Клапан Ларнера – Джонсона

Клапан Ларнера -Джонсона — это механизм, используемый в плотинах и водонасосах для управления потоком воды через большие трубы. Клапан подходит для работы с высокоскоростным потоком с минимальной турбулентностью, даже когда он частично открыт, а приводная сила может обеспечиваться потоком воды, который он контролирует. Он был изготовлен в начале 20 века компанией Larner-Johnson в США. Клапаны по-прежнему производятся в Соединенном Королевстве компанией Blackhall Engineering Ltd. Эти клапаны имеют размеры до 21 фута (6,4 м) в диаметре и обеспечивают гидравлический напор 1000 футов (300 м). ^{[ 1 ]}

В 2009 году компания Blackhall Engineering поставила четыре клапана Ларнера-Джонсона с диаметром отверстия 60 дюймов Департаменту охраны окружающей среды города Нью-Йорка для водохранилища Ашокан в северной части штата Нью-Йорк. Каждый клапан способен пропускать поток 19 кубических метров в секунду, что является эквивалент 19 тонн воды в секунду. Клапаны контролируют поток воды из водохранилища Ашокан в акведук Катскилл до Нью-Йорка.

Операция

Клапан расположен внутри выпуклой части затворной трубы. Клапанный механизм образует цилиндрический корпус внутри этой трубы, вокруг которого течет вода. Эта задняя часть корпуса клапана имеет коническую форму и может свободно перемещаться в осевом направлении. Когда он движется вниз по потоку, он прижимается к конической поверхности на выходе клапана, перекрывая поток. В закрытом состоянии клапан удерживается в закрытом состоянии давлением подаваемой воды, обеспечивая хорошую герметизацию.

Клапан приводится в действие гидравлически за счет давления потока, которым он управляет. Для создания больших усилий, необходимых для работы этих огромных клапанов, используется сервомеханизм , причем энергия получается за счет давления самой воды. Хотя давление внутри трубы не может быть увеличено выше давления подачи, его можно уменьшить. Сечение трубы в нижней (нижней) части клапана уменьшено по сравнению с сечением над клапаном. По принципу Бернулли это увеличивает скорость потока воды, тем самым снижая давление. ^{[ я ]} Если давление воды сбрасывается через сливной клапан, очевидно, что это также снизит и ее давление.

Внутри неподвижный корпус клапана выполнен в виде цилиндра, а подвижная часть клапана внутри него выполнена в виде поршня. Конический клапан является частью этого поршня. Поршень двойного действия разделяет внутренний корпус клапана на две части, создавая давление воды с обеих сторон. Верхняя сторона поршня больше, чем полный диаметр поршня, и в нее подается вода через дроссельный клапан; обычно отрегулировано, а затем оставлено на месте. Нижняя сторона поршня представляет собой кольцевое пространство, окружающее движущийся корпус клапана и поддерживающее более низкое (бернуллиевское) давление воды. На кончике конического клапана имеется небольшой пилотный клапан , соединяющий верхнюю камеру клапана с выходным дренажем под клапаном. Этот пилотный клапан управляется механически снаружи камеры клапана и является основным регулятором положения клапана.

Когда давление воды увеличивается в верхней камере через дроссельный клапан, это перемещает клапан вниз по потоку и закрывает его, прижимая к седлу. Поскольку площадь поршня на этой стороне больше, давление легко превосходит меньшую площадь. ^{[ ii ]} кольцевого поршня внизу.

Если пилотный клапан открыт, вода сливается из верхней камеры и ее давление снижается. Пилотный клапан всегда имеет больший расход, чем наполнение через дроссельный клапан. Давление в кольцевой камере теперь толкает поршень вверх по потоку, поднимая корпус клапана с конического седла и открывая клапан.

В промежуточных положениях давление в двух камерах уравновешивается, и клапан остается частично открытым. Это зависит от размера поршня, снижения давления на выходе и расхода через два регулирующих клапана. Пилотный клапан обеспечивает пропорциональный контроль над расходом основного клапана, при этом открытие регулируется медленно и постепенно.

Если пилотный клапан закрыт, давление в верхней камере возрастает, подавляя нижнее давление и силу в нижней камере. Клапан снова принудительно закрывается. ^{[ 2 ]}

Огромные силы, действующие в клапане этого типа, могут создать проблемы для клапанов многих типов. Большим преимуществом клапана Ларнера-Джонсона является то, что эти силы всегда сбалансированы и действуют только внутри корпуса клапана, а не на его приводы. Это дает свободу от искажений и большую надежность. ^{[ 3 ]}

Ссылки

^ При установке на трубопровод расширяющаяся часть трубы после клапана увеличивает площадь, снижает скорость и восстанавливает это давление. ^{[ 2 ]}
^ Любое давление в области под седлом клапана также оказывает давление в направлении открытия, поэтому выходная сила не может зависеть только от уменьшенной кольцевой площади. Когда клапан закрыт, это давление почти равно нулю, поскольку воды нет, но когда клапан находится близко к открытому положению, это давление может быть значительным.

^ Блэкхолл Инжиниринг. «Обзор клапана Ларнера-Джонсона» (PDF) . п. 6.
^ Jump up to: ^а ^б Блэкхолл Инжиниринг. «Клапан Ларнера-Джонсона» (PDF) . п. 3.
^ Обзор клапана Blackhall & Larner-Johnson , стр. 10–11.

Внешние ссылки

Фотография клапана Ларнера-Джонсона

[3] При установке на трубопровод расширяющаяся часть трубы после клапана увеличивает площадь, снижает скорость и восстанавливает это давление. ^{[ 2 ]}

[4] Любое давление в области под седлом клапана также оказывает давление в направлении открытия, поэтому выходная сила не может зависеть только от уменьшенной кольцевой площади. Когда клапан закрыт, это давление почти равно нулю, поскольку воды нет, но когда клапан находится близко к открытому положению, это давление может быть значительным.

[BE,_L-JV_Overview,_6-1] Блэкхолл Инжиниринг. «Обзор клапана Ларнера-Джонсона» (PDF) . п. 6.

[BE,_L-JV,_3-2] Jump up to: ^а ^б Блэкхолл Инжиниринг. «Клапан Ларнера-Джонсона» (PDF) . п. 3.

[FOOTNOTEBlackhallLarner-Johnson_Valve_Overview10–11-5] Обзор клапана Blackhall & Larner-Johnson , стр. 10–11.

[ 1 ]

[ я ]

[ ii ]

[ 2 ]

[ 3 ]