Спосіб запобігання ударному підвищенню тиску в гідравлічній системі

Спосіб запобігання ударному підвищенню тиску в гідравлічній системі шляхом застосування гасника гідравлічного удару, який відрізняється тим, що поглинання енергії ударних хвиль здійснюється шляхом дроселювання робочої рідини дросельним клапаном, встановленим в робочій порожнині гасника, об'єм якої визначається залеж2 Dpk × t × fm , при цьому гідравлічний 2 × r × V0 × Ep Dp k , 2 0,5 × r × V0 критичного перерізу опір дросельного клапана складає z k = а величина його fmp fkp = , де Dp k - падіння тиску на дросельzk + 1 ному клапані, t - час спрацювання джерела коливань, fm - площа поперечного перерізу ділянки трубопроводу, в якій встановлено гасник, r щільність робочої рідини, V0 - початкова швидкість руху робочої рідини, EP - об'ємний модуль пружності робочої рідини, fmp - площа прохідного перерізу зливного трубопроводу. 40469 (11) UA мембрана або поршень, який контактує з газовою камерою. Загальними суттєвими ознаками відомого і способу, що заявляється, є запобігання ударному підвищенню тиску шляхом застосування гасника гідравлічного удару. Для цього процесу характерним є низька точність спрацювання способу внаслідок значної інерційності пружних елементів. А наявність їх автоколивань в результаті дії ударних хвиль або коливань тиску в системі призводить до підсилення ударної хвилі замість її гасіння. В основу корисної моделі поставлена задача: забезпечення швидкого та без гідроударів гасіння енергії гідравлічного удару, підвищення продуктивності гідравлічної системи, її надійності та довговічності шляхом удосконалення механізму процесу запобігання ударному підвищенню тиску в гідравлічній системі. Поставлена задача вирішується тим, що поглинання енергії ударних хвиль здійснюється шляхом дроселювання робочої рідини дросельним клапаном, встановленим в робочій порожнині гасника, об'єм якої визначається залежністю (19) Корисна модель відноситься до галузі машинобудування, а саме до гідравлічних приводів і може знайти застосування в гідравлічних системах різних машин. Відомий спосіб запобігання підвищенню тиску над встановленим в гідросистемі, суть якого полягає у застосуванні запобіжних клапанів, що спрацьовують лише в аварійних ситуаціях, перепускаючи робочу рідину із напірної гідролінії в зливну [1, с.117-118]. Запобіжні клапани повинні підтримувати постійним встановлений тиск в якомога широкому діапазоні зміни витрати робочої рідини, що проходить крізь клапан. Однак в динамічних режимах роботи, де необхідна підвищена швидкодія, часто має місце втрата стійкості, яка супроводжується шумом та коливаннями тиску. Відомий також, обраний як прототип, спосіб запобігання ударному підвищенню тиску в гідравлічній системі шляхом застосуванні гасника гідравлічного удару з пружним елементом, що має більшу стисливість, ніж робоча рідина у трубопроводі [2, с.101-102]. Зниження тиску відбувається за рахунок поглинання при деформації пружного елемента енергії ударної хвилі, яка надходить до гасника у вигляді потоку рідини. В якості пружного елементу використовуються пружина, (13) U ністю WГ = 2 3 WГ = 40469 Dp 2 × t × fm k , при цьому гідравлічний опір 2 × r × V0 × E p дросельного клапана складає z k = Dpk 2 0,5 × r × V0 величина його критичного перерізу fkp = , а fmp , zk + 1 де Δpk - падіння тиску на дросельному клапані, t час спрацювання джерела коливань, f m - площа поперечного перерізу ділянки трубопроводу, в якій встановлено гасник, ρ - щільність робочої рідини, V0 - початкова швидкість руху робочої рідини, Ер об'ємний модуль пружності робочої рідини, f mp площа прохідного перерізу зливного трубопроводу. За рахунок такого поглинання енергії ударних хвиль шляхом дроселювання робочої рідини дросельним клапаном, встановленим в робочій порожнині гасника забезпечується швидке та без гідроударів гасіння енергії гідравлічного удару, підвищення продуктивності гідравлічної системи, її надійності та довговічності. Запропонований спосіб здійснюється таким чином. Поглинання енергії ударних хвиль здійснюється шляхом дроселювання робочої рідини дросельним клапаном, встановленим в робочій порожнині гасника. Ударне підвищення тиску робочої рідини в трубопроводі визначається формулою r × V0 , (1) py = ö æ 1 d ÷ r×ç + ç Ep EM × s ÷ ø è де ρ - щільність робочої рідини; V0 - початкова швидкість руху робочої рідини; d, s - внутрішній діаметр та товщина стінки труби; Eр - об'ємний модуль пружності робочої рідини; Ем - модуль пружності матеріалу труби. Наведена формула (1) дозволяє підрахувати ударне підвищення тиску робочої рідини, що переміщується усередині труби з пружними стінками, тобто Ем≠∞. Для труби з абсолютно жорсткими стінками, коли Ем=∞ , швидкість розповсюдження ударної хвилі дорівнює швидкості розповсюдження звуку в заданому рідинному середовищі і ударне підвищення тиску робочої рідини підраховується за наступною формулою EP . (2) r формулах (1) p y = r × V0 × В Eр і (2) множники 1 являють собою парата r æ 1 d ö ÷ r×ç + ç Ep Eм × s ÷ ø è метр α - швидкість звуку у пружній рідині, що заповнює трубу з пружними (1) та жорсткими (2) стінками відповідно. Тобто, в загальному випадку 4 ударне підвищення тиску робочої рідини виражається формулою py=p·V0·α. (3) В залежності від конкретного виконання гідросистеми параметр а підраховується тим чи іншим чином. Перепад тиску на клапані визначається згідно з формулою Вейсбаха Δpk=0,5·ρ·ζk·V02, (4) де z k - гідравлічний опір клапана. Виразимо z k з формули (4). Отримаємо Dpk . (5) zk = 2 0,5 × r × V0 Увесь ударний тиск, що перевищує номінальний робочий тиск р n системи, повинен поглинатися клапаном. Тобто Δрk= рy-рn. Підставимо значення рy з формули (3) в формулу (5) та отримаємо наступну залежність p y - pn . (6) zk = 2 0,5 × r × V0 Згідно з величиною гідравлічного опору клапана, підрахованою за формулою (6), визначаємо величину критичного перерізу клапана fmp , (7) fkp = zk + 1 де fmp - площа прохідного перерізу зливного трубопроводу. Досягнення необхідної величини гідравлічного опору дросельного клапана забезпечується спеціальним профілюванням його профілюванням. Об'єм робочої порожнини гасника гідравлічного удару визначається формулою W × Dp k , (8) WГ = Ep де W - об'єм ділянки трубопроводу, в якому встановлено гасник гідравлічного удару. Значення W дорівнює W=L·fm, (9) де L, fm - довжина та площа поперечного перерізу ділянки трубопроводу, що розглядається. Значення L визначається наступною формулою Dp k × t , (10) L= 2 × r × V0 де t - час закриття запірної арматури. Підставимо значення L з формули (10) у формулу (8). Отримаємо кінцеву залежність для визначення об'єму робочої порожнини гасника гідравлічного удару Dp 2 × t × fm k . (11) 2 × r × V0 × E p Для кожного конкретного виконання гідравлічної системи та особливостей її роботи по формулам (1)-(11) підраховуються відповідні параметри, згідно з якими і здійснюється спосіб, що заявляється. Приклад здійснення способу В гідравлічній системі запобігання ударному підвищенню тиску здійснюється шляхом застосуWГ = 5 40469 ванні гасника гідравлічного удару. Поглинання енергії ударних хвиль відбувається шляхом дроселювання робочої рідини дросельним клапаном, встановленим в робочій порожнині гасника. По формулам (1)-(11) підраховуються відповідні па 6 раметри для двох видів робочої рідини, на якій може працювати система - мінеральному мастилі та водній емульсії. Вихідні дані та результати розрахунку наведено в Таблиці. Таблиця Параметр Розмірність ρ Ep·106 α V0 py·106 pn·10 6 кг/м3 Па м/с м/с Па Па zk dmp f mp fkp t L dm f m·10-6 WГ·10-6 мм мм2 мм2 с м м м2 м3 Робоча рідина Мінеральне мастило 800 1400 1323 10 10,584 4,0 6,3 10,0 12,5 164,6 107,1 14,6 82,2 40 1256 90,82 110,7 260,6 124,73 0,1 41,15 26,78 3,65 30,83 0,04 1256 243,0 103,0 1,9 170,6 Наведений приклад підтверджує досягнення технічного результату - а саме: швидкого та без гідроударів гасіння енергії гідравлічного удару, і як наслідок - підвищення продуктивності гідравлічної системи, її надійності та довговічності - при здійсненні заявленого способу. Джерела інформації: Комп’ютерна верстка А. Рябко Водна емульсія 1000 2100 1450 15 21,75 16,0 51,1 40 1256 154,11 0,1 19,17 0,04 1256 66,0 20,0 15,56 253,74 5,83 6,1 1. Свешников В.К., Усов А.А. Станочные гидроприводы: Справочник. - 2-е изд., пере-раб. и доп. - М.: Машиностроение, 1988. - 512с. 2. Объемные гидравлические приводы. Башта Т.М. и др. Под. ред. Т.М. Башты. М.: Машиностроение, 1968. - 628с. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601