POLITECHNIKA ŁÓDZKA

INSTYTUT OBRABIAREK I TECHNOLOGII BUDOWY MASZYN

Ćwiczenie H-1

Temat:

OKREŚLENIE CHARAKTERYSTYK DŁAWIKÓW HYDRAULICZNYCH

Konsultacja i opracowanie: dr hab. inż. Donat Lewandowski, prof. PŁ

dr hab. inż. Ryszard Przybył, prof. PŁ

mgr inż. Małgorzata Sikora

Zatwierdził: prof. dr hab. inż. Franciszek Oryński

Łódź, 2010 r.

Elementy stanowiska wykorzystywanego w ćwiczeniu zostały zakupione w ramach projektu: - „Dostosowanie infrastruktury edukacyjnej Wydziału Mechanicznego Politechniki Łódzkiej do prognozowanych potrzeb i oczekiwań rynku pracy województwa łódzkiego poprzez zakup wyposażenia przeznaczonego do nowoczesnych metod nauczania” – współfinansowanego przez Unię Europejską z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa Łódzkiego na lata 2007-2013.

2

Temat ćwiczenia: OKREŚLENIE CHARAKTERYSTYK DŁAWIKÓW HYDRAULICZNYCH

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest doświadczalne i teoretyczne określenie charakterystyk

przepływowych wybranych dławików.

Program ćwiczenia:

Ćwiczenie obejmuje:

zaznajomienie się z budową i działaniem stanowiska służącego do badań dławików

hydraulicznych,

przeprowadzenie badań doświadczalnych wybranych dławików,

porównanie teoretycznych i doświadczalnych charakterystyk tych dławików.

Literatura

1. Baszta T.M.: Hydraulika w budowie maszyn. Warszawa, WNT 1966

2. Guillon M.: Teoria i obliczanie układów hydraulicznych. Warszawa, WNT 1967

3. Jamiński J.: Projekt wrzeciennika ściernicy szlifierki kłowej do wałków z hydrostatycznym łożyskowaniem wrzeciona. Praca dyplomowa wykonana pod kierunkiem R. Przybyła. Politechnika Łódzka 1992

4. Rabinowič B.Z.: Gidravlika. Moskva, GIF-ML 1961

5. Stryczek S.: Napęd hydrostatyczny. Tom 1: Elementy. Warszawa, WNT 1990

6. Zieliński A.: Napęd i sterowanie hydrauliczne obrabiarek. Warszawa, WNT 1972

1. WYKAZ WAŻNIEJSZYCH OZNACZEŃ

a, b – wymiary

D, d – średnica

dh – średnica równoważna (hydrauliczna)

F – pole powierzchni

h – wysokość szczeliny

k – przepustowość dławika

l – długość szczeliny przepływowej

m – wykładnik potęgowy zależny od charakteru przepływu

p – ciśnienie

p – spadek ciśnienia

Q – objętościowe natężenie przepływu

r – promień

Re – liczba Reynoldsa

t – temperatura

V – objętość

x – współrzędna lub przemieszczenie

– współczynnik strat miejscowych

– lepkość dynamiczna

– współczynnik przepływu

3

– lepkość kinematyczna

– gęstość

Indeksy:

lam – przepływ laminarny

tur – przepływ turbulentny

T – teoretyczny

kr – krytyczny

rz – rzeczywisty

2. DŁAWIKI HYDRAULICZNE

Dławiki są to elementy hydrauliczne, które umieszcza się na drodze przepływu oleju

w celu zmiany natężenia przepływu lub wytworzenia spadku ciśnienia.

Charakter przepływu cieczy przez dławik zależy od geometrii dławika, właściwości

cieczy oraz parametrów zasilania. Przepływ może być

laminarny,

turbulentny,

pośredni.

W ogólnym przypadku zależność objętościowego natężenia przepływu Q od spadku

ciśnienia p na dławiku jest następująca [1, 6]:

Q k pm (1)

gdzie: 0 5 1, m .

Dla przepływu laminarnego wykładnik m 1, a wzór (1) przyjmuje postać:

pkQ lam (2)

Schematy najczęściej spotykanych dławików, ich przepustowość klam oraz warunki

zachowania przepływu uwarstwionego zestawiono w tabl. 1.

Przepustowość klam dławika gwintowego (tabl. 1, poz. 2) oblicza się po podstawieniu

średnicy równoważnej dh [2], którą dla przekroju niekołowego określa zależność

U

Fdh

4 (3)

We wzorze (3) F oznacza pole przekroju poprzecznego szczeliny przepływowej,

a U to obwód zwilżony tego przekroju. Wartości średnic równoważnych dh dla różnych

kształtów szczeliny podano w tabl. 2.

4

Tablica 1. Dławiki dla przepływu uwarstwionego

Lp. Szkic dławika Przepustowość ku Warunki

1 2 3 4

1

l

dklam

128

4

20

d

l

2300ReRe kr

2

l

dk h

lam

128

4

l – długość linii śrubowej

20hd

l

2300ReRe kr

3

l

bhklam

12

3

10

h

l

1100ReRe kr

4

l

Dhklam

12

3

10h

l

10h

D

1100ReRe kr

5

w

zlam

d

d

hk

ln6

3

20

h

dd wz

4h

dw

1100ReRe kr

6

klam – wg wzoru (4)

10h

l

1h

r

1100ReRe kr

5

Tablica 2. Średnice równoważne dla różnych kształtów szczeliny przepływowej

Lp. Kształt szczeliny Średnica równoważna dh

1

- trójkąt równoramienny

22

11

2

a

b

bdh

2

- trójkąt równoboczny

adh3

3

3

- prostokąt

ba

abdh

2

4

- kwadrat

adh

Dość często spotykany jest dławik ze ścięciem wzdłuż tworzącej (tabl. 1, poz. 6).

Ogólnie dostępna literatura nie podaje jednak wzoru na przepustowość tego dławika. Na

podstawie badań przeprowadzonych w IOiTBM [3] można ją obliczyć z zależności:

pppplam WWWW

l

rk

2

151

2

1arcsin

4

53

12

4

(4)

gdzie: Wp 2 ,

h

r.

Wzory zamieszczone w tabl. 1 wskazują, że w przypadku przepływu laminarnego

strumień Q jest odwrotnie proporcjonalny do lepkości .

W przypadku przepływu turbulentnego można przyjąć dla celów praktycznych, że

przepływ ten nie zależy od lepkości oleju. Wskaźnik m = 0,5, a strumień objętości oleju jest

równy

5,0pkQ tur (5)

Przepustowość ktur dla różnych dławików z przepływem turbulentnym można obliczyć

z wzorów podanych w tabl. 3.

6

Tablica 3. Dławiki dla przepływu turbulentnego

Lp. Szkic dławika Przepustowość ktur Warunki

1 2 3 4

1

4

2dF

Wg [L.4]

2Fktur

- dla 25 < Re < 300

Re4,15,1

Re

- dla 300 < Re < 10000

17,0Re27,0592,0

- dla Re > 10000

5,0Re5,5592,0

Wg [L.2]

12Fktur

7,11

2

4

2dF

1d

l

9,17,1

3

daF

6,1

4

daF

16,1

Przepływy laminarny i turbulentny formują się w dławikach w ściśle określonych

warunkach. Jeśli te warunki nie są zachowane, często występuje przepływ pośredni, przy

którym

0 5 1, m .

Dławiki znajdują szerokie zastosowanie w zaworach sterujących natężeniem

przepływu, takich jak zawory dławiące, zawory dławiąco-zwrotne, regulatory przepływu

i synchronizatory (dzielniki strumienia).

7

3. ŁĄCZENIE DŁAWIKÓW

Dławiki można łączyć równolegle (rys. 1a), szeregowo (rys. 1b) lub tworząc

kombinacje połączeń równoległych i szeregowych.

Rys. 1. Łączenie dławików: a) równoległe, b) szeregowe

Przy równoległym połączeniu n dławików:

n

i

m

iipkQ

1

(6)

a jeśli dławiki są jednakowe, to:

Q nk pm (7)

Przy szeregowym połączeniu n jednakowych dławików:

Q kp

n

m

(8)

4. PRZEBIEG ĆWICZENIA

W ramach ćwiczenia zostaną określone charakterystyki przepływowe stałych

dławików, które wskaże prowadzący. Charakterystyki te obrazują zależność strumienia

objętości oleju Q, przepływającego przez dławik, od spadku ciśnienia p na tym dławiku.

Wspomniane zależności należy wyznaczyć na drodze doświadczalnej i teoretycznej.

Badania doświadczalne zostaną przeprowadzone na stanowisku, którego schemat

przedstawiono na rys. 2.

8

Licznik

impulsów

Rejestrator

p2

p1

t

Q

910

Rys. 2. Schemat stanowiska do badania dławików

1 – filtr wstępny, 2 – pompa zębata, 3 – filtr dokładny, 4 – zawór przelewowy, 5 – badany dławik, 6,7 – przetworniki ciśnienia, 8 - termopara, 9 – zawór progowy, 10 – przepływomierz zębatkowy,

11 – licznik impulsów, 12 – rejestrator

Przed przystąpieniem do badań należy

porównać elementy stanowiska ze schematem,

określić funkcje tych elementów w układzie,

sprawdzić działanie zmontowanego układu,

ustalić kolejność prowadzenia prób i ich warunki, a w szczególności wartości ciśnień

przed dławikiem p1 i za dławikiem p2.

Po przygotowaniu stanowiska przeprowadzić badania doświadczalne natężenia

przepływu Q w funkcji spadku ciśnienia p = p1 – p2. Podczas badań utrzymywać możliwie

stałą temperaturę oleju. Wyniki prób wpisać do tabeli w karcie pomiarów.

9

Rys. 3. Zależność lepkości olejów hydraulicznych od temperatury wg [L. 5]

1 - Hydrol 10, 2 - Hydrol 20, 3 - Hydrol 30, 4 - Hydrol 40, 5 - Hydrol 50, 6 - Hydrol 70, 7 - olej AMG-10

W oparciu o wyniki pomiarów temperatur – posługując się wykresem z rys. 3 –

określić lepkość użytego oleju. Na wykresie podano lepkość kinematyczną

w centystokesach (1 cSt = 10-6 m2/s). Zatem, aby uzyskać lepkość dynamiczną

w paskalosekundach, trzeba skorzystać z wzoru

10 6,

gdzie: – gęstość oleju w kg/m3.

Le

pkość k

ine

ma

tyczn

a

Temperatura t

10

Lepkość dynamiczną oleju L-HL 46 można odczytać bezpośrednio z rys. 4, który

obrazuje zależność tej lepkości od temperatury t otrzymaną z badań.

Rys. 4. Zależność lepkości dynamicznej od temperatury na podstawie badań oleju hydraulicznego L-HL 46 wg PN-91/C-96057/04 (Hydrol 30 wg PN-71/C-96057)

Następnie należy obliczyć i wpisać do karty pomiarów wartości teoretycznych natężeń

przepływu QT. Sporządzić wykresy przebiegów doświadczalnych i teoretycznych we

współrzędnych proporcjonalnych. Na podstawie wykresów doświadczalnych narysowanych

we współrzędnych logarytmicznych wyznaczyć wartości współczynników potęgowych m.

Sformułować wnioski na temat zgodności wyników doświadczenia z teorią oraz

rzeczywistego charakteru przepływu w badanych dławikach.