ДРОССЕЛЬНЫЕ РЕГУЛИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Дроссель — регулирующий гидроаппарат, предназначенный для изменения расхода и давления потока рабочей жидкости в резуль­тате прохождения этого потока через местное сопротивление.

По принципу действия различают:

дроссель вязкостного сопротивления, потеря давления в котором опре­деляется преимущественно сопротивлением потоку жидкости в дроссельном канале большой длины;

дроссель вихревого сопротивления, потеря давления в котором опреде­ляется в основном деформацией потока жидкости и вихреобразованием в ка­нале малой длины.

Дроссели первого типа характеризуются большой длиной и малым сечением дроссельного канала и соответственно небольшим Re, ввиду чего потеря в них давления обусловлена трением при ламинарном течении, т. е. потеря давления является при всех прочих равных условиях практически линейной функцией скорости течения жидкости.

Подобный дроссель обладает высокой стабильностью характеристик, под которой понимается свойство сохранения характеристики неизменной при повторных установках дросселя в одно и то же регулировочное положе­ние. Однако поскольку потеря давления в таком дросселе изменяется прямо пропорционально вязкости жидкости, гидравлическая характеристика его ∆р=f(Q) 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. Характеристика такого дросселя практи­чески не зависит от вязкости в распространенном ее диапазоне.

Пробковые дроссели

Рис.

В гидросистемах низкого давления (до 50 кГ/см²) распространены дрос­сели типа поворотного крана (рис. 75), регулирование сопротивления ко­торых осуществляется поворотом пробки, выполняемой с различными про­ходными сечениями. Сочетанием различных форм проходных сечений пред­ставляется возможным получить широкий предел регулирования и требуе­мую характеристику. В частности, прямоугольная форма проходного сече­ния дает возможность обеспечить практически линейную зависимость рас­хода от угла поворота пробки.

На рис. 75 приведены расчет­ные схемы распространенных про­бковых дросселей поворотного типа. В дросселе, схема которого приведена на рис. 75, а, рабочее окно образуется пересечением кольцевой щели поворотной проб­ки с круглым отверстием в гильзе.

Текущую площадь 1 сечения окна находим из геометрических соотношений по формуле

Угол поворота φ пробки 0—180°. Максимальная площадь сечения окна соответствует углу φ = 180° и подсчитывается по выражению

в дросселе, схема которого показана на рис. 75, б, рабочее окно обра­зуется пересечением пробки, имеющей эксцентричный паз (усик) треуголь­ной, формы, с круглым отверстием в гильзе. Текущая площадь сечения паза

Угол поворота φ пробки 0—90°. Максимальная площадь сечения паза соответствует углу φ = 90° и подсчитывается по выражению

В дросселе, схема которого представлена на рис. 75, в, рабочее окно об­разуется пересечением прямоугольного эксцентричного паза поворотной пробки с круглым отверстием в гильзе. Текущее значение площади сечения паза

Угол поворота φ пробки 0—90°.

Недостатком дросселей с поворотной пробкой является некоторая зави­симость расхода жидкости через них от температуры, а также возможность засорения проходного канала, особенно при малых его сечениях (при малых расходах и больших перепадах давления).

Линейные дроссели

Для устранения засорения применяют дроссели, регулирование сопротивления в которых достигается изменением длины дроссельного канала (линейный дроссель). В линейном дросселе, приведенном на рис. 76, а и б, сопротивление регулируется изменением длины а канавки однозаходного винта путем ввинчивания или вывинчивания винта. Сопротивление этого дросселя зависит от вязкости жидкости, поэтому он может быть применен лишь при условии постоянства температур.

Дроссельный канал можно рассматривать как трубку прямоугольного, или треугольного, в зависимости от профиля резьбы, сечения и расчет сопротивления в первом приближении вести по общим формулам для труб. Для канавки прямоугольного сечения со сторонами а и b

Рис. 76. Схемы линейных дросселей

где L=πdk — длина канавки при среднем диаметре d резьбы и числе k вит­ков;

— гидравлический ра­диус, равный отноше­нию площади аb сече­ния канавки к ее пе­риметру 2(а + b);

u — скорость потока;

р — плотность жидкости.

Значение

Квадратичные дроссели

К дросселям гидросистем, работающим в условиях широкого температур­ного диапазона, предъявляется требование — форма проходного сечения дроссельного клапана не должна значительно изменять коэффициент рас­хода жидкости при измерении теплового режима работы, т.

Этим требованиям наиболее полно отвечает квадратичный дроссель в виде тонкой шайбы (диафрагмы) с круглым отверстием и острыми кромками (рис. 77, а). Дросселирующие свойства отверстий в таких шайбах обуслов­лены в основном потерями энергии при внезапном сужении и расширении потока, причем расширение потока сопровождается интенсивным вихреобразованием в зоне отрывного течения. Благодаря этому подобные дроссели обладают минимальной зависимостью сопротивления от вязкости жидкости.

При разработке гидросистем часто требуется дроссель, обладающий вы­соким гидравлическим сопротивлением (большим перепадом) и стабильной расходной характеристикой при колебаниях вязкости. Обеспечить подоб­ные требования одной дроссельной шайбой не представляется возможным, поскольку размер ее отверстия при этом может быть столь малым, что воз­можно засорение загрязнениями жидкости. Ввиду этого применяются много­ступенчатые дроссели из нескольких последовательно расположенных дроссельных шайб (рис. 77, б и в), принцип действия которых основан на много­кратном сужении и расширении потока жидкости.

Сопротивление такого дросселя регулируется при данном размере от­верстия подбором количества шайб. Поскольку расстояние между шай­бами обычно мало, а поперечное сечение шайбы (диаметра D) велико в сравнении с сечением отверстий в шайбе, можно считать, что гидравли­ческое сопротивление такого пакета обусловлено потерями давления при истечении через отверстия в тонкой стенке.

Практика показывает, что на расходные характеристики такого дросселя несколько влияют расстояние 1 между шайбами (рис. 77, в), которое должно быть не меньше (3—5)d, где d — диаметр отверстия, а также толщина s дросселирующей шайбы или ее кромки (рис.

Рис. 77. Схемы квадратичных дросселей

Диаметр d отверстий в шайбах должен быть не меньше 0,3 мм, так как в противном случае возможно их засорение загрязнениями жидкости. При сборке дроссельного пакета шайбы обычно смещаются относительно друг друга так, чтобы отверстия в них не находились одно против другого. При­меняется также наборный дроссельный пакет из чередующихся последова­тельно шайб с несколькими (двумя и четырьмя) отверстиями (рис. 77, в). При чередовании таких шайб оси отверстий не будут находиться на общей оси.

Выпускаются также одношайбовые регулируемые дроссели. Регулиро­вание здесь достигается применением дроссельной иглы (рис. 77, г), при помощи которой изменяется сечение дроссельного отверстия.

Для повышения тонкости настройки регулируемого диафрагменного дросселя проходное сечение его часто выполняют в виде угловых или прямо­угольных канавок (рис. 77, д), выполненных на цилиндрической части под­вижной детали (запоре), которые могут выполняться как постоянного, так и переменного сечения по ходу этой детали. Этот дроссель имеет преимуще­ства перед игольчатым дросселем; представленным на рис. 77, г, как по возможности получения малых расходов, так и по возможности уменьше­ния засорения щелей.

Однако при этом необходимо учесть, что, поскольку при заданных ус­ловиях диаметр d одношайбового дросселя меньше диаметра шайб много-шайбового дросселя d_n, разными при постоянных Q и ∆р будут также

Значение этого числа для многошайбового дросселя

.

С учетом выражения (46) эта зависимость Rе от n примет вид

Расход через многошайбовый дроссель зависит при всех прочих равных условиях от расстояния 1 между шайбами, оптимальным значением которого следует считать l ≥5d.

Расчёт многошайбового дросселя с чередующимися шайбами с одним и двумя отверстиями равных размеров производят исходя из условия, что проводимость, согласно выражению (21), шайбы с двумя отверстиями в 2 раза выше проводимости шайбы с одним отверстием. В соответствии с этим рас­чет такого дросселя можно практически производить по равенству (44) , с заменой приведенного коэффициента расхода пакета на

где n₁ и n₂ — количество шайб соответственно с одним и двумя отверстиями. В соответствии с приведенным равенство (46) примет вид