9 Voolamist reguleerivad ventiilidSele 9.4 - Takistuse ristlõikepindalad konstantse suurusega takistustele ∆p ×2 ρ 1 ξ l × 64 × ν v × dH 2 4 × A U d2 × π 4 d2 × π 4

Tallinna Tööstushariduskeskus Voolamist reguleerivad ventiilid

90

9 Voolamist reguleerivad ventiilid 9.1 Sissejuhatus Vooluventiilidega reguleeritakse täiturite töökiirust muutes (vähendades või suurendades) ventiili ristlõikepindala, reguleerimispunktis. Vooluventiilide erandiks on vedelikku jaotavad ventiilid, mis jaotavad vedelikuvoolu kaheks või enamaks haruks. Vastavalt funktsioneerimisele jaotatakse vooluventiilid nelja rühma (sele 9.1, 9.2 ja 9.3). Voolamist reguleerivad

ventiilid Takistid Vooluhulka reguleerivad ∆p sõltuv funktsioneerimine ∆p sõltumatu reguleerimine ν: sõltuvad ν: sõltumatud ν: sõltuvad ν: sõltumatud

Sele 9.1 – Vooluventiilide tüübid Sele 9.2 Takistid Sele 9.3 Vooluhulkareguleerivad


91

Vooluhulga muutmine vooluventiilides toimub ventiili ristlõikepindala vähendamisega. Vooluhulka saab arvutada DIN 1952 järgi valemiga:

Q = α × A ×√ (1) Q = vooluhulk ajaühikus [m3/s] A = ristlõikepindala [cm2] ∆p = rõhulangus [N/m2] ρ = tihedus [Ns2/m4] α = voolamiskoefitsient, mis sõltub takistuse tüübist (0,6 – 0,9) koefitsient α arvestab erinevaid mõju-tegureid, nagu, hõõrdumine, viskoossus, piiramise moodus. Seda võib rakendada takistitele ja düüsidele.

α = √ (2)

Takistuskoefitsient laminaarse voola-mise korral leitakse järgnevalt: ξ = (3) l = takistuse pikkus [m] ν = kinemaatiline viskoossus[m2/s] v = voolukiirus [m/s] dH = hüdrauliline läbimõõt [m] dH= (4) A = takistuse ristlõikepindala U = takistuse pikkus Võrrandist 1 ilmneb, et konstantse vooluhulga korral võime suurendada takistuse ristlõikepindala, sõltuvalt sellest mida väiksema rõhulanguse me valime, võimaldades sellega vähendada ventiili ummistumise ohtu. Voolu takistamine sõltub põhiliselt takistamise viisist ja ristlõikepindala muutumisest takistuse kestel (sele 9.4)

nimetus/

kuju kuju ristlõike-

pindala A

märkused takistus Takistuse suurus sõltuvus

vedeliku viskoossusest tänu takistuse pikkusele

düüs Takistuse minimaalne sõltuvus vedeliku viskoossusest tänu lühikesele takistusele

Sele 9.4 - Takistuse ristlõikepindalad konstantse suurusega takistustele

∆p ×2

ρ

1

ξ

l × 64 × ν

v × dH2

4 × A

U

d2 × π

4

d2 × π

4


92

Reguleeritavate takistuste korral sõltub reguleerimiskarakteristik takistuse ristlõikest (sele 9.5). Sele 9.5 – Reguleerimiskarakteristikud

9.2 Takistid Vooluhulk läbi takisti sõltub rõhkude vahest takistil, mida suurem rõhkude vahe seda suurem on vooluhulk. Kohtades, kus ei vajata konstantset vooluhulka kasutatakse takisteid, kuna vooluhulka reguleerivate ventiilide maksumus on kõrge. Takisteid kasutatakse juhtudel kui: - koormus ahelas on konstantne - koormuse muutumisel muutuv tööorgani liikumiskiirus ei oma tähtsust või on see soovitav. Võrrand (3) näitab voolutakistuse sõltuvust vedeliku viskoossusest. Mida lühem on takistuse pikkus seda väiksem on vedeliku viskoossuse mõju voolutakistuse suurusele

Vedeliku viskoossusest sõltuvad takistid

Sele 9.6 – Mõlemasuunalise toimega takisti

Vedelik juhitakse takistuskohta 3 takisti südamikus olevate kanalite 1 kaudu. Takistuskoht moodustub südamiku ja hülsi 4 vahel. Hülsi pööramisega saab takistuse suurust sujuvalt muuta. Voolutakistus toimub mõlemas suunas (sele 9.6). Vajadusel takistada vedeliku voolamist ainult ühes suunas lisatakse takistile mittetagasivoolu ventiil. Sele 9.7 – Ühesuunalise toimega takisti


93

Voolamist takistavas suunas juhitakse vedelik klapi 5 (sele 9.7) taha ja vedeliku voolu takistamine toimub samuti kui mõlemapoolse toimega takistil (paremalt vasakule). Vastupidises suunas avaneb klapp 5 juhtides vedeliku takistusest mööda. Osa vedelikust voolab ka läbi takistiavade puhastades neid.

Sele 9.8 – Mõlemasuunalise ja ühesuunalise toimega takistite

tingmärgid.

Pidurdusventiil Pidurdusventiilide abil saab hüdrauliliselt nihutatavate koormuste liikumist sujuvalt pidurdada või kiirendada. Selel 9.9 on toodud pidurdus-ventiilventiil, mille peakanal 2, kõrvalkanal 7 ja mittetagasivooluklapp 6 on normaalselt avatud. Peakanali kolb 2 surutakse vedru 3 abil hülsis 1 vasakule lähteasendisse. sõltuvalt tüübist on vedelikuvool avast A avasse B kas avatud (sele 9.10) või suletud. Silinder, mille liikumiskiirust soovitakse mõjutada mõjutab ventiili hoova 4 kaudu. Selel 9.11 on toodud ventiili ühendusskeem.

Sele 9.9 – Pidurdusventiil


94

Sele 9.10 – Pidurdusventiili tingmärk Sele 9.11 – Pidurdusventiili kasutamise

näide Hoob 4 surub kolvi 2 paremale, Läbi-vooluava läbi peakanali väheneb sõltuvalt hoova 4 asendist millega toimub kolvi liikumiskiiruse vähenemine ehk pidurdus. Kui läbivool avade A ja B vahel sulgub, kolvi liikumine peatub. Selleks, et silinder pääseks seisuasendist uuesti liikuma on paralleelselt peakanaliga ühendatud mittetagasivoolu-klapp 6, mis avab vedeliku vaba voolu avast B avasse A, võimaldades sellega kolvi vaba liikumist.

Paralleelse takistiga 7 saab reguleerida vooluhulka olukorras kus peakanal on suletud. Vedeliku viskoossusest mittesõltuvad takistid Nendes ventiilides sele 9.12, mida tuntakse ka täpistakistite nime all on takistusala võimalikult lühike. Nende põhikomponentideks on korpus 1, regulaator 2 ja düüs 3. Vedeliku voolamisel avast A avasse B toimub vedelikuvoolu takistamine avas 4, mille pindala saab muuta siibri 5 pööramisega. Madal temperatuurisõltuvus saavu-tatakse tänu ava õhukeseservalisele ehitusele. Reguleerimiskruviga 6 saab muuta siibri 5 asendit, millega saavutatakse eriti täpne reguleerimine. Valitud asendi blokeerimiseks kasutatakse kruvi 7.

Sele 9.12 - Täpistakisti


95

Sele 9.13 – Täpistakistite tingmärgid (vasakul paneelile, paremal pesasse)

Põhiparameetrid Mõõt 5 ja 10 Vooluhulk < 50 l/min Töörõhk < 210 bar 9.3 Vooluhulka reguleerivad ventiilid Sissejuhatus Vooluhulka reguleerivate ventiilide ülesandeks on hoida töövedeliku vooluhulk konstantsena sõltumatult töörõhu muutustest. Selleks on ventiilis kasutusel reguleeriv takisti 2 (toimib rõhukompensaatorina) ja mõõtetakisti 1 (sele 9.14). Tänu neile kahele takistile jaotub rõhulangus p1 – p3 kaheks: - mittemuudetav rõhulangus p1 – p2 ja - muudetav rõhulangus p1 – p3. Vooluhulka reguleeriva ventiili põhiosad on mõõtetakisti 1, rõhukompensaator 2 ja selle vedru 3. Töövedeliku temperatuuri või viskoossuse muutus põhjustab rõhulanguse p1 – p2 muutuse mõõte-takistis 1. Seda saab kõrvaldada valides sobiliku konstruktsiooniga mõõtetakisti. Rõhukompensaatori paigutus ventiilis määrab ära vooluhulka reguleeriva ventiili tüübi.

Kui rõhukompensaator paikneb ventiilis mõõtetakistiga järjestikku on tegemist kahe liiteavaga vooluhulka reguleeriva ventiiliga, kui paralleelselt on tegemist kolme liiteavaga vooluhulka reguleeriva ventiiliga.

Sele 9.14 - Vooluhulka reguleerivate ventiilide tööpõhimõte

Kahe liiteavaga vooluhulka reguleeriv ventiil (rõhukompensaator enne mõõtetakistit) Selel 9.15 on toodud kahe liiteavaga vooluhulka reguleeriv ventiil, kus rõhukompensaator paikneb enne mõõtetakistit. Reguleeriv takisti A1 ja mõõtetakistus A2 on ühendatud järjestikku. Rõhukompensaatori kolvi paremale poolele mõjub rõhk p2 ja vasakule p3 ning jõud FF.


96

Kui mitte-arvestada vedeliku voolamisel tekkivaid jõude saame kompensaatori kolvi tasakaaluvõrrandiks: p2 × AK = p3 × AK + FF (5) mõõtetakisti rõhulanguseks saame: ∆p = p2 –p3 = FF/AK = const. (6) Kuna kolvi liikumisulatus s on < 1mm ja vedru mõju on väike, võime jätta vedru jõu muutuse arvestamata, mille tõttu ∆p ja Q suurused on konstantsed. Kuna vedrul on teatav eelpingestus, saab ventiil toimida alles siis kui rõhkude vahe p1 – p3 on suurem kui ∆p = FF /AK. Sele 9.15 - Kahe liiteavaga vooluhulka reguleeriv ventiil (rõhukompensaator

enne mõõtetakistit)

Sele 9.16 - Kahe liiteavaga vooluhulka

reguleeriva ventiili tingmärk (rõhukompensaator enne mõõtetakistit)

Kahe liiteavaga vooluhulka reguleeriv ventiil (rõhukompensaator peale mõõtetakistit) Selel 9.17 on toodud kahe liiteavaga vooluhulka reguleeriv ventiil milles rõhukompensaator paikneb peale mõõtetakistit. Sele 9.17 - Kahe liiteavaga vooluhulka reguleeriv ventiil (rõhukompensaator

peale mõõtetakistit)


97

Kui mitte arvestada vedeliku voolamisel tekkivaid jõude saame kompensaatori kolvi tasakaaluvõrrandiks: p1 × AK = p2 × AK + FF (7) ∆p = p1 –p2 = FF/AK = const. (8) Sele 9.18 - Kahe liiteavaga vooluhulka

reguleeriva ventiili tingmärk (rõhukompensaator peale mõõtetakistit) Rõhukompensaatori paiknemine ventiilis sõltub ventiili konstruktsioonist, ventiili kasutamisel see mõju ei avalda. Põhiparameetrid Mõõt 5, 6, 10 ja 16 Vooluhulk < 160 l/min Töörõhk < 315 bar Kahe liiteavaga vooluhulka reguleerivate ventiilide kasutamiseks on kolm võimalust: - siseneva vedeliku vooluhulga reguleerimine - väljuva vedeliku vooluhulga reguleerimine - paralleelne reguleerimine.

Siseneva töövedeliku vooluhulga reguleerimine Siseneva vooluhulga reguleerimisel on vooluhulka reguleeriv ventiil ühendatud hüdropumba ja hüdrosilindri vahel (sele 9.19). Selline ühendusviis sobib kasuta-miseks hüdrosüsteemides, kus hüdro-silinder töötab survele. Selle ühenduse eeliseks on see, et ventiili 1 ja töösilindri 2 vaheline rõhulangus võrdub silindri koormusega. Kuna kolvi tihenditele mõjuv rõhk on väiksem, siis on ka nende põhjustatud hõõrdejõud väiksem. Kuid rõhupiiraja 3 paiknemise tõttu enne vooluhulka reguleerivat ventiili tuleb rõhuregulaator reguleerida vastavalt maksimaalsele vajalikule rõhule, mistõttu isegi silindri minimaalse koormatuse korral peab pump arendama maksimaalset rõhku ning lisaks sellele juhitakse vooluhulga reguleerimisel tekkiv soojus töösilindrisse.

Sele 9.19 – Siseneva vooluhulga reguleerimine


98

Tagasivoolava töövedeliku vooluhulga reguleerimine Sellise reguleerimisviisi korral paikneb vooluhulka reguleeriv ventiil 1 tagasivooluahelas töösilindri 2 ja reservuaari vahel (sele 9.20). Selline reguleerimisviis on sobiv süsteemidele, kus töösilinder töötab tõmbele, tagades kolvi 2 liikumise kiiremini kui seda võimaldaks pumba vooluhulk. Lisaks sellele juhitakse vooluhulga regu-leerimisel tekkiv soojus reservuaari. Selle reguleerimisviisi puuduseks on see, et ka siin tuleb rõhupiiraja reguleerida maksimaalsele vajalikule töörõhule. Kolvi liikumisel ilma koormuseta mõjub silindri komponentidele maksimaalne töörõhk (suurem hõõrdumine).

Sele 9.20 - Tagasivoolava töövedeliku vooluhulga reguleerimine

Vooluhulga paralleelne reguleerimine Sellise reguleerimisviisi korral on vooluhulka reguleeriv ventiil 1 ühendatud paralleelselt töösilindriga 2 (sele 9.21). Antud juhul reguleerib ventiil vooluhulka vaid perioodiliselt, nii et reservuaari juhitakse vaid osa pumba poolt toodetud vedelikuhulgast.

Eeliseks on see tööliikumise ajal tekib süsteemis vaid kolvi liikumiseks vajalik rõhk. Seega tekib vähem soojust ja töörõhk saavutab maksimaalse taseme vaid silindri jõudmisel piirasendisse.

Sele 9.21 – Vooluhulga paralleelne reguleerimine

Kolme liiteavaga vooluhulka reguleeriv ventiil Kolme liiteavaga on mõõtetakisti A2 ja reguleeritav takisti A1 paralleelselt, mitte järjestikku nagu kahe liiteavaga ventiilides (sele 9.22). Rõhu-kompensaator juhib üleliigse töövedeliku koguse tagasi reservuaari. Hüdrosüsteemis peab olema rõhupiiraja, mis kaitseb seda liiga kõrgete rõhkude eest. Üldjuhul kolme liiteavaga vooluhulga regulaatorisse on rõhupiiraja juba sisse ehitatud. Kuna liigne töövedelik QR juhitakse tagasi reservuaari, saab teda kasutada vaid siseneva vooluhulga piiramiseks. Kolme liiteavaga vooluhulga regulaatorit iseloomustavad väiksemad võimsuskaod, parem kasutegur ja väiksem soojuse eraldumine


99

Sele 9.22 - Kolme liiteavaga vooluhulka

reguleeriv ventiil Tasakaalu võrrand: p1 × AK = p2 × AK + FF (9) ∆p = p1 –p2 = FF/AK = const. (10) Juhul kui ∆p on konstant, on ka Q konstant.

Sele 9.23 - Kolme liiteavaga vooluhulka

reguleeriva ventiili tingmärk

Documents

9 Voolamist reguleerivad ventiilidSele 9.4 - Takistuse ristlõikepindalad konstantse suurusega takistustele ∆p ×2 ρ 1 ξ l × 64 × ν v × dH 2 4 × A U d2 × π 4 d2 × π 4