Кшуманев Сергей Викторович. Исследование и обеспечение динамического качества пружинных предохранительных клапанов пневмогидросистем железнодорожного транспорта

Краткое описание

Кшуманев Сергей Викторович. Исследование и обеспечение динамического качества пружинных предохранительных клапанов пневмогидросистем железнодорожного транспорта : диссертация ... кандидата технических наук : 01.02.06.- Самара, 2005.- 194 с.: ил. РГБ ОД, 61 05-5/2447

ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
САМАРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
На правах рукописи
Кшуманев Сергей Викторович
ИССЛЕДОВАНИЕ И ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО КАЧЕСТВА
ПРУЖИННЫХ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ КЛАПАНОВ
ПНЕВМОГИДРОСИСТЕМ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
01.02.06 - Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры
Диссертация на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Научный руководитель доктор технических наук, профессор Мулюкин О.П.
Самара 2005
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
ОБОЗНАЧЕНИЯ 4
ИНДЕКСЫ 6
СОКРАЩЕНИЯ 7
ВВЕДЕНИЕ 8
1. СОСТОЯНИЕ, ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ, СПОСОБЫ И СРЕД¬СТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ СТАБИЛЬНОСТИ ВЫХОДНЫХ ПАРА¬МЕТРОВ АВТОМАТИЧЕСКИХ ПРУЖИННЫХ КЛАПАНОВ ПРИ ВНЕШНЕМ НАГРУЖЕНИИ 13
1Л .Классификация, области применения и особенности выбора типа
автоматического клапана ПГС транспортного средства 13
1.2. Анализ состояния исследований по обеспечению стабильности выходных параметров агрегатов автоматики в условиях внешнего нагружения при выработке гарантированного ресурса в составе ПГС объектов 27
1.2.1. Жесткое соединение агрегата автоматики с виброактивным
основанием объекта (внутренняя защита агрегата) 28
1.2.2. Соединение агрегата автоматики с виброактивным основа¬
нием транспортного средства через упругодемпфирующую подвеску (внешняя защита агрегата) 33
1.2.3. Тенденции развития и перспективы повышения устойчиво¬
сти, показателей надежности и технического уровня агрегатов защиты и предохранения ПГС транспортной техники 37
1.3.Определение цели и постановка задач исследования, научная но¬визна и практическая ценность работы 40
2. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРУЖИННЫХ
ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ КЛАПАНОВ С УЧЕТОМ
ВНЕШНЕГО НАГРУЖЕНИЯ 44
2.1. Общие сведения о подходах и допущениях в математических
моделях пружинных предохранительных клапанов 44
2.2. Математическая модель пружинного предохранительного клапана
с сильфонным чувствительным органом 54
2.3. Моделирование процессов в защищаемых ПГС с двухпозицион¬ным предохранительным клапаном 65
2.4. Выводы 86
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ
ДЕКОНСТРУКТИВНЫХ ФАКТОРОВ НА ВЫХОДНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПРУЖИННЫХ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ КЛАПАНОВ 89
3.1. Оценка изменения давления открытия подпружиненной клапанно-седельной пары при внешнем вибронагружении 89
з
3.2. Оценка ресурса клапанного уплотнителя пружинного предохрани¬
тельного устройства при варьировании скоростью посадки клапа¬на на седло 99
* 3.3. Оценка работоспособности клапанного уплотнения клапанного
имитатора при внешнем ударном нагружении 110
3.4 Выводы 117
4. СИСТЕМАТИЗАЦИЯ, УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ И РАЗРАБОТ¬КА СПОСОБОВ И СРЕДСТВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОГО КАЧЕСТВА ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ КЛАПАННЫХ УСТРОЙСТВ И ПРИМЕРЫ ИХ
КОНСТРУКТОРСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ 119
4.1. Роль конструктивного анализа и классификаторов клапанных аг-регатов в повышении качества и сокращении сроков проектирова¬ния высокоэффективных конструкций 120
• 4.2. Совершенствование известных и разработка новых способов и
средств обеспечения динамического качества пружинных клапан¬ных агрегатов при срабатывании 140
4.3. Разработка клапанных агрегатов с заданным динамическим качест¬вом переходных процессов с использованием 160
4.4. Выводы 171
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 174
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 181
ПРИЛОЖЕНИЕ Диагностические системы и устройства коррекции ди-агностических параметров ПК на рабочем ходе кла-панно-седельной пары 194
« (•
ОБОЗНАЧЕНИЯ
F- площадь, м2
і
й V- объем, м
/ - длина (ширина или толщина), м М- масса, кг
Т- абсолютная температура среды, К .
• л
Q, Q - объемный, м /с, и массовый, кг/с, расход среды AG- перетечки рабочей среды через УС, м3/с р - давление, МПа Ар - перепад давления на ИО, МПа
о
у - удельный вес, Н/м р - плотность, кг/м3
Ry, Rr - универсальная газовая постоянная, Дж/(моль-К)
Re - число Рейнольдса
*
с, ср, Су - удельная теплоемкость вещества, газа при постоянном давлении и газа при постоянном объеме, Дж/(кг-К) ic - удельная энтальпия рабочей среды, Дж/кг п - показатель политропного процесса к - показатель адиабатического процесса со - круговая частота, рад/с
Ду - условный проходной диаметр рабочего тракта, мм Н- рабочий ход ИО, м
/- площадь проходного сечения дросселирующего устройства, м2; частота ко-лебания элемента системы, Гц
m - приведенная масса золотника в момент соударения с седлом, кг t, т - время (быстродействие ИО), с .
• х, х, х - координата (перемещение),м; скорость, м/с; ускорение, м/с2 а- коэффициент расхода ср - коэффициент подъемной силы срт - угол трения
а - коэффициент теплообмена, Вт/(м2-К) а г - половина угла при вершине конуса золотника, ...°
^ -коэффициент гидравлического сопротивления тракта; относительная дефор¬мация уплотнителя в зоне контакта золотника с седлом R - гидросопротивление, МПа рт- коэффициент трения скольжения рв.т. - динамическая вязкость, Па-с Сдин. - динамическая реакция газового слоя ДУ TJ=GO/CQO - безразмерная частота действия возмущающей силы Ті, Т2 — постоянная времени СРД Р - усилие привода, управляющая сила, Н Ри- сила инерции (инерционная нагрузка), Н Р - усилие предварительного сжатия (затяжки) пружины, Н
с„р. - жесткость пружины, Н
Ар. - сила сухого трения, Н Рв.т— сила вязкого трения, Н є - коэффициент учета расширения рабочего тела Ад - газодинамическая сила, Н
No - нормальная составляющая усилия натяга между уплотнением и хвостови¬ком тарели клапана, Н
А - коэффициент динамичности ИО при срабатывании клапанно-седельной пары q - погонная нагрузка (давление по контуру) в зоне ФПК элементов КУ, Н/м Ад - удельное давление герметизации в зоне ФПК элементов КУ, МПа А, Ер, Ел - текущая, потенциальная, кинетическая энергия и энергия дисси¬пации, Дж
о - механическое напряжение, МПа
а в - предел прочности, МПа
от - предел текучести, МПа
ан - ударная вязкость, Дж/м2
Е - модуль Юнга (модуль упругости), ГПа
v - коэффициент Пуассона
8 - деформация, м
W(S) - передаточная функция
g - ускорение свободного падения, м/с2
л-3,1415...
Д - символ превращения
S=d/dt — оператор дифференцирования
~ - символ изображения по Лапласу
ИНДЕКСЫ
О - исходное положение или положение ИО, при котором значение искомого параметра равно нулю
1,2 — соответственно, вход и выход проходного тракта п - поршень с - седло
ст - стенка корпуса
к - клапан
пр. - пружина
упл. - уплотнение
* - безразмерный параметр

СОКРАЩЕНИЯ
АЧХ - амплитудно-частотная характеристика
ВВФ - внешние воздействующие факторы
ВВВ - внешнее возмущающее воздействие
ГПТА - гидропневмотопливный агрегат
ГТД - газотурбинный двигатель
ДСТ - демпфер сухого трения
ДЛА - двигатель летательных аппаратов
ДПК - двухпозиционный предохранительный клапан
ДКА - демпфер клапанного агрегата
ДУ - демпфирующее устройство
ИО - исполнительный орган
КРУ - клапанное регулирующее устройство
КА - клапанный агрегат
КУ - клапанное уплотнение
ЛА - летательный аппарат
МЕРЕТРАНС - металлическая резина транспортных систем МР - металлический аналог резины или «Металлорезина»
ОКБ - опытное конструкторское бюро
ОКП - основные классификационные признаки
ОрелГТУ - Орловский государственный технический университет
ПГС - пневмогидросистема
ППП - пакет прикладных программ
ППР - планово-предупредительный ремонт
ПК - предохранительный клапан
ППК - пропорциональный предохранительный клапан
СамГАПС - Самарская государственная академия путей сообщения
САПР - система автоматизированного проектирования
СГАУ - Самарский государственный аэрокосмический университет
СПГ - сниженный природный газ
СРД - система релаксационного демпфирования
СР - стабилизатор расхода
СФД - система функциональной диагностики
ТЗ - техническое задание
УС - уплотнительное соединение
УДЭ -упругодемпфирующий элемент
УТР - установившийся технический режим в ПГС
УФХ - упругофрикционная характеристика
ФПК - фактическая площадь касания
ЭУ - энергетическая установка
ЭПК - электропневмоклапан
*
ВВЕДЕНИЕ
Современный этап развития транспортной техники характеризуется не-уклонным повышением требований к ее эксплуатационной безопасности (на-дежности и ресурса) при одновременном росте тактико-технических парамет¬ров и жестком лимитировании массо-габаритных характеристик клапанных автоматических устройств пневмогидросистем энергетических установок.
Роль агрегатов автоматики, к которым относятся аппаратура защиты и предохранения пневмогидросистем транспортных средств от избыточного дав-ления в питающих трактах (резервуарах и сосудах под давлением) в обеспече¬нии общей надежности работы энергетических установок трудно переоценить. Причем обеспечение стабильности выходных параметров агрегатов автоматики ПГС в условиях применения в транспортных системах нетрадиционных высо-кокалорийных топлив, прежде всего криогенных (жидкий водород, сжиженный природный газ) и «всепогодных» синтетических жидкостей и масел с повы¬шенными агрессивными и токсичными свойствами при жестких экологических требованиях к работе энергоустановок переходит в разряд актуальных задач клапанного агрегатостроения и должно базироваться на кардинальных исследо¬ваниях влияния вибрационного и ударного нагружения на работоспособность агрегатов и разработке научно обоснованных рекомендаций по их созданию.
В силу объективных причин (отсутствие автономного привода, компен-сирующего существенное влияние газодинамической силы на скорость движе¬ния золотника при прямом и обратном ходе, особенности течения рабочей среды при перекрытии расходной магистрали и гистерезис упругодемпфирующих эле¬ментов, обуславливающих изменение величины давления обратной посадки зо¬лотника на седло) формирование требуемого качества переходного процесса в самодействующем пружинном предохранительном клапане сопряжено со зна-чительными трудностями. Указанные трудности возрастают при значительных скоростях соударения уплотнительных поверхностей клапанных уплотнений, работе с трением и нерегламентируемыми усилиями в условиях воздействия знакопеременного контактного давления, эрозии, коррозии, термоциклов, вибра-ционных, включая транспортные, нагрузок и других ВВФ, влияющих на ста-бильность выходных параметров клапанных агрегатов автоматики.
Опыт эксплуатации такого типа устройств, включая предохранительные кла¬паны с импульсным управлением, показывает, что формирование требуемого качества переходного процесса предохранительного клапана требует решения ряда проблем:
1. В ряде случаев, включая внештатные или аварийные ситуации в об-служиваемой пневмогидросистеме, срабатывание золотника (клапана) сопро-вождается его колебаниями с определенной частотой. Это провоцирует возник-новение колебаний рабочей среды и нестабильность ее расхода через клапанно-седельную пару.
2. Вибронагружение предохранительных клапанов переносным ускоре¬нием со стороны мест крепления его корпуса с виброактивным основанием объекта при его транспортировке существенно (по известным литературным источникам до 5%) снижает настроечное значение величины давления откры¬тия золотника рабочей средой. Это обуславливает рост непроизводительных утечек через клапанно-седельные пары, что помимо экономической создает также и экологическую проблему при стравливании из железнодорожных ре¬зервуаров и сосудов с криогенными или токсичными рабочими средами избы¬точного давления в окружающую среду.
3. Наличие колебаний значительных масс упругоподвешенных частей клапанного устройства приводит к возникновению больших ударных нагрузок при посадке золотника на седло и многократным отскокам золотника от седла, частота которых определяется частотой колебаний золотника. При этом совер¬шенно очевидно, что ресурс предохранительного клапана, определяемый гаран¬тийным числом циклом срабатывания до выхода из строя его наиболее динами¬чески нагруженного элемента - клапанного уплотнения, сильфонного чувствительного элемента, уплотнений и пар трения подвижных элементов, включая элементы встроенной сигнализации и контроля параметров клапана, вырабатывается в течении короткого промежутка времени. Это, в свою очередь приводит к явлениям параметрического либо катастрофического отказов и де¬лает невозможной безопасную эксплуатацию системы.
Качество решения указанных основополагающих проблем на стадии эс-кизного проектирования пневмогидросистемы объекта в целом с учетом конст-руктивного исполнения входящих в нее предохранительных клапанов опреде¬ляет, в конечном счете, эксплуатационную надежность создаваемой конструкции, т.е. стабильность ее выходных параметров (степень герметично¬сти, величину давления открытия и ресурс клапанно- седельной пары).
Настоящая работа является результатом исследования различных конст-рукций клапанных агрегатов автоматики с разработкой методик расчета их вы-ходных параметров в условиях комбинирования вибрационных и ударных нагру¬зок. Значительное место в работе отведено анализу эффективности применяемых в промышленности конструкторско-технологических и эксплуатационных прие¬мов стабилизации выходных параметров агрегатов автоматики и созданию но¬вых способов и устройств достижения требуемых величин выходных парамет¬ров. В работе также отражены вопросы конструирования высоконадежных оригинальных агрегатов автоматики на базе целенаправленного изменения па¬раметров переходных процессов на рабочем ходе исполнительного органа.
В первой главе на основе критического анализа российской и зарубежной научной научно-технической литературы и патентной документации, а также разработанных при участии автора оригинальных конструкций автоматических клапанов охарактеризовано состояние исследований по обеспечению стабиль¬ности их выходных параметров при выработке гарантийного ресурса в составе ПГС объектов и при автономных исследованиях работоспособности агрегатов на предприятии-изготовителе. В анализе четко разграничены особенности ста-билизации выходных параметров как за счет регулирования качества переход¬ных процессов собственно в агрегате до установки в ПГС транспортного сред¬ства, так и путем целенаправленного снижения воспринимаемых агрегатом механических воздействий от объекта за счет введения упругодемпфирующих проставок в месте крепления агрегата с силовой рамой транспортного средства.
и
На основе проведенного обзора сформированы цель и задачи исследований.
Вторая глава освещает вопросы аналитического исследования работоспо-собности агрегатов автоматики при вибрационном и ударном нагружении. Раз-работаны математические модели пропорционального и двухпозиционного предохранительного клапанов с учетом продольных вибраций. Охарактеризо¬ваны особенности моделирования переходных процессов в агрегатах автомати¬ки с упругодемпфирующими элементами переменной структуры для получения заданных выходных параметров.
Третья глава посвящена вопросам экспериментального исследования вибро-нагруженных предохранительных клапанов. Представлены результаты исследования влияния конструктивных факторов и параметров вибронагружения на выходных па¬раметры ППК и ДНК. Охарактеризованы стендовое оборудование и контрольно¬измерительная аппаратура, используемые при проведении экспериментов.
В четвертой главе охарактеризованы вопросы систематизации, усовер-шенствования и разработки способов и средств обеспечения динамического ка-чества клапанных агрегатов и примеры их конструкторской реализации. Оце¬нена стабильность выходных параметров как для агрегатов с встроенными демпферами различной физической природы, так и при соединении агрегатов с силовой рамой двигателя при помощи упругодемпфирующей подвески (демп¬феры и виброизоляторы на основе пар трения, тросов, пластин, лент и элемен¬тов из исскуственных упругопористых материалов типа МР и «МЕРЕТРАНС»).
В приложении охарактеризованы некоторые вопросы использования ди-намических систем и устройств коррекции динамических параметров ПК на ра-бочем ходе клапанно-седельной пары (универсальный метод проверки системы по форме диагностики «годен - не годен»; метод функциональной диагностики технического состояния трибомеханических узлов по параметрам частиц изно¬са; виброакустическая диагностика; методы лазерной диагностики; системы функциональной диагностики - реализованной автором в виде конструктивного решения ПК с автоматической сменой клапанного уплотнения после выработки гарантийного ресурса на новое из блока запасных частей).
Заключение, отражающее наиболее значимые результаты, полученные в процессе исследований, показывает выявленные закономерности и особенности работы объектов исследования.
Работа выполнена в НИЛ «Динамическая прочность и виброзащита транспортных систем» СамГАПС в соответствии с координационными планами федеральных и отраслевых программ Федерального агентства по железнодорож-ному транспорту МПС РФ: «Государственная программа по повышению безо-пасности движения поездов на железнодорожном транспорте России на период 1993-2000 годы» (Постановление Правительства РФ от 29.10.92 №833), отрасле¬вой «Программы энергосбережения на железнодорожном транспорте в 1998¬2000, 2005 годах» (Постановление Правительства РФ от 04.07.98 №262 пр-у) и «Программы создания нового поколения грузового подвижного состава на 2000- 2005годы (Постановление Коллегии МПС РФ от 24-25 декабря 1999г. №23).
Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю, доктору технических наук, профессору Мулюкину О.П. за ценные указания по обобщению аналитических и экспериментальных исследования, определению областей приложения полученных результатов и методическую помощь в прове-дении исследований и профессору кафедры «Прикладная механика» Орловского государственного технического университета, доктору технических наук, про-фессору Савину Л.А. за полезные советы, высказанные им на всех стадиях вы-полнения работы, включая математическое моделирование переходных процес¬сов в пружинных предохранительных клапанах.

Список литературы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
При выполнении диссертационной работы в соответствии с поставленны¬ми целью и задачами исследований получены следующие основные результаты:
1. Проанализировано текущее состояние, тенденции развития и пер-спективы повышения устойчивости, показателей надежности и технического уровня агрегатов защиты и предохранения ПГС транспортной техники, в том числе охарактеризованы типовые подходы и допущения в математических моделях пружинных ПК при:
- определении величины перепада давления рабочей среды в тракте «Вход» - «Выход»;
- оценке коэффициента расхода от перемещения золотника относи¬тельно седла;
- обосновании неучета величины вязкостного трения в зависимости от скорости срабатывания предохранительной арматуры для ПК с принятыми геометрическими параметрами клапанно-седельной пары при работе на воз-душной среде, инертных газах и водороде.
2. Уточнен механизм герметизации затвора в математической модели пружинного вибронагруженного ПК при гармонических вынужденных коле-баниях, пригодной для специфических условий, реализуемых в криогенных предохранительных устройствах с сильфонным чувствительным элементом.
3. В результате моделирования переходных процессов в защищаемых ПГС с двухпозиционным предохранительным клапаном:
- синтезирован набор расчетных соотношений для определения тер-модинамических параметров защищаемой системы с однофазной газовой средой и с двухфазной жидкостно-газовой средой переменного объема;
- получены выражения для оценки влияния параметров защищаемой системы, параметров ПК и внешних возмущающих воздействий на частоту вынужденных колебаний упругоподвешенного золотника, позволяющие по¬
лучить условия экстремума от этих параметров методами дефферинциально- го исчисления;
- показано, что частота упругоподвешенной массы золотника ДПК зависит как от эксплуатационных, так и конструкционных параметров защи-щаемой ПГС, и определены величины гарантированного срока службы ПК по лимиту ресурса наиболее нагруженных динамических звеньев (уплотни¬тель затвора; чувствительный элемент: сильфон, мембрана и пр.) в традици¬онных конструкциях пружинной предохранительной арматуры.
4. На базе выполненных аналитических исследований предложен ряд рекомендаций по совершенствованию динамического качества пружинных ПК:
- ПК не будет подвержен вынужденным колебаниям при пропорцио-нальной зависимости его пропускной способности внешнему возмущающему воздействию при прочих неизменных условиях. Отсюда следует, что ДПК целесообразно устанавливать в ПГС только тогда, когда по условиям экс-плуатации величина внешнего возмущающего воздействия постоянна и на¬перед известна. Если же ВВВ переменно в ходе эксплуатации системы, то в этом случае целесообразно установка ППК, изменяющего свою пропускную способность пропорционального этому воздействию как пропорциональный регулятор давления «до себя»;
- увеличение сопротивления трубопровода перед ПК приводит, во- первых, к уменьшению пропускной способности систем «клапан- подводящий и отводящий трубопроводы», и, во вторых, к значительному уменьшению давления на входе в клапан. Результатом этого является резкое снижение давления перед клапаном в момент его срабатывания, что приво¬дит к нарушению равновесия сил на подвижной системе клапана в открытом состоянии и, в конечном счете, к его закрытию. При этом частота вынужден¬ных колебаний возрастает, а гарантированный срок службы динамически на¬груженных уплотнительных соединений ПК уменьшается;
- увеличение сопротивления отводящего трубопровода приводит к уменьшению пропускной способности трубопроводов и ПК, а также перепа¬да давления на клапане. Это приводит к нарушению равновесия сил, дейст¬вующих на подвижную систему клапана в открытом состоянии за счет уменьшения газодинамической силы и вызывает его преждевременное за¬крытие;
- условие экономичной работы ПК (равенство давления обратной по-садки золотника на седло давлению рабочей среды) для ДПК может быть обеспечено целенаправленным выбором параметров пружины с учетом взаи-мосвязи ее силовой характеристики с геометрической (гидравлической) ха-рактеристикой проточной полости клапана, а также с рабочим давлением и теплофизическими свойствами рабочей среды, как правило, путем коррекции закона движения золотника перед посадкой на седло при помощи специаль¬ных механизмов.
5. В результате экспериментальных исследований пружинной предо-хранительной арматуры:
а) установлено, что для исследованных типов ППК и ДПК с условным проходным диаметром до 8мм величина изменения давления срабатывания (.Лрі ) при вибронагружении в диапазоне частот вынужденных колебаний 0...60ГЦ и ускорений до 27,72м/с2 составляла 2...7% от рабочего давления среды на выходе ПК. Расхождение результатов теоретических и эксперимен¬тальных исследований не превышало 22%;
б) определены новые структурные решения пружинных ПК с мини-мальным разбегом величины давления срабатывания при варьировании па-раметров вибро,-ударонагружения на базе рычажно-шарнирных звеньев с ор-тогональным (по отношению к направлению внешнего воздействия) распо-ложением геометрических осей исполнительного и чувствительного элемен¬тов и комбинирования пружинных и газовых пружин с учетом возможностей пневматического демпфирования во входном и выходном трактах, внутрен¬ней демпферной камере и применения специальных дросселирующих уст¬ройств;
в) выявлено существенное влияние скорости соударения клапана с седлом на ресурс КУ из фторопласта-4 при работе на криогенных температу¬рах воздушной среды. При этом показано, что уменьшение скорости сраба¬тывания клапана с 8,7 до 2,8 мм/с обеспечило повышение ресурса полимер¬ного уплотнителя более чем в три раза (до 7000 срабатываний) при соответ¬ствующем снижении порога утечек с 1200 до 7,5 см3/мин;
г) установлен ряд закономерностей динамического процесса подпру-жиненной клапанно-седельной пары ПК при внешнем нагружении:
- при высокой точности изготовления элементов сопряжения клапан-направляющая (не хуже H9/J9) и высоком качестве обработки сопрягаемых поверхностей (не ниже R = 1,25) влияние вида сочетания конструктивных ма-териалов сопрягаемых деталей (сталь — по стали, сталь — алюминиевый сплав, сталь - бронзовый сплав) на динамику (АЧХ) клапанного устройства крайне незначительно (разброс амплитуд смещения клапана не превышал 8%);
- при различных ускорениях в условиях повышения частоты внешне¬го нагружения благоприятное воздействие на сокращение числа и уменьше¬ние амплитуды поков АЧХ (до 15%) оказывают уменьшение усилия предва¬рительной затяжки пружины ПК и введение дросселирования среды из демпферной камеры клапанного устройства;
- выбор соотношения между инерционной нагрузкой и силой упруго¬сти, определяющего собственную частоту подпружиненной подвижной мас¬сы ПК в значительной мере зависит от взаимной направленности сил тяжести подвижных частей клапана, предварительной затяжки пружинных звеньев и величины перераспределения внешней нагрузки. Это определяет важность учета особенности установки ПК в составе ПГС объекта;
- введение в ПК защищающего от транспортных нагрузок пружинно¬го механизма разгрузки (дополнительной разгрузочной пружины, отжимаю¬щей клапан от седла на гарантированное расстояние), с одной стороны, ис¬ключило имевшееся ранее при внешнем нагружении соударения уплотни¬тельных поверхностей, а, с другой обусловило рост резонансных пиков на АЧХ вследствии влияния инерционных свойств пружин при смене частоты нагружения. Последнее обстоятельство предопределяет необходимость тща-тельного анализа величин и пределов возможных дополнительных резонан¬сов упругих звеньев в сопоставлении с частотами собственных колебаний всех подвижных элементов ПК.
6. Предложен рациональный закон изменения скорости движения та- рели запорного органа во всех фазах работы ПК («закрыт», «открытие», «от¬крыт» и «закрытие») с представлением требуемого качественного характера регулирования инерционной нагрузки, сил сухого и вязкого трения и усилия упругого элемента с учетом варьирования на рабочем ходе запорного органа величин коэффициента подъемной силы, площадей проходного сечения сед¬ла и выходного тракта.
7. Разработана методика расчета газодинамической нагрузки на таре- ли перемещающего клапана при его перекладки на седло, увязывающая ди-намическое качество переходных процессов двухпозиционных полноподъ¬емных автоматических клапанов со временем их протекания.
8. Предложены новые структурные решения средств обеспечения дина-мического качества пружинных клапанных агрегатов при срабатывании на базе:
- демпфирующих устройств клапанного уплотнения и седла, и их комбинации (с использованием искусственных упругопористых металличе¬ских материалов типа МР и «МЕРЕТРАНС»), повышающих срок службы герметизирующих подвижных соединений;
- рычажно-шарнирных механизмов с ортогональным расположением геометрических осей упругих и исполнительных механизмов, что исключает зваимное наложение (с соответствующим снижением числа)резонансных частот запорного органа, пружин и чувствительного элементов;
- безштоковой подвески запорного органа в корпусе клапанного агре¬гата на парах качения, металлорезиновых или тросовых виброизоляторах га¬
сителей высокочастотных внешних воздействий, вызывающих разгерметиза¬цию клапанно-седельных пар;
- малошумного модульного затвора с переменным сечением с по-этапным включением выполненных в его теле многоступенчатых проходов, существенно расширяющего пределы регулирования величины перепада давления при варьировании расхода рабочей среды;
- инерционных самоподключающихся связей в виде набора подвиж¬ных масс с регулированием сил вязкого трения на этапе торможения запор¬ного органа для безударного контакта с седлом клапанного агрегата;
- камерных уплотнений, обеспечивающих целенаправленное измене¬ние коэффициента подъемной силы на рабочем ходе конического золотника для его амортизации в момент посадки на седло и повышения быстродейст¬вия при открытии;
- оригинальной конструкции и разработанной методики расчета ком-бинированного упругодемпфирующего элемента повышенной несущей спо-собности и расширенным диапазоном регулирования упругодемпфирующих характеристик путем поэтапного включения (отключения) составляющих элементов упругодемпфирующего элемента при варьировании величины внешней нагрузки;
- модификаций набора фрикционных клиновых гасителей с двухсто-ронним клином, обеспечивающим гашение воспринимаемых внешних коле¬баний как на прямом, так и обратном ходе запорного органа.
9. На базе иерархического подхода и представлении описания демп-фирующих устройств различной физической природы (с акцентированием конструкций ДСТ) в виде линейных комплексов систематизированы извест¬ные и авторские разработки ДКА в виде единой классификационной таблич¬ной формы, обеспечивающей выявление динамически нагруженных звеньев КА и создание новых патентоспособных способов и средств демпфирования упругоподвешенных клапанно-седельных пар с минимизацией затрат време¬
ни на проектирование высоконадежных клапанных агрегатов со стабильны¬ми выходными параметрами.
Систематизированы диагностические системы и устройства кор¬рекции динамических параметров клапанно-седельной пары на рабочем ходе запорного органа, дополненные разработанными при участии авторов спосо¬бом и устройством безразборной диагностики и парирования нагружения функциональной нагруженности КУ агрегата, являющееся составляющими единой системы функциональной диагностики.