Главная » 2015 » Октябрь » 21 » Гидравлические дроссели. Конструкция, характеристики и принцип работы.
18:00
Гидравлические дроссели. Конструкция, характеристики и принцип работы.
Гидравлические дроссели
Назначение дросселей — устанавливать желаемую связь между пропускаемым расходом и перепадом давления до и после дросселя. По характеру рабочего процесса дроссели являются гидравлическими сопротивлениями с регламентированными характеристиками. Применение дросселей в качестве регулирующих элементов требует от них двух качеств: - возможности получения характеристики, т. е. зависимости р = / (Q), желаемого вида; - сохранения стабильности характеристики при эксплуатации, а именно ее малой зависимости от изменения температуры (от вязкости) жидкости, неподверженность засорениям, облитерации.
Рассмотрим с этих позиций главные типы гидравлических сопротивлений и оценим возможность их использования в качестве регулирующих дросселей. Использование в качестве дросселей капилляров, т. е. длинных трубок со значительными сопротивлениями трения в зоне ламинарного течения позволяет получать дросселирующие элементы с линейной взаимосвязью между расходом Q и потерей р давления, что весьма желательно. Учитывая, что.при ограниченной длине дроссельных капилляров, длина начального участка ламинарного потока соизмерима с полной длиной капилляра, линейность указанной взаимосвязи будет приближенной (см. п. 1.25). Поскольку ламинарный режим течения устойчив при Re < Rei!p (см. п. 1.22) и потери при нем прямо пропорциональны вязкости, линейные ламинарные дроссели применимы только при малых скоростях жидкости, т. е. при малых значениях потери р (обычно р < 0,3 МПа) и в условиях достаточно стабильной температуры при эксплуатации. Ввиду большой длины капилляров их выполняют обычно в виде винтов 1 (рис. 3.84) с прямоугольным сечением резьбы в хорошо подогнанной по наружному диаметру гильзе 2. Дроссель на рисунке регулируемый. Вращением винтовой головки 3 работающая длина 1К винта и, следовательно, характеристика дросселя могут изменяться. Из-за указанных ограничений линейные дроссели с ламинарным течением, несмотря на удобный вид характеристики, применяют редко. Капилляры с турбулентным течением жидкости имеют в широком диапазоне Q сложный характер зависимости р — / (()), отличный от квадратичного из-за переменности коэффициента трения А,. Поэтому квадратичные капиллярные дроссели (например, 1 на рис. 3.80) применимы в условиях незначительных изменений р и Q, что соответствует условиям в предохранительном клапане при небольшом диапазоне изменения вязкости. Во избежание засорения и облитерации размер проходов капилляров должен быть не менее 0,6—0,8 мм при условии фильтрации жидкости. Широко применяют в качестве дросселирующих устройств местные сопротивления, используемые в зоне квадратичных режимов течения. Как было показано выше (см. гл. 7 и 8), дросселирующие элементы на базе диафрагм и насадков, где обтекаются острые кромки, уже при малых значениях Re, имеют слабо изменяющуюся от Re зависимость коэффициента расхода р. Хорошей стабильностью зависимости р = / (Re) обладают и клапанные щели (см. рис. 3.76). Этим обеспечивается хорошая стабильность в широком диапазоне Re квадратичных характеристик р — cQ2 у дросселей, основанных на применении таких элементов. На рис. 3.79 и 3.82 показаны соответственно демпфирующие дроссели 2 и 10 в виде цилиндрических насадков. Их назначение — гашение колебаний клапанов. Сопротивление этих дросселей должно быть достаточным, чтобы, препятствуя быстрому втеканию и вытеканию жидкости из объемов 1 и 9, не давать возможности возникнуть периодическим колебаниям клапана. Однако слишком большое сопротивление замедлит подъем и посадку клапана при смене его режимов работы, т. е. лишит его быстродействия, что недопустимо. Подбор сопротивлений дросселей выполняют опытным путем. На рис. 3.85 показан игольчатый регулируемый квадратичный дроссель на базе конусного клапана. Для пего действительно уравнение пропускной способности (3.72) для клапанов. Для плавности регулирования угол конусности р запирающего элемента делают по возможности малым (10—20°). На рис. 3.86 показан крановый регулируемый дроссель с плоской дросселирующей щелью 1 в поворачиваемой пробке 2. Ориентировочно коэффициент расхода такой щели ц я» 0,8- Совместно со стенкой корпуса щель образует плоский сходящийся насадок 3 переменной угловой протяженности, устанавливаемой поворотом пробки при настройке. Для плавности регулирования щели делают узкими. Рис. 3.87. Пакетные дроссели: а — с цилиндрическими насадками; б — с цилиндрическими насадками и диаметральными щелями
В системах гидроавтоматики широко используются квадратичные дроссели для малых расходов, но с необходимостью обеспечения значительного понижения давлений. Из общего уравнения пропускной способности для местных сопротивлений Q = (.iS У(2/ р)р видно, что такие дроссели должны иметь малую площадь S', следовательно они будут легко засоряться, облитерироваться, изменяя при этом характеристики. Поэтому получили распространение пакеты дросселей (рис. 3.87, а), составленные, как правило, из шайб с отверстиями, представляющими цилиндрические насадке (см. п. 1.40). В пакете каждый насадок работает при малом перепаде давления и поэтому может иметь приемлемый размер прохода (d г» ^ 0,6 - 0,8 мм). Сопротивление пакета должно равняться сумме сопротивлений отдельных насадков, однако на практике это часто не соблюдается по причине взаимного влияния насадков в пакете. Это возможно при малых размерах и 12 (рис. 3.87, а) и главным образом из-за сближения осей отверстий по углу расположения. В последнем случае струя из предыдущего отверстия влияет на условия втекания в последующее и сопротивление системы резко уменьшается. Сборка таких дросселей требует взаимной фиксации шайб. Этих недостатков не имеет пакет дросселей, изображенный на рис. 3.87, б, состоящий из шайб с центральными отверстиями и шайб с диаметральными шлицами. В нем не нужны разделительные камеры и безразлично взаимное расположение шайб при сборке. Шлицы, как и насадки имеют значительное сопротивление и поэтому в целом дроссели такого типа при реализации того же сопротивления имеют меньшее число шайб и более устойчивые характеристики. Это можно видеть на рис. 3.88, где штриховыми линиями показаны зависимости коэффициента расхода р для традиционных пакетных дросселей, рис. 3.88, а, и сплошными линиями — для пакетов дросселей, показанных на рис. 3.88, б (п — число шайб). Рис. 3.88. Зависимость коэффициента расхода пакетных дросселей от Re
Рис. 3.89. Дроссельный управляющий элемент типа сопло — заслонка: а — схема проточной части; б — коэффициент расхода регулируемого дросселя
Важным свойством квадратичных дросселей, нарушающим стабильность их характеристик, является возможность их работы в режимах безотрывного и отрывного течений. При этом скачкообразно изменяется коэффициент расхода (р, г» 0,8 до р, «0,6) и, следовательно, характеристика. Для систем гидроавтоматики это совершенно неприемлемо. Для дросселей, образованных цилиндрическими насадками, этого явления можно избежать, если на выходе из каждого насадка поддерживается достаточно высокое давление, исключающее кавитацию в нем. В этом отношении удобны пакетные дроссели. Дроссели широко распространены в системах гидроавтоматики. На рис. 3.89, а показана схема дроссельного управляющего элемента сопло-заслонка. Он состоит из нерегулируемого обычно пакетного дросселя 1 и регулируемого дросселя — сопла 2 с заслонкой 3. Сопротивление этой системы регулируется путем изменения ширины щели z. Если давление питания ра — const, то давление ру в камере 5 будет меняться пропорционально ъ и может быть использовано для воздействия на управляемый объект. Устойчивая работа такой системы требует отсутствия смены режимов течения в дросселях. Смена безотрывного 4' режима течения отрывным 4" ведет к изменению расхода Q, давления ру, силового воздействия струи на заслонку (см. эпюры р 4' и 4") и, следовательно, к колебаниям заслонки и управляемого объекта. Безотрывное течение вероятно, когда наружный диаметр торца сопла d'a dc. Поэтому наружный диаметр делают возможно меньшим [d„ ж (1,2 - 1,3)сУ и используют сопла только при отрывных режимах работы. Неустойчивости характеристики могут содействовать и внутренние отрывы потока при входе в цилиндрическую часть сопла. Для избежания этого длина сопла I sss (2 -г- 3) dc, а угол при входе 8 ж 50 -н 60°. Зависимость коэффициента расхода сопел описанного типа для разных относительных смещений zldc щели показана на рис. 3.89, б. Использование системы сопло-заслонка в гидроавтоматике описано в п. 3.38.
