Теория

Способы снижения величины ударного давления

Снизить величину гидравлического удара можно либо увеличением времени t переключения распределителя (перекрытия трубопровода) до значения clip_image002, либо уменьшением периода трубопровода, осуществляемым обычно с помощью различных компенсаторов (гасителей) удара.

Регулирование времени переключения распределителя обычно осуществляется с помощью дроссельных реле, при применении которых можно обеспечить заданное время t.

Схема подобного реле, предназначенного для плавного выравнивания давления при мгновенном соединении двух магистралей с большим перепадом давления с помощью быстродействующего крана (задвижки) 9, представлена на рис. 25а. Реле обычно устанавливается перед этим краном и состоит из дроссельного плунжера капкана 3, в котором размещен обратный клапан 2 с конусным затвором, и дозировочного (регулировочного) поршня 4, нагружаемого пружиной 5.

Положение реле, показанное на рис. 25, соответствует положению подвижных частей после открытия перекрывного крана 9.

Плунжерный клапан 3 под действием создавшегося перепада давления Δр = р1р2 во входном и выходном каналах переме­щается вправо, открывая проходную щель, образованную конус­ной частью клапана 3 и корпусом реле, через которую поступает жидкость к выходному каналу и крану 9.

clip_image004

Рис. 25. Схема дроссельного клапана (реле) для регулирования времени переключения распределителей

В начальной стадии перемещения клапана 3 сечение проход­ной щели, представляющей собой несколько узких канавок, а следовательно, и расход жидкости через нее близки к нулю, и лишь после прохода клапаном некоторого заданного пути сечение щели и расход жидкости плавно достигают расчетного значения.

В конечном (крайнем правом) положении клапана 3 сопротив­ление реле потоку жидкости определяется лишь усилием возврат­ной пружины 5.

Скорость перемещения клапана 3 на открытие и соответственно скорость повышения расхода через образующуюся при этом рас­ходную щель определяются при прочих равных условиях ско­ростью перемещения поршня 4 дозировочного устройства, которая, в свою очередь, задается сопротивлением дросселя, через который вытесняется жидкость из камеры 6 при перемещении поршня 4.

Положение, показанное на рис. 25, б, соответствует положению подвижных частей реле после перекрытия трубопровода краном. Течение жидкости во входном и выходном каналах реле прекра­щается, а подвижные его части (клапан 3 и поршень 4) под дей­ствием возвратной пружины 5 перемещаются в исходные положе­ния. Для ускорения этого процесса предусмотрен обратный кла­пан 7, установленный параллельно с дросселем 8, через который жидкость поступает в правую полость камеры 6 поршня 4, обеспечивая ускоренное перемещение его в исходное положение (влево).

При изменении направления потока (подачи) жидкости (рис. 25, в) гаситель работает в качестве подпорного клапана, сопротивление (подпор) которого определяется усилием пру­жины 1, нагружающей запор клапана 2.

Требуемое время t закрытия (или открытия) задвижки, при котором будет обеспечен заданный заброс удельного давления ΔРн может быть определено из выражения:

clip_image006

Практика показывает, что безударность соединения маги­стралей с перепадом давления 220 кГ/см2 надежно обеспечивается при l 0,1 сек.

7.7. Компенсаторы гидравлического удара

Компенсатор (гаси­тель) гидравлического удара обычно представляет собой соеди­ненный с трубопроводом сосуд различной формы и конструкции с упругим элементом, обладающим более высокой сжимаемостью, чем жидкость в трубопроводе (рис. 26, а и б).

Распространены поршневые компенсаторы с пружинным (рис. 26, а) и газовым (рис.26, б) упругими элементами.

clip_image008

Рис. 26. Схемы гасителей гидравлического удара:

а, б – гасители гидравлического удара поршневого;

в – клапанного типа

Снижение компенсатором ударного давления происходит в ре­зультате поглощения при деформации упругим его элементом некоторой части энергии ударной волны, поступающей в компен­сатор в виде потока жидкости, соответствующего приращению скорости в ударной волне над начальной скоростью. Поскольку доля поглощенной компенсатором энергии будет тем большей, чем больше будет деформация упругого его элемента, характеристика упругости этого элемента в пределах возможной деформации должна быть по возможности постоянной. Для этого объем газо­вой камеры компенсатора (см. рис. 26, б) следует выбирать таким, чтобы изменение давления воздуха в процессе поглощения ударной волны было минимальным. Практически объем газовой камеры такого компенсатора (аккумулятора) выбирается равным 2 — 3 -секундному расходу жидкости в трубопроводе и начальное давление зарядки газом — равным (или несколько выше) максимальному рабочему давлению в системе. В том случае, если это допускается требованиями в части жесткости гидросистемы, давление предва­рительной зарядки выбирается равным 60% нормального давле­ния в магистрали в точке, в которой установлен аккуму­лятор.

Присоединение аккумулятора к рабочей магистрали гидросистемы следует осуществлять трубкой возможно малой длины и большого сечения, что диктуется влиянием на динамический процесс присоединенной (приведенной) массы жидкости.

Расчеты показывают, что влияние приведенной массы жид­кости во многих случаях (при длинных трубопроводах и малых их диаметрах) значительно (в 5—6 раз) преобладает над влиянием массы подвижных механических частей компенсатора. Увеличение в 2 раза диаметра трубопровода сопровождается уменьшением в 4 раза приведенной массы жидкости.

Расчет приведенной массы жидкости рассчитывается по выражению

clip_image010

где m – масса жидкости;

D и d – диаметр цилиндра компенсатора и трубопровода.

Недостатками поршневых компенсаторов являются большая их инерционность, обусловленная массой поршня, а также наличие трения в его цилиндре; к инерционности поршня добавляется инерционность столба жидкости в канале (трубке) а, соединяющем жидкостный резервуар компенсатора с рабочей магистралью гидросистемы. Вследствие этого поршень компенсатора может вступить в колебания в результате действия ударной волны или колебаний давления в системе, что приведет к асинхронному, по отношению к действию ударной волны изменению знака направления движения жидкости в этом канале (к появлению «отрицательной» скорости). При этом давление в канале может превысить ударной волны в защищаемой магистрали, в результате чего подобный компенсатор не только не будет поглощать энергию волны, а усугублять ее действием, что приведет к увеличению ударных давлений.

clip_image011clip_image013

clip_image014

В целях уменьшения инерционности подвижного элемента компенсатора разделение жидкостной и газовой сред выполняют с помощью эластичной резиновой мембраны (рис. 27, а). Емкость газовой полости обычно составляет 200 – 250 см3. Приведенные выше рекомендации по снижению инерционности столба жидкости в соединительном канале сохраняются в силе и для последнего компенсатора, поскольку при несоблюдении их эффективность погашения компенсатором гидравлического удара может быть полностью нарушена (ударная волна будет проходить мимо резервуара компенсатора).

Последнее подтверждение испытаниями пневмогидравлического диафрагменного компенсатора (рис. 27, б) результаты испытания (длина трубки 100 см и диаметр 12 х 10 мм) которого показали, что влияние на колебания давления в гидросистеме (частота колебаний 100 гц и выше), этот компенсатор, практически не оказывал.

Наблюдались также случаи, когда присоединение компенсатора трубкой большой длины (1,0 м) и малого сечения привело к повышению ударных давлений по сравнению с работой без компенсатора. Однако при правильной установке диафрагменного компенсатора заброс ударного давления у перекрывного крана (заслонки) при прямом гидроударе не превышает 10 % значения давления зарядки компенсатора.

Пермь Питер Пятигорск