3.5.9 Коэффициент давления потока

3.5.9 Коэффициент давления потока
Коэффициент давления потока Кп – это безразмерный параметр,
представляющий собой отношение силы воздействия потока F h на диск
клапана, к статической силе воздействия разности давлений до и после
клапана на площадь диска с диаметром dС = d/С
4 Fh
.
(3.85)
КП =
2
π(d C/ ) p h
Величина силы воздействия потока на диск золотника является
функцией следующих переменных:
Fh (ρ, υ, ∆p, dC, h,ℓ i….),
где ρ - плотность среды (газа); ∆p - разность давления среды перед и за
клапаном; υ - скорость газа в седле клапана; dC - диаметр узкого сечения
седла; dC /- принят равным dC; h - подъем диска клапана; ℓ i….геометрические параметры проточных каналов.
Здесь независимым геометрическим параметром является лишь dC.
Остальные геометрические параметры являются производными от dC:
H = h/dC; ℓ1 =d1 /dС; ℓ2 =d2 /dС; ℓ3 =d3 /dС и т.д.
В связи со сложностью аналитического определения величины Fh были
получены экспериментальные зависимости влияния вышеуказанных
геометрических параметров проточных каналов клапана на коэффициент
давления потока Кп.
Влияние различных геометрических параметров проточных каналов
клапана на коэффициент давления потока Кп будет сказываться в различной
степени. Коэффициент Кп в зависимости от геометрических параметров
можно определить только экспериментально. Для клапана с принятыми
геометрическими параметрами Кп будет зависеть только от отношения h/dC,
т. е. от Н.
Коэффициент Кп может быть больше и меньше единицы. Чем больше
будет этот коэффициент, тем больше будет подъемная сила и тем выше
будет высота подъема клапана, а следовательно, больше его пропускная
способность.
Определяющими параметрами для Кп являются относительный подъем H
и отношение диаметра d3 к диаметр седла.
На рисунке 3.38 показана зависимость коэффициента Кп от величины d3 /dС
при различной величине относительного подъема клапана Н. Исследование
проводилось при постоянном диаметре dС == 20 мм в диапазоне d3 /dС
=1,15...1,8 и Н= 0,05…0,4. Как видно из графика, увеличение диаметра d3 при
неизменном dС вызывает увеличение коэффициента Кп, а следовательно, и
силы давления потока. Отношение d3 /dС в большей степени влияет на Кп при
больших высотах подъема. Так, при Н = 0,1 коэффициент Кп с увеличением d3
/dС повышается очень мало, а при Н == 0,4 весьма значительно. Как видно из
этого графика, при d3 /dС =< 1,35 коэффициент Кп не меняется в зависимости
от высоты подъема клапана, при d3 /dС > 1,35 с увеличением высоты подъема
он увеличивается, а при d3 /dС <1,35—уменьшается. Таким образом,
величина d3 /dС ≈ 1,35 является границей двух областей d3 /dС различного
влияния высоты подъема на коэффициент Кп.
Это явление объясняется следующим. При малых высотах подъема клапана
вытекающая среда клапана имеет направление, параллельное плоскости уплотнения седла, и сохраняет в основном это направление на выходе из щели.
В этом случае поток оказывает слабое давление на диск клапана и коэффициент Кп почти не зависит от диаметра диска.
При больших высотах подъема направление потока отклоняется от
плоскости уплотнения седла к оси клапана; чем больше диаметр d3, тем
больше площадь, на которую давит поток, а следовательно, тем выше
значение Кп. Поэтому при большом диаметре диска с увеличением подъема
увеличивается площадь, на которую оказывает давление поток, а
следовательно, и коэффициент Кп. При малом диаметре диска с увеличением
высоты подъема клапан становится более обтекаемым и коэффициент Кп
снижается.