Хидравлични дросели

ХидравликаСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 7, 2012

ПОДОБНИ СТАТИИ

Хидравличните дросели са сред най-елементарните в конструктивно отношение устройства за управление на скоростта на хидравличните изпълнителни механизми. Регулирането на скоростта е чрез изменение на дебита на работната течност, посредством промяна на проходното сечение на регулиращия елемент, а с това и хидравличното съпротивление в определен тръбопровод или канал на хидравличната система. Явяват се основен елемент в конструкцията на повечето хидравлични управляващи устройства.

Класификация
Дроселите се класифицират по редица признаци. Обикновено основно се подразделят на две групи – постоянни и регулируеми. Постоянните дросели се изпълняват като бленди (шайби) и представляват отвори с дължина по-малка от диаметъра им, дълги отвори с малък диаметър, капилярни тръбички, винтови канали и др. При регулируемите дросели управлението на скоростта е посредством изменение на проходното сечение или дължината на дроселния канал. Регулируемите дросели, от своя страна, се подразделят според вида на отвора или затвора. На базата на този критерий те биват: иглени (конусни), плунжерни, пластинкови, винтови, шлицови, жлебови (прорезни) и др. Също така често биват класифицирани и според движението на затвора. Спрямо този критерии те се подразделят на дросели с паралелно изместване или вентилни и на дросели със завъртане (кранови).

Друга често използвана класификация на дроселите е разделянето им на линейни и нелинейни в зависимост от характера на течението в дросела и възникващите хидравлични загуби. В линейните дросели загубите на налягане се определят най-вече от хидравличното триене при протичането на течността през дълги канали. Съответно, загубите на налягане са линейна функция на протичащия дебит. Тъй като течението е ламинарно, тези дросели са познати и като ламинарни. Често посочван техен недостатък е, че вискозитетът, а следователно и хидравличните съпротивления, са силно зависими от температурата на работната течност.

При нелинейните дросели вискозитетът, т. е. температурата, оказва слабо влияние върху загубите на налягане. Падът на налягане се определя основно от деформацията на потока и вихрообразуването. При пренебрежими загуби от вискозно триене падът на налягане зависи само от квадрата на дебита. Подобни дросели са познати като квадратични или турбулентни. Техните характеристики практически не зависят от температурата на флуида. Много често в конструкцията им е интегриран и успоредно включен обратен клапан за протичане в обратна посока без дроселиране. Това е т. нар. дросел с обратен клапан (throttle check valve). Предназначението на дроселите с обратен капан е създаване на пад на налягането в подавания и отвеждания поток работна течност. Също така регулиране на преминаващия през дросела поток и свободно пропускане на връщащия се. Подобни дросели са широко използвани в системите за регулиране на хидравлични задвижвания, а така също във водоснабдителни системи, хидравлични системи към машини и други.

Произвеждат се и сдвоени дросели с обратен клапан (double throttle check valves), които представляват два симетрично разположени дросела с обратен клапан в общ корпус. Характерно за тях е възможността да управляват дебита едновременно в два канала.

Управление на скоростта
При използването на дросели обикновено се реализират три основни схеми за управление на скоростта: включване на дросела на входящия тръбопровод (meter-in control), дроселиране на изхода (meter-out control) и с дросел, включен успоредно на хидродвигателя.

В случая, когато дроселът е включен на входящия тръбопровод промяната на скоростта се реализира като резултат от съвместното действие на дросела и предпазно-преливния клапан. С предпазно-преливния клапан се поддържа постоянно налягане на входа на дросела, а налягането след дросела се определя от съпротивлението, което преодолява хидравличният двигател. Съответно, при постоянно натоварване на хидродвигателя, падът на налягането в дросела също е постоянен. При постоянен пад на налягането с промяна на дроселното сечение (позицията на дросела) се постига и изменение на дебита. Ако сечението намалява, дебитът през дросела, както и скоростта също намаляват. Останалата част от дебита протича към резервоара през предпазно-преливния клапан, т. е. в случая той изпълнява функцията на преливен клапан.

Тази схема за управление на скоростта дава възможност за фино регулиране на скоростта и плавен пуск на хидродвигателя. Тя се счита за не особено подходяща в случаите, когато външното натоварване съвпада с посоката на движение. Проблеми могат да възникват и при внезапно пълно разтоварване. При използване на този метод в подобни приложения обикновено във връщащия тръбопровод на хидродвигателя се монтира подпорен клапан, който създава определено противоналягане. В този случай обаче допълнително се повишава работното налягане и се намалява ефективността на системата.

Втората схема на управление скоростта - дроселиране на изхода, принципно не се различава съществено от вече описания. Разликата в случая е, че налягането на входа на дросела се определя от настройката на предпазно-преливния клапан и външното натоварване. Съответно, налягането след дросела е близко като стойност до атмосферното. В идеалния случай падът на налягане е постоянен.

Тази схема е широко разпространена, като сред посочваните причини за това е фактът, че подпорното налягане, създавано от дросела, осигурява плавно движение на задвижвания механизъм, особено при знакопроменливо или пулсиращо изменение на съпротивителната сила. Като неин недостатък често се посочва скокообразното нарастване на скоростта в началния момент при тръгване над стойността, която има при установено движение. Това се дължи на невъзможността веднага да се създаде съответното противоналягане във връщащата област.

Схемата на управление на скоростта с дросел, включен успоредно на хидродвигателя, е позната още и като дросел в отклонение (bleed-off control). В този случай дебитът, подаван от помпата, се разделя на два отделни потока. Единият от потоците се насочва към хидродвигателя, а другият - през дросела към резервоара. При затворен дросел скоростта е максимална. С неговото отваряне скоростта намалява, тъй като част от течността се връща директно в резервоара. Ако при напълно отворен дросел съпротивлението му е по-малко от характерното за клона към хидродвигателя, той спира работа и целият дебит се отвежда в резервоара. В тази схема предпазно-преливният клапан е нормално затворен и обикновено се използва за защита от претоварване. Налягането на помпата се определя от натоварването на хидродвигателя, което определя по-голямата ефективност на решението в сравнение с първите две схеми. Този метод не се препоръчва за случаите на натоварване в посоката на движение. Освен това, в даден момент е възможно управление на скоростта само на единия изпълнителен механизъм.

Характерно и за трите схемни решения е, че с намаляване на скоростта нараства количеството течност, която се връща в резервоара, без да извърши полезна работа, т. е. нарастват загубите на мощност и се намалява енергийната ефективност на системата.

Добре е да се има предвид, че използването на дросели не може да осигури постоянна скорост на движение при променливо натоварване. С изменение на натоварването се променя падът на налягане, което при фиксирана позиция на дросела означава и изменение на дебита през него. Това е причината дроселите да са известни още като клапани за дебит без компенсация по налягане (non-pressure-compensated flow control valve).



Ключови думи: Хидравлични дросели



Top