Главная | Обратная связь

Кавитационные характеристики дроссельных устройств гидросистем

Дроссель	Расчетная формула	Число Рейнольдса	Критическое противодавление
Тип	Схема	Расчет	Эксперимент
Цилиндрический насадок Вентури			18000…25600	0.435	0.43
Насадок Борда		18000…25600	0.46	0.48
Диафрагма, установленная на входе в трубу		28000…33000	0.465	0.45
Диафрагма, установленная в трубе		10500…25600	0.28	0.28
Конфузорно-диффузорный насадок		18000…25600	0.83	0.83

В результате исследования гидродинамических характерно дросселей типа насадка Вентури с диаметром 0,42; 0,73; 1,0; 1,5] 2,04; 3,0 мм при относительной длине дроссельного канала 1/с1=Ц с использованием масел АМГ-10, МС-20 и керосинов ТС-1 и Т2 установлены зависимости критических параметров истечения ( критерия Рейнольдса. Кривая 1 на рис. 1.28 соответствует режиму истечения без кавитации, кривая 2 — кавитационному режиму и течения. Характерной особенностью графиков зависимости является наличие зоны с постоянными значениями коэффициентов расхода (зона автомодельности).

Методика расчета кавитационных характеристик по формуле и экспериментальным зависимостям имеет практическое значение поскольку функционирование систем в кавитационном режиме крайне нежелательно из-за быстрого снижения вязкости рабочей жидкости, обогащении ее пузырьками свободного газа и эрозион­ного размыва дроссельных каналов.

Рис. 1.27. Кавитационные характеристики дросселей

Рис. 1.28. Зависимость коэффициентов расхода для насадков Вен­тури от числа Рейнольдса

 

На одиночном дроссельном элементе без кавитации может быть сработан только определенный перепад полного давления в системе. В тех случаях, когда срабатывается значительный перепад давления, применяют пакеты шайб (дроссельные пакеты). Например, у насосов переменной подачи в режиме холостого хода охлаждение обеспечивается расходом жидкости через дроссельный пакет (рис. 1.29).

Рис. 4. Пакет дроссельный шайб холостого хода насоса

Дроссельный пакет должен обеспечивать бескавитационное истечение жидкости в заданном диапазоне перепадов давления.

Для пакетов с равными диаметрами дроссельных отверстий, если нет взаимного влияния отверстий, уравнение расхода имеет вид

,

где – коэффициент расхода одиночной шайбы; – площадь дроссельного отверстия в шайбе; ; – количество шайб в пакете.

Кавитация в пакете может возникнуть лишь на последней по потоку шайбе. Условие бескавитационной работы пакета можно записать в виде:

.

Кавитацию можно устранить, используя, если позволяют конструктивные соображения, дросселирующие каналы с малой длиной. Так, в цилиндрическом канале с относительной длиной кавитация не возникает, если поток за дросселем не стеснен стенками отводящего канала. В то же время кавитация возникает даже за диафрагмой с острыми кромками, если диаметры отверстия и отводящего канала соизмеримы.

Критерии кавитации и являются частным случаем числа кавитации . Действительно, если число кавитации записать в виде

, (1.9)

то после замены на получим

или ,

т.е. критическое число кавитации, записанное в форме (1.9), равно значению критического противодавления возникновения кавитации.

Пример. Рассчитать критическое давление за пакетом шайб холостого хода насоса переменной подачи, если на пакете сраба­тывается перепад давления =21 МПа, количество ступеней дросселирования п = 10, критический перепад для одной шайбы =0,57.

Уравнение перепадов давления для последней шайбы потока на границе кавитационного истечения:

Откуда критическое давление за пакетом дроссельных шайб:

Пример. Определить, какой наибольший расход жидкости можно измерять конфузорно-диффузорным насадком до возникно­вения кавитации, если диаметр горловины насадка составляет д!=5 мм, коэффициент сопротивления конфузора = 0,10 и диф­фузора = 0,18, давление за насадком =0,5 МПа. Сжатием ^струи на -выходе из конфузора надо пренебречь.

Критическое давление на входе в насадок:

Расход на границе кавитационного истечения

В тех случаях, когда требуется обеспечить постоянный расход жидкости, например, для поддержания стабильной скорости вращения гидромотора при переменной его нагрузке, в линии питания устанавливают дроссельные ограничители расхода, которые автоматическим регулированием сопротивления обеспечивают заданный расход жидкости. Схема такого устройства показана на рис. 1.30.

Рис. 1.30. Схема (а) и характеристика (б) дроссельного ограничителя расхода

Жидкость от насоса поступает в камеру 1 и далее через дроссель 2 в поршень 3 и дроссельную щель 5 к потребителю.

Дроссель 2 нерегулируемый, дроссельная щель 5 в виде окна переменного сечения автоматически регулируется в зависимости от перепада давления . Поршень 3 нагружен слабой пружиной 4, усилие которой уравновешивается перепадом давления на дроссельном отверстии 2. Если расход жидкости через дроссель 2 увеличится, то увеличится и перепад давления на нем, в результате чего поршень 3 сместится вправо, перекрывая дроссельную щель 5 и уменьшая расход до заданного значения. При уменьшении расхода поршень 3 переместится влево и уменьшит сопротивление щели 5, что приведет к увеличению расхода до расчетного значения.

Площадь дроссельного отверстия 5 и усилие пружины 4 рассчитывают обычно на перепад давления = 0,3 … 0,5 МПа при заданном предельном расходе жидкости.

Условие равновесия подвижного поршня под действием перепада давлений и усилия пружины 4 можно записать в виде

.

Поток жидкости через агрегат ограничивается только после повышения перепада давлений свыше некоторого минимального значения:

.

Расход жидкости ограничивается на уровне

.

Если перепад давления меньше минимального значения, ограничитель расхода работает как местное сопротивление.

Регулятор расхода, предназначенный для установки в сливной линии (рис. 1.31), состоит из нерегулируемого дросселя 3 и гидравлического редуктора 2, взаимодействие которых обеспечивает постоянную частоту вращения гидромотора 1.

Рис. 6. Схема дроссельного стабилизатора скорости гидродвигателя

Принцип действия устройства основан на автоматическом поддержании перепада давления на дросселе 3 за счет переменного сопротивления редуктора 2. Регулятор обеспечивает двухстороннюю жесткость привода при действии знакопеременных нагрузок на валу гидромотора.

Перепад давления на дросселе 3 регулятора

,

где – давление слива.

Поскольку и , постоянным будет перепад и расход жидкости через гидромотор 1.

Рис. 1.32. Схема регулятора расхода для напорных линий гидросистем

В напорных магистралях испытательных гидравлических стендов устанавливаются регуляторы расхода, обеспечивающие перенастройку подачи жидкости к потребителям (рис. 1.32). Расход жидкости задается изменением проходного сечения дросселя 1 и автоматически поддерживается постоянным за счет изменения гидравлического сопротивления регулируемого дросселя 2. Каналы, соединяющие полости поршня 4 со входом и выходом регулируемого дросселя 1, выполняют роль гидравлической обратной связи по перепаду давления.

Уравнение перепадов давления на регуляторе можно записать в виде . Постоянный расход при переменных давлениях и обеспечивается за счет поддержания . Постоянство перепада на дросселе 1 с ручной регулировкой обеспечивает автоматический дроссель 2 с пружиной 3. При сохранении расход жидкости через регулятор независимо от входного давления и нагрузки гидродвигателя тоже постоянен. Увеличение нагрузки компенсируется уменьшением потери давления на дросселе 2. При снижении нагрузки процесс протекает в обратном направлении. Колебание входного давления также компенсируется изменением сопротивления автоматического дросселя.

Регуляторы такого типа широко применяют для стендов наземной проверки гидросистем ВС.

Для синхронизации скорости движения нескольких параллельно включенных гидродвигателей применяют различные устройства, наиболее распространенными из которых являются дроссельные делители потока (рис. 1.33).

Рис. 1.33. Схема дроссельного делителя потока

Деление потока происходит сразу после входа в агрегат, затем каждый поток проходит через постоянный многоступенчатый дроссель 1 и автоматический дроссель, роль которого выполняет плавающий поршень 2.

Уравнение перепадов давления для каждой из ветвей потока можно записать в виде: ; ,

где – давление нагнетания; – нагрузка на штоке цилиндра.

Расходы в ветвях будут одинаковыми, если . Равенство перепадов давления поддерживается автоматически поршнем 2 за счет перемещения в ту или другую сторону в зависимости от действующей на него разности давлений. Эта разность давлений возникает тогда, когда вследствие разных нагрузок потеря давления в одном пакете больше, чем в другом. Перемещаясь в сторону меньшего давления, поршень 2 дополнительно дросселирует менее нагруженную ветвь до тех пор, пока давления на его торце не уравняются, а следовательно, и расходы жидкости через ветви не станут одинаковыми.

 

Методические указания

 

Изучение гидроаппарата любого типа следует начинать с вы­яснения его назначения и принципа действия. Важно освоить осо­бенности взаимодействия аппарата с потоком жидкости в устано­вившемся и переходном режимах работы, уметь выполнять расче­ты расходных характеристик устройств.

Особое внимание следует уделить определению гидростатичес­ких и гидродинамических сил потока жидкости, действующих на: подвижные элементы распределителей и клапанов давления. Необходимо изучить способы компенсации этих сил, что важно для обеспечения приемлемых характеристик аппаратуры.

Студенту надо знать возможные причины отказов гидроаппара­туры, такие как грязевое защемление золотников, потеря герме­тичности, работа в кавитационных режимах, колебательные режи­мы работы клапанов. Следует обратить внимание на то обстоя­тельство, что динамическая устойчивость клапанов давления зави­сит не только от конструктивных, но и эксплуатационных фак­торов.

Литература: [1, с. 358—379]; [5, с. 266—275].

 

Вопросы для самопроверки

 

1. По каким признакам классифицируют устройства гидроаппаратуры?

2. Как рассчитать расход жидкости через одиночный дроссель и пакет дрос­сельных шайб?

3. Как влияет кавитация на вид расходной характеристики дроссельного устройства?

4. Дайте определение понятию критический перепад давления при истечении
с кавитацией и приведите формулы для его расчета.

5. Изобразите расходную характеристику распределителя с круглым золотником. От чего зависит пропускная способность распределителя?

6. В каких случаях в круглых золотниках возникают неуравновешенные радиальные силы?

7. Каковы способы уменьшения реактивных сил потока в золотниковых распределителях?

8. Изобразите характеристики предохранительного и редукци­онного клапанов. Чем объяснить различные знаки перерегулирования по давлению этих характеристик?

9. 9. Как компенсировать действие реактивных сил на затвор клапана?

10.Сформулируйте условие динамической устойчивости для линейной дина­мической модели клапана.

11.Каково влияние различных конструктивных и эксплуатационных факторов на динамическую устойчивость клапана?

12.Какие конструктивные меры применяют для демпфирования колебаний клапанов?

 

ПНЕВМОАППАРАТУРА

 

Общие сведения

 

Под пневмоаппаратурой понимают разнообразные устройства, предназначенные для регулирования и управления потоками газов. К пневмоаппаратуре ВС предъявляют такие требования, как ма­лая масса и габариты, герметичность, коррозионная стойкость, взрывобезопасность и др.

В пневмосистемах применяют распределительную и регулирую­щую аппаратуру тех же типов, что и в гидросистемах, но с дополнительными устройствами герметизации и обеспечения смазки. В устройствах пневмосистем прецизионные золотниковые пары не применяют из-за возможности их заклинивания и коррозии, а используют, как правило, рабочие органы клапанного типа. Герметизация обеспечивается за счет применения резиновых и пластико­вых уплотнений. Недостатками затворов с резиновыми уплотнения­ми являются малая долговечность и возможность прилипания за­твора к седлу.

По типу элементов, разделяющих рабочие полости, пневматиче­ские устройства можно разделить на сильфонные, мембранные и золотниковые (поршневые).

По принципу действия пневмоаппаратура может быть авто­матической и управляемой. К автоматической относят аппаратуру, рабочий процесс которой протекает под действием самой рабочей: среды без каких-либо посторонних команд. В управляемой аппаратуре рабочий цикл происходит по соответствующим командам.

Клапаны давления пневмосистем делят на регуляторы «до себя» и регуляторы «после себя», регуляторы прямого и непрямого; действия. К регуляторам давления «до себя» относятся предохранительные (перепускные) клапаны, предназначенные для поддержания давления в системе на уровне не выше заданного путем¹ сброса части рабочей среды в атмосферу либо в специальные магистрали. Регуляторы давления «после себя» устанавливаются на^! магистрали подачи газа к потребителям и обеспечивают заданное давление дросселированием потока. К регуляторам давления «после себя» относят редукционные клапаны.

Наименования пневматических устройств газовых систем соот­ветствуют их функциональному назначению. В газовых системах ВС наиболее распространены следующие типы пневмоаппаратов: редукционные и предохранительные (перепускные) клапаны, распределители, редукционные ускорители и разнообразные дроссель­ные устройства.