Скорость задаётся расходом
Дроссельное регулирование изменяет расход через исполнительный механизм с помощью местного сопротивления. Для цилиндра без утечек скорость v = Q/A, где A — площадь питаемой или опорожняемой полости, согласованная с используемым расходом. Сам дроссель не задаёт постоянную скорость: при неизменном открытии изменение нагрузки меняет перепад на отверстии, следовательно, меняется расход.
Для установившегося турбулентного течения несжимаемой жидкости используют приближение Q = Cda√(2Δp/ρ). Здесь a — площадь прохода, Cd — коэффициент расхода, ρ — плотность масла, Δp — перепад. Коэффициент зависит от геометрии и режима; при малом открытии и высокой вязкости закон может отличаться. Расход относится к жидкости при рабочей температуре. Избыточное или абсолютное давление допустимо для вычисления перепада, если обе стороны имеют одинаковый отсчёт.
Место сопротивления меняет результат
| Схема | Что регулируется | Что проверяют |
|---|---|---|
| Meter-in | Подача на входе исполнительного механизма | При попутной нагрузке возможны разгон и недостаточное заполнение |
| Meter-out | Поток из выходной полости | Противодавление, нагрев и рост давления в полости |
| Bleed-off | Отвод части подачи мимо исполнительного механизма | Зависимость оставшегося расхода от нагрузки и работы насоса |
Таблицу можно прокручивать по горизонтали →
Сопротивление на выходе способно создать тормозящее противодавление, но оно не заменяет самостоятельную функцию удержания груза. Для цилиндра со штоком площади неодинаковы: расход слива при втягивании может превышать расход подачи. Из-за отношения площадей давление в запертой или дросселируемой полости способно оказаться выше давления насоса; эту полость и аппаратуру проверяют отдельно.
Условный пример дросселя и теплового баланса
Пусть Cd = 0,65, площадь отверстия a = 1 мм², плотность масла ρ = 850 кг/м³, перепад 20 бар. По указанной модели расход равен 2,675 л/мин. Если при том же открытии перепад снизится до 10 бар, расход составит 1,892 л/мин: он уменьшится в √2 раз. На первом режиме потери мощности равны Δp·Q = 0,0892 кВт. Это условная оценка локального сопротивления, без кавитации и поправок на вязкость.
Теперь рассмотрим иной режим: насос подаёт 30 л/мин при 120 бар избыточного давления, цилиндру нужно 12 л/мин при 80 бар, бак условно имеет нулевое избыточное давление. Дроссель на входе теряет 40 × 12 / 600 = 0,8 кВт. Если оставшиеся 18 л/мин сбрасываются через предохранительный клапан при 120 бар, там теряются ещё 3,6 кВт. Полезная гидравлическая мощность цилиндра составляет 1,6 кВт, подведённая — 6 кВт; эффективность такого идеализированного распределения энергии всего 26,7 %. Механические потери насоса и цилиндра дополнительно снижают итоговый КПД.
Компенсация и ограничения
Регулятор расхода с компенсацией давления поддерживает приблизительно постоянный перепад на дозирующем элементе. Скорость становится менее чувствительной к нагрузке, пока хватает общего перепада и аппарат работает в паспортном диапазоне. Компенсация не устраняет потерю Δp·Q: необходимый перепад по-прежнему превращается в тепло. Чувствительность к температуре зависит от конструкции и свойств масла.
При проверке измеряют давление до и после регулирующего элемента, расход, скорость и температуру на нескольких нагрузках. Тепловой баланс составляют для полного цикла, включая ожидание и возврат. Устойчивое движение требует согласования дросселя с инерцией, упругостью жидкости и трением. Шум и нестабильность расхода могут указывать на недостаточное заполнение или кавитацию; увеличение открытия без проверки схемы не решает причину автоматически.
Первичные источники
- Parker, Pressure Compensated Flow Control Valves — класс регуляторов расхода с компенсацией давления
- Parker, Hydraulic Threaded Cartridge Valves — аппараты регулирования расхода и управления нагрузкой
- ISO 4413:2010 — общие правила и требования безопасности гидравлических систем