13. Классификация дросселей

По режиму течения жидкости в проходном сечении различают два типа дросселей – ламинарные и турбулентные. По виду зависимости расхода от перепада давлений на дросселе ламинарный дроссель называют еще линейным, а турбулентный – квадратичным. Турбулентный режим наблюдается в коротких узких щелях с острыми кромками; ламинарный – в длинных тонких каналах.

Примеры проходных сечений регулируемых турбулентных дросселей:

Игольчатый дроссель	Треугольная канавка	Кольцевая щель поворотного дросселя

Величина расхода РЖ Q в щели турбулентного дросселя P определяется формулой:

,

где Q – расход, м³/с;

 – коэффициент расхода; в зависимости от конструкции щели =0,6…0,9;

S – площадь проходного сечения дросселирующей щели, м²;

P – перепад давления, Па (Н/м²);

 – плотность РЖ, кг/м³.

Сопротивление турбулентных дросселей практически не зависит от вязкости, а значит, и от температуры РЖ. Кроме того, короткие щели таких дросселей малочувствительны к загрязнениям РЖ. Поэтому в общем машиностроении практически всегда используются именно турбулентные дроссели.

Расход РЖ через длинный тонкий канал ламинарного дросселя определяется формулой

где Q – расход, м³/с;

d, L – диаметр и длина канала, м;

 – плотность РЖ, кг/м³;

P – перепад давления, Па (Н/м²);

 – кинематическая вязкость РЖ, м²/с. На практике часто используют внесистемную единицу вязкости сантистокс. 1 сантистокс (сст) = 10^–6 м²/с. Например, кинематическая вязкость масла МГЕ-25Т при температуре 50^оС равна 50 сст или 5010^–6 м²/с.

Сопротивление ламинарных дросселей зависит от вязкости, а значит, в очень сильной степени, и от температуры РЖ. Они чувствительны к загрязнениям. Поэтому ламинарные дроссели используют редко, например, в качестве своеобразных гидравлических термометров в системе охлаждения гидропривода, а также при конструировании гидростатических подшипников.

14. Связь между нагрузкой и скоростью

Оценим, как связана скорость движения поршня гидроцилиндра в зависимости от нагрузки. Рассмотрим простейший гидропривод с дроссельным регулированием. Гидроцилиндр нагружен силой F. Скорость V поршня гидроцилиндра определяется расходом Q_ДР, поступающим в бесштоковую полость: V=Q_ДР/S₀, где S₀ – площадь поршня.

Расход Q_ДР определяется разностью давлений P на входе и выходе дросселя; P = P_КЛ–P₀. Давление до дросселя P_КЛ всегда постоянно и определяется настройкой переливного клапана. Давление после дросселя P₀ определяется нагрузкой F и равно: P₀= F/S₀.

,

,

P_КЛ =const, .

Если увеличить нагрузку в два раза (F=2F), то давление P₀ тоже вырастет в два раза, а вот разность P=P_КЛ –P₀ – уменьшиться. Уменьшится и расход Q_ДР через дроссель. В результате при повышении нагрузки скорость поршня будет уменьшаться.

15. Регуляторы расхода

Часто требуется постоянная скорость движения гидродвигателя при переменной нагрузке. Для этого используются регуляторы расхода (РР). Регулятор расхода – регулируемый гидроаппарат, предназначенный для поддержания заданного расхода вне зависимости от перепада давлений между подводимым и отводимым потоках рабочей жидкости.

В дополнение к регулируемому дросселю 1, задающему расход, РР имеет встроенный клапан давления. При помощи дросселя управляют расходом рабочей жидкости, а при помощи клапана автоматически обеспечивают постоянный перепад давлений на дросселе.

Кромка золотника клапана играет роль дополнительного дросселя. Благодаря взаимодействию этих двух дросселей, разность давлений р₁ – р₃, определяемых нагрузкой, делится на две части:

– постоянная разность давлений р₁ – р₂ на управляемом дросселе;

– переменная разность давлений р₂ – р₃ на кромке золотника.

Пусть при повышении нагрузки давление р₁ возрастает. Золотник 2, преодолевая усилие пружины 3, сдвигается влево. Зазор s между кромкой золотника и седлом уменьшается, а перепад давлений р₂ – р₃ возрастает. Если р₃=const, то возрастает давление р₂, компенсируя увеличение давления на входе в РР. В результате разность давлений р₁ – р₂ на управляемом дросселе остается постоянной и постоянным остается расход через этот дроссель. По такой схеме – клапан давления расположен последовательно с регулируемым дросселем – построен двухлинейный регулятор расхода. Штрихпунктирная линия на обозначении нескольких гидроаппаратов показывает, что эти аппараты расположены в одном корпусе.

Следует подчеркнуть, что направление потока РЖ должно быть строго определенным, от р₁ к р₃. В этом случае РР будет поддерживать постоянный расход вне зависимости от нагрузки. Если же РЖ будет течь от р₃ к р₁, то р₂ станет больше р₁ и золотник сместится вправо, полностью открывая дросселирующую щель. В этом случае РР будет работать как обыкновенный дроссель. Для предотвращения такой ситуации параллельно регулятору расхода обычно ставят обратный клапан.

стрелка на линии потока в упрощенном обозначении 2-хлинейного регулятора расхода обозначает стабилизацию расхода по давлению

Если клапан давления расположен параллельно с регулируемым дросселем, то это трехлинейный регулятор расхода. В этом случае через клапан давления регулятора в бак сливается разница между подачей насоса и расходом через дроссель. Поэтому трехлинейный регулятор расхода всегда устанавливается только на выходе насоса и обычно в него встроен еще и предохранительный клапан.

Таким образом, дроссели используются тогда, когда нагрузка практически постоянная или изменение скорости рабочего органа при изменении нагрузки допустимо или даже желательно (адаптивный привод). Если скорость не должна изменяться при изменении нагрузки, используются регуляторы расхода.