Гидравлический фильтр Советский патент 1991 года по МПК B01D35/14 

Изобретение относится к гидравлическому оборудованию и может быть-использовано в гидравлических и топливных системах энергетических установок различного назначения.

Цель изобретения - повышение устойчивости к автоколебательным процессам,

На фиг. 1 изображена конструктивная схема гидравлического фильтра; на фиг.2 - зависимость относительного перепада дав- ления на гидравлическом фильтре & Рср и модуля коэффициента отражения волн со стороны его выхода (Гр) от относительного

индуктивного сопротивления трубки

UPft Zb

байпасной выходному каналу.

Гидравлический фильтр сострит из корпуса 1, фильтрующего элемента 2, предохранительного клапана 3, входного и выходного штуцеров 4 и 5. Параллельно выходному каналу 6 корпуса 1 установлена трубка 7, а в выходном канале между точками входа и выхода трубки размещена перегородкой 8 с дросселирующим отверстием 9. Байпасно перегородке 8 установлен лод- пружиненный клапан 10 с упором 11 максимального хода, размещенный в канале 12. Полость 13 фильтрата сообщена с выходным каналом 6.

Установлено,что в трубопроводной цепи не возникает отраженных волн и резонансных явлений, снижающих запас устойчивости системы, если к одному из ее концов подсоединить акустическую нагруз- кус активным сопротивлением, равным волновому сопротивлению трубопровода. Такая акустическая нагрузка в предлагаемом гидравлическом фильтре реализуется байпасно подсоединенными трубкой 7, дросселирующим отверстием 9 и клапаном 10.

Имея в виду, что внутренняя полость фильтра достаточно большая и при частоте автоколебаний в системе аь реализуется практически акустически открытый конец для соединительного трубопровода, можно записать выражение для входного импеданса параллельно соединенных трубки 7, дросселирующего отверстия и клапана 10 в виде

7hv J R Up Ша,ft

Zbx R+jUpttfc IU

где R - суммарное динамическое (гидравлическое) сопротивление дросселирующего отверстия 9 и клапана 10;

Up - акустическая индуктивность трубки;.

j

При написании формулы (1) предполагалось, что активное гидравлическое сопротивление трубки 7 пренебрежимо мало по сравнению с ее инерционным сопротивле- нием и сопротивлением дросселирующего отверстия 9.

Коэффициент Отражения волн давления от фильтра в выходном штуцере определяется выражением

Г0

Zb Zbx

(2)

Р Zb+Zbx

где ZB p С/5шт - волновое сопротивление трубопровода на выходе из фильтра (на фиг.1 не показан) с площадью поперечного сечения, равной площади проходного сечения выходного штуцера 5. Подставив в формулу (2) выражение для ZBx из (1) и преобразовав, получим

Гп -Гс+п -(g feVKLrpah)

ZЈ. - -Г- JHJ.-Е-Ч €

p-R + i1+(fVZb)(UpGfe)j(3)

25

Модуль коэффициента отражения на основе (3) определяется выражением

0

5

1ГР|

V -(R/Zb)NUPftfe)

(4)

+ (R/Zb)2 (Up ffla)2

Для TO 3, чтобы не возникали резонансные явления в выходном трубопроводе фильтра, способствующие потере устойчивости системы, необходимо, чтобы коэффициент отражения (Гр) был минимален. Из формулы (4) следует, что указанное условие обеспечивается при . Тогда с учетом из (4) можно определить требуемую акустическую индуктивность трубки Up при минимально допустимом модуле коэффициента отражения I Гр |Доп:

Up

Zb V

1

2ft 1Гр|ДОП-1

(5)

При |Гр 1Доп 0,1...0,2 требуемая ин- 45 дуктивность трубки, определенная по формуле (5), будет

UP(2,4...5) Ј.

(6)

Так как акустическая индуктивность трубки определяется по формуле LTp - / тр/5тр, то, задавшись длиной трубки Тр , можно определить из (6) с учетом выражения ZB- / С/5Шт, требуемая площадь поперечного сечения трубки:

с 5шт Up Уа/7ч

5тр Т2,4„.5)с-(7)

Из (7) следует, что, чем меньше длина трубки, тем меньше требуемая ее площадь поперечного сечения. Однако с уменьшением Зтр увеличивается гидравлическое сопротивление трубки, что является недопустимым. Поэтому в гидравлических фильтрах, например, систем гидроавтома- тики авиационных двигателей диаметр трубки должен быть не менее 4 мм.

По условию работы фильтра суммарное гидравлическое сопротивление дросселирующего отверстия клапана при изменении режима работы изделия должно оставаться постоянным и равным ZB. Поэтому параметры клапана подобраны такими, что на малом режиме работы изделия параллельно трубке подключено только дросселирующее отверстие, а клапан закрыт. При этом площадь сечения дросселирующего отверстия определяется из равенства линеаризованного его сопротивления:

R

(8)

2(Д Ртр) мин

WОДР

В выражении (В) Одр - объемный расход жидкости через дросселирующее отверстие определяется по формуле

ОДР Здр V-jj- (Д ртр) мин. (д) Поставив (9) в (8), получим

R V 2/ (А Ртр) мин

Здр

Приравнивая (10) к выражению ZB рС/Зшт ,имеем

Здр -

5ШТ V 2 (А Ртр) мшГ

,дрС

Р .

Для исключения з асорения минимальный диаметр дросселирующего отверстия должен быть не менее 1 мм. В том случае, когда полученная по формуле (11) площадь дросселя Здр соответствует диаметру менее 1 мм, необходимо применять пакет последовательных дросселей с большим диаметром отверстий.

При максимальном режиме работы изделия реализуется максимальный расход рабочей среды через фильтр и соответственно максимальный перепад давления на трубке (ДРТр)тах. Для данного режима должно соблюдаться равенство суммарного сопротивления дросселя и клапана волновому сопротивлению трубопровода на выходе из фильтра. Тогда, предполагая одинаковость коэффициентов расхода дросселирующего отверстия и клапана, аналогично (11) можно записать

5др + 5кл -

5шт V2 (Д Ртр)макс ДРСр

(12)

Из (12-) может быть определена требуемая площадь открытия клапана на максимальном режиме

о 5шт V 2 (Д Ртр) макс о ю 5ДР13)

После подстановки в (13) вместо 8др выражение (11) имеем

с Зщт 15

V2 Р L

20

g Г(ЛРтр)макс-(ДРтР)мин1

(14)

Из условия открытия клапана на максимальном режиме работы изделия на величину зазора д можно определить требуемую жесткость пружины

,. Лdc (А Ртр)ма1сс (А РтР)мин ,,. /пр4 дv10

Имея в виду, что Зкл ndt$, можно пре- 2J- образовать формулу (15) к виду

v Л2 dc(A Ртр)макс (Д РтрУин ,,йч

Упр - - (is;

зо

35

40

45

50

55

кл

Таким образом, если выбрать параметры трубки 7 дрЬсселирующего отверстия 9 и клапана 10 в соответствии с формулами (7). (11), (14) и (15), на гидравлическом фильтре при основных режимах работы изделия реализуется неотражающая нагрузка, при которой будет наибольший запас устойчивости системы.

Гидравлический фильтр работает еле дующим образом.

Возникшие в системе возмущения в виде изменения давления (расхода) распространяются по трубопроводу на выходе из фильтра и достигают выходного его штуцера. Так как на выходе из фильтра реализована акустическая нагрузка с активным сопротивлением, равным волновому сопротивлению трубопровода, то падающие волны проходят в фильтр без отражения и затухают на дросселирующем отверстии и клапане. Таким образом разрывается акустическая обратная связь в трубопроводе на выходе из фильтра, что исключает резонансные явления в трубопроводе и повышает запас устойчивости системы.

При акустическом импедансе (комплексном сопротивлении) со стороны выхода фильтра, равном по модулю волновому сопротивлению выходного трубопровода (штуцера), не возникает отраженных от фильтра волн давления, способствующих развитию повышенных колебаний рабочей

среды в системе. Указанный импеданс реализуется сосредоточенным дросселем в виде отверстия в перегородке в выходном канале фильтра и байпасной инерционной трубкой. Гидравлическое сопротивление отверстия выбирается равным волновому сопротивлению ZB выходного штуцера фильтра, а модуль инерционного сопротивления трубки Цр С0а должен превышать ZB в 2,4-3 раза. При инерционном сопротивлении трубки менее 2,4 ZB, в целях сокращения габаритов фильтра, повышается коэффициент отражения волн от фильтра выше допустимой нормы (формулу (6) и фиг.2), а при увеличении инерционного сопротивления трубки (более 3 ZB) гидравличе- ское сопротивление фильтра (по отношению к постоянному потоку) превышает допустимую величину. Величина относительного постоянного перепада давления на фильтре Д РФ Д Рф /р С2 ограничивается величиной ДРф 3,7 104, соответствующей Д Рф 5 105Па (где р - плотность рабочей среды, С - скорость звука в жидкости). Зависимость Д Рф f(Up w/Ze) (фиг.2) получают экспериментально при исследовании инерционной трубки диаметром 6 мм.

Установка диафрагмы с отверстием в выходном канале фильтра и байпасной ей трубки с инерционным сопротивлением в пределах (2,4-3,0) ZB принципиально обеспечивает выполнение дополнительной функции фильтра на заданном режиме работы гидравлической системы. Для успешной работы фильтра на всех режимах работы гидравлической системы на диафрагме со стороны выхода установлен клапан с упором максимального хода. Чем выше режим работы системы (больше расход жидкости), тем больше перепад давления на диафрагме, т.е. тем больше будет динамическое сопротивление отверстия в ней. Поддержание постоянного активного сопротивления на выходе из фильтра, равного волновому сопротивлению выходного штуцера при увеличении режима работы системы, обеспечивается раскрытием подпружинен - ного клапана.

Гидравлический фильтр, установленный в системе автоматического регулирования двигателя НК-16 СТ, обеспечивает устойчивость системы при изменении режима работы от малого газа до максимальной мощности в диапазоне температуры масла

от25до110°С.

Формула изобретения Гидравлический фильтр, содержащий корпус с входным и выходным штуцерами и

выходным каналом, предохранительный клапан и фильтрующий элемент, установленный в корпусе с образованием полости фильтрата, сообщенной с выходным штуцером через выходной канал, отличающии с я тем, что, с целью повышения устойчивости к автоколебательным процессам, фильтр снабжен трубкой, байпасно подсоединенной к выходному каналу, перегородкой, ус. човленной в последнем и

выполненной с дросселирующим отверстием, и клапаном с ограничителем максимального хода, размещенным в байпасном дросселирующему отверстию канале, выполненном в корпусе, при этом суммарное

гидравлическое сопротивление дросселирующего отверстия и байпасного ему канала с упомянутым клапаном равно акустическому волновому сопротивлению выходного штуцера, а модуль инерционного.

сопротивления трубки превышает его в 2,4- 3 раза.

ДРаЮ

-4

V

г /К/

Изобретение относится к гидравлическому оборудованию и может быть исполь- зовало в гидравлических и топливных системах энергетических установок различного назначения. Цель - повышение устойчивости к автоколебательным процессам. Гидравлический фильтр состоит из корпуса 1, фильтрующего элемента 2, предохранительного клапана 3, входного и выходного штуцеров 4 и 5. Параллельно выходному каналу 6 корпуса 1 установлена трубка 7. а в выходном канале размещена перегородка 8 с дросселирующим отверстием 9. Клапан 10 с ограничителем максимального хода размещен в байпасном дросселирующему отверстию канале . 12. Суммарное гидравлическое сопротивление дросселирующего отверстия 9 и байпасного ему канала 12 с клапаном 10 равно акустическому волновому сопротивлению выходного штуцера, а модуль инерционного сопротивления трубки превышает его в 2,4-3 раза. 2 ил. г е О О сл ю сх VI

4

О

2,0

Фм.