Дроселі й регулятори витрати

Дроселі й регулятори витрати призначені для регулювання витрати робочої рідини в гідросистемі або на окремих її ділянках і пов’язаного із цим регулювання швидкості руху вихідної ланки гідродвигуна. Дроселі виконуються за двома принциповими схемами.

Лінійними називаються дроселі, в котрих втрати тиску пропорційні витраті рідини. У таких дроселях втрати тиску визначаються втратами тиску по довжині. Змінюючи довжину каналу, по якому рухається рідина, можна змінити втрати тиску й витрати через дросель. Прикладом лінійного дроселя служить гідроапарат із дросельним каналом (рисунок 6.10).

а б

Рисунок 6.9 – Подільник потоку:

а – принципова схема; б – умовне позначення; в – умовне позначення суматора потоку

У цьому дроселі рідина рухається по гвинтовій прямокутній канавці, довжину якої можна змінювати поворотом гвинта. Площу живого перетину й довжину каналу встановлюють з умови отримання в дроселі необхідного перепаду тисків і виключення забруднення каналу механічними домішками, що знаходяться в робочій рідині. У таких дроселях за рахунок збільшення довжини каналу можна збільшити площу його живого перетину, виключивши тим самим забруднення дроселя під час його роботи.

Рисунок 6.10 – Лінійний дросель:

1 – корпус; 2 – гвинт

Нелінійні дроселі характеризуються тим, що режим руху рідини через них турбулентний, а перепад тисків практично пропорційний квадрату витрати рідини, тому такі дроселі часто називають квадратичними. У них втрати тиску визначаються деформацією потоку рідини й вихороутворюваннями, викликаними місцевими опорами. Зміна перепаду тиску, а отже, і зміна витрати рідини через такі дроселі досягається зміною або площі прохідного перетину, або кількості місцевих опорів.

У регульованих (рисунок 6.11, а, б, в, г) і нерегульованих (рисунок 6.11, д, е) нелінійних дроселях довжина шляху руху рідини зведена до мінімуму, завдяки чому втрати тиску й витрати практично не залежать від в’язкості рідини й змінюються тільки при зміні площі робочого прохідного перетину. Максимальну площу встановлюють з умови перепускання заданої витрати рідини через повністю відкритий дросель, мінімальну – з умови виключення забруднення робочого вікна.

У пластинчастих дроселях (рисунок 6.11, е) опір залежить від діаметра отвору, який можна зменшити лише до певної межі (d_min > 0,5 мм), що обмежується забрудненням під час роботи такого дроселя. Для одержання великого опору застосовують пакетні дроселі з рядом послідовно з’єднаних пластин (рисунок 6.11, д). У таких дроселях відстань між пластинами l повинна бути не меншою ніж (3... 5)d, а товщина пластин s–не більшою за (0,4... 0,5)d.

Сумарний опір пластинчастого дроселя регулюється підбором пластин, а перепад тиску визначається за формулою

, (6.4)

де γ – питома вага рідини;

ζ – коефіцієнт місцевого опору отвору;

n – кількість пластин;

v – середня швидкість потоку рідини в прохідному отворі пластини.

До нелінійних дроселів належать також і комбіновані, у яких втрати тиску по довжині та місцеві втрати співрозмірні між собою за величиною й рівною мірою впливають на витрату рідини через дросель (рисунок 6.11, б). На характеристику комбінованих дроселів впливає в’язкість робочих рідин. Тому такі дроселі доцільно застосовувати в гідросистемах, у яких температура робочої рідини змінюється в незначних межах.

Для визначення витрати рідини через дросель користуються формулою

, (6.5)

де S_др – площа прохідного перетину дроселя;

Δp – перепад тисків у дроселі;

μ – коефіцієнт витрати, що залежить від конструкції дроселя, числа Рейнольдса, форми й розмірів отвору.

Рисунок 6.11 – Принципові схеми нелінійних дроселів:

а – голчастого; б – комбінованого; в – коркового щілинного;

г – коркового ексцентричного; д – пластинчастого пакетного;

е – пластинчастого; ж – умовне позначення регульованого дроселя;

1 – корпус; 2 – голка; 3 – діафрагма; 4 – пробка; 5 – пластина; 6 – втулка

Важливою характеристикою дроселів є їх рівномірна та стійка робота при малих витратах. Однак стійка робота дроселя можлива при зменшенні площі до певної межі, нижче якої витрата стає нестабільною. Це пояснюється облітерацією – зарощуванням прохідного отвору.

Сутність облітерації полягає в тому, що в мікронерівностях вузьких каналів затримуються й осідають тверді частки, що втримуються в робочій рідині. Якщо розміри часток, що забруднюють рідину, співрозмірні з розміром робочого вікна, то може відбутися повне його зарощування й припинення витрати рідини через дросель. При збільшенні площі робочого вікна витрата рідини відновлюється.

Причиною облітерації робочого вікна може бути не тільки недостатнє очищення робочої рідини, але й адсорбція поляризованих молекул робочої рідини на стінках щілини. Молекули, що адсорбуються, утворюють багаторядний шар, товщина якого може досягати 10 мкм. Цей шар здатний чинити опір значним нормальним і зсувним навантаженням. В остаточному підсумку відбувається поступове зменшення площі живого перетину робочого вікна, а при малих значеннях і повне його зарощування. Відповідно зменшується до нуля й витрата рідини через дросель. При зрушенні з місця запірного елемента дроселя адсорбційний шар молекул руйнується, а початкова витрата відновлюється.

Тому, щоб домогтися малої витрати у відповідальних гідросистемах, застосовують спеціальні конструкції дроселів. У таких дроселях робочому органу (голці, пробці, діафрагмі й т.д.) передаються безперервні обертальні або осцилюючі рухи. Завдяки цим рухам на робочій поверхні прохідного вікна дроселя не утворюються шари адсорбованих молекул і не відбувається зарощування щілини.

Недоліком дроселів є нерівномірність витрати, викликана зміною перепаду тисків у дроселі.

Для часткового або повного усунення нерівномірності витрати застосовують регулятори витрати, у яких перепад тисків у дроселі Δp під час його роботи підтримується приблизно постійним. Конструктивно цей апарат складається з послідовно включених редукційного клапана й дроселя. Витрата рідини через регулятор установлюється дроселем 1, а сталість перепаду тиску на дроселі – редукційним клапаном 2 (рисунок 6.12). При збільшенні витрати Q через дросель збільшується перепад тисків Δp=p₁ – p₂, що викликає зсув вгору запірно-регулювального елемента клапана. Прохідний перетин зменшується, і при цьому витрата на виході з регулятора буде знижена.

Рисунок 6.12 – Регулятор витрати

а – розріз; б – детальне умовне позначення; в – спрощене умовне позначення

Завдяки сталості перепаду тисків на дроселі витрата рідини через регулятор і швидкість руху вихідної ланки гідродвигуна не змінюються при зміні навантаження. Конструкція регулятора витрати Г55-21 наведена на рисунку 6.13.

Рисунок 6.13 – Конструкція регулятора витрати Г55-21

При роботі гідропривода внаслідок зміни коефіцієнта витрати μ, викликаного коливаннями температури робочої рідини, витрата через регулятор усе-таки змінюється. Для серійних конструкцій регуляторів ця зміна становить 10 – 12%.

Контрольні запитання

1. Що називається гідроапаратом?

2. Для чого призначена регулювальна гідроапаратура?

3. Для чого призначена напрямна гідроапаратура?

4. Як класифікуються гідроапарати?

5. Що називається гідроклапаном?

6. У чому відмінність клапана прямої дії від клапана непрямої дії та які їхні графічні позначення?

7. Що називається дроселем та яке його графічне позначення?

8. Для чого призначені напірні гідроклапани?

9. Що називають редукційним клапаном та яке його графічне позначення?

10. Що називається зворотним клапаном та яке його графічне позначення?

11. Що називається обмежником витрати та яке його графічне позначення?

12. Що називається подільником (суматором) потоку та яке його графічне позначення?

13. Класифікація дроселів.

14. Як визначається витрата рідини через дросель?

15. Що називається облітерацією?