11 – дроссель; 12 – корпус УК с седлом
В состав ИК входят: 1 – корпус с седлом; 2 – пружина, 3 – сильфон; 4 – тарель. В состав УК входят: 5 – шток с затвором; 6 – сильфон; 7 – пружина; 12 – корпус с седлом.
Связь ИК с УК и баком осуществляется импульсными трубопроводами 8, 9 и 10, в котором установлен дроссель 11. За тарелью ИК устанавливается нерегулируемая пружина 2, размещенная в сильфоне 3, внутренняя полость которого через дроссель 11 связана с баком. Сильфон 3 ИК импульсным трубопроводом 8 связан с выходной полостью УК. Импульсный трубопровод 10 связывает бак с полостью наружной поверхности сильфона 6 УК.
При достижении давления открытия КП, давление в сильфоне 2 ИК снижается благодаря открытию затвора 5 УК. В результате наступает момент равновесия сил, действующих на прижатие тарели и на открытие ее от давления в баке p б. С увеличением расхода газа через ИК тарель 4 перемещается в сторону большего открытия. Такую возможность создает УК, который благодаря незначительному повышению p б дополнительно приоткрывает затвор 5 УК. Наличие дросселя 11 создает возможность понизить давление в сильфоне 3 ИК благодаря дополнительному открытию затвора 5 УК.
При составлении системы уравнений, описывающих работу клапана в статике, примем следующие допущения:
- все полости клапана, выполненного по схеме непрямого регулирования разбиваются на участки, давление в которых приняты одинаковыми;
- истечение между полостями адиабатическое;
- истечение через исполнительный и управляющий клапаны в атмосферу сверхкритическое;
- все эффективные площади являются постоянными величинами;
- жесткости упругих элементов исполнительного и управляющего клапанов не зависят от величины хода и являются постоянными величинами;
- при расчетах ходов исполнительного клапана принято, что весь расход рабочего тела проходит через исполнительный клапан.
Cоставим систему уравнений, описывающих работу клапана по схеме, приведенной на рис. 4.10.
(4.5)
(4.6)
(4.7)
(4.8)
(4.9)
(4.10)
(4.11)
(4.12)
Приняты условные обозначения:
S = 78.5 см2 – площадь седла ИК;
p с – давление в сильфоне 3 ИК;
Fc = 65 см2 – эффективная площадь сильфона 3 ИК;
Q = 500 Н – сила пружины 2 при h1=0
k 1 = 70 H/мм – суммарная жесткость пружины 2 и сильфона 3 ИК;
h 1 – ход тарели ИК;
S сил = 15.8 см2 – эффективная площадь сильфона 6 УК;
Sшт = 0.3 см2 – площадь штока 5 УК;
Sc = 0.785 см2 – площадь седла УК;
q = 380 Н– сила пружины 7 УК при h2 =0;
k 2 = 40 H/мм – суммарная жесткость пружины 7 и сильфона 6 УК;
h 2 – ход затвора 5 УК;
G ИК – расход газа через ИК;
μ1 = 0.7 – коэффициент расхода;
f 1 – потребная площадь для расхода газа через ИК;
Y 1 = 21.446 
– коэффициент для сверхкритического течения газа;
G УК – расход газа через УК;
µ2 = 0.7 – коэффициент расхода;
f 2 – потребная площадь для расхода газа через УК;
G др – расход газа через дроссель 11;
μ3 = 0.8 – коэффициент расхода;
f 3 = 0.04 см2 – площадь проходного сечения дросселя диаметром 
мм;
Y 2 – коэффициент для докритического течения газа (зависит от βкр);
d ИК = 100 мм – диаметр седла ИК;
d УК = 10 мм – диаметр седла УК.
Параметры пружин.
Пружина 2 ИК: Q = 500 Н, d = 6 мм, D ср = 60 мм, c = 10, Н1 = 90 мм,
Q3 = 1000 Н, Н3 = 40 мм, n = 6, k = 10 Н/мм, τ 3 = 800 МПа, G = 70000 МПа.
Пружина 7 УК: Q 1 = 330 H, d = 4 мм, D ср = 28 мм, c = 7, Н1 = 41 мм,
Q3 = 620 Н, Н3 = 26 мм, n = 6, k = 20 H/мм, τ 3 = 840 МПа, G = 70000 МПа.
Решая систему уравнений (4.5) – (4.12) для расходов газа от 0 до 1.5 кг/с, обращаем внимание, что в момент разгерметизации тарели ИК, давление в сильфоне 3 понижается с 0.22 до 0.19 МПа. При достижении расхода 1.5 кг/с, давление в сильфоне составляет 0.082 МПа. Во всем диапазоне изменения расходов предохранительный клапан поддерживает давление в баке от 0.22 до 0.226 МПа.
Полученный результат свидетельствует о том, что КП, выполненный по схеме непрямого регулирования гораздо точнее обеспечивает поддержание давления в баке в заданном диапазоне изменения расходов, чем КП, выполненный по прямой схеме. Об этом свидетельствует график рис. 4.11. Следует отметить, что используя схему предохранительного клапана прямого действия, можно попытаться улучшить расходную характеристику КП путем уменьшения ходов тарели на открытие при соответствующем увеличения диаметра седла. Однако, надо иметь ввиду, что при этом растут габариты и масса конструкции КП, что часто служит основанием принимать решение в пользу схемы КП непрямого регулирования.
Рис. 4.11. Давление, поддерживаемое предохранительным клапаном на расходе газа:
1 –предохранительный клапан прямого регулирования;
2 –предохранительный клапан непрямого регулирования;