2.2. Пневматические дроссели

Пневматические дроссели по конструкции ничем не отличаются от дросселей гидравлических, схемы которых показаны на рис. 1.25., Пневматические дроссели так же, как и гидравлические, предназначены для регулирования расхода рабочих сред или давления за! счет изменения гидравлического сопротивления истекающему потоку. Одним из назначений пневматических дросселей является регулирование скорости пневмодвигателей.

Основной характеристикой дросселя является зависимость расхода газа от давлений перед дросселем и за ним. Массовый расход газа через дроссель вычисляют по формуле

(2.1)

где М – массовый расход газа; —коэффициент расхода дросселя; площадь дроссельного канала; - абсолютное давление на входе в дроссель; - газовая постоянная; - темпе­ратура газа перед дросселем.

Коэффициент, учитывающий отношение давлении до и после дросселя, для определяют по формуле

для .

где - показатель адиабаты; - относительное дав­ление за дросселем; —давление за.дросселем; — давление перед дросселем; - критическое отношение давле­ний равное для воздуха или .

Критическое давление выхода при истечении газа равно при­мерно половине давления на входе в дроссель.

Критический режим истечения газа, если используется пакет дроссельных шайб (см. рис. 1.30), может возникнуть только на последней ступени дросселирования, поскольку значение противо­давления на ней минимально. Действительно, для последней шайбы пакета противодавление составляет

(2.2)

где n – м количество шайб в пакете. Для предпоследней шайбы пакета:

(2.3)

Сравнение выражений (2.2) и (2.3) показывает, что .

Условие истечения в закритическом режиме для последней шайбы пакета

Соответственно, докритический режим истечения газа будет, если

После определения режима истечения газа на последней ступени дроссельного пакета массовый расход газа рассчитывают по формуле (2.1), полагая в ней давление входа

Сравнение расходных характеристик гидравлических и пневматических дросселей показывает, что обе характеристики имеют зоны стабилизированного расхода. Вид расходной характеристики пневматического дросселя идентичен виду характеристики гидравлического дросселя.

Физическая природа стабилизации расхода при истечении жидкостей представляет собой кавитационный кризис, сопровождающийся стабилизацией перепада давления на входной част дроссельного канала.

При истечении газов стабилизацию расхода связывают с достижением скоростью истечения критического значения, равного местной скорости звука.

2.3. Клапаны и автоматы давления

Устройства пневматических аппаратов, представляющих собой клапаны и автоматы давления, предназначены для автоматического поддержания давления газа в системе.

В основе принципа действия регуляторов давления пневмосистем лежит условие уравновешивания сил давления газа на подвижные части клапанов силами от действия чувствительных элементов — пружин.

Основными элементами пневматического редукционного клал! на (рис. 2.1, а) являются затвор 1 и мембрана 4, жестко соединенные между собой. Подвижные части клапана, с одной стороны, нагружены давлением редуцируемого газа, с другой стороны, —силой от затяжки пружины 2.

Рис. 2.1. Схема и условное обозначение редукционного (а) и предохра­нительного (б) клапанов

Принцип действия пневматического редукционного клапана состоит в следующем. Газ из сети под давлением нагнетания р_н по­ступает в камеру А. Давление в потоке газа снижается до р_ред за счет дросселирования в щели клапана между затвором 1 и сед­лом 5. В установившемся режиме работы сила пружины 2, затяж­ка которой регулируется винтом 5, уравновешивается силой от дей­ствия давления р_ред на эффективную рабочую площадь мембра­ны 4. Чем больше затяжка пружины 2, тем больше открывается затвор клапана, меньше дросселируется поток и больше его дав­ление после регулятора.

Редуцированное давление рассчитывают по формуле

где — сила затяжки пружины; — эффективная площадь мем­браны.

Действие сил от пружины 6 и давления в камере А не учиты­ваются, поскольку они значительно меньше силы от затяжки ос­новной пружины 2.

Под эффективной площадью мембраны понимают площадь, определяющую усилие, развиваемое мембранным механизмом клапана. Эффективная площадь мембраны зависит как от конструктивных параметров, так и от хода мембраны, жесткости мат риала, перепада давления и пр.

Эффективную площадь мембраны с жестким центром определяют как площадь круга с диаметром . На рис. 2.1, а ограничивающая окружность проведена по вершинам кривой прогибов.

Предохранительный клапан пневмосистемы предохраняет ее от повышения давления свыше нормы при зарядке от компрессора или аэродромной сети, а также в случае значительного повышу имя температуры. Основными элементами предохранительного клапана (рис. 2.1, б) являются затвор 1, пружина 2 и седло 3. Наиб лее распространенным вариантом конструкции клапана является пара, содержащая металлическое седло, выполненное в корпусной детали, и подвижный затвор с уплотнением из резины или пластика.

Давление настройки предохранительного клапана без учета сил трения и сил прилипания (адгезии) резины к металлу рассчитывают по формуле

где — предварительная затяжка пружины; — площадь седла прикрываемая затвором клапана.

В паузах между срабатываниями потребителей пневматических систем их компрессоры переводятся на режим холостого хода специальными устройствами — автоматами давления. Автомат давления автоматически переводит компрессор на холостой ход, когда давление в системе превышает , и включает его на пополнение запасов сжатого воздуха, когда давление в резервных баллонах сжатого воздуха снижается до .

В системах с номинальным давлением 5,0 МПа применяют автоматы давления прямого действия, в системах с давление 15,0 МПа — автоматы двухступенчатые.

Конструктивная схема автомата давления на номинальное рабочее давление 5,0 МПа показана на рис. 2.2. В режиме зарядки сжатый воздух от компрессора 4 через обратный клапан 5 поступает к баллону б, создавая при этом давление на поршень 7. Когда давление воздуха достигнет 5,0 МПа, поршень 7 преодолев усилие пружины 8 и передвинется влево, поворачивая рычаг 2 запорной иглой 3. Вследствие поворота рычага 2 запорная игла 3, сочлененная с ним, ввинчивается в гайку и открывает проход воздуха в атмосферу. Так осуществляется перевод компрессора с режима зарядки на холостой ход.

После поворота рычага 2 ролик фиксатора 1,- прижимаемы пружиной, переместится на другой скос рычага. Вследствие чего рычаг 2 и запорная игла 3 зафиксируются в положении, соответствующем перепуску воздуха в атмосферу до тех пор, пока давле­ние баллоне не снизится до 4,0 МПа. Затем подвижные часта автомата возвращаются в исходное положение, система вновь переводится на режим наполнения баллона.

Принцип действия двухступенчатого автомата Давления (рис 2.3) состоит в следующем. В начале зарядки сжатый воздух от компрессора через обратный клапан 3 поступает в систему. В это время клапан 1 находится в открытом положении, а клапан 5 —в закрытом . С увеличением давления в баллоне мембрана 2, выгибаясь вверх, давит на клапан 1, перемещая его на закрытое положение. Клапан 1 садится на седло в момент, когда давление в сети составляет .

Рис. 2.2. Схема автомата давления прямого действия

Рис. 2.3. Схема двухступенчатое автомата давления

При последующем повышении давления в сети до клапан 5 открывается и воздух от компрессора через подпорный клапан 4 выходит в атмосферу. Выход воздуха из баллона задерживает обратный клапан 3. Давление в трубопроводе за компрессов ром падает до давления холостого хода.

Клапан разгрузки 5 в открытом положении удерживается благодаря тому, что давление холостого хода действует не только т площадь конусного затвора, но и на площадь поршня.

По мере расходования воздуха из баллона давление в сети за автоматом падает до . В этот момент пружина клапана 1 преодолев силу давления воздуха на мембрану, откроет клапан 1 после чего давление под клапаном 5 снизится до атмосферного. Клапан 5 закроется. После закрытия клапана разгрузки 5 воздух от компрессора вновь будет поступать через обратный клапан в сеть. Затем цикл работы повторяется.