Гидравлический фильтр

 

Изобретение относится к гидравлическому оборудованию и может быть использовало 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л В 01 0 35/14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

©

О

Сл О

Яь 4

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4699064/26 (22) 20.02.89 (46) 07.12.91. Бюл. hh 45

Pt) Самарский,, авиационный институт им.акад.С.П. Королева (72) В.П.Шорин, А.Г.Гимадиев, В.А.Букин и

В.Е.Шахматов (53) 66.067.362 (088.8) (56) Башта Т.M. Машиностроительная гидравлика. — M.: Машиностроение, 1971, с.543. (54) ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР (5?) Изобретение относится к гидравлическому оборудованию и может быть использовано в гидравлических и топливных системах энергетических установок различного назначения. Цель — повышение устой„,. Ж„„1695967 А1 чивости 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 дроссели рующего 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.

1695967

R +(1—

rp= (3) Установлено, что в трубопроводной це- 30

35 (5) 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 давления на гидравлическом фильтре Е Рср и модуля коэффициента отражения волн со стороны его выхода (Гр) от относительного индуктивного сопротивления трубки

Ьрш

2ь байпасной выходному каналу.

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 между точками входа и выхода трубки размещена перегородкой 8 с дросселирующим отверстием

9, 6айпасно перегородке 8 установлен лодпружиненный клапан 10 с упором 11 максимального хода, размещенный в канале 12.

Полость 13 фильтрата сообщена с выходным каналом 6. пи не возникает отраженных волн и резонансных явлений, снижающих запас устойчивости системы, если к одному из ее концов подсоединить акустическую нагрузку с 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 щ 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

Еь

RL (1)

R+) LÄ где R — суммарное динамическое (гидравлическое) сопротивление дросселирующего отверстия 9 и клапана 10;

LTp — акустическая индуктивность трубки;

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

Коэффициент Отражения волн давления от фильтра в выходном штуцере определяется выражением

2ь — Zbx

2ь+Züx (2) где Za- p С/$шт — 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 Zsx из (1) и преобразовав, получим

Модуль коэффициента отражения на основе (3) определяется выражением г г (4)

R + (1 + (Я/2ь)) (! тр йЪ)

Для т з, чтобы не возникали резонансные явлены:, в выходном трубопроводе фильтра, способствующие потере устойчивости системы, необходимо, чтобы коэффициент отражения (Гр) был минимален. Из формулы (4) следует, что указанное условие обеспечивается при R-Z>. Тогда с учетом

R=Z иэ (4) можно определить требуемую а куст ичес кую и ндукти вн ость трубки Lzp при минимально допустимом модуле коэффициента отражения I Гр доп. а тр = г ! Гр(доп 1

При Гр 1дол = 0,1...0,2 требуемая индуктивность трубки, определенная по формуле (5), будет!,р= (2,4...5) —.

2ь (6)

Так как акустическая индуктивность трубки определяется по формуле Ьтр = р !тр/$тр, то, задавшись длиной трубки 1тр можно определить из (6) с учетом выражения 2в= р С/$шт, требуемая площадь поперечного сечения трубки:

$шт !-т (7) !

Из (7) следует, что, чем меньше длина трубки, тем меньше требуемая ее площадь поперечного сечения. Однако с уменьшени1695967 (16) - ла т р, С Р ем S» увеличивается гидравлическое сопротивление трубки, что является недопустимым, Поэтому в гидравлических фильтрах, например, систем гидроавтоматики авиационных двигателей диаметр трубки должен быть не менее 4 мм.

По условию работы фильтра суммарное гидравлическое сопротивление дросселирующего отверстия клапана при изменении режима работы иэделия должно оставаться постоянным и равным 4. Поэтому параметры клапана подобраны такими, что на малом режиме работы иэделия параллельно трубке подключено только дросселирующее отверстие, а клапан закрыт. При этом площадь сечения дросселирующего отверстия определяется из равенства линеаризованного его сопротивления:

2Я PTä MNH (8)

Од

В выражении (8) Одр — объемный расход жидкости через дросселирующее отверстие определяется по формуле

Поставив (9) в (8), получим ТЯД (10)

Рдр Sàð

Приравнивая (10) к выражению Z =

= рС/SUj>, имеем

Для исключения засорения минимальный диаметр дросселирующего отверстия должен быть не менее 1 мм. В том случае, когда полученная по формуле (11) площадь дросселя $др 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 (rp)max 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, °, *- лжь:р С Р

Из (12) может быть определена требуе5 мая площадь открытия клапана на максимальном режиме жа ь „ др ц р Ар

После подстановки в (13) вместо $др выражение (11) имеем дашт ъ 2 г

15 /ядр С P e — " Р— (A P p)aegq ) (14)

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

20 гпр 4 (15)

Имея в виду, что $кл = zt б д, можно пре25 образовать формулу (15) к виду

Таким образом, если выбрат парамет30 ры трубки 7 дросселирующего 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 кр35 торой будет наибольший запас устойчивости системы.

Гидравлический фильтр работает следующим образом.

Возникшие в системе возмущения в ви40 де изменения давления (расхода) распрост. раняются по трубопроводу на выходе из фильтра и достигают выходного его штуцера, Так как на выходе из фильтра реализована акустическая нагрузка с активным

45 сопротивлением, равным волновому сопротивлению трубопровода, то падающие волны проходят в фильтр без отражения и затухают на дросселирующем отверстии и клапане. Таким образом разрывается аку50 стическая обратная связь в трубопроводе на выходе из фильтра, что исключает резонансные явления в трубопроводе и повышает запас устойчивости системы.

При акустическом импедансе (комплек55 сном 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

1695967 среды в системе. Указанный импеданс реализуется сосредоточенным дросселем в виде отверстия в перегородке в выходном канале фильтра и байпасной инерционной трубкой. Гидравлическое сопротивление от- 5 верстия выбирается равным волновому сопротивлению Z выходного штуцера фильтра, а модуль инерционного сопротивлания трубки L p в должен превышать Z> в

2,4-3 раза, При инерционном сопротивле- 10 нии трубки менее 2,4 Ze, в целях сокращения габаритов фильтра, повышается коэффициент отражения волн от фильтра выше допустимой нормы (формулу (6) и фиг.2), а при увеличении инерционного со- 15 противления трубки(более 3 Z ) гидравлическое сопротивление фильтра (по отношению к постоянному потоку) превышает допустимую величину. Величина относительного подоянногЬ перепада давления 20 на фильтре Ь Р > = Л Рф р С "ограничивается величиной Ь Рф =3,7 10, соответствующей ЬРф= 5 10 Па(где р- плотность рабочей среды, С вЂ” скорость звука в жидкости). Зависимость Л Рф= f(LTp и/Е ) (фиг.2) 25 получают экспериментально при исследовании инерционной трубки диаметром 6 мм. . Установка диафрагмы с отверстием в выходном канале фильтра и байпасной ей 30 трубки с инерционным сопротивлением в пределах (2,4-3,0) Z> принципиально обеспечивает выполнение дополнительной функции фильтра на заданном режиме работы гидравлической системы. Для успешной ра- 35 боты 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), 40 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 подпружиненного 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 ц диапазоне температуры масла от25до 110 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, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью повышения устойчивости к автоколебательным процессам, фильтр снабжен трубкой, байпасно подсоединеннсй к выходному каналу, перегород.кой, устг 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 2,43 раза.

1695967

2 41 тр

Составитель Т. Вишнякова

Техред M.Моргентал Корректор М.Максимишинец

Редактор Н.Гунько

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4251 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5