4.5. Апаратура для керування витратою робочої рідини

Основним елементом гідроапаратів керування витратою рідини є дросель – елемент, призначена для створення опору потоку робочої рідини. Розміри робочого вікна дроселя змінюються не від впливу минаючого через нього потоку рідини, а від зовнішнього керуючого впливу. Протікання рідини через дросель називається дроселюванням. Дроселювання супроводжується нагріванням робочої рідини. Енергія, що йде на нагрівання, споживається від приводного двигуна.

Існують дроселі в’язкістного (рис. 35, а - г) і інерційного (рис. 35, д - і) опору.

Якщо отвір, по якому протікає рідина з однієї камери в іншу, має порівняно з поперечним перерізом велику довжину (рис. 35, а - г), то цей дросель є в’язкістним. Утрати тиску на ньому визначаються по перетвореній формулі Пуазейля

(89)

і, як видно, пропорційні витраті (швидкості). Такий дросель називають лінійним.

Якщо отвір, по якому протікає рідина, має коротку довжину в порівнянні з поперечним перерізом (рис. 35, д - і), то цей дросель є інерційним. Витрата через нього визначається по тій же формулі, що і при витіканні рідини із судини через тонку стінку при постійному напорі

(90)

де – коефіцієнт витрати; – площа отвору; – щільність рідини; і – тиску в лініях до і після дроселя; – перепад тиску на дроселі.

З формули (90) одержуємо

(91)

Такий дросель називають квадратичним.

В’язкості (лінійні) дроселі використовують як демпфіруючи, гальмові елементи для одержання витримки часу при заповненні чи спорожнюванні яких-небудь ємностей об’ємом ( ), інерційні (квадратичні) – для цілей регулювання витрати.

Як видно з формули (90), при відомій площі дроселя можна визначити одну з трьох величин , чи , знаючи дві інші. З цієї ж формули видно, що при зміні тиску до чи після дроселя витрата через нього буде змінюватися. Для стабілізації витрати необхідно підтримувати постійним перепад тисків .

Н а цьому принципі побудований гідроапарат, називаний регулятором витрати (рис. 36). Він складається з послідовно встановлених золотникового клапана (регулятора) , підпружиненного слабкою пружиною , і дроселя , що налаштовується вручну на визначену витрату. Робоче вікно клапана є, по суті, дроселем (його площа , де – діаметр золотника, – осьовий зазор між крайками золотника і розточення, що утворить кільцеву камеру клапана). Тиску в лініях підводу і відводу апарата – і , тиск між клапаном із дроселем . Клапан (регулятор) автоматично підтримує постійним перепад , чим забезпечується постійні витрати через апарат.

Справді, якщо наприклад, по якійсь зовнішній причині підвищився тиск (при незмінному тиску ), то через клапан збільшиться витрата і короткочасно зросте тиск . Це приведе до підйому клапана і зменшенню осьового зазору , завдяки чому витрата через клапан знизиться, і тиск відновиться до первісної величини. Якщо при незмінному зменшився тиск у лінії, що відводить, і одночасно над клапаном, останній піднімається, унаслідок чого зменшується витрата і тиск через клапан. Величина залишається постійною, завдяки чому витрата через гідроапарат залишається незмінною.

На принципі дроселювання побудований також гідроапарат, призначений для вирівнювання витрат робочої рідини в двох паралельних лініях незалежно від тиску в них, наприклад, що живить два однакових гідроциліндри, а отже, що синхронізують їх – дроселюючий синхронізатор витрат, чи дроселюючий дільник потоку (рис. 37).

Він складаються з корпуса , що містить камеру підведення, пластини з двома дросельними отворами, плаваючої втулки , золотникового клапана з дроселюючими кромками і двох торцевих кришок . Торцеві камери позначені буквами і , а камери між пасками клапана – буквами і . Камери і , а також і попарно з’єднані свердліннями. Отвори і з’єднані з лініями, витрата в який синхронізується.

Коли тиск в лініях і однаковий ( ), клапан займає стосовно втулки симетричне положення, вихідні отвори в ньому однакові, тиск в камерах , , і однаковий, і витрата в лініях і однакова. Якщо тиск в одній з ліній, наприклад, у лінії зменшився, витрата з камери до відводу збільшується, а так як подача рідини в камеру залишається постійною, тиск у ній (і в зв’язаній з нею камері ) короткочасно знизиться. Унаслідок цей клапан зміститься вліво і своїми кромками прикриє отвір на виході в лінію і відкриє отвір на виході в лінію . При клапан займе нове врівноважене положення, тиск у камерах , , і зрівняється, а витрати через лінії і будуть рівні між собою.

При необхідності розподілу витрати нарівно на кілька частин, застосовують схему, показану на рис. 37, б.

Аналогічно дільнику потоку для підтримки рівності витрат у двох лініях, що з’єднуються, незалежно від тиску в них застосовують суматор потоку (рис. 37, в).