Главная | Обратная связь

Гидравлические дроссели и дроссельные регуляторы

 

Дросселем называют местное гидравлическое сопротивление, предназначенное для регулирования расхода жидкости или давления. По принципу действия различают дроссели вязкого сопротивления, потеря напора в которых определяется преимущественно вязкостным сопротивлением в длинном дроссельном канале, и дроссели инерционного сопротивления, потеря напора в которых определяется в основном вихреобразованием при внезапном расширении потока.

Дроссели первого типа часто называют линейными дросселями из-за линейной зависимости между перепадом давления и расходом жидкости. Гидравлическая характеристика такого дросселя в значительной степени зависит от температуры жидкости. В связи с этим линейные дроссели в авиационной технике применяют ограничено.

В дросселях второго типа изменение давления пропорционально квадрату скорости истечения, ввиду чего такой дроссель называют квадратичным. Его характеристика в узком диапазоне изменения вязкости мало зависит от температуры, особенно при малой длине дросселирующего канала.

 

 

Дроссели могут быть с регулируемым (рис. 1.24, а) и нерегулируемым сечением (рис. 1.24, б).

 

Рис. 1.24. Схема и условное обозначение нерегулируемого (а) и регулируемого (б) дросселя

Расход жидкости через дроссель рассчитывают по формуле Торичелли:

, (1.4)

где – коэффициент расхода дросселя; – площадь сечения дроссельного канала; – перепад давления.

В формуле (1.4) коэффициент расхода является функцией числа Рейнольдса , числа кавитации , геометрии и шероховатости дроссельного канала:

.

Расход жидкости в соответствии с формулой Торичелли пропорционален корню квадратному из перепада давления.

Закон пропорциональности расхода корню квадратному из перепада давления нарушается в той точке характеристики, где возникают условия для нарушения сплошности течения. На рис. 1.25 диапазон расходной характеристики, описываемой уравнением (1.4), показан кривой 1, зона кавитации – линией 2. Условие нарушения сплошности течения является снижение местного давления в наиболее сжатом сечении потока до критического , где – давление порога кавитации. Закономерность изменения давления в дроссельном канале показана на рис. 1.26.

Рис. 1.25. Расходная характеристика дросселя

Рис. 1.26. Распределение давлений в дроссельном канале цилиндрического насадка

Сразу за входом в дроссель поток резко сужается. Сужение потока увеличивает местные скорости и ведет к падению давления. Уменьшение противодавления приводит к пропорциональному снижению давления в каждом из сечений насадка. Бескавитационные режимы на рис. 3 показаны кривыми 1, 2, 3 и 4, кавитационные режимы соответствуют кривым 5, 6, 7 и 8. С момента возникновения кавитации давление в зоне разрежения стабилизируется на уровне . Зона разряжения по мере снижения давления за насадком распространяется по его длине скачкообразно. С момента образования кавитационной зоны расход жидкости перестает увеличиваться, несмотря на дальнейший рост перепада давления. Стабилизация расхода жидкости при кавитации является следствием истечения под постоянным перепадом давления на входной части насадка. Разность давления составляет

,

где – абсолютное давление жидкости на входе в насадок.

Критическое значение перепада давления на дросселе разграничивает режимы истечения жидкости с кавитацией и без кавитации. Положение точки расходной характеристики, в которой происходит смена режимов истечения, можно найти из равенства в этой точке расходов, определяемых уравнениями:

(1.5)

, (1.6)

где – расход жидкости при истечении без кавитации; – коэффициент расхода, отнесенный к перепаду давления на насадке от входа до выхода; – площадь дроссельного канала; – перепад давления на насадке, равный ; – расход жидкости при кавитационном истечении; – коэффициент расхода, отнесенный к перепаду давления от входа до критического сечения.

Уравнение (1.5) и (1.6) дают значения расходов жидкости для истечения без кавитации. Уравнение (1.5) относится только к бескавитационным режимам. Уравнение (1.6) описывает истечение при кавитации только для сечений вверх по потоку от критического перепада.

Уравнения (1.5) и (1.6) решают совместно, приняв :

.

Откуда

. (1.7)

После деления левой и правой части уравнения (1.7) на

. (1.8)

Критический перепад зависит от двух параметров: гидродинамической характеристики дросселя (коэффициенты расхода и ) и критического давления, при котором в потоке возникают разрывы сплошности, – порога кавитации . Критическое давление для напорных линий систем, работающих на жидкости АМГ-10, составляет 1,2 … 2,5 кПа, для всасывающих линий – 6,0 … 12,5 кПа. Давление кавитации зависит от степени насыщения жидкости свободным газом.

Для напорных магистралей гидравлических систем , и уравнение (1.8) принимает вид:

.

Коэффициент расхода характеризует свойство одной входной части насадка. Применительно к истечению через насадок Вентури для зоны автомодельности = 0,82, =0,62. Следовательно, на одиночном дросселе типа насадка Вентури может быть без кавитации сработан перепад давления

.

Критическое давление за дросселем в долях давления составит:

Для дроссельных каналов с известными гидравлическими коэф­фициентами сжатия струи , сопротивления и трения по длине критические параметры и можно получить из совместного Решения уравнений Бернулли и расхода. Например, для насадка конфузорно-диффузорного типа критический перепад и критическое противодавление можно рассчитать по известным коэффициен­там сопротивления конфузора и диффузора .

Уравнения Бернулли для сечений конфузорно-диффузорного Осадка 1—1, 3—3 и 1—1, 2—2 (табл. 1.1) имеют вид:

Скоростными напорами в сечениях насадка 1—1 и 3—3 можно пренебречь, поскольку .

Решив относительно искомого перепада давления уравнения

получают

Для критического режима истечения

; ; .

Откуда

Учитывая, что критический перепад и критическое противода! ление связаны между собой зависимостью = 1, получас

Формулы для расчета критических параметров истечения некоторых типов дросселей приведены в табл. 1.1. Результаты экспериментальной проверки расчетных зависимостей показаны на рис. 1.27, где характеристики дросселей имеют безразмерный вид расходы отложены в долях стабилизированого расхода и давления — в долях давления на входе в устройство. Характеристик для зоны автомодельности обладают универсальностью — независимо от давления на входе экспериментальные точки для одного типа насадка ложатся на одну линию. Безразмерные характерна тики насадка конфузорно-диффузорного типа 1, насадка Борда 2 насадка Вентури 3 и диафрагмы 4 позволяют при расчете системы определить режим, в котором будет работать дроссельное устройство. Вертикальными штриховыми отрезками на характеристикам отмечены расчетные критические значения параметров истечения.

Таблица 1.1