Гидродроссели: разновидности и назначение

Для контроля расхода жидкости в гидравлических системах используется гидродроссели. Устройство создает жидкостное сопротивление потока, регулируя скорость работы гидродвигателя путем перепада давления. В некоторых случаях с этой задачей справляются гидрораспределители (сумматоры и делители потока).

Управление потоком с помощью дросселя называется дросселированием.

Разновидности гидродросселей

На рисунке представлены обозначения гидродросселей двух типов:

а) регулируемый тип; б) нерегулируемый тип.

На схеме дроссель обозначается в виде сужения потока. Стрелка указывает, что возможно изменение сопротивления извне. К типу (а) (регулируемые дроссели) относятся изделия, у которых внешним воздействием изменяется площадь сечения рабочего потока.

Гидравлические дроссели классифицируются по конструкции запорного элемента. Наиболее распространены:

• золотниковые;

• игольчатые;

• тарельчатые;

• щелевые;

• крановые.

Принцип действия

Изменение гидравлического сопротивления создает перепад давления между узлами гидросхемы.

Перепад давления находится в прямой зависимости от расхода и площади проходного сечения и в обратной – от плотности рабочей жидкости.

Соотношение описывается выражением:

Q = µ∙S 

где:

• Q – расход жидкости, см3/с;

• µ – коэффициент расхода (≈0,7);

• S – площадь сечения, см2;

• Pad – разница давлений, Па;

• ρ – плотность жидкости, г/см3.

На скорость работы механизма также влияет геометрия дросселирующей щели, которая может быть конической, прямой, кольцевой и пр.

Важный параметр – характеристика дросселя. Это зависимость падения давления в распределителе от расхода проходящей через него рабочей жидкой среды. По типу соответствующего уравнения гидродроссели бывают линейные и квадратичные (нелинейные).

Гидродроссели линейные

Другие названия – вязкостные или инерционные. Проходное сечение имеет прямой профиль. Потери давления и расход на дросселе изменяются в зависимости от длины канала. Внутри создается ламинарное течение жидкости. Поэтому данный вид может используется только в маломощных системах с потерями давления ниже 0,3 МПа.

Чем длиннее проходной канал, тем выше площадь сечения, что предохраняет гидродроссель от скопления грязи и мусора на поверхности.

Существенный недостаток линейной конструкции – зависимость от вязкости жидкости и, как следствие, от температуры потока. Это резко ограничивает применение устройств в случае больших объемов двигателей.

Гидродроссели нелинейные

Это распространенный тип дросселей, т.к. на его работу практически не влияет температура жидкости, а режим течения внутри турбулентный. Это позволяет применять устройства в мощных гидроприводах.

Характеристика описывается квадратичной зависимостью разницы давлений от расхода. При высокой скорости жидкости местное сопротивление вызывает завихрения и деформацию потока. Управление движением происходит за счет изменения количества сопротивлений либо площади сечения квадратичного дросселя.

Классификация по типам регулирования и устройства

По типу управления гидродроссели могут быть управляемыми или неуправляемыми. В первом случае оператору доступно варьировать величину проходного канала; во втором – площадь рабочего сечения изменению не подлежит. На практике часто неуправляемый тип совмещают с другими регулирующими механизмами.

По типу конструкции гидродроссели делятся на устройства прямого действия и регуляторы скорости. Расход жидкости в дросселе прямого действия зависит от перепада давления на входе и выходе. В регуляторе скорости расход рабочей среды не зависит от внешних нагрузок и является постоянной величиной.

Регулируемые гидродроссели

Рассмотрим самые распространенные виды.

1. Щелевой. Широко применяется, в том числе на гидромоторах больших объемов. В проходном отверстии установлена полая пробка со щелью для потока. При повороте пробки изменяется площадь сечения. Таким образом, вязкость потока не оказывает влияния на пропускную способность. Недостатком является подверженность загрязнению.

2. Игольчатый. Запорно-регулирующий элемент имеет формы конуса. Дросселирующее отверстие короткое, омываемая поверхность малая. Как в предыдущем варианте, характеристика не сильно зависит от вязкости и температуры жидкости. Однако есть высокий риск засорения.

3. С продольной канавкой. Запорно-регулирующий элемент имеет срез, выполненный под углом, и прямоугольную или треугольную канавку. Взаимное расположение отверстия в гильзе и самого запирающего элемента определяет степень местного сопротивления. Площадь соприкосновения с жидкостью небольшая, щель узкая. Данный тип подходит для маломощных систем.

Формы гидродросселей

Простейшая конструкция напоминает по внешнему виду шайбу или комбинацию шайб. У таких дросселей, как правило, имеются заостренные кромки, предотвращающие загрязнение.

Более сложные и объёмные изделия (нелинейные) имеют квадратную форму. Для высокоскоростных и мощных потоков рекомендуется использовать одновременно комплект дросселей (пакетные гидродроссели). Такое решение минимизирует риски выхода из строя. Количество шайб определяет силу сопротивления. При расчете таких дросселей учитывается взаимное расположение шайб и удаленность отверстий друг от друга. Имеют значение также диаметры проходных отверстий.

Среди квадратичных дросселей с точки зрения расчетов наиболее простым является гидродроссель с золотниковым запорно-регулирующим элементом.

Применение дроссельного регулирования

Устройства используются для регуляции скорости движения потоков в гидродвигателях, гидромоторах. Однако для систем большой мощности применение мало эффективно.

В зависимости от конструкции регулятор устанавливается либо на входе в двигатель, либо на выходе (слив). Известны схемы с включением дросселя параллельно основному рабочему механизму.

Для ограничения давления в системе должен присутствовать предохранительный клапан.

Явление облитерации

В техническом смысле облитерация – это заращивание сечения отверстия в процессе эксплуатации. Для дросселя площадь рабочего сечения не может снижаться бесконечно. Существует нижняя граница, по достижении которой стабильность работы дросселя резко снижается.

Твердые включения, содержащиеся в рабочих средах, могут задерживаться материалом запирающих элементов, оседать в микротрещинах. Происходит постепенное накопление частиц. Если их размеры приближаются к габаритам щели, есть риск полного заращивания с утратой пропускной функции. Восстановление расхода произойдет при расширении рабочего окна.

Помимо механического загрязнения облитерацию может вызвать и адсорбция стенками дросселирующей щели поляризованных частиц жидкости. Молекулы со временем образуют слой толщиной до 10 мкм, влияя на местное сопротивление.

Площадь проходного сечения постепенно уменьшается. При небольших рабочих сечениях может произойти полная облитерация. Избавиться от наслоения частиц можно вращательными или поступательными движениями одной из поверхностей относительно другой. Разрушение адсорбированного слоя поляризованных частиц приведет к восстановлению необходимого расхода.

Для предотвращения адсорбции молекул в конструкцию вносят изменения, предусматривающие осцилляции или вращения рабочего тела дросселя. В результате проходное окно не засоряется и не задерживает поляризованные молекулы. Облитерация не происходит.

Когда необходим ремонт

В пространство между клапаном и корпусом гидродросселя попадают загрязняющие частицы из рабочих жидкостей. Это вызывает подклинивание клапана и создает нестабильность расхода потока. Для устранения неполадки необходимо разобрать гидродроссель, промыть все части, включая всю гидравлическую систему. После повторной сборки убедиться в восстановлении подвижности клапана. Перед запуском жидкость подлежит очистке от загрязнений.

Краткое описание гидродросселя марки ДКМ

Основное предназначение дросселей ДКМ – создание перепада давления в рабочем потоке на входе и выходе или регулирование расхода в прямом и обратном направлениях. Особенностью конструкции является наличие обратного клапана.

Рабочая жидкость – масла; рабочая температура от 20 до 50 °С; допустимый размер частиц в маслах 25 мкм.

Номинальное давление на входе: 32 МПа, максимальное – 35 МПа.

В зависимости от исполнения, номинальный расход рабочей жидкости составляет от 12,5 до 63 л/мин; перепад давления на обратном клапане – от 0,25 до 0,35.

Способ монтажа ДКМ дросселя модульный.

Масса изделия не превышает 2,2 кг.