POLITECHNIKA ŚLĄSKA W GLIWICACH

WYDZIAŁ MECHANICZNY TECHNOLOGICZNY

KIERUNEK AUTOMATYKA I ROBOTYKA

NAPĘDY I STEROWANIE

HYDRAULICZNE I PNEUMATYCZNE

CHARAKTERYSTYKA STATYCZNA

ZAWORU DŁAWIĄCEGO

SEM 7 / AC 3

GLIWICE 2001

Zawory dławiące są zaworami sterującymi natężeniem przepływu. Zadaniem tej grupy zaworów jest wpływanie na wartość natężenia przepływu czynnika dostarczanego przez generator odbiornikowi dowolnego typu. Oddziaływanie to może mieć na celu sterowanie prędkością silnika lub ustaleniem jej na zadanym poziomie. Pierwszy cel można osiągnąć za pomocą zaworów dławiących, umożliwiających zmianę prędkości roboczej silnika zasilanego przez pompę o stałej wydajności. W drugim przypadku stosowane będą regulatory przepływu, pozwalające stabilizować prędkość silnika, niezależnie od zakłóceń, w postaci zmian obciążenia silnika lub wydajności pompy, wywołanych np. zmianą prędkości obrotowej silnika napędowego.

Zawory sterujące natężeniem przepływu budowane są jako:

• nienastawne, w których pole powierzchni dławiącego przekroju przepływowego jest stałe, np. kryzy,

• nastawne, w których pole powierzchni dławiącego przekroju przepływowego może być zmieniane, np. zawory dławiące o działaniu proporcjonalnym i nieproporcjonalnym.

Nie uwzględniając zakłóceń, wynikających np. ze zmiany temperatury czynnika, można przyjąć, że natężenie przepływu w zaworach nienastawnych będzie stałe, zaś w zaworach nastawnych zmienne i zależne od stopnia nastawy. Konstrukcje tych zaworów mogą być uzupełnione równolegle usytuowanymi zaworami zwrotnymi, umożliwiającymi nieskrępowany przepływ w kierunku przeciwnym do normalnego.

Zawory dławiące pracują przy wykorzystaniu zjawisk towarzyszących przepływom przez różnego kształtu szczeliny dławiące zanurzone. Wymiary określające geometrię szczeliny mogą mieć różne proporcje. Skrajne przypadki szczelin dławiących stanowią: długi otwór o małej średnicy (kapilara) oraz kryza ostrokrawędziowa. Przepływ przez kapilarę jest uwarstwiony (laminarny), natomiast przez kryzę burzliwy (turbulentny). Przepływ laminarny jest opisany wzorem Hagena-Poiseuille'a, a więc:

przy czym

gdzie:

k₁ - współczynnik proporcjonalności, zależny tylko od lepkości cieczy,

f_d ­- pole powierzchni otworu.

W przypadku kryzy, otrzymuje się:

przy czym

Oba równania można zapisać w postaci ogólnej, opisując przepływ przez szczelinę dławiącą dowolnego typu

W przypadku szczeliny kapilarnej k = k₁ , wykładnik potęgowy n = 1. Zależność Q=f (Δp) przyjmuje graficzną postać prostej, o współczynniku kierunkowym k₁f_d , wychodząc z początku układu współrzędnych.

Dla szczelin, które mogą być utożsamione z kryzą, współczynnik k przyjmuje wartość wg wzoru, a wykładnik potęgowy n = ½. Charakterystyka tego typu szczelin jest parabolą o wierzchołku leżącym w początku układu współrzędnych.

Z porównania obu charakterystyk wynika, że charakterystyka kryzy w porównaniu z charakterystyką kapilary odznacza się mniejszą zmiennością natężenia przepływu przy zmianie Δp, a więc jest bardziej sztywna.

Charakterystyki przepływowe rzeczywistych szczelin występujących w zaworach dławiących różnią się od charakterystyk kryzy ostrokrawędziowej. Różnice te można ujmować przyjmując wykładnik potęgowy 1 > n > ½ . Widać więc, że charakterystyka o takim wykładniku będzie leżała między charakterystykami kapilary i kryzy.

Wyznaczenie charakterystyki regulacyjnej
.

p = 5 [MPa]
Stopień otwarcia zaworu h [mm]	Natężenie przepływu Q [l/min]
0	0,3
2	0,6
4	1,1
6	1,9
8	2,6
10	3,4
12	4,3
14	5
16	5,8
18	6,5
20	7,2
22	7,5
24	7,9
26	8,3
28	17,9
30	10,7
32	12,2
34	13,8
36	14,9
38	15,4
40	16,1

Wyznaczenie charakterystyki przepływowej
.

h = 20 [mm]
Spadek ciśnienia na dławiku Δp [MPa]	Natężenie przepływu Q [l/min]
0	0
1	1,7
2	3,3
3	4,7
4	6,1
5	7,4
6	12,4
7	9,9
8	11
9	12,1
10	13,2
11	14,3
12	15,3
13	16,2
14	17,2
15	18,2

Wyznaczenie charakterystyki
.

h [mm]	Δp [MPa]	Q [l/min]
15	5	5,9
15	10	10,2
15	15	13,8
20	5	7,4
20	10	13,2
20	15	18,2
25	5	13
25	10	15,4
25	15	21,4

W celu stabilizacji prędkości elementu wykonawczego np. siłownika, konieczne jest zastosowanie regulatora przepływu, który niezależnie od np. zmiany obciążenia siłownika utrzymywał będzie stałą wartość natężenia przepływu w układzie.

---