного коэффициента гидравлического сопротивления клапана ζ.

Коэффициент настройки Ψ определяется по формуле

где ζ_o - коэффициент гидравлического сопротивления впускного тракта обвода АВС (черт. 1, 2), рассчитанных применительно к площади f_o впускного отверстия диаметром d_o (для мембранных клапанов) или к площади радиального зазора f_δ (для поршневых клапанов);

ζ_u - коэффициент гидравлического сопротивления импульсного тракта обвода СЕМ (черт. 1, 2), рассчитанный применительно к площади импульсного отверстия диаметром d_u.

3. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА

3.1. Параметры:

а) температура рабочей среды t, °С;

б) удельный вес g рабочей среды, кгс/м³;

в) кинематический коэффициент вязкости ν рабочей среды, м²/сек;

г) условный проход Dy клапана, м;

д) скорость рабочей среды υ, отнесенная к площади условного прохода клапана, м/сек;

е) минимальный перепад давления на закрытом клапане DP_3min, при котором клапан должен начать открываться, кгс/см²;

ж) давление рабочей среды до клапана P₁, кгс/см².

3.2. В том случае, если заказчиком заданы диапазоны температур, давлений и скоростей рабочей среды (сред), то расчет клапана следует вести на такие их значения, при которых скоростной напор  принимает наименьшее значение, (g = 9,81 м/сек² - ускорение силы тяжести).

4. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАСЧЕТА

4.1. Расчет клапанов производится в следующей последовательности:

а) определение режима течения;

б) выбор основных геометрических размеров узла золотник-седло;

в) определение массы затвора m и усилия пружины Q;

г) определение критерия настройки Ψ, при котором обеспечиваются заданные DP_3min и ζ_кл;

д) определение по выбранному критерию настройки величин d_o (δ) и d_u;

е) выбор хода импульсного золотника h_u;

ж) определение геометрических размеров подводящего и отводящего патрубков.

5. РАСЧЕТ

5.1. Режим течения характеризуется числом Рейнольдса Re. Число Re рассчитывается по формуле.

                                                                 (1)

и должно быть не менее 2 ´ 10⁴. При Re менее 2 ´ 10⁴ необходимо изменить исходные данные (υ или Dy), так чтобы получить значение Re не менее 2 ´ 10².

5.2. Основные геометрические размеры проточной части клапана конструктивно принимается в соответствии с табл. 1.

5.3. Масса движущихся частей определяется суммой масс составляющих и рассчитывается по формуле:

                                                       (2)

где w_i - объем i-ой составляющей движущихся частей, м³ берется из п. 5.2;

g_i - удельный вес i-ой составляющей движущихся частей, кгс/м³.

Величина усилия пружины Q [кгс] определяется исходя из требований, предъявляемых к герметичности в затворе при заданном перепаде давлений на закрытом затворе.

5.4. Определение Ψ обеспечивающего DP_3min, производится по формуле:

                                           (3)

Если расчетное значение Ψ ³ 1, то следует принять Ψ равное 1.

Расчет ведется в табличной форме.

5.5. Определение Ψ, обеспечивающего открытие клапана на полный ход () при заданных υ, g производится по формуле:

где  - эквивалентный коэффициент давления;

ζ - коэффициент гидравлического сопротивления клапана. Значения  и ζ следует брать из черт. 3 и 4 для .

Если расчетное значение Ψ отрицательное, то необходимо изменить D, Q или  таким образом, чтобы стало положительным.

Расчет ведется в табличной форме (см. п. 5.4).

5.6. Для одновременного удовлетворения требований п. 5.4 и п. 5.5 следует дальнейшие расчеты вести по наименьшему значению Ψ.

5.7. Определение d_o и d_u для мембранных клапанов.

По значению критерия настройки Ψ (п. 5.6) из табл. 2 находятся значения d_o и d_u. Одному значению Ψ может соответствовать несколько комбинаций значений d_o и d_u. Конструктивно задастся значением d_u. По d_u и Ψ определяют d_o.

5.8. Определение зазора δ между поршнем и направляющей втулкой и d_u для поршневых клапанов производится по формуле:

                                                   (5)

где λ^* - коэффициент сопротивления трения;

^* Идельчик И.Е. «Справочник по гидравлическим сопротивлениям», Москва, Машиностроение, 1975 г.

l - длина поршня, см; выбирается конструктивно;

D_o - средний диаметр, см; принимается ;

δ - ширина кольцевого зазора при максимальной температуре рабочей среды, см.

Для расчета значение Ψ берется из п. 5.6.

График зависимости коэффициента гидравлического сопротивления ζ от относительного хода  при:  и

Черт. 3

Принимаем Ψ = 1

2.7. Расчет Ψ, обеспечивавшего открытие клапана на полный ход () при заданном скоростном напоре  представлен в табл. 2.

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

Для нахождения величины  необходимо задаться d_u и из табл. 3 найти значение .

Расчет ведется в табличной форме (см. п. 5.4)

5.9. Ход h_u определяется из выражения h_u = (0,4 + 0,8)d_u

5.10. Определение геометрических размеров подводящего и отводящего патрубков:

а) по выбранному значению эффективного диаметра мембраны D рассчитывается диаметр камеры D_k для мембранных клапанов по формуле:

                                                          (6)

где k - коэффициент, учитывающий изменение эффективной площади мембраны с ходом.

(k  0,975 - для гофрированных резиновых и резинотканевых мембран.)

D_T принимать любое значение в диапазоне . Для поршневых клапанов D_k равен D плюс удвоенная толщина направляющей втулки. Диаметр втулки выбирается конструктивно.

б) при выбранном значении D_k конструктивно определяется относительная строительная длина корпуса  (строительная длина, отнесенная к условному диаметру).

Окончательная величина  принимается равной ближайшему значению относительной строительной длины  корпусов вентилей, конфигурация и размеры проточной части которых соответствуют ОСТ 26-07-2043-81 «Арматура трубопроводная. Кланы запорные. Форма и размеры проточной части литых корпусов».

Для каждого  в ОСТ 26-07-2043-81 приведены размеры подводящего и отводящего патрубков. Эти размеры для проектируемого электромагнитного клапана должны быть изменены в отношении масштаба m, равного

Приложение: пример типового расчета.

Генеральный директор НПОА «Знамя труда»              КОСЫХ С.И.

Главный инженер НПОА «Знамя труда»                      САРАЙЛОВ М.Г.

Главный инженер ЦКБА                                                 ШПАКОВ О.Н.

Заведующий отделом № 161                                           ПЕРОВ П.Ф.

Заведующий отделом № 153                                           ТАРАСЬЕВ Ю.И.

Руководитель темы зам. зав. отделом № 153                ПИНАЕВА Е.Г.

Ответственный исполнитель

старший инженер отдела № 153                                     ПУГАЧЕВ А.И.

Приложение

ПРИМЕР РАСЧЕТА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО МЕМБРАННОГО КЛАПАНА

1. ЗАДАЧА РАСЧЕТА

1.1. Определить основные геометрические размеры проточной части клапана для заданных условий эксплуатации.

1.2. Исходные данные для расчета:

рабочая среда - вода;

t рабочей среды от +2 °С до +20 °С;

Ду40;

p₁ от 1 ати до 16 ати;

υ до 3 м/сек;

DP_3min = 0,5 кгс/см².

2. РАСЧЕТ

2.1. Определение значений p₁; t; g; υ; ν, на которые следует вести расчет, производится из условия

                                                                /1/

Исходя из условия /1/ расчет ведется на следующие параметры рабочей среды: t = 20 °С, p₁ = 1 кгс/см².

Удельный вес g воды при t = 20 °С и p₁ = 1 кгс/см² равен  1000 кг/м³.

Так как нижний предел скорости не оговорен примем υ = 1 м/сек.

Кинематический коэффициент вязкости воды примем при наименьшей температуре, то есть t = 2 °С; ν = 1,76 · 10^-6 м²/сек.

2.2. Определение режима течения производится по формуле:

Расчетное значение Re менее допустимого.

2.3. Основные геометрические размеры принимаем в соответствии с табл. 1:

D = 70 мм;	H = 10 мм;	Dc = 40 мм;	D3 = 50 мм;
h3 = 16 мм;	hk = 22 мм;	hc = 1,5 мм;	Dx = 12 мм;
dk = 5 мм;	D'c = 0,0425 мм.

2.4. Масса движущихся частей (основного золотника), соответствующая при пятым основным геометрическим размерам, равна

m  0,35 кг сек²/м

2.5. Принимаем усилие пружины Q = 1,2 кгс.

2.6. Расчет Ψ, обеспечивающего DP_3min, представлен в табл. 1.

Таблица 1

Отрицательное значение Ψ свидетельствует о неполном открытии клапана; то есть

Для обеспечения открытия клапана на полный ход () при заданных параметрах рабочей среды необходимо увеличить эффективный диаметр мембраны D до такого значения, при котором Ψ будет больше нуля.

Используя метод последовательных приближений, получим D = 0,0985 м при Ψ = 0,2.

2.8. Определение d_u и d_o.

Задаемся d_u = 2,2 м. Значениям d_u = 2,2 мм и Ψ = 0,2 соответствует d_o = 1,4 мм.

2.9. Ход h_u принимаем равным 0,5d_u

h_u = 0,5d_u = 0,5 · 2,2 = 1,1 мм

2.10. Определение геометрических размеров подводящего и отводящего патрубков корпуса.

Задаемся D_T = 0,095 м, тогда

Конструктивно принимаем (при D_k = 0,107 м) строительную длину корпуса клапана L равной 230 мм, тогда

График зависимости эквивалентного коэффициента давления  от относительного хода Н/Dy при Dx/Dy = 0 и Dx/Dy = 0,3

Черт. 4

Принимаем из РТМ 47-67 ближайшее значение .

Эта величина определяет масштаб m:

3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

3.1. При проектировании электромагнитного мембранного клапана для заданных условий эксплуатации необходимо принять следующие основные геометрические размеры проточной части клапана:

Dk = 107 мм	Dx = 12 мм
DT = 95 мм	dk = 5 мм
Dc = 40 мм	D'c = 42,5 мм
H = 10 мм	du = 2,2 мм
D3 = 50 мм	do = 1,4 мм
h3 = 16 мм	L = 22,5 мм
hk = 22 мм	m = 0,8
hc = 1,5 мм

3.2. Расчет электромагнитного поршневого клапана аналогичен вышеизложенному.

СОДЕРЖАНИЕ