Wydział: Mechaniczny Technologiczny
Kierunek: Mechatronika
Semestr: V
Sekcja: 2
Politechnika ÅšlÄ…ska
Napędy hydrauliczne i pneumatyczne
Laboratorium
Badanie charakterystyki statycznej regulatora przepływu
Cel laboratorium
Celem przeprowadzonego laboratorium było zbadanie regulatora przepływu i
wyznaczenie jego charakterystyki statycznej dla różnych nastaw regulatora.
Wstęp teoretyczny
Regulator przepływu jest elementem sterującym natężeniem przepływu cieczy
dostarczanej do odbiornika. Regulator pozwala stabilizować prędkość silnika, niezależnie od zakłóceń
takich jak zmiana obciążenia silnika lub wydajności pompy.
Wyróżniamy regulatory dwudrogowe i trójdrogowe:
Rys. 1. Schemat regulatora przepływu dwudrogowego
Rys. 2. Schemat przepływu regulatora trójdrogowego
Budowa regulatora przepływu
Zarówno regulator dwudrogowy jak i trójdrogowy zbudowany jest z zaworu
dławiącego i zaworu różnicowego. Różnią się tylko tym, że w przypadku regulatora dwudrogowego
zawory połączone są szeregowo, natomiast w przypadku regulatora trójdrogowego - równolegle.
Zasada działania regulatora dwudrogowego
Regulator zasilany jest strumieniem Q1, przy stałym ciśnieniu p1 nastawionym za
pomocą zaworu przelewowego. Strumień ten jest dzielony na strumień użyteczny Q2, zasilający
odbiornik i strumień Qz odprowadzany przez zawór przelewowy do zbiornika.
Jego zadaniem jest utrzymanie stałej wartości natężenia Q2 na wyjściu, niezależnie od
ciśnienia p2. Warunkiem działania tego układu jest to, aby z
ródło zasilające układ, w którym regulator
jest zainstalowany, miało wydajność Q1 większą od natężenia przepływu strumienia regulowanego
Q2.
Natężenie strumienia regulowanego w dużym stopniu zależy od zaworu dławiącego, na
którym jest utrzymywana stała wartość spadku ciśnienia "pd  ustalana na zaworze różnicowym.
Przy założeniu, że ciśnienie wejściowe p1 jest stałe a obciążenie p2 zmienne i zależne od
odbiornika, zmianie musi ulegać całkowity spadek ciśnienia na regulatorze "preg. Ze względu na to, że
spadek ciśnienia na dławiku jest stały to dostosowanie spadku ciśnienia "preg jest możliwe tylko na
zaworze różnicowym "pr. Przy wzroście p2 następuje zmniejszenie spadku ciśnienia "pr na zaworze
różnicowym i tłoczek przesunie się w dół powiększając przekrój szczeliny dławiącej. Przy zmniejszeniu
p2 następuje wzrost spadku ciśnienia "pr na zaworze różnicowym i tłoczek przesunie się w górę
pomniejszając przekrój szczeliny dławiącej. Dla p2=0 szczelina zaworu różnicowego zostanie
zamknięta.
Rys. 3. Charakterystyka przepływowa regulatora
Na powyższym rysunku przedstawiono charakterystyki przepływowe Q2=f(p1-p2) dla kilku
nastaw pola przekroju szczeliny dławiącej fd jako parametru. Przy małej różnicy ciśnień (p1-p2) d""pd,
"pr=0. Pole powierzchni fr otworu dławiącego w zaworze różnicowym jest największe, a różnica
ciśnień na zaworze dławiącym zbyt mała, żeby suwak mógł reagować. Regulator spełnia swoją
funkcję dopiero wtedy, gdy (p1-p2)> "pd. Natężenie przepływu Q2 w otworze wylotowym jest, dla
danej nastawy fd oraz założonej konstrukcją regulatora wartości "pd niezależne od (p1-p2). Odchylenia
charakterystyk od poziomu wyznaczają wartość błędu regulacji "Q2.
Lepkość
Lepkość cieczy jest określona siłami tarcia wewnętrznego, występującymi w czasie ruchu
względnego sąsiednich warstw cieczy. Lepkość jest to zdolność cieczy do przenoszenia naprężeń
stycznych przy wzajemnym przemieszczaniu elementów poruszających się z różnymi prędkościami.
Jeżeli w cieczy traktowanej jako ośrodek ciągły wyodrębnić element ABCD (rys. 4), to na skutek
różnicy prędkości, jaka wystąpi na powierzchniach AB i CD, element dozna odkształcenia i przyjmie
postać ABC D . OdksztaÅ‚cenie elementu jest wywoÅ‚ane naprężeniami stycznymi Ä, które pojawiÄ… siÄ™
między poszczególnymi warstwami przepływającej cieczy.
gdzie:
ź  lepkość dynamiczna
Rys. 4. Odkształcenie postaciowe elementu cieczy lepkiej w ruchu
Wpływ temperatury na lepkość olejów
Lepkość oleju zmienia się wraz z jego temperaturą. Im wyższa temperatura tym lepkość jest
mniejsza i odwrotnie, spadek temperatury powoduje wzrost lepkości oleju.
Wpływ ciśnienia na lepkość olejów
Lepkość oleju zwiększa się wraz ze wzrostem ciśnienia. Zwiększenie lepkości olejów
poddanych działaniu niedużych ciśnień jest stosunkowo niewielkie. Przy dużych ciśnieniach wzrost
ten jest szybszy.
Siła hydrodynamiczna
Reakcja hydrodynamiczna jest to siła, która przeciwstawia się naporowi cieczy. Wyróżniamy
napór hydrodynamiczny na:
1. ÅšcianÄ™
2. PÅ‚askÄ… Å‚opatkÄ™ ruchomÄ…
3. Wklęsłą łopatkę ruchomą
gdzie:
Á  gÄ™stość cieczy
Qv  strumień objętości
V  prędkość strumienia
Schemat stanowiska pomiarowego
Rys. 5. Schemat stanowiska badawczego:
1) pompa hydrauliczna o zmiennej wydajności, 2) zbiornik z cieczą, 3) przepływomierz, 4) przekaz
nik
ciśnienia, 5) zawór przelewowy, 6) regulator przepływu,
7) manometr, 8) zawór zasuwowy odcinający, 9) zawór bezpieczeństwa, 10) zawór dławiący
Rys. 6. Tor pomiarowy
Przebieg badania
1. Ustalenie ciśnienia zasilającego układ  p1
2. Zmiana nastawy regulatora przepływu
3. Zmiana obciążenia układu  p2
Pomiary zostały przeprowadzone dla trzech nastaw regulatora przepływu. W trakcie pomiaru
mierzono natężenie przepływu Q2 oraz ciśnienia p1 i p2. Wartości tych wielkości były przekazywane
przez wzmacniacz i przetwornik A/C do komputera, gdzie zostały zarejestrowane.
Charakterystyka badanego regulatora - wykres
Q("p)
12
10
8
6 ustawienie 1
ustawienie 2
4
ustawienie 3
2
0
0 5 10 15 20 25
"p [MPa]
Wnioski
Badany regulator ma bardzo sztywną charakterystykę. Oznacza to, że jego działanie jest w
pełni prawidłowe. Dopiero przy bardzo niskim spadku ciśnienia "p regulator nie jest w stanie
zapewnić wymaganego przepływu. Jest to spowodowane tym, że różnica ciśnień na zaworze
dławiącym jest zbyt mała, żeby suwak mógł reagować.
Q [dm^3/min]