3.6. Дроссельные и регулирующие устройства

Дроссель представляет собой местное гидравлическое сопротивление, устанавливаемое на пути течения жидкости для ограничения (регулирования) ее расхода или создания сопротивления (перепада давления). В гидроприводах они применяются главным образом для регулирования скорости выходного звена гидродвигателей прямолинейного движения (штока силовых гидроцилиндров) или числа оборотов вала гидромоторов.

Поскольку дроссельное регулирование основано на превращении части энергии в тепло, гидравлические схемы с этими регуляторами применяют в системах небольшой мощности (до 5 кВт). Это ограничение обусловлено в основном возможностью недопустимого повышения температуры жидкости.

По принципу действия различают дроссели:

1) вязкостного сопротивления, потеря напора (давления) в котором определяется преимущественно вязкостным сопротивлением потоку жидкости в длинном дроссельном канале;

2) инерционного сопротивления с малой длиной канала, потеря напора в котором определяется в основном инерционными силами (деформацией потока жидкости и вихреобразованием при внезапном расширении).

Дроссели первого типа характерны большой длиной и малым сечением дроссельного канала и соответственно небольшим значением числа Рейнольдса, ввиду чего потеря напора в них обусловлена трением при ламинарном течении, т. е. потеря напора является (при всех прочих равных условиях) линейной функцией скорости течения (расхода) жидкости. Однако, поскольку потеря напора в таком дросселе изменяется прямо пропорционально вязкости жидкости, гидравлическая характеристика его зависит от температуры. Такие дроссели получили название линейных.

В дросселях второго типа изменение давления происходит практически пропорционально квадрату скорости потока жидкости, ввиду чего такой дроссель называют квадратичным. Его характеристика практически не зависит от вязкости.

Наиболее распространенным дросселем является поворотный кран (рис. 3.20.а.).

а.) б.)

Рис.3.20. Схема дросселя.

Изменение его проходного сечения осуществляется поворотом пробки а, на которой выполнена канавка переменного сечения, ввиду чего при повороте изменяется сечение проходного канала (вплоть до полного его перекрытия).

Недостатком подобных дросселей является зависимость расхода масла от температуры, обусловленная тем, что дроссельный канал (канавка) имеет некоторую длину, а также то, что регулирование сопротивления здесь осуществляется изменением площади сечения проходного канала, ввиду чего при малых его сечениях (при малых расходах жидкости) возможно засорение проходного канала.

Распространены также дроссели игольчатого (вентильного) типа (рис. 3.20.б.), в которых жидкость проходит через щель, образованную острой кромкой гнезда а и конусом запора в.

Для устранения засорения дроссельного канала применяют дроссели, в которых регулирование сопротивления достигается изменением длины этого канала при постоянном его сечении. Схема распространенного дросселя этого типа, получившего название линейного, представлена на рис. 3.21.

Рис.3.21. Схема линейного дросселя.

Дроссель состоит из дроссельного винта 1, плотно помещенного с минимальным радиальным зазором во втулку 2, и вспомогательного винта 3, служащего для осевого перемещения первого винта. Жидкость подводится к отверстию а и, пройдя винтовую канавку, поступает к отверстию в, связанному с потребителем. При осевом перемещении дроссельного винта 1 изменяется длина пути прохода жидкости (длина канала) и соответственно изменяется сопротивление (перепад давления) дросселя. На гидравлическую характеристику такого дросселя будет оказывать влияние температура жидкости.

Если требуется устранить зависимость сопротивления дросселя от вязкости жидкости, что важно для гидросистем, предназначенных для работы в широком температурном диапазоне, действие дросселя должно быть основано на сопротивлении, возникающем при истечении жидкости из отверстия в тонкой стенке.

В наиболее простом исполнении подобный дроссель представляет собой тонкую шайбу с круглым отверстием (рис. 3.22.а.). Выбор круглого отверстия обусловлен простотой его изготовления, а также тем, что круглое отверстие имеет наименьший при той же площади сечения периметр, ввиду чего вероятность засорения отверстия будет меньшей, нежели в случае отверстий иных сечений.

Для уменьшения толщины дроссельных кромок, диафрагму обычно выполняют в виде тонкой шайбы с фаской на выходной стороне. В этом случае толщина кромки s может быть уменьшена до 0,5 мм и менее.

а.) б.) в.) г.)

Рис.3.22. Схемы шайбового дросселя.

Практика показывает, что при такой толщине кромки вязкостное сопротивление дросселя становится ничтожно малым по сравнению с общим его сопротивлением, ввиду чего расход жидкости через дроссели этого типа практически не зависит от величины вязкости.

Бесступенчатое регулирование сопротивления в подобном дросселе осуществляется дроссельной иглой а (рис. 3.22.б.), с помощью которой может изменяться сечение дроссельного отверстия. Однако при наличии этой иглы увеличивается относительный периметр сечения щели (повышается отношение периметра щели к ее сечению). Это ухудшает характеристики дросселя (возникает возможность его засорения при малых расходах жидкости); кроме того, повышается зависимость сопротивления дросселя от вязкости (или температуры) жидкости, которая обусловлена здесь обтеканием жидкостью поверхности конуса иглы.

Для уменьшения возможности засорения дросселя, предназначенного для малых расходов, конусный конец дроссельной иглы заменяют двумя (или больше) конусными щелями (рис.3.22.в.).

В практике распространен дроссель, в котором роль шайбы выполняет уступ ступенчатого канала (рис.3.22.г.).

Угол  конусной части дросселя обычно выбирается от 5 до 15°.