CC BY
74
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №7/2016 ISSN 2410-700X_
УДК 629.7.04
Мулюкин Олег Петрович
доктор техн. наук, профессор, СамГУПС, Береснев Владимир Леонидович канд. техн. наук, доцент СамГУПС, Путилин Сергей Викторович канд. техн. наук, доцент СамГУПС г. Самара, РФ, Бугаков Владислав Александрович студент МФТИ г. Долгопрудный, Московская обл., РФ E-mail: [email protected]
СНИЖЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ДЕСТРУКТИВНЫХ ФАКТОРОВ НА РАБОТОСПОСОБНОСТЬ КЛАПАННО-СЕДЕЛЬНЫХ ЗАТВОРОВ «КОНУС-ОСТРАЯ КРОМКА»
Аннотация
Прогнозирование работоспособности и эксплуатационной надежности клапанно-седельных затворов «конус-острая кромка» на стадии эскизного конструирования трубопроводной клапанной арматуры транспортной техники непосредственно связано с воздействием ряда деструктивных конструкторско-технологических факторов. В результате проведенного анализа отмеченных факторов разработана диаграмма Парето, учитывающая влияние возможных неисправностей. Охарактеризована авторская разработка конструкции пружинного клапана с повышенной эксплуатационной надежностью в сравнении с конструкциями аналогичного назначения.
Ключевые слова
Трубопроводная клапанная арматура; клапанно-седельные затворы «конус-острая кромка»; прогнозируемая или «схемная» эксплуатационная надежность; неисправность трубопроводной арматуры;
диаграмма Парето.
Обеспечение надежности конструируемых элементов трубопроводной арматуры необходимо учитывать уже на начальном этапе её создания, используя при этом как накопленные отечественные и мировые данные, так и новые, оригинальные решения. В частности, практика эксплуатации трубопроводной арматуры с клапанно-седельным затвором «конус-острая кромка» показывает, что наличие перекоса геометрических осей составляющих клапанно-седельных пар (КСП), пружина-направляющая клапана-клапан-седло, приводит к снижению точности центрирования герметизирующего усилия в уплотнительном соединении «клапан-седло» и приводит к неравномерности нагружения отдельных участков с ухудшением его герметизирующей способности. Также способствует уменьшению в момент контакта клапана с седлом фактической площади касания (ФПК) уплотнительных поверхностей. Это увеличивает удельное контактное давление в отдельных зонах клапанного уплотнения, негативно влияет на показатели его герметизирующей способности и снижает срок службы изделия. Наиболее «слабым» звеном в соединении является динамически нагруженное клапанное уплотнение
В таблице 1 на базе углубленного анализа научно-технической литературы и патентной документации более, чем за 20-ти летний период авторами представлены результаты систематизации и фрагментации до элементных составляющих конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов, подлежащих учету при разработке конкретного образца трубопроводной арматуры на базе уплотнительной пары «конус-острая кромка» в рамках обеспечения так называемой «схемной» надежности работы проектируемого изделия на стадии эскизного конструирования.
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №7/2016 ISSN 2410-700X_
Следует подчеркнуть, что представленные конструкторско-технологические и эксплуатационные факторы, см. таблицу 1, при определенных неблагоприятных условиях их сочетания и при интенсификации пороговых значений по мере выработки клапанно-седельным затвором «конус-острая кромка» назначенного техническими условиями эксплуатационного ресурса способны вызвать в узлах и элементах трубопроводной арматуры негативные деструктивные факторы и существенно снизить её работоспособность и эксплуатационную надежность. Конкретно деструктивные факторы и неразрывно связанные с ними неисправности трубопроводной арматуры приведены в таблице 2.
Таблица 1
Фрагментация конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов, влияющих на «схемную» надежность будущей конструкции трубопроводной арматуры
Конструктивные факторы
1 Физико-механические свойства контактирующих поверхностей, включая срок старения уплотнительных материалов, температурные деформации полимерных и металлических элементов клапанно-седельных пар в процессе их работы.
2 Величина и стабильность усилия герметизации в зоне уплотнения, создаваемого задатчиком нагрузки (пружиной или автономным приводом).
3 Качество динамических процессов на основных и переходных режимах (скорость посадки клапана на седло, устойчивость, стабильность сил вязкого трения, характер приложения и передачи герметизирующего усилия к уплотнению).
4 Выбор расчетных запасов прочности корпусных и уплотнительных элементов с учетом всех возможных статических, динамических и климатических воздействий.
Технологические факторы
1 Степень точности центрирования сопрягаемых подвижных элементов, центрирование клапана относительно седла, наличие и величина перекоса осей контактируемых поверхностей клапанно-седельной пары и сочлененных с ними иных подвижных соединений, удаленность приложения силы герметизации от зоны уплотнения клапана по седлу.
2 Качество обработки и точность выполнения контактирующих и сопрягаемых поверхностей , степень отклонения их от заданной формы.
3 Качество мероприятий по предотвращению в подвижных звеньях клапанно-седельных пар явлений схватывания, включая коррозию, адгезию и льдообразование на поверхностях корпусов при пониженной температуре дросселирующей газообразной рабочей среды или криогенного компонента._
Эксплуатационные факторы
1 Вид и состояние рабочей и окружающей сред, характер изменения их параметров в эксплуатации.
2 Вид и характер воздействующих факторов (внешние -механические; климатические и внутренние - воздействие рабочей среды «на золотник» или «под золотник», особенности и длительность режима работы) в процессе эксплуатации, включая этапы хранения и транспортировки.
3 Вид, интенсивность и комбинирование проявляющих в эксплуатации коррозионных и адгезионных процессов, явлений схватывания (залипания), эрозии и облитерации в золотниковых и плунжерных парах клапанно-седельных пар.
4 Степень соответствия условиям эксплуатации методов и средств производственного контроля статических и динамических характеристик арматуры.
Отмеченные в таблицах 1 и 2 факторы были подвержены анализу с точки зрения влияния их варьирования на снижение эксплуатационных показателей клапанно-седельной затворов «конус-острая кромка» вследствие негативной интенсификации вызывающих их изменение деструктивных причин и особенностей проявления в уплотнительных соединениях. В рамках отмеченного выше анализа авторами разработана диаграмма Парето, рисунок 1, для неисправностей уплотнительных соединений (УС) серийной клапанной пневмогидроарматуры, разработанной и используемой рядом отечественных предприятий, обусловленных деструктивными факторами типов «1, 2, 3, 4, 5 и 6», см. таблицу 2.
Представленная классификационная схема является более углубленной проработкой схемы Исикава по превалирующим неисправностям. В частности, показано развитие не центрального «ствола дерева» со множеством неисправностей «а, б, в», а его периферии «1, 2, 3, 4, 5 и 6», которые и определяют причины, условия и характер возникновения и проявления главенствующих неисправностей.
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №7/2016 ISSN 2410-700X_
Таблица 2
Систематизация деструктивных факторов , вызывающих в процессе эксплуатации неисправности
элементов клапанной трубопроводной арматуры
Деструктивные факторы Неисправности, обусловленные деструктивными факторами
«1» - самопроизвольное, естественное изменение жесткости упругих металлических элементов (пружин, сильфонов и мембран) в процессе эксплуатации вследствие усадки (уменьшения длины) при циклическом нагружении или из-за конструкторско-технологических просчетов в оценке статических и динамических нагрузок при перекладке клапанно-седельных пар. «2» - залипание (заедание или нарушение плавности хода) подвижных элементов в плунжерных или золотниковых парах вследствие интенсификации явлений схватывания, адгезии и образовании льда при дросселировании газовых сред или замораживании криогенным компонентом. «3» - естественное «старение» (потеря упругости) эластомерных уплотнительных материалов в клапанно-седельных парах и герметизируемых стыках корпусных элементов. «4» - неблагоприятные воздействия на упруго-подвешенные клапанно-седельные пары и уплотнения герметизируемых стыков корпусов знакопеременных нагрузок, воспринимаемых арматурой по месту крепления с системой или объектом при транспортировании, хранении и погрузочно-разгрузочных работах. «5» - значительные динамические нагрузки в зоне уплотнителя клапанно-седельной пары при ударном контакте клапана с седлом, сопровождающееся в ряде случаев колебательными процессами упруго-подвешенных масс, отскоком и повторным соударением клапана с седлом. «6» - естественное «старение» (хрупкость или потеря упругих свойств) эластомерных уплотнительных материалов в клапанно-седельных парах и в герметизируемых стыках корпусных элементов. «а» - изменение нормативных/расчетных значений усилия (давления открытия) и времени срабатывания клапанно-седельной пары на этапах открытия и закрытия затвора. «б» - сверхнормативный рост перетечек среды через клапанно-седельную пару и герметизируемые стыки корпусных элементов. «в» - снижение назначенного ресурса (срока службы) уплотнительных и упругих устройств и элементов.
100 90
Оснобные биды неиспрабностей (ц 5, б, см. таблицу 2! из-за проябления деструктибных фактороб (1, 2, 3, 4, 5, 6, см. таблицу 2! на стадиях испытания, дободки и эксплуатации
Рисунок 1 - Диаграмма Парето для неисправностей клапанной пневмогидроарматуры из-за воздействия деструктивных факторов. * - процентная составляющая отдельного деструктивного фактора в конкретном виде неисправностей
В практике отечественного арматуростроения, учитывая неравнопрочность конструктивных элементов и узлов клапанно-седельной арматуры, с помощью инженерно-статистического анализа (ИСА)
возможно выделение одного или нескольких критических (наиболее «слабых» в прочностном отношении) элементов или параметров с выполнением условия эквивалентности. При этом для каждого критического элемента изделия определяется суммарная величина степени накопления повреждений в процентах, приводящая к отказам. Обычно инженерно-статистический анализ неисправностей клапанной арматуры проводят с помощью схемы Исикава и диаграмм Парето. По оси абцисс диаграммы указывают виды неисправностей, а по оси ординат - кумулятивный или накопительный, приводящий с течением времени к отказу, процент неисправностей или их причин. Обработка статистической информации позволяет в количественном отношении оценить соотношение степени воздействия различных видов неисправностей на работоспособность и эксплуатационной надежности изделия..
Далее отметим ряд предложений по обеспечению, так называемой, «схемной» надежности работы разрабатываемого изделия уже на этапе её эскизного проектирования.
В этой связи отметим, что для клапанно-седельных пар типа «конус-острая кромка», в общем случае, назначение величины зазора между конусом клапана и острой кромки седла производят с учетом следующих восьми факторов, из которых первые четыре деструктивные:
1.Неперпендикулярность плоскости седла к оси отверстия седла, по которому центрируется (самоустанавливается) клапан.
2.Некруглость седла и конуса.
3.Перекос геометрических осей отверстия седла и клапана.
4.Эксцентриситет геометрических осей отверстия седла и клапана
5.Изменение физико-механических свойств материалов седла и клапана при варьировании в эксплуатации численных показателей климатических (температурных) и механических воздействий на элементы клапанно-седельных пар, приводящих к изменению геометрических размеров последних.
6.Влияние силы поверхностного натяжения в поверхности по зазору клапана с седлом.
7.Влияние смятия острой кромки.
8.Влияние метода обработки элементов запорной пары.
Ниже охарактеризованы расчетно-графические оценки степени влияния на величину зазора между конусом и острой кромкой седла. Проследим, в первую очередь. влияние геометрии отверстия седла (овальность), рисунок 2.
Рисунок 2 - Отверстие седла диаметром й в координатах «X, У» в форме эллипса.
Форма отверстия седла рассматривается в виде эллипса с большой «а» и малой «Ь» осями, то есть очерка сечения цилиндрической поверхности диаметром «й» плоскостью, неперпендикулярной её оси, для которого справедливо:
ь = * \ (|)
V = а - Ь = а — й \ где V - величина эллипсности отверстия в седле.
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №7/2016 ISSN 2410-700X_
Влияние неперпендикулярности плоскости седла к оси отверстия седла наиболее неглядно можно представить графически, рисунок 3, и проследить влияние, так называемого, деструктивного фактора.
Выразим величину эллипсности v = a - b при условии b = d, см. соотношение (1), через параметры «d»
и «¿»:
a = Vd2 + б2 (2)
Рисунок 3 - Конструктивно-расчетная схема клапанно-седельной пары «конус - острая кромка» с компенсацией неперпендикулярности лоскости седла к оси отверстия седла. 1 - седло; 2 - конический клапан (в двух положениях); а - угол конусности клапана; d - диаметр отверстия седла; а и Ь = й -соответственно, большая и малая оси эллипсного седла; 3 - разновысотность граничных точек большой оси эллипсного седла; у - угол неперпендикулярности плоскости седла к оси отверстия седла; х - радиальное смещение вершины конуса клапана для его посадки на эллипсное седло.
С учетом (2) выражение (1) для v примет вид:
V = a - b = Vd2 + б2 - d = d ( h+ ^ -1
(3)
s2
Зависимость (3) при разложении входящего в нее выражения л/1 + ~[2 в биноминальный ряд с отбрасыванием членов малого порядка (выше второй степени) примет вид:
(4)
-1 s2 V 2 d
Выведем соотношение взаимосвязи параметра «v» с углом неперпендикулярности «у». Из прямоугольного треугольника А АВС следует:
S = d х tg у (5)
С учетом (5) выражение (4) примет вид:
1 9
v = - d х tg у (6)
Найдем соотношение, выражающее потребное радиальное смещение <Х» вершины конусного клапана
для компенсации неперпендикулярности плоскости седла к оси отверстия седла.
Из анализа соотношения сторон в треугольнике А NEM и параллелограмме MKDC, рисунок 3, следует:
NK = х
EM = DC = S |_ (7)
1 1 EK = KM = - EM = - S
2 2
Из прямоугольного треугольника А NKM справедливо:
— £
КМ g2 '
откуда NK = KM х tg-
С учетом (7) выражение (8) примет вид:
1 г л. а X = - д X tg-
2 2
Выражение (9) с учетом (5) представимо в виде:
- j j. а
х = - d х tg- х tg у
(8) (9) (10)
На рисунке 4 представлены графики зависимости эллипсности от неперпендикулярности плоскости седла к оси отверстия седла, рассматриваемой клапанно-седельной пары для диаметров отверстий седла 5, 10, 15 и 30 мм.
Рисунок 4 - Семейство зависимостей эллипсности от неперпендикулярности плоскости седла к оси отверстия седла клапанно-седельной пары «конус-острая кромка»
Из анализа кривых, см. рисунок 4, следует, что эллипсность при уменьшении диаметра возрастает; причем очевидно, что неперпендикулярность 0,01 мм и менее на герметичность оцениваемой клапанно-седельной пары влияния практически не оказывает.
Из выражения (9) следует, что при выборе посадки клапана в корпус для компенсации неперпендикулярности плоскости седла к оси отверстия седла следует принимать минимальный зазор в сопряжении по месту центрирования направляющей поверхности клапана в корпусе примерно в два раза больше заданной (обеспеченной в производстве) величины неперпендикулярности.
На производстве при различных способах механической обработки овальность отверстия седла формируется, как правило, в виде эллипсности или в виде огранки, причем последняя, в отличии от первой,
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №7/2016 ISSN 2410-700X_
не может быть компенсирована поворотом оси клапана относительно оси седла [1, с. 166-167].
Овальность отверстия в виде эллипсности, см. рисунок 2, иллюстрирует клапанно-седельная пара на рисунке 5.
Рисунок 5 - Конструктивно-расчетная схема клапанно-седельной пары «конус-острая кромка» с компенсацией некруглости отверстия седла в виде эллипсности. 1 - седло; 2 - конический клапан (в двух положениях); в - угол перекоса клапана, потребный для обеспечения его посадки на эллипсное гнездо.
Угол в, на который должен повернуться клапан для компенсации эллипсности v отверстия седла можно определить по формуле:
sin в =
d(i+t£)
(11)
На рисунке 6 отражена зависимость угла в перекоса оси клапана, необходимого для компенсации эллипсности V отверстия седла .
Одновременно отметим, что современные виды механической обработки элементов клапанно-седельных пар легко обеспечивают величину эллипсности отверстия седла не более 0,01 мм.
Влияние силы поверхностного натяжения жидкости в поверхности по зазору клапана с седлом в гидравлической запорной арматуре учитывается ряд общеизвестных положений [2, с. 45-62]. Так, если молекула находится внутри жидкости и удалена от её поверхности на расстояние, превышающее радиус
_ ? действия, силы
уравновешиваются.
сферы молекулярного притяжения в среднем
sinß Wv/í r[d[U tg(a/ '21]}
1
d=10 мм -.n
J
1М -6 -5 -4 -J -2 - 1
smßxW 8 6
2
Рисунок 6 - Зависимость угла в перекоса оси клапана от эллипсности V отверстия седла
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №7/2016 ISSN 2410-700X_
Если же молекула находится в поверхностном слое, толщина которого не превосходит радиус сферы молекулярного действия, то возникает равнодействующая сила, направленная внутрь жидкости. В результате в поверхностном слое появляются силы притяжения между молекулами, действующие вдоль поверхности жидкости. Эти силы называются силами поверхностного натяжения. Коэффициент поверхностного натяжения о численно равен отношению модуля силы F поверхностного натяжения, действующей на границу поверхностного слоя длиной l, к этой длине
F
о = 7 •
С возрастанием температуры о уменьшается и обращается в нуль при критической температуре.
Силами взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердых тел объясняется явление смачивания и несмачивания. С этим явлением связан подъем жидкости в капиллярах. Высота поднятия смачивающей жидкости в капилляре
h = (12) рдг
где 9 - угол смачивания (краевой угол); р - плотность жидкости; r - радиус капилляра; g - ускорение свободного падения.
Жидкость, которая не смачивает стенки капилляра, опускается ниже уровня жидкости в широком сосуде. Для полного смачивания 9 = 0, для полного несмачивания 9 = 1800
При расчетах сил поверхностного натяжения следует учитывать, что действуют они вдоль любого контура, ограничивающего участок поверхности раздела жидкости. При этом сила поверхностного натяжения, приложенная к каждому элементу контура, направлена касательно к поверхности по внутренней нормали к элементу контура.
В процессе решения практических задач следует обратить внимание на энергетический подход к рассмотрению явления поверхностного натяжения. При этом подходе о определяется работой, которую необходимо затратить, чтобы изотермически увеличить поверхность жидкости на единицу при сохранении объема неизменным:
А
о = ÄS •
При решении задач, в которых рассматривается поверхностное натяжение жидкостей с искривленными поверхностями, вводится понятие о добавочном (положительном или отрицательном)
давлении, определяемом по формуле р = ~т, где г - радиус кривизны поверхности. Для выпуклой поверхности р имеет положительное значение, для вогнутой - отрицательное. Необходимо обратить внимание на то, что это изменение давления происходит скачком.
В практических расчетах значений высоты поднятия в капилляре, где невозможно воспользоваться формулой (12), следует исходить из условия равновесия столба жидкости.
Влияние силы поверхностного натяжения оценивается через капиллярный напор, величину которого можно определить по закону Журена:
р = Т^от • (13)
где q - сила поверхностного натяжения жидкости на воздухе; р - удельный вес жидкости; R - радиус трубки; 9 - угол смачивания; д - ускорение свободного падения.
Согласно [3, с. 270-310] величина рк , рассчитанная по формуле (13), для жидкости АМГ-10 составляет 0,037 кгс/см2 при зазоре между конусом и седлом 0,01 мм. Причем при увеличении этого зазора капиллярное давление уменьшается в обратной пропорции к величине зазора. Отсюда следует, что на этапе эскизного проектирования при расчете клапанно-седельных пар величиной капиллярного давления можно пренебречь вследствие его малости.
В работе [4, с. 172-181] представлены результаты исследования влияния метода обработки элементов запорной пары: а именно, трех методов финишной обработки конусной поверхности клапана и поверхностей, образующих острую кромку седла (материал клапана - сталь 9Х18, HR; = 48 ... 54; материал седла - сталь 1Х17Н2, HR - 28 ... 35. Испытания проведены с использованием жидкости АМГ-10):
1. Точное точение.
2. Шлифование.
3. Алмазное выглаживание после чистого точения.
Из указанных результатов следует:
- микрообмер деталей показал, что рассматриваемые способы обработки не оказывают заметного влияния на погрешность формы и расположения поверхностей, однако детали, изготовленные точением с последующим выглаживанием, имеют меньшее рассеивание размеров, чем шлифование. Способ обработки оказывает существенное влияние на микрорельеф поверхностного слоя. Анализ профилограмм, снятых с обработанных поверхностей, показывают, что более благоприятный микрорельеф поверхность приобретает после алмазного выглаживания. Это способствует увеличению контактной площади запорной пары, а, следовательно, приводит к повышению герметичности, которая создается вследствие смятия кромки седла;
- экспериментально подтверждено, что наибольшая величина негеметичности наблюдается у изделий, имеющих шлифованные контактирующие поверхности, а наименьшая - у выглаженных алмазом.
Из обобщения вышеизложенного, применительно к трубопроводной арматуре с клапанно-седельными парами «конус-острая кромка», вытекает, что уже на этане эскизного проектирования такой арматуры конструктор должен провести тщательный анализ пределов изменения конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов, оценить их влияние на эксплуатационную надежность трубопроводной арматуры и заложить в разрабатываемую конструкцию принципы «схемной» надежности её работы по мере выработки в эксплуатации назначенного ресурса. Это позволяет при запуске разрабатываемой конструкции в серийное производство изготовить конкретные образцы клапанной трубопроводной арматуры с более высокими показателями герметизирующей способности, ресурса и времени срабатывания, чем заложено в конструкторско-технологическую документацию на объект разработки, что идет в запас работоспособности конструкции в эксплуатации при значительно большем разбеге охарактеризованных деструктивных факторов.
С целью снижения влияния ранее охарактеризованных деструктивных факторов на работоспособность клапанной трубопроводной арматуры была усовершенствована конструкция одного из типов пружинного клапана путем использования закладных шарниров пространственного положения. В результате появилась возможность не предъявлять повышенные требования к минимальности величин несовместимости -перекосу геометрических осей сопрягаемых поверхностей корпуса, направляющего хвостовика и зоны уплотнения клапана относительно седла в корпусе, что позволило значительно снизить трудоёмкость и время изготовления пружинного клапана [5, с.40-42]. Принципиальная схема конструкции пружинного клапана приведена на рисунке 7.
Рисунок 7 - Пружинное клапанное устройство 1 - корпус; 2 - седло; 3 - клапан; 4 - клапанное уплотнение; 5 - резьбовой хвостовик клапана; 6 - набор разрезных полувтулок; 7 - браслетная пружина; 8 - закладной конус; 9 - пружина; 10 - закладная сфера; 11 - резьбовой пружинный подпятник; 12 - гайка; 13 -
контргайка.
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №7/2016 2410-700Х_
В пружинном клапанном устройстве, содержащем корпус, внутри которого между штуцерами подвода и отвода рабочей среды размещены седло и введенный во взаимодействие с предварительно нагруженной пружиной составной клапан в виде направляющей детали, сцентрированной в корпусе, и державки клапанного уплотнения. Все детали связаны при помощи закладной опоры пространственного положения. Направляющая деталь выполнена в виде набора разрезных цилиндрических полувтулок с размещенной по их наружной поверхности стяжной пружиной и имеет выполненные на противоположных торцах внутренние сферические поверхности. Одна введена в контакт с наружной конической поверхностью державки клапанного уплотнения, а другая - введена в контакт с наружной конической поверхностью закладного конуса. Конус, в свою очередь, имеет сквозной центральный канал также с конической поверхностью, введенной в зацепление со сферической поверхностью закладной сферы. Сфера кинематически связана с пропущенным через центральное отверстие в ней цилиндрическим хвостовиком державки при помощи съемных крепежных элементов.
Принцип сборки изделия заключается в следующем: сначала вне корпуса собирается клапанный блок - детали 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 11, 12 и 13. Затяжкой гайки 12 и контргайки 13 обеспечивается требуемый зазор в сопряжении «копрус 1 - набор разрезных полувтулок 6» при конкретных допусках изготовления сопрягаемых деталей. При затяжке деталей 12 и 13 клапан 3 удерживается от проворачивания с целью исключения повреждения клапанного уплотнения 4 с использованием ключа, вставленного в клапан 3 в специально предусмотренное место под ключ.
Собранный клапанный блок вставляется в корпус 1 с центрированием по наружной поверхности полувтулок 6 до контакта клапанного уплотнения 4 с седлом 2.
После выполнения указанных действий устанавливаются пружина 9 и нагружающий её резьбовой пружинный подпятник. Клапан 3 вновь удерживается от проворота для исключения повреждения клапанного уплотнения 4.
Конструкция надежно работает при сравнительно высокой (в сравнении с известными конструкциями пружинных клапанов) несоосности сопрягаемых поверхностей элементов КСП, что достигается компенсацией при пространственном центрировании с помощью набора разрезных втулок 6, закладного корпуса 8 и закладной сферы 10. Сфера позволяет обеспечить параллельное взаимное положение уплотнительных поверхностей клапанного уплотнителя 4 и седла 2.
Изделие работает в режиме предохранительного клапана, перепускающего давление рабочей среды с входа на выход устройства при росте исходного давления сверхзаданного. При увеличенном (сверхзаданном) исходном давлении усилие от него преодолевает усилие цилиндрической пружины сжатия 9, и клапан 3 отходит вверх на определенный рабочий ход. Рабочая среда через зазоры между полукольцами 6 проходит на выход из устройства. После сброса некоторого объема избыточного давления входное давление рабочей среды снижается до допустимой заданной величины. Под действием усилия пружины 9 клапан 3 перемещается вниз до посалки клапанного уплотнителя 4 на седло 2. Если в процессе выработки изделием ресурса произойдет истирание (износ) трущихся поверхностей сопряжения «корпус 1 - наружная поверхность разрезных полувтулок 6», устройство в автоматическом режиме компенсирует возникающее увеличение зазора за счет раздвижки (увеличения наружного диаметра) набора полувтулок 6 под действием пружины 9 и углового смещения закладной сферы 10 относительно хвостовика 5 клапана 3.
К технико-экономическим преимуществам данного изделия по сравнению с устройствами аналогичного назначения следует отнести:
- расширение области применения за счет возможности использования в малогабаритных, компактных клапанных устройствах с малыми проходными диаметрами, затрудняющими или не допускающими использование шарнирных муфт и компенсационных устройств с существенными массо-габаритными характеристиками;
- обеспечение подстройки стабильной величины зазора в сопряжении «корпус - направляющая клапана», увеличивающегося вследствие эксплуатационного износа центрирующих поверхностей в процессе эксплуатации;
- сокращение срока создания эффективной конструкции пневмогидроарматуры и снижение стоимости изготовления изделий за счет снижения в предлагаемом устройстве требований к минимальности несоосности сопрягаемых поверхностей корпуса, клапана и направляющих элементов хвостовика, а также к
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №7/2016 ISSN 2410-700X_
классу точности и шероховатости сопрягаемых поверхностей. ВЫВОДЫ:
1 На базе углубленного анализа научно-технической литературы и патентной документации более, чем за 20-ти летний период авторами:
- систематизированы и детализированы до элементарных составляющих конструктивные, технологические и эксплуатационные факторы, подлежащие учету при разработке конкретного образца трубопроводной арматуры на базе уплотнительной пары «конус - острая кромка» в рамках обеспечения так называемой «прогнозируемой», далее «схемной» надежности, работы с наперед заданной эксплуатационной надежностью разрабатываемых конструкций на этапе проектирования;
- разработана диаграмма Парето для неисправностей УС серийной клапанной пневмогидроарматуры ряда отечественных предприятий, обусловленные отмеченными выше деструктивными факторами.
2 Охарактеризованы конструкторско-технологические особенности разработанной авторским коллективом патентно-защищенной оригинальной конструкции пружинного клапана на базе закладных шарниров пространственного положения, повышающих эксплуатационную надежность его работы в условиях проявления и интенсификации в эксплуатации деструктивных факторов и на порядок снижающих трудоемкость и время изготовления пружинного клапана в сопоставлении с конструкциями аналогичного назначения.
Список использованной литературы:
1. Чегодаев Д.Е Элементы клапанных устройств авиационных агрегатов и их надежность: учебное пособие / Д.Е. Чегодаев, О.П. Мулюкин. - М.: Изд-во МАИ. 1994. - 208 с.: ил.
2. Оно С. Молекулярная теория поверхностного натяжения в жидкостях: монография [Текст] / С. Оно, С. Кондо // Пер. с англ. С.И. Анисимова и Т.Л. Перельмана; под ред. И.З. Фишера. - Москва: Изл-во иностранной литературы, 1963. - 292 с.
3. Жуковский А.Е. Основы создания агрегатов автоматики пневмогидравлических систем летательных аппаратов и двигателей. Часть 1. Обеспечение конструкторской надежности и технологичности агрегатов: монография [Текст] /А.Е. Жуковский, В.М. Квасов, Г.В. Шахматов и др. - Самара: НПО «Импульс», 1993. -375 с.
4. Жуковский А.Е. Основы создания агрегатов автоматики пневмогидравлических систем летательных аппаратов и двигателей. Часть 2. Обеспечение качества динамических процессов и устойчивости систем с агрегатами управления и регулирования: монография [Текст] / А.Е. Жуковский, О.П. Мулюкин, Д.Е. Чегодаев и др. - Самара: НПО «Импульс», 1995. - 216 с.
5. Мулюкин О.П. Виды и влияние «наследственных пороков» при изготовлении клапанно-седельных пар арматуры на её эксплуатационную надежность [Текст] / Международный журнал «Трубопроводная арматура и оборудование». - №5 (80). - Санкт-Петербург: ООО «Валверус - ТПА», 2015. - С. 40-42.
© Мулюкин О.П., Береснев В.Л., Путилин С.В., Бугаков В.А., 2016
УДК 004.312.26
Николаев Александр Сергеевич
к.т.н., доцент
Факультет электроники, информатики и управления Калужский филиал МГТУ им. Н.Э. Баумана, г. Калуга, РФ
СЛОЖНОСТЬ ПОРОГОВОЙ ФУНКЦИИ И ЕЁ ИНВЕРСИИ
Аннотация
В статье оценивается сложность вычисления пороговой функции через её инверсию. Производится
