Газотопливное оборудование для автомобилей. Страница 5

Pi mm при дав-
лении   р2~ 0,1
Рч min при дав-
лении р2~0,2
рез двухступенчатые газовые редукторы обеспечивается при ус­ловии pimin>0,2 МПа. Поэтому при давлении СПГ в баллоне Рб = 0,4 МПа неиспользованным остается около 2% газа, что для практических целей вполне допустимо.
При надкритическом перепаде давлений пропускная способ­ность газового редуктора может быть определена путем ис­пользования законов газодинамики. Расход газа (м3/ч), про­ходящего через первую ступень редуктора (рис. 51),

расход газа (м3/ч), проходящего через вторую ступень редук­тора,
VWaAWJ/ 2 (_)(_)        —,
/кi и /кг — площади клапанов соответственно первой и второй ступеней, см2; p,Ki и р,К2 — коэффициенты расхода газа через клапаны первой и второй ступеней; рв и pKi—давление на кла­паны первой и второй ступеней, МПа; Т2 и 7i — температура газа соответственно в первой и второй ступенях.
Расход газа зависит от его компонентов, что необходимо учитывать при расчете газовых редукторов.
При разработке конструкций клапанов коэффициенты рас­хода (отношение фактического расхода к расчетному) опреде­ляют аналитическим путем с уточнением результатов продувки клапанов на безмоторных установках.
Коэффициент расхода газа для первой или второй ступени редуктора
f*1.2 = ^1,2р/(/кЬ2 V% A A.2p/Pl.2p) .
где ^1,2 р — расход газа через первую (вторую) ступень редук­тора, м3/ч.
Расход газа зависит от хода h клапана. В процессе работы редуктора клапан открывается до 3,5 мм. Зависимость коэффи­циента расхода \i от хода h клапана представлена на рис. 52.
Коэффициент расхода \i с учетом местных сопротивлений мо­жет быть определен по формуле
где ф — коэффициент скорости, учитывающий местные сопро­тивления при переходе от одного диаметра к другому; % — коэф­фициент сжатия струи газа.
Коэффициент расхода газа для круглых отверстий принима­ют равным 0,8...0,85.
При определении усилий в мембранном механизме редукто­ра можно пренебречь массой подвижных его частей.
При любом положении открытого клапана его равновесное состояние (см. рис. 51) может быть описано следующими урав­нениями:
A + Qdi-^mi = 0;
(Рвх~АР)/к1ак1 + (ФП1 —^ (4)
где NMi— усилие мембраны клапана первой ступени, Н; рвх~ давление на входе в редуктор, Па; ccKi — коэффициент, учиты­вающий влияние опорной площади на условие его работы; Qni — усилие пружины   клапана   первой   ступени,   Н;   zni —
жесткость пружины мембраны первой ступени, Н/см; hKi — максимальный ход клапана первой ступени; щ — передаточ­ное число плеч рычага первой ступени; 

0    0,5 1,0 1,5 2,0 htMM
Рис.    52. Зависимость коэффициента \i от хода h клапана
Ро.с — атмосферное давление, Па; ccMi — коэффициент активности площади мем­браны первой ступени (обычно принима­ют aMi = 0,5 ... 0,7); Fm *— площадь мем­
браны первой ступени, см2.
При применении клапана первой ступени шарообразной фор­мы и изготовлении седла клапана из стали (как это принято для редукторов для СПГ) поверхность взаимодействия клапан­ной пары крайне незначительна. Для расчетов с достаточной степенью точности можно принять коэффициент aKi = l,0.
Для плоской конструкции клапана первой ступени редукто­ра для СНГ или СПГ при отношении наружного dH,c и внут­реннего dBH.c диаметров седла клапана йн.с/^вн.с= 1,25 коэффи­циент ак1 = 1,15.
Указанные соотношения необходимы для расчета конструк­тивных параметров элементов газового редуктора и отражает динамику перемещений подвижных элементов. При аналитиче­ском расчете мембраны как упругой пластины, закрепленной по периметру, определяется усилие на мембрану, воспринимаемое центральной частью. Поэтому для оценки технического уровня редукторов как правило, вводят показатель эффективности ис­пользования площади мембраны, характеризуемый коэффици­ентом am- Для получения максимально возможных значений коэффициента aMi целесообразно использовать кольцевые мем­браны, образуемые с помощью двух дисков, обжимающих сред­нюю часть мембраны.
Коэффициент
F^P
где Qm — усилие, действующее в центре мембраны, Н; FM— площадь мембраны, м2; Ар — разность давлений по обе сторо­ны мембраны, Па.
В практике конструирования диаметр большого обжимного диска обычно составляет 80% рабочего диаметра мембраны. Для уменьшения коэффициента aMi в процессе перемещения ре­гулирующего клапана рабочий ход мембраны не должен пре­вышать 18% максимального.
Первый член уравнения (4) характеризует усилие на не­уравновешенную часть клапана, создаваемое давлением газа со стороны газового баллона. При закрытом клапане первой ступени оно определяется как произведение разности давлений на площадь проходного сечения седла клапана (рвх—РрО/кь
При открытом клапане давление на неге увеличивается, так как диаметр клапана всегда больше внутреннего диаметра его седла. В этом случае давление газа передается на всю площадь соприкосновения клапана с седлом.
Второй член уравнения и характеризует усилие, действую­щее на клапан со стороны его пружины через системы рычагов. Третий член уравнения (4) характеризует усилие, передавае­мое в центр мембраны первой ступени редуктора. Это усилие зависит не только от площади мембраны и разности давлений на ее рабочую поверхность, но и от формы, упругих свойств ма­териала, размера обжимающих дисков и рабочего хода мем­браны.
Предложенные зависимости позволяют определить усилия, создаваемые давлением газа и уравновешивающими силами, действующими на клапан редуктора. Уравнение равновесия сил, действующих на клапан, составляют отдельно для каждой сту­пени редуктора.
Решая уравнение (4) относительно ри получим
Ар
/к1"к! + (QnT — ^nl^Kl^l) и\ + Льс^м! Art»l
Выражение (5) представляет собой зависимость давления газа на выходе из первой ступени от давления рВх газа на вхо­де в редуктор и его конструктивных параметров.
Важным параметром первой ступени редуктора является гер­метичность клапана первой ступени. Она обеспечивается за счет действия давления газа на мембрану, которое при закры­том клапане через рычажный механизм создает усилие, при­жимающее клапан к седлу.
Для первой ступени редуктора выражение для определения усилия, обеспечивающего герметичность первой ступени, имеет вид
(Ах — Pri) OkiAi + Qni"i — (Рп - PoJ ^uifulux + /?сХ = 0, (6)
где pri — давление газа в первой ступени в случае ее герметич­ности при закрытом клапане, МПа; Rci — сила реакции седла. Сила Rci может быть определена из выражения