Для чего нужен перепускной клапан в насосе

Перепускной клапан (переливной клапан) — это устройство, предназначенное для поддержания давления среды на требуемом уровне путём перепуска её через ответвление трубопровода [1] .

Среда может быть жидкая или газообразная [2] .

Перепускной клапан поддерживает давление в системе путём непрерывного отвода жидкости (газа), чем он отличается от предохранительного клапана, который ограничивает повышение давления в системе сверх заданного путём однократного или периодического отвода жидкости (газа) из системы.

Внешне перепускной и предохранительный клапаны могут не отличаться друг от друга.

Также, как и редукционный клапан, перепускной клапан поддерживает постоянство давления в системе. Однако перепускной клапан поддерживает постоянным давление на входе в клапан («до себя»), а редукционный клапан поддерживает постоянство давления на выходе («после себя»).

Содержание

Перепускной клапан и турбонаддув двигателя внутреннего сгорания [ править | править код ]

Перепускной клапан (blow-off) используется для сброса избыточного давления, создаваемого во впускном коллекторе в атмосферу. Также, существует вариант сброса избыточного давления в начало тракта впуска (bypass).

Избыточное давление образуется вследствие работы турбонаддува ДВС.

Перепускной клапан в системе подачи топлива [ править | править код ]

Перепускной клапан в системе подачи топлива устанавливается рядом с топливным насосом [3] , а иногда и объединяется с ним. Он предназначается для слива избыточного топлива, подаваемого топливным насосом, обратно в топливные баки. [4] Таким образом, перепускной клапан обеспечивает одинаковое давление в топливоподкачивающей системе, независимо от режима работы двигателя. [5] Соленоидный клапан работает вместе с перепускным, перекрывая его, таким образом, герметизируя цепь высокого давления. [6]

Перепускной клапан в системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания [ править | править код ]

Перепускной клапан предназначен для возвращения жидкости из расширительного бака в радиатор охлаждения. Это необходимо, потому что при охлаждении антифриз уменьшается в объёме и в системе образуется разрежение. [7]

Переливной клапан предназначен для поддержания заданного давленая в месте его подключения за счет непрерывного слива рабочей жидкости. Принципиально переливной клапан отличается от предохранительного только постоянством своего действия, что предъявляет к его конструкции ряд требований:

– скорость жидкости, протекающей через клапан, должна быть сравнительно небольшой (не более 5–8 м/с);

– запорный элемент не должен подвергаться колебательным явлениям;

– пропускная способность клапана должна быть значительной (в пределе равной подаче насоса).

Для увеличения чувствительности клапана и повышения стабильности давления в гидросистеме золотник делают дифференциальным или к основному клапану пристраивают вспомогательный. На рисунке 6.3 показан переливной клапан.

Рисунок 6.3 – Переливной клапан:

1 — корпус; 2 — запорное устройство; 3 — пружина; 4 — регулировочный винт

Редукционный клапан

Редукционный клапан предназначен для поддержания заданного более низкого давления рабочей жидкости в отводимом от него потоке по сравнению с давлением в подводимом к нему потоке. Редукционный клапан, как и переливной, при работе открыт и отличается от него тем, что поддерживает постоянное давление жидкости после себя в потоке, в то время как переливной — до себя. На рисунке 6.4, а приведена схема клапана, предназначенного для больших перепадов давления.

Рисунок 6.4 – Схема редукционного клапана:

1 — корпус; 2 — запорное устройство; 3 — пружина; 4 — регулировочный винт

Гидролинией А к запорному элементу 2, выполненному в виде дифференциального золотника, подводится жидкость высокого давления р1, а по гидролинии 4 отводится жидкость с пониженным давлением р2. Если давление в полости 3 снизится, то оно снизится и в полости 7, и сила давления жидкости, действующая на запорный элемент 2 снизу, окажется больше суммарного усилия пружины и силы давления, действующей на запорный элемент сверху. Последний приподнимается вверх, уменьшится сопротивление щели между седлом и запорным элементом и давление в полости 3 повысится. При повышении давления в полости 3 произойдет обратное явление. Величина редуцированного давления регулируется с помощью винта 10. Для устранения колебаний запорного элемента в соединительную трубку 6 вставлена втулка 9 с капиллярными отверстиями. Полость 5 соединена с линией слива. Редукционные клапаны применяются в схемах с несколькими потребителями, питающимися от одного насоса, но требующими разных давлений.

Перепускной клапан

Перепускной клапан служит для слива рабочей жидкости в системе при работающем насосе и выключенном потребителем ее гидравлической энергии.

Перепускной клапан (рисунки 6.5, а, б) состоит из корпуса 1, клапана 2, цилиндрической пружины 3, запорного клапана 4, рабочей полости А, сливного канала Б и канала управления С.

Рисунок 6.5 — Перепускной клапан:

а — закрытое положение; б — рабочее положение; 1 — корпус; 2 — клапан; 3 — пружина; 4 — запорный клапан

При функционировании гидропривода золотник управления перекрывает канал управления С, а жидкость через рабочую полость А поступает к исполнительному рабочему органу, давление жидкости р над цилиндрической частью клапана и давление в рабочей полости равны, поэтому за счет разности площадей верхней и нижней S частей клапана и жесткости с пружины возникает сила Fр, прижимающая конус клапана к седлу.

Если золотник управления открывает канал С и соединяет его со сливом, то за счет разности давлений в надклапанной камере и рабочей полости А происходит подъем клапана, часть рабочей жидкости проходит через сверление в цилиндрической его части и через запорный клапан на слив, а основной поток жидкости в полость В. При этом происходит разгрузка насоса, так как давление нагнетания равняется давлению слива жидкости.

При расчете предохранительных клапанов, необходимо подбирать параметр посадочного гнезда и жесткость пружины, так как давление жидкости р1 действуя на поверхность клапана, площадью S создает силу F1, противодействующую силе сжатой пружины Fпр. При нормальной работе гидропривода F1 Fпр, клапан закрыт.

Расход через золотник клапана определяется по формуле:

, (6.1)

где μкл — коэффициент расхода, μкл = 0,6–0,72;

Sкл — площадь дроссельной щели;

ρ — плотность рабочей жидкости;

р1 — давление срабатывания предохранительного клапана;

Для шарикового клапана:

, (6.2)

, (6.3)

, (6.4)

где D — диаметр проходного сечения нагнетательного отверстия клапана;

Dу — наружный диаметр уплотнительного пояска клапана.

Для конусного клапана площадь:

, (6.5)

где α — угол конусности седла клапана, α = (30–60)º для конического и шарикового клапанов;

h — высота поднятия клапана от поверхности седла.

. (6.6)

Жесткость пружины предохранительного клапана определяется:

. (6.7)

Давление срабатывания предохранительного клапана при известной жесткости пружины находится по формуле:

. (6.8)

Поддержка постоянного давления топлива в ТНВД дизельных двигателей — обязательное условие работы данного агрегата и всей системы питания. Постоянство давления достигается применением перепускных (редукционных) клапанов — все об этих деталях, их типах и конструкции, работе и замене читайте в статье.

Что такое перепускной клапан ТНВД

Перепускной клапан ТНВД (редукционный клапан) — узел топливного насоса высокого давления систем питания дизельных двигателей, регулируемый клапан (гидравлический дроссель) для слива излишков топлива и поддержания необходимого давления топлива в насосе.

Перепускной клапан выполняет несколько функций:

• Слив избыточного топлива из насоса;
• Удаление воздуха, попавшего в топливную систему;
• Поддержка постоянного давления топлива внутри насоса (в каналах насосных секций многосекционных ТНВД и в корпусе распределительных ТНВД).

Редукционный клапан представляет собой автоматический гидравлический дроссель — устройство, создающее сопротивление потоку жидкости и обладающее возможностью изменять интенсивность этого потока в зависимости от гидравлического давления. В определенном диапазоне давлений перепускной клапан закрыт или создает высокое сопротивление потоку жидкости, при превышении некоторого порогового давления клапан открывается и сбрасывает излишки топлива из насоса, предотвращая дальнейший рост давления.

Перепускной клапан входит в состав секции низкого давления ТНВД, он работает автоматически и лишь нуждается в регулировании для установления порога срабатывания.

Типы, конструкция и принцип работы перепускного клапана ТНВД

Прежде всего, следует отметить, что сегодня существует несколько типов клапанов, обеспечивающих перепуск топлива в ТНВД:

• Перепускной (редукционный) клапан в многосекционных насосах;
• Перепускной (редукционный) клапан регулирования давления внутри корпуса (на входе в насосную секцию топливоподкачивающего насоса) в ТНВД распределительного типа;
• Клапан дросселирования перепуска в насосах распределительного типа.

Каждый из клапанов имеет свои конструктивные особенности и занимает определенное место в топливном насосе высокого давления.

Перепускной клапан в многосекционных ТНВД. Данный клапан устанавливается в передней стенке корпуса насоса, он связан с каналами подачи топлива от топливоподкачивающего насоса на нагнетательные секции. Конструктивно клапан очень прост: его основу составляет корпус, внутри которого располагается подпружиненный запорный элемент в виде шарика или диска. Корпус может быть двух типов:

• Болт. Клапан выполнен в виде болта, внутри которого располагается запорный элемент, а на стенках выполнено два или более отверстий для отвода топлива в обратную магистраль. Болт вворачивается в корпус насоса, он удерживает соединительный ниппель, к которому присоединяется обратная магистраль;
• Штуцер. Клапан выполнен в виде штуцера, внутри которого располагается запорный элемент. Штуцер вворачивается в корпус насоса, а к наружной резьбе присоединяется обратная магистраль.

Работает перепускной клапан этого типа следующим образом. При низком давлении в подводящей магистрали клапан закрыт за счет усилия пружины — топливо подается к нагнетательным секциям. При изменении режима работы двигателя меняется и работа ТНВД и топливоподкачивающего насоса, в какой-то момент давление топлива в подводящей магистрали повышается, что может затруднять работу нагнетательных секций. При превышении порогового давления (которое лежит на уровне 58-80 кПа) преодолевается усилие пружины и клапан открывается — происходит сброс излишков топлива в бак через обратную магистраль. При падении давления клапан вновь закрывается.

Следует отметить, что в многосекционных насосах редукционный клапан отвечает, в основном, за отвод излишком топлива, а удаление воздуха из системы осуществляется клапаном-жиклером, установленным на фильтре тонкой очистки топлива.

Перепускной клапан распределительных ТНВД. Данный клапан выполняет те же функции, что и перепускной клапан многосекционных насосов. Он устанавливается сразу за топливоподкачивающим насосом и осуществляет сброс излишков топлива при повышении давления. Клапан может выполняться в виде болта или штуцера, также он может встраиваться непосредственно в корпус насоса.

Клапан дросселирования перепуска распределительных ТНВД. Данный узел объединяет в себе две детали — жиклер слива топлива и собственно перепускной клапан. В насосах распределительного типа присутствует сливной жиклер — отверстие малого диаметра, через которое постоянно осуществляется слив топлива в обратную магистраль. Жиклер обеспечивает циркуляцию топлива через насос, за счет чего происходит охлаждение деталей агрегата и удаление из него воздуха. В некоторых насосах жиклер как таковой отсутствует, он объединяется с клапаном дросселирования перепуска, который при низком давлении всегда пропускает некоторое количество топлива, а при росте давления открывается и сбрасывает излишки топлива в обратную магистраль.

Клапан дросселирования перепуска имеет конструкцию, аналогичную обычному перепускному клапану, однако в его корпусе выполнено дополнительное отверстие малого диаметра — жиклер, постоянно соединенный с обратной магистралью. Запорный элемент клапан находится выше жиклера и не закрывает его. При росте давления запорный элемент преодолевает упругость пружины, поднимается и открывает основное сливное отверстие — в этом случае излишки топлива поступают в обратную магистраль. При падении давления запорный элемент возвращается в первоначальное положение и слив топлива происходит только через жиклер.

Клапан дросселирования перепуска обычно выполняется в виде болта, который вворачивается в резьбу на корпусе ТНВД и соединяется с обратной магистралью с помощью ниппеля.

Правильный выбор и замена перепускного клапана ТНВД

Редукционные клапаны имеют крайне простое устройство, однако они постоянно подвергаются высоким нагрузкам и довольно часто выходят из строя. Неисправность клапана проявляется ухудшением работы двигателя — он теряет приемистость и на некоторых режимах заметны ухудшения его характеристик. В этих случаях необходимо демонтировать и проверить клапан, и, если он неисправен — произвести замену.

Для замены необходимо выбирать перепускной клапан того же типа и модели, что установлен на ТНВД производителем — только в этом случае есть гарантии, что клапан имеет необходимые характеристики и обеспечит нормальную работу насоса. Многие клапаны допускают регулировку давления, при котором происходит перепуск топлива — данную регулировку необходимо производить в строгом соответствии с инструкцией по ТО и ремонту автомобиля/трактора. Как правило, регулировка сводится к изменению числа шайб, подкладываемых под головку клапана, хотя здесь есть и исключения — все зависит от конкретного типа устройства.

При верном выборе, замене и регулировке редукционного клапана топливный насос будет эффективно работать на всех режимах, обеспечивая нормальные рабочие характеристики силового агрегата.

Источник: automotogid.ru