ПОЛАНДОВ Юрий Христофорович, д-р техн. наук, профессор, профессор-консультант кафедры комплексной безопасности в строительстве
129337, г. Москва, Ярославское шоссе, 26
Scopus AuthorID: 55538573200
Yurii Kh. POLANDOV, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Professor-Consultant of Department of Integrated Safety in Civil Engineering
Yaroslavskoe Shosse, 26, Moscow, 129337
Scopus AuthorID: 55538573200
Введение. Значительная часть предохранительных клапанов прямого действия открывается при заданном давлении, а закрывается при меньшем, образуя петлю гистерезиса. Этот эффект известен по результатам испытаний давно. Причина возникновения гистерезиса объяснена путем сравнения газодинамических сил, действующих на подвижные части клапана, и усилия пружины или груза. К сожалению, сравнение выполнено графоаналитическим методом, не обладающим общностью суждений. Это можно было бы преодолеть, описав петлю гистерезиса аналитически, но известные математические модели, в том числе и численные, описывают только отдельные ее ветви, то ли это участок петли в момент открытия клапана, то ли закрытия.
Цель исследования. Аналитическим путем решить задачу построения петли гистерезиса в работе предохранительного клапана прямого действия.
Рабочая гипотеза. Резкое движение грибка клапана вверх с седла до упора в ограничители при достижении в защищаемом объеме расчетного давления и резкое движение грибка вниз на седло при снижении давления есть результат перескока грибка с одного устойчивого положения на другое, минуя неустойчивый участок характеристики клапана.
Метод исследования. Теоретический, с использованием законов газовой динамики, механики, теории устойчивости и теории подобия.
Выводы. Петля гистерезиса в работе предохранительного клапана, представляющая собой разрывную функцию, может быть описана аналитически. Она является набором устойчивых участков линии равновесия сил, действующих на подвижные части предохранительного клапана. Полученная из условия равновесия сил зависимость высоты подъема клапана от давления в защищаемом объеме вполне адекватно отражает известные экспериментальные данные.
Получено также, что грузовые клапаны органически имеют большую петлю гистерезиса, которую никакими способами нельзя исключить. У пружинных клапанов тоже бывает петля гистерезиса, размер которой можно регулировать за счет изменения жесткости пружины, в том числе полностью исключить.
Introduction. A large proportion of direct-action safety valves open at given pressure, and close at lower pressure, forming a hysteresis loop. This effect is known from the test results for a long time. The reason for the occurrence of hysteresis is explained by comparing the gas dynamic forces acting on the moving parts of the valve and the force of the spring or load. Unfortunately, the comparison is made by a graph-analytic method that lacks general judgment. This could be overcome by describing the hysteresis loop analytically, but known mathematical models, including numerical ones, describe only its separate branches, whether it is the section of the loop at the moment of valve opening or closing.
Purpose of the research. To solve analytically the problem of constructing the hysteresis loop in the operation of direct-action safety valve.
Working hypothesis. Sharp movement of the valve head upwards from the seat to the stop in the limiter when the calculated pressure is reached in the protected volume and sharp movement of the head downwards to the seat when the pressure is reduced is the result of the head jumping from one stable position to another, bypassing the unstable part of the valve characteristic.
Method of the research. Theoretical, with the use of laws of gas dynamics, mechanics, stability theory and similarity theory.
Conclusions. The hysteresis loop in the operation of the safety valve, which represents the discontinuous function, can be described analytically. It is a set of stable sections of the equilibrium line of forces acting on the moving parts of the safety valve. Obtained from the condition of equilibrium of forces, the dependence of the valve lift height on the pressure in the protected volume quite adequately reflects the known experimental data.
It is also obtained that load valves organically have a large hysteresis loop, which by any means cannot be excluded. Spring valves also have a hysteresis loop, the size of which can be adjusted by changing the spring stiffness, including complete exclusion.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.