CC BY
83
Елагин Михаил Юрьевич, д-р техн. наук, проф., aich@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Сидоров Евгений Михайлович, асп., aich@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
CALCULA TION OF MECHANICAL ROTARY AIR MOTOR LOSSES M. Y. Elagin, E.M. Sidorov
A mathematical model for calculating the mechanical losses pneumatic rotary engine, built on the basis of hydrodynamic lubrication theory is given.
Key words: mechanical losses, the hydrodynamic theory of lubrication.
Elagin Michail Yurievich, doctor of technical sciences, professor, aich@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Sidorov Eugeniy Michailovich, postgraduate, aich@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.01
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ ПРИ ЗАКРЫТИИ
ШИБЕРНОГО ЗАТВОРА
А. И. Жукаев, И. В. Лопа, А. И. Ефимова
Рассматриваются основы гидравлического расчета шиберного затвора трубопроводной арматуры. Получены формулы для определения перепада давления на арматуре. Показано, что перепад давления связан с законом изменения площади поперечного сечения затвора во времени. Полученные соотношения позволяют контролировать перепад давлений при закрытии затвора в заданных пределах.
Ключевые слова: гидравлический расчет, арматура, шиберный затвор, перепад давлений.
Шиберный затвор - это тип параллельной задвижки. Его запирающий элемент имеет форму острого плоского диска, способного резать твердые включения в рабочую среду. Данный элемент двигается линейно -вниз и вверх в одной плоскости, перпендикулярно потоку рабочей среды. Шиберный затвор нашел широкое применение в металлургической, бумажно-целлюлозной, химической, энергетической, пищевой и прочих видах промышленности. В основном он используется как запорная арматура, значительно реже - как регулирующая для трубопроводов, которые транспортируют абразивные, гранулированные, порошкообразные и жидкие среды с твердыми частицами.
Шиберный затвор [1] (рис. 1) представляет собой корпус с расположенными внутри двумя седлами - неподвижными элементами с отверстиями, которые предназначаются для прохода в них среды. Внутри корпуса между седлами располагается затвор, который выполнен в форме диска. Шпиндель, приводясь в движении приводом или же маховиком, двигается вверх при открывании проход для рабочей среды, или вниз, для перекрытия прохода.
Запирающий элемент, заточенный по кромке, называется шиберным ножевым затвором, что дает возможность использовать устройство с целью перекрытия потока абразивных и сыпучих сред. Ножевой затвор производят из стали высокой прочности. При эксплуатации его отполировывают для того, чтобы предотвращать заклинивание.
Рис. 1. Шиберный затвор: 1 - корпус; 2 - нож; 3 - селедка; 4 -уплотнительная резинка; 5 - крышка; 6 - шток; 7 - гайка; 8 - бугель; 9 - втулка; 10 - кольцо-фиксатор; 11 - штурвал; 12 - колпак; 13 - защита; 14 - прокладка
Скорость движения запирающего элемента имеет большое значение. В работе [2] показано, что перепад давления АР связан с законом изменения площади поперечного сечения затвора во времени
АР = 1
2 г 1 Э5(г)
О эд
3 Э/
•Л.
0)
где 8 - коэффициент, учитывающий сжимаемость среды; \|/ - коэффициент, учитывающий влияние вязкости среды; Ъ>а- коэффициент местного сопротивления затвора; 5(7) - функция изменения площади поперечного сечения во времени; - функция изменения скорости частиц во времени; Q - поток среды (объем среды, проходящий через поперечное сечение за единицу времени).
Для ножа с плоским торцем, изображенным на рис. 2, а., выражение для изменения площади поперечного сечения во времени при закрытии затвора имеет вид
= 7ГГ2 — г^асоъ
\r-vt)
1-
( г - V/
(2)
где г - радиус отверстия, м ; V - скорость движения затвора, м/с\ t время движения затвора, с.
Рис. 2. Форма шибера затвора
Подставляя (2) в (1), получаем перепад давлений
ту.
Т 0
сН
(3)
2 2 пг -гасо8
\r-vt)'
- (/• - V/)/'
1
Гг-гЛ2
1-
V г у
На рис. 3 представлено изменение площади поперечного сечения при закрытии заслонки, а на рис. 4 - зависимости перепада давления во времени при разных скоростях движения ножа при следующих исходных
данных: Slf/^Q^ = const = 1; vj = 0,001 м/с; v2 = 0,002 м/с; t — 0...1000 с. Видно, что при увеличении скорости движения заслонки в 2 раза время до полного закрытия сокращается вдвое, а перепад давления существенно возрастает.
s .м* 1
0.8
0,6
0.4
0.2
0
0 200 400 600 800 1000
t. сек
Рис. 3. Зависимость изменения площади поперечного сечения отверстия во времени: 1 - при vj = 0,001 м/с;
2 - при V2 = 0,002 м/с
АР, МП а 20
15
10
0
0 200 400 600 800 1000
1. сек
Рис. 4. Зависимость перепада давления от изменения площади поперечного сечения отверстия во времени: 1 - при = 0,001 м/с; 2 - при = 0,002 м/с
Для затвора, представленного на рис. 2, 6, функция, описывающая изменение площади поперечного сечения во времени, имеет вид
\2
S(t) = Ял — 2
r^a eos
(
v' 2 у
Г vA
г--
I 2 j
' v^2 г--
1-
г
V У
(4)
Подставляя (4) в (1), получаем соответствующий перепад давлений:
АР = 6v|¡%Q¿
(5)
На рис. 5 изображены зависимости перепада давления от изменения площади поперечного сечения отверстия во времени для затворов, представленных на рис. 2, а и б, при следующих исходных данных:
Ъ^О1 = сотг = 1; V! = г>2 = 0,001 м/с; Г = 0... 1 ООО с.
АР, МП а 20 -
15 -
10
1
//
2J
0 200 400 600 800 1000
1. сек
Рис. 5. Зависимость перепада давления от изменения площади поперечного сечения отверстия во времени: 1 - для затвора на рис. 1, а; 2 - для затвора на рис. 1, б
Таким образом, можно сделать вывод, что на перепад давления влияет не только изменение скорости движения затвора, но и его форма.
Список литературы
1. Патент РФ на полезную модель 144208 МПК F16K 3/02 Шиберная задвижка / А.И. Ефимова, И.В. Лопа, Е.В. Панченко, К. А. Туркин. Опубл. 10.08.2014. Бюл. №22.
2. Лопа И.В., Ефимова А.И., Жукаев А.И. Гидравлический расчет трубопроводной арматуры // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 11. Ч. 2. Тула: Изд-во ТулГУ , 2014. С. 3 - 8.
Жукаев Артём Иванович, асп., pmdm@,tsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Лопа Игорь Васильевич, д-р техн. наук, проф., _pmdm@,tsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Ефимова Анна Игоревна, канд. техн. наук, доц., pmdm@,tsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
THE DEFINITION OF THE DIFFERENTIAL PRESSURE WHEN CLOSING
THE SLIDE GATE
A.I. Zukaev, I. V. Lopa, A.I. Efimova
Covers the basics of hydraulic design of slide gate valves. The formulas for determining the pressure drop of the valve. It is shown that the pressure drop is associated with the law of change of cross-sectional area of the bolt in time. The obtained relations allow controlling the pressure drop when the shutter closes within the specified limits.
Key words: hydraulic calculation, fittings, gate valve, pressure drop.
Zukaev Artem Ivanovich, postgraduete, pmdm@,tsu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Lopa Igor Vasilevich, doctor of technical sciences, professor, pmdm@,tsu. tula.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Efimova Anna Igorevna, candidate of technical sciences, docent, pmdm@,tsu. tula.ru, Russia, Tula, Tula State University
