bbk 000000

УДК 696.117.62-192

Свинцов А. П., Мукарзель С. А., Сученко В. Н., Глебов Е. А.

Методика расчета площади проходного отверстия плоского клапана вентильной головки

Аннотация

Представлена методика расчета площади и геометрических параметров проходного отверстия запорного клапана с плавно изменяющейся формой сечения. Методика позволяет проектировать плоские клапаны для санитарно-технической арматуры различного назначения.

Ключевые слова:

водоразборная арматура , запорный клапан , проходное отверстие , расход , давление

Скачать статью в виде журнальной верстки PDF

Водоразборная арматура систем внутреннего водопровода в основном оснащена вентильными головками с плоскими запорными парами шайбового типа, которые работают практически без утечек воды и характеризуются высокой износостойкостью. Однако вентильные головки с запорной парой шайбового типа и проходным отверстием в виде секторов (рис. 1, б) и полукруга (рис. 1, в) имеют низкую регулирующую способность: при повороте рукояти на 10–15 расход воды чрезвычайно низок (от нескольких капель до 0,002 л/с), а при повороте на 45 и более изменяется нелинейно по квадратичному закону относительно площади проходного отверстия. Низкая регулирующая способность водоразборной арматуры обусловливает непроизводительные расходы воды.

В Российском университете дружбы народов была разработана запорная пара шайбового типа с проходным отверстием, форма сечения которого плавно изменяется (рис. 1, г). Такая форма проходного отверстия обеспечивает линейное изменение расхода воды в зависимости от степени открытия крана, что позволяет сократить время на регулировку и за счет этого существенно снизить потери воды в виде непроизводительных расходов. Снижение потерь воды приводит к экономии денежных средств и водных ресурсов.

При проектировании запорного клапана вентильной головки одним из важнейших этапов является определение площади проходного отверстия, необходимой для пропуска требуемого расхода воды при заданном давлении. Решение указанной задачи для запорной пары с проходным отверстием в виде полукруга или секторов не вызывает затруднений. Для проходных отверстий с плавно изменяющейся формой сечения специалистами Российского университета дружбы народов разработана методика, позволяющая проектировать запорные пары любого назначения с различными расходными характеристиками. Методика позволяет определять площадь проходного отверстия с плавно изменяющейся формой сечения при заданных геометрических параметрах, а также геометрические параметры отверстия при известной площади отверстия, необходимой для пропуска заданного расхода жидкости при определенном давлении.

При проектировании вентильных головок шайбового типа с плавно изменяющимся сечением проходного отверстия возможны несколько вариантов формирования его геометрии. Для наглядности рассмотрим вариант (рис. 2) при условии:

где R – радиус наружной дуги проходного отверстия; R₁ – радиус внутренней дуги проходного отверстия.

Площадь сечения проходного отверстия запорной пары (рис. 3) определяется:

_зп = S_OEC – S_ODB – S₁;     (1)

S_OEC = R²/2;              (2)

S_ODB = S_ODO1 + S_O1DB;     (3)

S_O1DB = R₁²/2;             (4)

где S_OEC – площадь сектора ОЕС, образованного радиусом R(рис. 3);  – угол поворота рукояти вентильной головки (изменяется от 0 до ); S_ODB – площадь фигуры ОDB (рис. 3), которая изменяется в зависимости от изменения  от 0 до  /2; S_O1DB – площадь сектора О₁DB (рис. 4);  – угол О₁DB, = 2; S_ODO1 – площадь фигуры ОDО₁ (рис. 4).

Подставляя формулы (2), (3), (4), (5) в уравнение (1), получаем:

Уравнение (6) позволяет определить параметры проходных отверстий запорных пар шайбового типа для вентилей и вентильных головок водоразборной арматуры любого назначения.

При этом возможны два варианта решения задачи:
по заданным геометрическим параметрам определяется площадь проходного отверстия;
по заданной требуемой площади определяются геометрические параметры проходного отверстия.

В соответствии с расчетом площади проходного отверстия и ее геометрических параметров, выполненным авторами по представленной методике, были изготовлены и исследованы опытные образцы запорного клапана. При проектировании запорной пары с плавно изменяющимся сечением проходного отверстия основное внимание уделено обеспечению минимального расхода воды при полностью открытом кране и давлении 0,05 МПа. Изменение расходных характеристик рассчитанной запорной пары представлено на рис. 5.

При полностью открытом кране и давлении 0,05 МПа расход воды составляет не ниже требуемого минимального значения. При всех значениях давления (при которых выполнены стендовые испытания) расход воды изменяется практически линейно по мере открытия крана, что свидетельствует о высокой регулирующей способности вентильной головки, снабженной плоской запорной парой с плавно изменяющимся сечением проходного отверстия. Линейное изменение расхода воды позволяет быстро отрегулировать требуемый расход воды с желаемой температурой при минимальных непроизводительных расходах, неизбежных при водопотреблении.

Экспериментальная проверка водосберегающей способности указанной арматуры в эксплуатационных условиях показала их высокую эффективность. Для домохозяйства из трех человек при прочих равных условиях снижение водопотребления составляет 12–15% в месяц по сравнению с использованием вентильных головок, имеющих запорный клапан с отверстием в виде полукруга.

Выводы

Разработанная методика расчета водоразборной арматуры для систем внутреннего водопровода – запорного клапана шайбового типа с плавно изменяющимся сечением проходного отверстия – позволяет определять его площадь и геометрические параметры, а также требуемую площадь отверстия, задаваясь значением расхода жидкости и геометрическими параметрами. Стендовые испытания вентильной головки, снабженной плоской запорной парой с плавно изменяющимся сечением проходного отверстия, свидетельствуют о ее высокой регулирующей способности. В эксплуатационных условиях водоразборная арматура также показала высокую водосберегающую эффективность.