7-3. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ КЛАПАНЫ
Классификация пневматических клапанов. Пневматические клапаны широко применяются для выполнения различных операций со сжатым воздухом: впуска его в те или иные элементы выключателя и выпуска из них, впуска в дугогасительное устройство, выпуска (сброса) в определенный момент времени, ограничения или прекращения его подачи и т. д.
Управление клапанами, т. е. их открытие и закрытие, производится или механически или сжатым воздухом. В соответствии с этим по способу управления клапаны подразделяются следующим образом:
клапаны с механическим управлением, при котором перемещение их подвижных частей производится какой-либо посторонней силой, воздействующей на шток клапана, например рукой, электромагнитом, пневматическим приводом и т. п.;
клапаны с пневматическим управлением, при котором перемещение их подвижных частей производится сжатым воздухом.
По своему назначению клапаны подразделяются на следующие типы:
пусковые, которые подают небольшое количество воздуха в момент начала операции (включение или отключение); открытие их осуществляется электромагнитом или пусковой кнопкой;
дутьевые, предназначенные для подачи сжатого воздуха в дугогасительное устройство или выпуска из него;
вспомогательные.
Пневматические клапаны по конструктивному выполнению подразделяются на тарельчатые и золотниковые.
Тарельчатые клапаны. Пространство внутри корпуса 1 типичного тарельчатого клапана разделено перегородкой на две полости (рис. 7-13,а), одна из которых (Л) сообщается с резервуаром, заполненным сжатым воздухом (и, следовательно, при работе выключателя в ней постоянно находится сжатый воздух) , а другая (J5) заполнена воздухом при атмосферном давлении. В перегородке, отделяющей одну полость от другой, имеется отверстие, называемое выходным отверстием клапана. Оно закрыто тарелкой 3. Поверхность перегородки, которая соприкасается с тарелкой, называется седлом клапана.
Для того чтобы устранить перетекание воздуха из полости А в полость Б, тарелка должна плотно прилегать к седлу. Для этой цели на перегородке закреплено резиновое кольцо 4, с которым соприкасается тарелка 3. Сжатый воздух, находящийся в полости А, может попасть в полость Б только в случае, если тарелка отойдет на некоторое расстояние от седла. Тарелка является подвижной частью клапана, при ее перемещении осуществляется открытие и закрытие клапана.
Для открытия клапана необходимо нажать на шток 5 и тем самым несколько опустить тарелку 3. Когда тарелка отойдет от седла, то между ними образуется кольцевая щель, сквозь которую будет происходить перетекание воздуха из полости А в полость Б. Клапан открыт, пока тарелка опущена. Для
закрытия клапана следует прекратить нажатие на шток, тогда тарелка и шток под действием пружины 2 поднимутся вверх и тарелка прижмется к седлу.
Поскольку тарелка отделяет полость А, заполненную сжатым воздухом, от полости Б, заполненной воздухом при атмосферном давлении, сжатый воздух будет прижимать тарелку к седлу (рис. 7-13, а) или, наоборот, отжимать ее от седла (рис. 7-13,5) в зависимости от того, с какой стороны седла расположена тарелка.
*Здесь и на последующих рисунках такие полости отмечаем точечной штриховкой.
Рис. 7-13. Пусковые и вспомогательные клапаны
Сила, с которой сжатый воздух прижимает тарелку клапана к седлу (рис. 7-13,а), равна произведению давления, под которым находится сжатый воздух в пространстве Л, и площади круга» диаметр которого равен диаметру тарелки. Для открытия клапана необходимо преодолеть силу пружины плюс силу, с которой сжатый воздух давит на тарелку, если он прижимает ее к седлу, или же преодолеть силу пружины минус силу, с которой сжатый воздух давит на тарелку, если он отжимает ее от седла. Сила, с которой сжатый воздух давит на тарелку, может
достигать нескольких десятков тысяч ньютонов. Так, при наружном диаметре тарелки 0,1 м и избыточном давлении сжатого воздуха 20-10* Па она равна 7,85* 105=15700 Н.
Как видно из этого примера, для открытия большого тарельчатого клапана необходимо специальное устройство, которое бы воздействовало на шток клапана и обеспечивало быстрое преодоление значительного усилия: Конструктивно такое устройство может быть выполнено в виде рычажной передачи, мощного электромагнита или пневматического поршневого механизма. Это устройство может быть помещено отдельно от клапана и соединено со штоком последнего посредством рычажной передачи или встроено в клапан, представляя с ним одно целое.
Конструкция тарельчатых клапанов, применяемых в воздушных выключателях, весьма разнообразна. Это разнообразие обусловливается конструктивным выполнением тарелки и седла, назначением клапана, количеством воздуха, которое должен подавать клапан, и другими обстоятельствами. Так, тарелка может иметь форму диска, конуса или шара. Плотность прилегания тарелки к седлу, обеспечивающая герметичность клапана, достигается не только применением резинового уплотнения, но и другими, описанными ниже способами.
Расход воздуха, который должен обеспечивать клапан, в зависимости от его назначения изменяется в весьма широких пределах, а именно от нескольких кубических сантиметров до нескольких кубических метров (приведен к атмосферному давлению).
Диаметр отверстия в седле d и ход тарелки клапана / определяются расходом воздуха. Тарелка должна перемещаться на такое расстояние, чтобы боковая поверхность цилиндра диаметром d и высотой / была равна или несколько больше площади выходного отверстия (рис. 7-14). В последней формуле хода тарельчатого клапана F (рис. 7-14, г) равна площади, образуемой поверхностью канала седла и выемкой в штоке. Если шток выполнен по рис. 7-14, г, то в формулу вместо F следует поставить 0,195 (d2—d2m).
Тарельчатые клапаны с механическим управлением. Наиболее простое устройство имеют тарельчатые клапаны, которые должны подавать (или выпускать) всего лишь несколько десятков кубических сантиметров сжатого воздуха. Такой клапан имеет небольшой диаметр выходного отверстия и применяется в качестве пускового, т. е. его открытие приводит в действие воздушный выключатель. Открывают такой клапан электромагнитом при дистанционном управлении или рукой оператора при ручном управлении. Клапаны, предназначенные для подачи сжатого воздуха во вспомогательные элементы выключателя, например в различные, поршневые механизмы, имеют несколько большие размеры и более сложную конструкцию.
Для гашения электрической дуги требуется значительное количество сжатого воздуха; от нескольких сотен до нескольких тысяч кубических дециметров (в зависимости от номинального напряжения и номинального тока отключения). Поэтому диаметр выходного отверстия дутьевого клапана должен быть достаточно большим.
Рис. 7-14. Определение хода тарельчатого клапана I 1 — седло; 2 — тарелка;
На рис. 7-13 представлены различные конструкции пусковых и вспомогательных клапанов. Направление перемещения штока
при открытии клапана показано на этих рисунках стрелкой. В клапане, изображенном на рис. 7-13, а, полость А соединяется воздухопроводом с резервуаром выключателя, а полость Б — с каким-либо из механизмов этого выключателя, например с приводом. Седло 4 представляет собой кольцевую резиновую прокладку, которая плотно прижимается металлическим цилиндром к перегородке, разделяющей полости корпуса 1. Тарелка 3 имеет кольцевой буртик, по поверхности которого происходит ее соприкосновение с седлом. Тарелка свободно насажена на шток 5, проходящий через направляющее отверстие в корпусе. Если полость Б должна заполняться сжатым воздухом кратковременно, то уплотнение между штоком 5 и корпусом 1 может не устанавливаться. Прижатие тарелки к седлу осуществляется как силой пружины 2, так и давлением сжатого воздуха на тарелку клапана.
Для того чтобы уменьшить усилие, необходимое для открытия клапана, последний можно выполнить так, чтобы сжатый воздух стремился открыть клапан, а пружина препятствовала этому. Тогда для открытия клапана необходимо приложить к штоку лишь силу, несколько большую, чем разность между силой пружины и силой давления воздуха на тарелку. Так, при диаметре выходного отверстия такого клапана 10 мм и избыточном давлении сжатого воздуха 20 • 105 Па сила, с которой воздух стремится открыть клапан, равна 0,785* 10""4 -20* 105 = 157 Н. Если взять пружину силой 200 Н, то для открытия этого клапана потребуется приложить силу всего лишь 200— —157?= 43 Н.
Такой клапан изображен на рис. 7-13, д. В корпусе / имеется гнездо под седло и два взаимно перпендикулярных канала А и Б. Седло 3 выполнено в виде кольца из фибры, уложенного в металлическую оправку. Седло удерживается в корпусе 1 посредством фланца 5. Выходное отверстие в седле 3 закрывается стальным шариком 4, который прижимается к седлу штоком 7 под действием пружины 6. В нижней части стакана 5 имеется центральное отверстие, по диаметру несколько превышающее шарик 4, а также радиальная прорезь 8 по ширине канала Б. Резиновая прокладка 2 предотвращает утечку воздуха из канала А через кольцевую щель между оправкой и корпусом /. Сжатый воздух, находящийся в канале А, стремится отжать шарик от седла и проникнуть в канал Б, но этому препятствует пружина 6. Для открытия клапана необходимо приподнять шток. Тогда сжатый воздух поднимет шарик 4 и проникнет в канал Б.
На рис. 7-13, в изображен тарельчатый клапан, предназначенный для быстрого выпуска незначительного количества воздуха из канала А в атмосферу через каналы Б. Уплотнение в месте соприкосновения тарелки 4 с седлом 5 обеспечивается притиркой тарелки к седлу. Втулка, нижний торец которой является седлом 5, крепится к корпусу 1 клапана двумя болтами. Между седлом и корпусом имеется фибровая прокладка 3. Втулка имеет один продольный канал и два поперечных канала Б. В продольный канал входит шток 6, представляющий одно целое с тарелкой 4. В месте перехода в тарелку шток имеет меньший диаметр. Открытие клапана осуществляется опусканием штока 6 с тарелкой 4. При этом сжатый воздух выходит из канала А в атмосферу через каналы Б. Закрытие клапана осуществляется пружиной 2 после прекращений действия силы, опустившей шток.
В некоторых случаях (рис. 7-13,6) втулка с седлом 2 не выступает над корпусом клапана /, а утоплена в нем. При этом выпуск воздуха в атмосферу можно осуществить, придав штоку 3 в сечении форму треугольника с закругленным углами. Воздух из канала А будет выходить в атмосферу через зазоры между гранями штока и внутренней поверхностью втулки с седлом.
На рис. 7-13, г изображен разгруженный пусковой клапан. Пространство А внутри корпуса этого клапана сообщается с резервуаром со сжатым воздухом. Тарелка 4 и шток являются одной деталью. Нижняя часть штока 1 проходит через манжету 2 и выходит в канал Б, в котором находится воздух при атмосферном давлении. Верхняя часть штока заканчивается головкой 6. Тарелка 4 прижимается к седлу 5 под действием пружины 3 и силы давления сжатого воздуха на кольцевую поверхность, равную 0,785 (d2i—d2m). Выбирая ту или иную разность диаметров d\ и dm> можно изменять силу, необходимую для открытия клапана. При dm—0 эта сила будет наибольшей, что соответствует неразгруженному клапану, когда нижняя часть штока не выходит из пространства А.
Для открытия клапана необходимо нажать на головку 6 и опустить ее. При опускании головки ее боковая поверхность перекрывает отверстие канала В, а тарелка отходит от седла 5. Тем самым открывается выход воздуху из пространства А в канал Г и далее, под поршень промежуточного канала (на рисунке не показан). При закрытии клапана головка штока 6 открывает отверстие канала В, через которое выходит сжатый воздух, находящийся под поршнем промежуточного канала и ft канале Г.
Рассмотренные выше клапаны используются в качестве пусковых. Так как диаметр этих клапанов небольшой, то надежное открытие их может быть осуществлено электромагнитом сравнительно небольшой мощности.
Открытие клапанов с выходным отверстием большого диаметра, например дутьевых, требует значительных усилий и осуществляется рычажным механизмом, соединенным с пневматическим приводом, который приводит в действие выключатель.
На рис. 7-15 изображен дутьевой клапан с механическим управлением. Корпус 1 представляет собой отливку, имеющую четыре фланца и седло 4. Сжатый воздух поступает из резервуар выключателя через отверстие 8 среднего фланца и заполняет пространство К двум верхним фланцам присоединяются воздухопроводы, по которым сжатый воздух поступает из клапана в дугогасительное устройство. Тарелка 3 насажена на шток 6 и закреплена на нем гайкой. Для предотвращения утечки воздуха через зазор между штоком и тарелкой в последней сделана проточка в которую уложена резиновая прокладка. Тарелка со штоком вставляется внутрь корпуса через нижнее отверстие, которое затем закрывается крышкой Р. Эта крышка одновременно: служит опорой и направляющей для пружины 2i прижимающей тарелку к седлу. В месте прохода штока через тело чугунного корпуса в последний запрессована латунная втулка. В корпусе, выполненном из бронзы или латуни, втулка не нужна. Длина втулки выбирается с таким расчетом, чтобы при одностороннем давлении кулачка 5 на шток 6 было исключено заедание последнего.
Для открытия клапана необходимо опустить шток 6, например посредством кулачка 5, ролика или другого механизма. При опускании штока вместе с ним перемещается и тарелка клапана открывая доступ сжатому воздуху из пространства 8 в воздухопроводы и далее в дугогасительное устройство. Для закрытия клапана необходимо прекратить действие силы, опустившей шток. Тогда тарелка под действием пружины 2 поднимается и прижимается к седлу, прекращая тем самым выход сжатого воздуха из пространства 8.
Преимуществом дутьевого клапана с механическим управлением является простота конструкции и возможность путем выбора кулачка соответствующего профиля легко изменять момент открытия клапана, продолжительность его открытия и т. п. Недостаток такого клапана — наличие специального механизма, выполненного из массивных и прочных звеньев, воспринимающих значительные усилия, особенно при большом диаметре выходного отверстия.
Клапаны с пневматическим управлением. Пневматическое управление клапаном осуществляется установкой дополнительного поршневого механизма, соединенного со штоком клапана. Существуют два способа приведения в действие этого поршневого механизма.
Рис. 7-15. Дутьевой клапан с механическим управлением
В первом случае (рис. 7-16) дополнительный поршневой механизм состоит из цилиндра 9, соединенного с корпусом 2, поршня 7 с поршневым кольцом 8 и вспомогательного клапана 10. "Поршень 7 жестко соединен со штоком 6. Дополнительный поршневой механизм и корпус клапана постоянно заполнены сжатым воздухом. В поршне 7 имеется отверстие диаметром d4. Поэтому давление сжатого воздуха с обеих сторон поршня одинаково и, следовательно, поршень не испытывает каких-либо воздействий сжатого воздуха. Открытие клапана осуществляется быстрым выпуском сжатого воздуха из-под поршня 7 путем открытия вспомогательного клапана 10. При понижении давления воздуха в пространстве под поршнем 7 к поршню оказывается приложенной сила, равная произведению площади поршня и разности давлений с обеих его сторон.
Рис. 7-16. Принцип работы тарельчатого клапана дифференциального типа
Площадь поршня подбирается такой, чтобы эта сила оказалась в несколько раз большей силы, удерживающей клапан закрытым. Под действием этой силы клапан открывается. Закрытие клапана достигается прекращением выпуска воздуха из пространства под поршнем, т. е. закрытием вспомогательного клапана 10. Тогда давление с обеих сторон поршня выравнивается и тарелка 5, поршень 7 и шток 6 под действием пружины 3 поднимаются вверх, причем тарелка клапана прижимается к седлу 4. В нижней части цилиндра 9 имеется три-четыре паза — обходных канала (1) общей площадью поперечного сечения f. Клапаны рассмотренной конструкции называются дифференциальными.
Во втором случае (рис. 7-17) дополнительный поршневой механизм состоит из цилиндра 2, поршня 4 с поршневым кольцом 3 и вспомогательного клапана 1. Поршень 4 соединен штоком 5 с тарелкой 7. Дополнительный поршневой механизм не заполнен сжатым воздухом. Сжатый воздух поступает в него только при открытии клапана. Открытие клапана осуществляется подачей сжатого воздуха из вспомогательного клапана 1 в цилиндр 2 дополнительного поршневого механизма. При открытии вспомогательного клапана 1 его верхняя тарелка закрывает отверстие, соединяющее цилиндр 2 с атмосферой. Сжатый воздух, поступивший в пространство слева от поршня 4, перемещает поршень, шток и тарелку 7 слева направо, открывая выход сжатому воздуху из корпуса 9 в воздухопровод 6. Закрытие клапана осуществляется закрытием клапана 1 и выпуском сжатого воздуха из пространства слева от поршня 4 в атмосферу через верхнее отверстие клапана 1. При значительном понижении давления воздуха в пространстве слева от поршня 4 последний вместе со штоком 5 и тарелкой 7 под действием пружины 8 перемещается справа налево и клапан закрывается.
Рис. 7-17. Принцип работы тарельчатого клапана прямого действия
Клапаны такой конструкции называются клапанами прямого действия.
Таким образом, открытие и закрытие клапана осуществляется наполнением сжатым воздухом или опоражниванием тех или иных объемов его поршневого механизма, т. е. работа клапана определяется физическими процессами, происходящими при опоражнивании резервуара (корпуса) от сжатого воздуха или при его заполнении.
Как указывалось в гл. 2, газодинамика устанавливает два отличающихся друг от друга закона истечения воздуха, обусловленных разностью между давлением среды, из которой происходит истечение, и противодавлением среды, в которую происходит истечение.
Дифференциальный клапан на рис. 7-18, а состоит из корпуса 12, стальной шайбы 5, седла 7, пружины 10, опорной втулки 4, четырех опорных стержней 3, пускового клапана 1, пружины 2 и подвижной части, состоящей из поршня 11 с поршневым кольцом, тарелки 8, средней части 9. Чтобы устранить отвертывание поршня в процессе работы, резьбу в месте соединения поршня со стержнем тарелки стопорят. На подвижную часть надевается пружина 10. Один торец пружины 10 упирается в среднюю часть поршня, а другой — в опорную втулку 4, свободно надетую на поршень и лежащую на опорных стержнях 3. Опорные стержни свободно проходят сквозь отверстия
в поршне и на концах имеют головки, располагающиеся между опорной втулкой 4 и поршнем. Головки не позволяют стержням выпадать при сборке и разборке клапана. Пружина 10, стремясь разжаться, плотно прижимает тарелку 8 к седлу 7, представляющему собой кольцо из твердой резины, лежащее на стальной шайбе 5 и прижимаемое крышкой 6.
Рис. 7-18. Тарельчатые клапаны дифференциального типа .
Клапан предназначен для быстрого выпуска сжатого воздуха из пространства А в пространство Б (в атмосферу); При заполнении клапана сжатым воздухом последний из пространства А через неплотности между корпусом и поршнем постепенно заполняет пространство В; выход воздуху из пространства В закрыт пусковым клапаном 1. Сжатый воздух, заполнивший корпус 12, прижимает тарелку 8 к седлу 7. Поршень 11 и средняя часть 9 не воспринимают никаких усилий со стороны сжатого воздуха, так как с обеих сторон давление воздуха одинаково.
Для открытия этого клапана необходимо выпустить сжатый воздух из пространства В в атмосферу путем перемещения штока и тарелки пускового клапана 1 вправо. После того как давление воздуха в пространстве В понизится, возникнут силы, действующие на поршень 11. Теперь сжатый воздух, находящийся в пространстве А, стремится передвинуть поршень влево. Этому препятствуют сила, создаваемая давлением сжатого воздуха на тарелку 8, и пружина 10. Сила, с которой сжатый воздух стремится передвинуть поршень справа налево, равна площади поршня //, умноженной на давление воздуха в корпусе клапана. Однако на подвижную часть действует и другая сила, стремящаяся удержать клапан закрытым, а именно сила, прижимающая тарелку 8 к седлу. Следовательно, на поршень будет действовать разность этих сил, которая значительно больше силы пружины; тогда поршень переместится влево и откроет выход сжатому воздуху из пространства А в пространство Б (в атмосферу).
Для закрытия клапана необходимо понять давление в пространстве В путем закрытия пускового клапана 1 или впуска сжатого воздуха в пространство В из какого-либо другого элемента выключателя. Как только давления воздуха в пространствах слева и справа от поршня 11 сравняются, пружина 10 переместит поршень вправо, тарелка 8 прижмется к седлу и закроет выход воздуху из пространства А.
На рис. 7-18,6 изображен дифференциальный клапан, в котором пусковой клапан встроен внутрь тарелки. Открытие этого клапана осуществляется перемещением штока 5 справа налево посредством электромагнита. При перемещении штока 5 передвигается тарелка 4 пускового клапана, открывая выход сжатому воздуху из пространства Б в канал В и Далее в дугогасительное устройство. При этом давление воздуха в пространстве Б понижается. Под давлением воздуха, находящегося в пространстве А, поршень 5, составляющий одно целое с тарелкой основного клапана, передвигается и открывает выход воздуху в канал В. Перемещение поршня 3 ограничивается соприкосновением его торца с резиновой прокладкой 1.
Закрытие клапана осуществляется прекращением действия силы, переместившей шток 5. тогда тарелка 4 пускового клапана под действием пружины передвигается слева направо и, соприкасаясь с седлом на поршне 3, закрывает выход сжатому воздуху из пространства 5. Поэтому давление воздуха в нем повышается. Под действием пружины 2 поршень 3 перемещается и закрывает выход воздуху из пространства А.
На рис. 7-19 изображен дутьевой дифференциальный клапан, открытие и закрытие которого осуществляется посредством вспомогательного клапана прямого действия. Открытие дутьевого клапана осуществляется подачей сжатого воздуха что трубке 4 под поршень 3 вспомогательного клапана. Поршень 3 поднимается на 18 мм и на это же расстояние перемещает вверх тарелку 2. Сжатый воздух, находящийся в пространстве под поршнем дутьевого клапана /, при подъеме тарелки быстро выходит в атмосферу. Поршень 1 начинает опускаться и, пройдя 33 мм, соприкасается с резиновым амортизатором, положенным на тарелку 2 вспомогательного клапана, и опускает тарелку 2 и поршень 3 на 15 мм. Таким образом, между тарелкой и седлом вспомогательного клапана остается небольшая кольцевая щель, сквозь которую сжатый воздух, поступающий в пространство под поршень 1 из подпитывающих отверстий и обходного канала, выходит в атмосферу. Остальное ясно из рисунка.
Рис. 7-19. Дутьевой клапан дифференциального типа
На рис. 7-20 изображен клапан прямого действия. Основными деталями клапана являются: корпус /, поршень 3, представляющий собой одно целое со штоком, седло 2, пружина 5, вспомогательный клапан, состоящий из шарика 9, штока 8 и пружины 7. В середине торца поршня 3 закреплено уплотнение, служащее тарелкой клапана. Канал Б сообщается с пространством, в которое необходимо подать сжатый воздух. Отверстие 4 сообщается с атмосферой. Пространство А постоянно заполнено сжатым воздухом, который стремится отжать поршень 3 от седла 2. Однако этому препятствует пружина 5. Сила этой пружины значительно превышает силу, с которой сжатый воздух давит на площадь, определяемую внутренним диаметром седла 2.
Для открытия клапана необходимо втянуть шток 8 вспомогательного клапана, сжав пружину 7, для чего служит электромагнит 6. При этом шарик 9 отжимается воздухом от седла и сжатый воздух из пространства А сквозь фетровый фильтр 10, отверстие в седле вспомогательного клапана и далее по каналу поступает в1 пространство под поршнем 3. Теперь сжатый
воздух оказывает давление уже на всю площадь поршня и сила, обусловленная этим давлением, значительно превосходит силу пружины 5. Поршень быстро поднимается, открывая выход сжатому воздуху из пространства А в канал Б. Перемещение поршня происходит до тех пор, пока находящаяся на нем эластичная прокладка (амортизатор) не дойдет до торца направляющей штока. Воздух, проникающий в пространство над поршнем, через неплотности между боковой поверхностью поршня и цилиндром и далее через отверстие 4 выходит в атмосферу.
Рис. 7-20. Тарельчатый клапан прямого действия
Для закрытия клапана необходимо повысить давление в пространстве над поршнем 3. Это может быть достигнуто впуском туда сжатого воздуха через отверстие 4 или же закрытием этого отверстия. В последнем случае давление в пространстве над поршнем будет повышаться вследствие перетекания воздуха через неплотности между цилиндром и поршнем. Когда разность давлений в пространстве над и под поршнем уменьшится, пружина 5 опустит поршень и тарелка закроет выходное отверстие в седле, прекратив тем самым выход сжатому воздуху из пространства А. К этому времени электромагнит должен быть обесточен, а вспомогательный клапан закрыт. Закрытие клапана можно осуществить и подачей сжатого воздуха из пространства под поршнем в пространство над поршнем через небольшой дроссель. Таким дросселем может служить отверстие небольшого диаметра, просверленное в поршне.
Преимуществом такого клапана является то, что для его открытия требуется небольшое количество воздуха. Поэтому диаметр пускового клапана может быть небольшим, а следовательно, , может быть применен маломощный электромагнит. Кроме того, и пневматическое время открытия клапана будет минимальным.
На рис. 7-21 изображены две конструкции клапанов прямого действия. На верхнем рисунке изображен дутьевой клапан, корпус 1 которого соединяется с резервуаром со сжатым воздухом. С левой стороны корпус / закрыт крышкой 2, а с правой — крышкой 13. К крышке 2 приварена направляющая 3. Внутрь направляющей входит стержень 4, на котором заштифтована тарелка 7 с резиновым уплотнением 6. Пружина 5 прижимает тарелку клапана к седлу. В корпус запрессована латунная втулка, через которую свободно проходит шток 8. Поршень 11 свободно надет на правый конец штока. Левый конец штока соприкасается с тарелкой. К крышке 13 присоединен патрубок 12, через который в пространство справа от поршня сжатый воздух подается при открытии клапана и удаляется из него при закрытии клапана. Резиновые прокладки 9 и 10 устраняют жесткий удар поршня о корпус 1 и крышку /3 при открытии и закрытии клапана. Тарелка 7 прижимается к седлу силой пружины и силой давления сжатого воздуха на тарелку клапана.
Для открытия клапана необходимо подать сжатый воздух через патрубок 12 в пространство справа от поршня 11. Так как площадь поршня значительно больше площади тарелки, то сила, с которой воздух оказывает давление на поршень, будет в несколько раз больше силы давления воздуха на тарелку. Тогда поршень, шток и тарелка начнут передвигаться справа налево. Поршень будет передвигаться до тех пор, пока не дойдет до соприкосновения с резиновой прокладкой 9. Атмосферный воздух, находящийся в пространстве слева от поршня, при его движении будет выходить через отверстие 14. После открытия клапана сжатый воздух , из резервуара выключателя через клапан поступает в дугогасительное устройство.
Для закрытия клапана необходимо выпустить сжатый воздух из пространства справа от поршня через патрубок 12 в атмосферу. Тогда тарелка 7 под действием пружины 5 начнет перемещаться слева направо, передвигая в том же направлении поршень со штоком, пока не дойдет до седла.
Подача сжатого воздуха, к поршню и его удаление производится посредством специального клапана, управляемого электромагнитом.
Рис. 7-21. Тарельчатые клапаны прямого действия
Поршень 11 не имеет жесткого соединения со штоком 5, а свободно надет на заточенную часть последнего. Тарелка 7 заштифтована на направляющем стержне 4, который может перемещаться во втулке 3. При перемещении поршня со штоком справа налево шток толкает тарелку и тем самым открывает клапан. Для свободного выхода воздуха из пространства слева от штока 4 по всей длине последнего снята лыска.
На нижнем рисунке изображен промежуточный клапан прямого действия, который отличается от предыдущего меньшими размерами и некоторыми конструктивными решениями. Одно из различий заключается в том, что при открытии клапана сжатый воздух из резервуара выключателя через каналы 14 и 15 поступает в тот или иной элемент системы управления выключателем, а при закрытии клапана; сбрасывается из этого элемента в атмосферу через канал 16. Открытие и закрытие клапана происходит тан же, как у вышерассмотренного клапана.
На рис. 7-22 показано еще одно конструктивное исполнение клапана прямого действия. Полый шток 5 представляет одно целое с тарелкой 4. Под действием пружины 2 тарелка 4 прижимается к седлу 13. К правому торцу штока 5 при помощи винтов привернута тарелка 8. Пространства справа и слева от тарелки 8 сообщаются между собой посредством трубки 11, в которую вставлен дроссель 10.
Рис. 7-22. Тарельчатый клапан прямого действия
Ниппель 1 соединяется с резервуаром, постоянно заполненным сжатым воздухом. Когда клапан закрыт, пространство слева от тарелки 4 и канал 3 будут заполнены сжатым воздухом, который поступает сюда из ниппеля 1 по трубке 6 через отверстие 14 в штоке 5. Канал 3 соединяется с тем элементом выключателя, в Который нужно подавать и из которого нужно выпускать воздух.
Для открытия клапана необходимо подать сжатый воздух через ниппель 9 в пространство справа от тарелки 8. Тогда тарелки 4 и 8 переместятся справа налево. Тарелка 4 отходит от седла 13 и тем самым открывает выход сжатому воздуху из пространства слева от тарелки 4 и канала 3 в атмосферу через клапан 12. Уплотнения тарелки 8 прижимаются к торцу трубки 6 и к седлу 7, прекращая выход воздуха из трубки 6 внутрь штока 5. Из пространства справа от тарелки 8 сжатый воздух по трубке 11 и дросселю 10 перетекает в пространство, образуемое наружным буртиком седла 7, стенками цилиндра я торцом тарелки. Через некоторое время давление в этих обоих пространствах выравнивается. Это позволяет повысить давление трогания в пространстве справа от тарелки 8 при открытии клапана. Дроссель 10 позволяет изменять время заполнения и опоражнивания пространства слева от тарелки 8.
Для открытия клапана необходимо выпустить воздух из пространства справа от тарелки 8 через ниппель Р. Тогда давление в этом пространстве начнет понижаться и достигнет давления трогания открытия. При этом обе тарелки и шток под действием пружины 2 н давления сжатого воздуха, находящегося в трубке 6 ив пространстве елева от тарелки 8, на левый торец тарелки 8 начнут перемещаться слева направо до тех пор, по а тарелка 4 не дойдет до седла 18.
Рис. 7-23. Клапан прямого действия со встроенным пусковым клапаном
На рис. 7-23 показан клапан прямого действия, в поршень 4 которого встроен пусковой клапан. Открытие клапана осуществляется перемещением слева направо штока 1 электромагнита отключения. Шток 1 передвигает в том же направлении шток 2 и тарелку пускового клапана, открывая доступ сжатому воздуху в пространство слева от поршня 4. Под давлением сжатого воздуха поршень 4 и шток 6, представляющие одну деталь а также тарелка 7 перемещаются слева направо, открывая доступ сжатому воздуху в пространство А. Отверстие 5 предотвращает повышение давления в пространстве справа от
поршня ;за счет поступления сжатого воздуха через кольцевые зазоры по боковой поверхности поршня 4 и штока 6.
Закрытие клапана осуществляется размыканием цепи электромагнита отключения и перемещением его штока 1 влево. Тогда шток 2 под действием пружины тоже передвигается влево и пусковой клапан закрывается. Сжатый воздух, находящийся в пространстве слева от поршня 4, выходит в атмосферу через небольшое отверстие 3. При уменьшении давления воздуха в этом пространстве поршень 4 под действием пружины передвигается справа налево и клапан закрывается.
Разновидностью клапанов прямого действия являются самоудерживающиеся клапаны, т. е. клапаны, которые, будучи открыты, остаются в этом положении и после прекращения подачи в них сжатого воздуха из пускового клапана, принцип работы и два конструктивных исполнения таких клапанов иллюстрируются рис. 7-24.
Рис. 7-24. Самоудерживающиеся дутьевые клапаны прямого действия
Клапаны такой конструкции применяются в воздухонаполненных выключателях. В этих выключателях дугогасительное устройство и воздухопровод, соединяющий его с резервуаром для сжатого воздуха, при отключенном положении выключателя заполнены сжатым воздухом, и, следовательно, дутьевой клапан должен оставаться открытым, пока выключатель отключен.
Рис. 7-25. Дутьевой клапан прямого действия
Другое конструктивное исполнение самоудерживающегося клапана вместе со встроенным обратным клапаном 1 показано внизу рис. 7-24.
На рис. 7-25 изображен самоудерживающийся дутьевой клапан, применяемый в воздухонаполненных выключателях серии ВВБ (см. рис. 9-1). Корпус клапана 11 крепится болтами к металлическому резервуару 10, постоянно заполненному сжатым воздухом. Внутри этого резервуара расположено дугогасительное устройство. Так как резервуар 10 находится под напряжением, управление дутьевым клапаном осуществляется подачей воздуха по изоляционному воздухопроводу 1.
Особенность конструкции воздухонаполненного выключателя на рис. 9-1 состоит в том, что тарелка дутьевого клапана соединена с подвижными контактами дугогасительного устройства и при своем перемещении осуществляет их размыкание и замыкание. В этом выключателе подвижные контакты дугогасительного устройства закреплены на металлическом штоке 7, который жестко соединен с поршнем 8.
Для открытия дутьевого клапана необходимо подать сжатый воздух по воздухопроводу 1 под поршень 2, который посредством полого штока 5 соединен с тарелкой Р. При некотором давлении под поршнем 2 сила, прижимающая тарелку 9 к седлу, окажется меньше, чем сила, стремящаяся переместить поршень 2 вверх. Тогда поршень 2, кольцо 3 и тарелка 9 начнут перемещаться вверх, открывая выход сжатому воздуху из резервуара 10 наружу, в атмосферу, Через :выходное отверстие 6.
Одновременно с тарелкой перемещается и поршень 8 со штоком 7. Так как на штоке 7-Закреплены подвижные контакты дугогасительного устройства, то при. движении штока будет происходить размыкание контактов выключателя. Движение вверх поршней 8 и 2 и тарелки 9 будет продолжаться до тех пор, пока кольцо 3 не дойдем до седла 12. Сопла дугогасительного устройства расположены выше тарелки 9, и, следовательно, через отверстие дутьевого клапана будет выходить воздух, нагретый электрической дугой.
Дутьевой клапан будет открыт до тех пор, пока силы, действующие на поршень 2 снизу и сверху, не станут равны друг другу. Снизу на поршень 2 действует" сжатый воздух, поступающий по воздухопроводу /, а сверху — сила пружины 4 и сжатый воздух, просочившийся через зазор между отверстием в поршне 2 и дросселем 15. Когда давление воздуха в пространствах над поршнем 2 и под ним сравняется, поршень 2 и тарелка 9 переместятся вниз, в свое первоначальное положение, и дутьевой клапан закроется. Таким образом, изменяя положение дросселя /5, можно изменять время наполнения сжатым воздухом пространства над поршнем, а тем самым и время нахождения дутьевого клапана в открытом положении. Для ускорения обратного движения поршня 2 в гильзе корпуса сделана прорезь 13.
После закрытия дутьевого клапана кольцо 3, поршень 8 и шток 7 вместе с подвижными контактами останутся в верхнем положении. Это соответствует отключенному положению выключателя. Поршень 8 удерживается в верхнем положении сначала за счет разности давлений в пространстве под поршнем и над ним (давление под поршнем 8 к моменту закрытия клапана больше давления над поршнем за счет поступления сжатого воздуха через внутренний канал в штоке 5), а затем — под действием специального фиксирующего механизма, расположенного в дугогасительном устройстве.
После того как давление в пространствах под поршнем 8 и над ним сравняется, поршень 5 и подвижные контакты дугогасительного устройства будут удерживаться только фиксирующим механизмом.
Для включения выключателя выпускается сжатый воздух из воздухопровода 1, и, следовательно, понижается давление под и над поршнем 2 и под поршнем 8. Тогда давление под поршнем 8 окажется меньшим, чем над ним, и поршень 8 со штоком 7 опустится, преодолев сопротивление фиксирующего механизма и осуществив: тем самым замыкание контактов дугогасительного устройства. Кольцо 3 через некоторое время тоже опустится. Стержень 14 позволяем регулировать время опускания кольца 3.
Для уменьшения времени открытия такого клапана к нему может быть пристроена ускоряющая приставка, которая позволяет уменьшить пневматическое время открытия. Такая приставка состоит из корпуса, внутри которого находится поршень со штоком. Пространство под поршнем соединяется посредством трубки с резервуаром 10. Под действием сжатого воздуха поршень ускоряющей приставки поднимается и его шток прижимается к поршню 2. Тем самым увеличивается сила, стремящаяся открыть клапан. Следовательно, уменьшается давление трогания открытия клапана и пневматическое время открытия.
Ускоряющая приставка способствует открытию клапана только в самом начале этого процесса. Поэтому ход ее поршня в три-четыре раза меньше хода поршня 2.
Клапаны с разгрузкой.
В клапанах данного типа тарелка полностью или частично разгружена от одностороннего давления сжатого воздуха, вследствие чего при работе клапана не приходится преодолевать полное гидростатическое давление среды, действующее на его тарелку. Это позволяет значительно уменьшить усилие, необходимое для открытия тарельчатого клапана. Ввиду полной или частичной разгрузки тарелки от одностороннего давления сжатого воздуха для ее перемещения необходимо преодолеть только силу веса подвижных частей клапана и противодействующие усилия некоторых вспомогательных элементов (пружин, сильфонов, трение уплотняющих манжет, трение в направляющих и т. д.).
Разгрузка тарелки от давления сжатого воздуха может быть достигнута различными методами. Наиболее широкое распространение получили конструкции клапанов, в которых разгрузка тарелки достигается при помощи специальных поршней, мембран или сильфонов. Схемы и конструктивное исполнение таких клапанов приведены на рис. 7-26.
В клапане на рис. 7-26, а разгрузка тарелки 3 достигается равенством диаметров седла 4 и поршней с уплотняющими манжетами 2 и 5 (т. е. в данном случае D1=D2=D3).
Для создания усилия, обеспечивающего герметичность прилегания тарелки 3 к седлу 4, площадь каждого из поршней с уплотняющими манжетами 2 и 5 принимается несколько большей площади седла. При открытии клапана электромагнит поднимает шток 1 вверх, преодолевая усилие давления сжатого воздуха на разность площадей манжеты 5 и седла 4, силу веса подвижных частей клапана, силу пружины, а также силу трения манжет о стенки направляющих цилиндров.
Рис. 7-26. Тарельчатые клапаны с разгрузкой
После того как тарелка приподнимется над седлом, сжатый воздух попадет в пространство над тарелкой и его давление на поршень 5 уравновесится давлением на поршень 2. Таким образом, клапан будет находиться в разгруженном состоянии. Закрытие клапана осуществляется пружиной 6 после того, как электромагнит опустит шток /.
На рис. 7-26,6 изображен клапан с разгрузкой, выполненный по другой схеме. Клапан имеет одну уплотняющую манжету 6, охватывающую полый шток 5, который заканчивается тарелкой 8. В тарелке 8 просверлено отверстие 3, соединяющее пространство под тарелкой с внутренним пространством штока 5. Клапан допускает частичную или полную разгрузку, Пространство над тарелкой 8 сообщается посредством канала 7 с резервуаром, который постоянно заполнен сжатым воздухом. Канал 2 сообщается с пространством под поршнем клапана, в который необходимо подать сжатый воздух, а затем выпустить из него в атмосферу. Канал 7/. сообщается с атмосферой. Открытие клапана осуществляется перемещением штока 9 и тарелки 8 вверх. Усилие, которое необходимо приложить к штоку 9 для открытия клапана,
где Qnp и QTp — соответственно сила пружины и сила трения штока 5 о манжету 6У Н.
Следовательно, изменяя диаметр, можно изменять и силу, необходимую для открытия клапана. После открытия клапана давление с обеих сторон тарелки 8 одинаково и равно р0. Тарелка S прижимается к штоку 9 с силой, равной Qпр—QTp. При полной разгрузке клапана сила, которую необходимо приложить к штоку для открытия клапана, должна преодолеть силу пружины и силу трения в манжете.
Одновременно с тарелкой 8 поднимается и тарелка 1. Последняя при подъеме прижимается к седлу 10 и закрывает выход сжатому воздуху из клапана в атмосферу через канал //. При открытом клапане сжатый воздух из резервуара через канал 7 поступает в канал 2 и далее, в тот или иной элемент выключателя.
Для закрытия клапана необходимо опустить шток 9. Вместе со штоком 9 опустится и тарелка которая откроет выход сжатому воздуху из клапана и из канала 2 в атмосферу. Давление воздуха под тарелкой 8 быстро снижается. Тарелка 5 опускается под действием пружины 4 и разности давлений воздуха внутри полого штока 5 и в пространстве под тарелкой 8. Давление воздуха внутри полого штока уменьшается медленнее, чем под тарелкой, вследствие того, что отверстие 3 имеет небольшой диаметр. Образующаяся разность давлений ускоряет закрытие клапана.
Для уменьшения силы трения при открытии клапана вместо уплотняющих манжет можно применить мембраны (рис. 7-26, в). Полная разгрузка клапана достигается с помощью мембран 2 и 5 за счет равенства рабочих площадей мембран и выходного отверстия в седле 4 (D1=D2=D3). Иногда для создания уплотняющего давления на тарелку 3 (посредством сжатого воздуха) рабочие площади мембран принимаются несколько большими площади отверстия в седле 4. Точный подбор площадей осуществляется регулировочными кольцами 1. Изменение толщины стенки регулировочного кольца приводит к увеличению или уменьшению жесткости мембраны. Открытие клапана осуществляется подъемом штока 7, а закрытие — пружиной б. Преимущество данной конструкции клапана по сравнению с предыдущими заключается в полной герметичности клапана относительно внешней среды, а также в отсутствии трения в уплотнениях. Применение мембран целесообразно для клапанов с диаметром выходного отверстия до 25 мм при давлении 20 • 105 Па, так как увеличение хода мембран приводит к резкому увеличению их диаметра. При давлениях до 20- 105 Па можно применять эластичные мембраны, например резиновые.
Вместо поршней и мембран можно использовать металлические сильфоны.
Разгрузка клапана от одностороннего действия сжатого воз- духа может быть достигнута установкой двух тарелок (рис. 7-26,г). Ввиду равенства диаметров отверстий в седлах 4 и 6 давление на верхнюю тарелку 3 равно давлению на нижнюю тарелку 5. Так как клапан полностью разгружен, то для создания уплотняющего давления и для закрытия клапана применяется пружина 2. Сила пружины и трение в уплотнении 1 и будут определять необходимое тяговое усилие электромагнита. Кроме того, в таком клапане с двумя тарелками сжатый воздух проходит одновременно через два отверстия, т. е. для обеспечения той же пропускной способности клапана диаметр и ход тарелки могут быть меньшими, чем в клапанах с одной тарелкой. Существенным недостатком данной конструкции является то, что для обеспечения полной герметичности в обоих седлах требуется высокая точность изготовления деталей клапана. Для такого клапана следует применять резиновые уплотнения.
Элементы тарельчатых клапанов. Наиболее ответственными частями тарельчатого клапана являются седло и тарелка, закрепленная на штоке. Тарелка должна герметично прилегать к седлу, чтобы в месте их соприкосновения не происходило утечки воздуха. Соприкасающиеся поверхности тарелки и седла выполняются либо обе металлическими, либо одна из них из металла, а другая из эластичного материала.
В пусковых клапанах, в которых диаметр выходного отверстия не превышает 15 мм, тарелка и седло обычно изготавливаются из металлов различной твёрдости, например фосфористой и оловянистой бронзы или бронзы й нержавеющей стали. Тарелка изготавливается из более твердого металла, чем седло, так как при таком же металле значительно труднее получить необходимую плотность между тарелкой и седлом.
Тарелки таких клапанов обычно имеют форму конуса (см. рис. 7-13, виг), наиболее простую в изготовлении и легче притираемую к седлу. Ширина кольцевой поверхности соприкосновения тарелки с седлом должна быть небольшой, она составляет 0,2—0,5 мм. Чем шире поверхность соприкосновения, тем труднее обеспечить плотность между тарелкой и седлом. Торцовая часть седла, к которому притирается тарелка, должна быть строго перпендикулярна каналу, в котором перемещается шток, иначе будет значительно сложнее притереть тарелку к седлу.
Тарельчатые клапаны, у которых тарелка и седло выполнены из металла, весьма несложны по своей конструкции. Однако при диаметре выходного отверстия более 15 мм они практически не применяются ввиду того, что в них очень трудно притереть тарелку к седлу. Кроме того, после многократных открытий и закрытий в таких клапанах увеличивается утечка воздуха вследствие нарушения поверхности соприкосновения от ударов тарелки о седло.
Приводим удельные давления, допускаемые для различных уплотняющих материалов (в мегапаскалях):
Резина
мягкая 1,5—2,0
твердая 3—6
Кожа 3—4
Полиуретан марки СКУ ПФЛ 3—6
Латунь 15—20
Бронза
фосфористая 20—30
оловянистая ОЦН:10-2 20—25
оловянистая ОЦН-10-3-4 40
Нержавеющая сталь 40—60
Крепление резинового уплотнения на седле клапана может быть осуществлено одним из способов, приведенных на рис. 7-27. На рис. 7-27, а изображено крепление, применяемое во вспомогательных клапанах воздушных выключателей. В корпусе 2 сделана расточка, в которую вставлена круглая стальная шайба 3, а на нее положено резиновое кольцо 4. В центре крышки 5 имеется отверстие, через которое при открытии клапана сжатый воздух выходит из корпуса 2 в атмосферу или в какой-либо пневматический механизм. Когда болты, крепящие крышку 5, не затянуты, между фланцем крышки и корпусом остается зазор 0,75—1 мм. При затяжке болтов крышка опускается и сжимает резиновое кольцо, которое при этом плотно прижимается к корпусу и к крышке, обеспечивая полную герметичность соединения. Края торцовой поверхности тарелки /, соприкасающиеся с резиновым кольцом 4, закруглены для предотвращения надрезов на резине.
На поверхности крышки 5 и шайбы 3, соприкасающейся с резиновым кольцом, сделаны по две кольцевые канавки треугольного сечения глубиной 0,5—1 мм. При затяжке болтов, крепящих крышку, резина, сжимаясь, заполняет эти канавки, образуя кольцевые замки, препятствующие выдавливанию резинового кольца при его сжатии.
Наружный диаметр тарелки d1 определяется диаметром выходного отверстия d,. толщиной буртика а, расстоянием b от внутренней поверхности отверстия в резиновом кольце 4 до внутренней поверхности тарелки 1 и шириной с уплотняющей части тарелки 1. Толщина а определяется механической прочностью буртика.
Рис. 7-27. Крепление резинового уплотнения на седле тарельчатого клапана
При изготовлении крышки из стали или латуни толщина буртика принимается равной 1—1,5 мм, а при изготовлении из чугуна — равной 2—3 мм. Чем больше диаметр выходного отверстия Клапана, тем больше и толщина буртика. Размер b обычно составляет 0,5—2,5 мм. Меньшие значения относятся к клапанам с небольшим диаметром выходного отверстия.
Резина для изготовления уплотняющих колец клапана должна быть достаточно твердой и прочной, так как на мягкой резине быстро образуются канавки по форме седла. Неглубокие царапины на поверхности резины приводят к ее разрушению при многократном открытии и закрытии клапана. Хорошие результаты показала резина, имеющая следующие характеристики: твердость по Шору 65—80. сопротивление разрыву не менее 80- 105 Па, относительное удлинение при разрыве не менее 180%, остаточное удлинение после разрыва не менее 10%.
Эта резина выдерживает большое число открытий и закрытий клапана без существенных повреждений ее поверхности при удельных давлениях (75-100) • 105 Па. При таких удельных давлениях ширина с уплотняющей части седла или тарелки в зависимости от диаметра выходного отверстия клапана составляет 2—10 мм и определяется сортом резины. Чем больше механическая прочность резины, тем большее удельное давление может быть допущено и тем меньше будет ширина уплотняющей (кольцевой) поверхности тарелки.
Для уменьшения диаметра тарелки и размеров клапана в целом уплотняющую поверхность тарелки можно выполнить конической (рис. 7-27,6). Такую же форму имеет внутренняя поверхность резинового кольца. При указанной форме тарелки усилие, необходимое для открытия клапана, получается несколько меньшим, чем при конструкции тарелки на рис. 7-27, а. Клапаны с тарелкой конической формы могут использоваться в качестве как вспомогательных, так и дутьевых клапанов.
На рис. 7-27, в изображено крепление резинового уплотнения на седле клапана, применяемое во вспомогательных клапанах. В корпусе 1 сделана расточка, в которую вложено резиновое кольцо 2. Это кольцо поддерживается цилиндром 3, опирающиеся на крышку 4, прикрепленную к корпусу 1 болтами. Когда болты не затянуты, между крышкой и корпусом остается зазор 0,75—1 мм. При затяжке болтов крышка, а вместе с ней и цилиндр 3 поднимаются и сжимают резиновое кольцо 2, которое плотно прилегает к корпусу. Это кольцо является седлом клапана, и к нему прижимается тарелка 5.
На рис. 7-27, гид показано крепление резинового уплотнения, применяемое в некоторых дутьевых клапанах.
На рис. 7-28 приведены различные способы крепления резинового уплотнения к тарелкам клапанов. Резина может крепиться к тарелке при помощи болтов (рис. 7-28, а—в) или заливаться в паз, проточенный в тарелке (рис. 7-28, г—е). Паз может быть прямоугольного или трапециевидного сечения с закругленными краями. Радиус закругления внутренних краев паза г=1ч-3 мм в зависимости от ширины канавки. Ширина паза /= (1,5-т-2,5)А; размер 1\ = с+ (1,5-г-5) мм; размер 4 выбирается по конструктивным соображениям, но не менее 1,5— 2 мм; высота паза /з= (0,25-7-0,4)/. Возможны и другие формы паза, например при конической поверхности тарелки (см. pit. 7-13, г).
Применение пазов для уплотняющего материала позволяет значительно уменьшить наружные размеры тарелки и упростить ее конструкцию. Пазы с уплотнением могут с успехом применяться и на седле вместо резиновых шайб. В последнее время получил широкое применение эластомер полиуретановый марки СКУ ПФЛ для заливки пазов на тарелках и седлах клапанов. Недостатком заливки уплотнения в паз является то
обстоятельство, что при повреждении уплотнения приходится заменять тарелку или седло.
Тарелка может соединяться со штоком жестко (рис. 7-28, виг) или шарнирно (рис. 7-28, а и б). В последнем случае головка штока , удерживается фасонным кольцом К (рис. 7-28, а) или двумя полукольцами ПК (рис. 7-28, б), вставленными в кольцевую заточку на штоке.
Рис. 7-28. Крепление эластичного уплотнения к тарелке клапана
Соединение штока с поршнем может быть
а) жестким: поршень и шток являются одной деталью (см. рис. 7-20 и 7-23); поршень приварен к штоку (см. рис. 7-16); шток и поршень соединены резьбой (см. рис. 7-18);
б) свободным (плавающим): шток свободно вставлен в отверстие в поршне (см. рис. 7-21).
Преимущество клапанов с эластичным (резиновым) уплотнением заключается в том, что герметичность между тарелкой и седлом достигается в них, по существу, без какой-либо подгонки и притирки, что значительно упрощает изготовление. и эксплуатацию клапанов.. К недостаткам эластичного уплотнения следует отнести ухудшение упругих свойств его при низких температурах, что может повести к увеличению утечки воздуха из клапана.
Пружины тарельчатых клапанов должны быть надежно защищены от коррозии. Концевые витки Пружины должны ;быть подогнуты, а торцы ее отшлифованы перпендикулярно оси пружины. При правильной заделке концов пружина оказывает давление на тарелку в строго перпендикулярном направлении. Неправильная заделка концов пружины приводит к перекосу тарелки. Пружины с малым наружным диаметром обычно делают конусными для большей устойчивости и во избежание искривления. Кроме того, такие пружины в сжатом положении занимают меньше места по высоте.
Все подвижные части тарельчатого клапана должны быть возможно более легкими. Чем легче эти части, тем быстрее они будут перемещаться под действием пружины, а следовательно, тем быстрее будет происходить закрытие и открытие клапана. Кроме того, сила удара тарелки о седло при закрытии клапана будет меньше.
Обратные клапаны устанавливаются в пневматической системе воздушного выключателя для пропуска сжатого воздуха только в одном направлении и для предотвращения выхода воздуха в обратном направлении. Кроме того, обратные клапаны применяются для кратковременного разделения двух пневматических систем с различными давлениями. Например, некоторые воздухопроводы и элементы системы вентиляции полостей воздушных выключателей соединяются с теми или иными элементами основной пневматической системы управления. В них при операциях включения и отключения кратковременно поступает сжатый воздух под полным давлением. Однако этот воздух не должен поступать в систему вентиляции полостей воздушных выключателей, где давление воздуха очень небольшое. Поэтому в местах соединения системы вентиляции полостей с основной пневматической системой устанавливаются обратные клапаны, подобные изображенному на рис. 7-29, а. Металлический шарик под действием силы тяжести лежит на штифте, как показано штриховой линией. Вентиляционный воздух поступает в клапан сверху и свободно проходит мимо шарика. Когда в клапан начинает быстро поступать в направлении, показанном стрелкой, сжатый воздух, шарик поднимается вверх под действием струи входящего воздуха и прижимается к выходному отверстию клапана, как это показано на рисунке. После завершения операции включения или отключения выключателя сжатый воздух, находящийся в обратном клапане и соединенном с ним воздухопроводе, выпускается в атмосферу через специальное отверстие в основной пнематической системе. Шарик под действием собственного веса опускается и открывает выход вентиляционному воздуху. Четкая работа такого клапана обеспечивается при его вертикальной установке.
Рит. 7-29. Обратные клапаны
Клапан рассмотренной конструкции не обеспечивает полной герметичности. Через него возможна незначительная утечка сжатого воздуха в систему вентиляции. Однако это вполне допустимо, если принять во внимание кратковременность операций включения и отключения. При повышенных требованиях к герметичности клапана шарик должен изготавливаться из нержавеющей стали и притираться к седлу. Притирка осуществляется сильным прижатием шарика к острым кромкам седла, которые при этом несколько деформируются и образуют кольцевой поясок. Корпус должен быть изготовлен из более мягкого материала, чем шарик, например из латуни или бронзы. Полной герметичности такого клапана можно достигнуть установкой резинового кольца на седло клапана. В этом случае отпадает надобность в притирке шарика к седлу.
Три остальных клапана, изображенные на рис. 7-29, предназначены не только для обеспечения свободного прохода сжатого воздуха в направлении, показанном стрелками, но и для предотвращения выхода воздуха из клапана в обратном направлении. Резиновое уплотнение на седле обеспечивает хорошую Герметичность клапана. Обратные клапаны, снабженные пружиной, могут надежно работать в любом положении. При отсутствии пружины обратные клапаны должны устанавливаться вертикально, чтобы шарик (тарелка) под действием собственного веса прижимался к седлу.
Золотниковые клапаны.
Основной частью золотникового клапана является золотник, имеющий форму цилиндра (сплошного или полого). Золотник находится в цилиндрическом канале и при своем перемещении открывает или закрывает своей боковой поверхностью те или иные отверстия, имеющиеся в цилиндрическом канале. Тем самым открывается выход воздуха из одного отверстия в другое, либо в атмосферу.
Рис. 7-30. Золотниковый клапан
Перемещение золотника может осуществляться сжатым воздухом, поступающим к торцу золотника, или механическими тягами. Возврат золотника в первоначальное положение обычно осуществляется пружиной.
На рис. 7-30 изображен золотниковый клапан, предназначенный для обеспечения прохода сжатого воздуха при определенных условиях из канала Е в канал Б либо для предотвращения поступления воздуха в канал Б из канала В канал Е сжатый воздух поступает кратковременно только во время операции отключения.
Для обеспечения прохода сжатого воздуха из канала Ё в канал Б одновременно подается сжатый воздух в каналы Л и Е. Под действием сжатого воздуха золотник 1 перемещается слева направо. Одновременно с ним вправо перемещается золотник 4, открывая отверстие Е. Перемещение золотника 4 ограничивается соприкосновением упоров 3 и 5. Резиновые шайбы 2 и 8 смягчают удар при остановке золотника 4. После
прекращения подачи воздуха в каналы А и Е золотники 1 и 4 под действием пружины 6 возвращаются в первоначальное положение. Сжатый воздух, находящийся в канале Бив соединенном с ним воздухопроводе, выходит в атмосферу через канал В и отверстие Д.
В том случае, когда при подаче воздуха в каналы А и Е не должно происходить перемещения золотника 4, предварительно должен быть подан сжатый воздух в канал Г. Под действием сжатого воздуха, поступившего в канал Г, золотник 7 передвигается справа налево. Упор 5 прижимается к упору 3. Диаметр золотника 7 больше диаметра золотника /. Следовательно, при поступлении воздуха в канал А золотник 1 не сможет передвинуть золотник 4. Выход воздуху из канала Е будет закрыт. По завершении этой операции прекращается поступление воздуха в каналы Л, Г и Е. Золотник 7 под действием пружины возвращается в исходное положение.
Для более надежной работы золотникового клапана необходимо, чтобы масса золотника и его ход были по возможности меньше. Это позволяет уменьшить силу удара «золотника о корпус клапана и вероятность поломки деталей клапана. В тех случаях, когда диаметр золотника достаточно большой, в клапан встраивается резиновый буфер, который смягчает удар при остановке золотника.
