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
1 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я
А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я