ГЛАВА XIII

ДРОССЕЛЬНЫЕ И РЕГУЛИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Дроссель представляет собой местное сопротивление, устанавливае­ мое на пути течения жидкости с целью ограничения (регулирования) ее расхода или создания перепада давления.

В гидравлических системах летательных аппаратов дроссели при­ меняются для регулирования скоростей приводов прямолинейного дви­ жения и числа оборотов валов гидравлических моторов, а также для ре­ гулирования расхода горючего в авиационных двигателях.

По принципу действия различают:

—дроссель вязкостного сопротивления, потеря напора (давления)

вкотором определяется в основном вязкостным сопротивлением потоку жидкости, в результате чего потеря давления является практически ли­ нейной функцией скорости течения (расхода )жидкости;

—дроссель инерционного сопротивления, потеря напора в котором

определяется в основном инерционными силами (деформацией потока жидкости), в результате чего изменение давления происходит практиче­ ски пропорционально квадрату скорости потока жидкости.

Поскольку дроссельное регулирование основано на превращении части энергии в тепло, гидравлические системы с дроссельным регули­ рованием в основном применяют при небольшой мощности (3—5 л. с.) и реже при мощностях до 10 л. с.

ТИПОВЫЕ СХЕМЫ ДРОССЕЛЕЙ

Принципиальные схемы распространенных дросселей приведены на рис. 201. В гидросистемах низкого давления (до 50 кГ/см2) распростра­ нены дроссели типа поворотного крана (рис. 201).

В автоматических системах часто требуется обеспечить строго квад­ ратичную зависимость расхода жидкости через подобный крановый дроссель от угла поворота его пробки. Для этой цели профиль дроссе­ лирующей щели поворотной пробки выполняют по архимедовой спирали (обычно с шагом 3 мм), поэтому глубина канавки будет связана с углом

поворота по линейной зависимости, а	площадь — по	квадратичной
(рис. 202). Благодаря этому облегчается	точная настройка дросселя
в области малых подач и в то же время	представляется	возможным

охватить широкий диапазон расходов на сравнительно небольшом угле поворота его пробки.

Для повышения стабильности расхода необходимо уменьшать вели­ чину ширины перемычки а.

Недостатком дросселей с поворотной пробкой является зависимость расхода жидкости через них от температуры, а также возможность засо­ рения проходного канала, особенно при малых его сечениях.

В простейших гидравлических схемах применяются также игольча­ тые дроссели, конструктивные схемы которых представлены на рис. 203.

2 6 4

Для устранения засорения применяют дроссели, в которых регули­ рование сопротивления достигается изменением длины канала дросселя

(рис. 204, а)	или изменением	количества местных сопротивлений
(рис. 204,6)	при неизменных их проходных сечениях.
В дросселе, приведенном на		рис. 204, а, сопротивление регулируется

изменением длины канала, которым в этом случае является винтовая ка­ навка. Ввинчиванием или

\///////Л ^	{	вывинчиванием		винта
	^ //|	можно	изменять	длину
		канала,	а следовательно,
		регулировать сопротивле­
		ние дросселя. Сопротивле-

Рис. 201. Принципиальные	схемы	крановых	д р оссе­		Рис. 202. Схема		дросселя
лей						пробкового	типа
ние рассмотренного дросселя		зависит	от	вязкости		жидкости, поэтому
он может быть применен лишь при условии стабильных температур.
Поскольку сечение	канала подобного			дросселя		мало в	сравнении

с радиусом изгиба (радиусом дроссельной пробки), дроссельный канал можно рассматривать как трубку прямоугольного или треугольного, в зависимости от профиля резьбы, сечения и расчет сопротивления в пер­

вом	приближении				можно
вести по		общим		формулам
для	труб Гем.			выражения
(51)	и (58)].		отметить,			что
при	Следует
	уменьшении			периметра
проходного			сечения		канала
дросселя		уменьшается веро­
ятность		его	засорения,			по­
этому величину этого пери­
метра следует выбирать ми­
нимальной.			Очевидно,			луч­
шими с этой точки зрения
являются		дроссели			с мень­
шим отношением				периметра
к площади сечения дроссель­
ной щели и с наиболее						ко­	Рис. 203. Конструктивны е схемы игольчатых д р о с ­
роткими		проходами				для	селей
жидкости.
	Последним требованиям наиболее полно отвечает дроссель в виде
тонкой шайбы (диафрагмы)							с круглым отверстием (рис. 205, а). Дроссе­

лирующие свойства отверстий в таких шайбах в основном обусловлены внезапным сжатием потока жидкости при входе в отверстие и внезапным его расширением при вытекании из него. Этот дроссель обладает мини­ мальной зависимостью сопротивления от вязкости жидкости, поскольку

265

здесь потеря напора в основном обусловлена инерционными потерями (потерями на сообщение частицам жидкости ускорения) [см. выражение (73)].

При разработке гидравлических систем зачастую требуется дрос­ сель, обладающий высоким гидравлическим сопротивлением и стабиль­ ными расходными характеристиками при колебаниях вязкости. Обеспе­ чить подобные требования одной дроссельной шайбой не представляется

	возможным,			поскольку				размер
	ее отверстия при этом должен
	быть недопустимо, с точки зре­
	ния	возможности					засорения,
	малым,.		Ввиду			этот		приме­
	няются дроссели из последова­
	тельно соединенных шайб								(па­
	кеты	шайб)			(см. рис. 204,6),
	работа		которых			основана			на
	многократном				сужении			и	рас­
	ширении потока жидкости. Со­
	противление				такого		дросселя
	регулируется подбором количе­
	ства шайб. Поскольку расстоя­
	ние	между			шайбами			обычно
	мало,	а	поперечное					сечение
б)	велико		в	сравнении				с сече­
Рис. 204. Схемы винтового (а) и диаф рагм ен ­	нием отверстия в шайбе, можно
ного (б) дросселей	считать,		что		гидравлическое
	сопротивление					такого		пакета
обусловлено в основном потерями в отверстиях (потерями напора									при
истечении через отверстия в тонкой стенке).

Практика показывает, что на расходные характеристики такого дросселя несколько влияет расстояние между шайбами, которое должно быть не меньше (3-^-5)d, где d — диаметр отверстия; а также толщина 5

дросселирующей шайбы или ее кромки (см. также рис. 205, а), которая обычно выбирается не более (0,4-^0,5)d.

266

Диаметр d отверстий в шайбах должен быть не меньше 0,3—0,5 мм, так как в противном случае возможно засорение отверстия. При сборке дроссельного пакета шайбы смещаются относительно друг друга так, чтобы отверстия в них не находились одно против другого.

Благодаря отмеченным выше качествам этот тип дросселя получил широкое применение в гидросистемах летательных аппаратов, и в осо­ бенности аппаратов, предназначенных для эксплуатации в широком тем­ пературном интервале.

Регулирование сопротивления одношайбового дросселя может быть осуществлено применением дроссельной иглы (см. рис. 205,6), при по­ мощи которой изменяется сечение дроссельного отверстия.

На рис. 205, в (см. также рис. 203) показан регулируемый диафраг­ менный дроссель тонкой настройки, которая достигается тем, что про­ ходное сечение здесь образуется узкими щелями на цилиндрической час­ ти подвижной детали, выполненными в виде угловых (см. рис. 203) и прямоугольных (рис. 205, в) канавок, которые к тому же имеют пере­ менное сечение по ходу этой детали. Этот дроссель имеет преимущества перед игольчатыми дросселями, представленными на рис. 205, б как по возможности получения малых расходов, так и уменьшения опасности засорения щелей, геометрическая форма которых с этой точки зрения имеет преимущества перед кольцевой щелью.

Расчет дросселя

Потеря напора в диафрагменном дросселе с круглым отверстием с острой кромкой (см. рис. 205, а) в основном обусловлена потерями на удар, ввиду чего при практических расчетах этих дросселей можно при­ менять формулу дря расчета расхода при истечении жидкости из отвер­ стия в тонкой стенке [см. выражение (73)].

Сопротивление диафрагменных дросселей с регулирующим венти­ лем (см. рис. 205, 6) можно рассчитывать по формуле для вычисления местных потерь напора:

2g

[см. выражение (67)], приняв значение коэффициента £ равным 2—2,2. Эти же значения £ можно также принять при расчете дросселей кранового типа (см. рис. 201), скорость потока жидкости для которых

вычисляют для наиболее узкого места канала.

Площадь сечения канала в месте, наиболее узком для данного по­ ложения игольчатого дросселя, представленного на рис. 205, г, рассчиты­ вают по выражению

/др--=*:/*! D+ d

2

Так как	d = D —2a;	h — m sin а; а = т sin а cos а, то	можно принять
/д р ^ л Д эш а . У г о л а		обычно выбирают от 3 до 15°;	распространенное
значение	а ^ 6 ° .

В каналах дросселя может быть допущена скорость жидкости при­ мерно в 10 раз больше скорости в подводимом трубопроводе. Пользуясь этим, проходное сечение /др каналов дросселя можно определять по практической формуле

	/др~0,1/Тр,		(297)
где /тр — площадь сечения трубопровода.
Р а с ч е т	м н о г о ш а й б о в о г о	д р о с с е л я . При приближенном
расчете многошайбового дросселя,		состоящего из п одинаковых шайб,
находящихся	на равном расстоянии I друг от друга		(см. рис. 204,6),

267

пренебрегают потерями в камерах между шайбами и влиянием противо­ давления в них, а также допускают, что общее сопротивление (перепад давления Арп) дроссельного пакета равно сумме сопротивлений Ар от­ дельных шайб

Арп — Арп или Ар = ^ - .

п

Поскольку через каждую шайбу протекает в единицу времени одно и то же количество жидкости, то расход Q жидкости при условии равен­ ства сечений отверстий диаметром d в шайбах можно записать в виде

	Q—[ХОО			(298)
где	|х — коэффициент	расхода для	единичной	шайбы [см. выраже­
	ние. (73)];
	со —------- площадь сечения отверстия		в шайбе;
	|хп — приведенный	коэффициент	расхода	дроссельного пакета
	шайб.

В соответствии с этим приведенный коэффициент р,ш показывающий, во сколько раз расход жидкости через дроссельный пакет, состоящий из п одинаковых шайб, меньше при том же перепаде давления расхода че­

рез дроссель с одной шайбой может быть выражен:
	Ч„= - 4 = .	(299)
	у П
Для	выравнивания расходов необходимо соответственно изменить
сечения	отверстий.
Из приведенных данных следует, что диаметры отверстий дросселя
с одной и многими шайбами при заданных постоянных расходе Q и пе­
репаде давления Ар дросселя связаны соотношением
	Q = ^ 2 | / 2g^=Kd i y r2g^,	(300)

где d и dn — диаметры отверстий при одно- и многошайбовом дросселе. На основании приведенных данных можем написать

]xd2= ~ ^ d 2 \	dn~ Vnd.	(301)
Yn п	п
При более точных расчетах необходимо учитывать		противодавле­
ние среды, в которую происходит истечение жидкости (см. стр. 72), под

действием которого фактический расход через пакет шайб может отли­ чаться от расчетного, произведенного по выражению (299).

Опыт показывает, что в области ламинарного течения (Re-<103) фактические р^ (с учетом противодавления) и расчетные |хп= ^= (б ез

учета противодавления) значения приведенных коэффициентов расхода через дроссельные пакеты шайб практически совпадают. В соответствии с этим для области ламинарного течения приведенный коэффициент рас­

хода рп можно рассчитывать по выражению (299). В зоне же устано­ вившегося турбулентного режима (Re>2-103) фактическое значение приведенного коэффициента расхода р,^ превышает расчетное значение

Рп, вычисленное без учета противодавления, в соответствии с чем	\ь'п =
— k\in=^r=z, где k — поправочный коэффициент, характеризующий	это

превышение. Среднее значение этого коэффициента для Re>2 • 103 мож­ но принять равным 1,25 (см. рис. 26).

2 6 8