Электрогидравлический вихревой усилитель мощности

ЭГВУМ предназначены для использования в системах дозирования топлива, минеральных масел, расходных компенсаторах, регуляторах рас­хода и давления минеральных масел и топлива (рис. 3.12).

Принцип действия усилителя основан на создании докритического безгистерезисного режима силового потока энергии путем его закрутки в замкнутом объеме проточной части. Конструктивно регулирующий эле­мент ЭГВУМ содержит вихревую камеру 1 и расположенный в ней элек­трод-диск 2, на которые подается управляющее напряжение U₁.

Силовой поток энергии Q_п энергоносителя подается по каналам пи­тания 3 радиально, а установочный поток под давлением Р_у тангенциально, поэтому результирующее движение энергоносителя получается закрученным с отводом выходного расхода Q_в через канал 5.

Соотношение величин Q_п и Р_у подбирается таким, что в проточной части закрутка энергоносителя приобретает характер критического режи­ма, когда на линейном спадающем участке в пределах Р_у1 ≤ Р_у ≤ Р_У2 подача незначительного по мощности управляющего напряжения U_У резко развихряет силовой поток энергии с переводом рабочей точки А(U_У =0) в точ­ку А’(U_У ≠0) (рис. 3.13).

величина получающегося при этом изменения расхода и будет вы­ходным сигналом ЭГВУМ. ЭГД взаимодействие поля униполярно заряженного энергоносителя с управляющим электрическим полем в проточ­ной части обладает по отношению к силовому потоку энергии р_п усили­тельным эффектом по мощности:

                                (55)

где Q_HР_Н - мощность в нагрузке усилителя (индекс 1 для U_У= 0, индекс 2

для U_У ≠0);

U_YI_Y - мощность управления.

Проведенные исследования показали, что величина КN тем больше, чем меньше константа Рейнольдса С_RE энергоносителя:

                                                     (56)

где μ, ρ - динамическая вязкость и плотность

Анализ более чем 150 рабочих жидкостей показал, что чем меньше C_RE, тем круче спадает расходная характеристика регулирующего элемента и тем эффективнее работа усилителя. Статическая характеристика для ЭГВУМ соответствует следующим значениям C_RE (Н1/2) при 200С: бензин «АИ-93» -19,3; керосин «Т-1» - 52,0; масло «индустриальное-20» - 2003,4 (рис. 3.14).

Струйный усилитель пропорционального действия

В усилителе пропорционального действия струя, вытекающая из ка­нала питания а, делится при отсутствии управляющих сигналов, подавае­мых по каналам b₁ и b₂, поровну между выходными каналами с₁, и с₂ (рис.3.15).

 

При подаче же в один из каналов b₁ или b₂ управляющего сигнала питающая струя отклонится в сторону, противоположную этому каналу, в результате мощность на выходе со стороны отклоненной струи превысит мощность на противоположном выходе.

Характеристики такого усилителя зависят от геометрических форм и от физических процессов перемешивания и обмена количества движения взаимодействующих струй (потоков).

Отклонение струи осуществляют разными способами и в частно­сти с помощью управляющего потока (струи), подаваемого через управ­ляющие каналы b₁ и b₂ перпендикулярно оси сопла а или путем поворота этого сопла. Для уменьшения чувствительности устройства к изменениям сопротивления нагрузки в боковых стенках камеры выполняют каналы d₁и d₂, соединенные с атмосферой. Когда нагрузочные каналы c₁ и с₂ полно­стью перекрыты, поток через эти отверстия может вытекать в атмосферу.

Обозначим через М₁ количество движения струи жидкости сечением w и плотностью р, вытекающей из сопла а со скоростью u1. Пусть управ­ляющая струя с количеством движения М₂ направлена под прямым углом к питающей струе с количеством движения М₁, значительно превышающем М₂. Согласно теореме о сохранении количества движения питающая струя под действием на нее управляющей струи отклонится на угол:

                                                   (57)

Если соосно с питающим каналом поставить приемный, то при нуле­вом управляющем сигнале питающая струя попадет в этот канал. При воз­растании управляющей струи питающая струя будет отклоняться, и по ме­ре повышения управляющего давления вся меньшая часть питающего по­тока будет попадать в приемный канал.

Опыт и расчет показывают, что незначительное отклонение управ­ляющей струи (потока) вызывает значительные изменения в разности рас­ходов через выходные (приемные) каналы усилителя.

Следует отметить, что геометрия камеры пропорционального усили­теля, в которой взаимодействуют управляющие и питающий потоки, должна быть выполнена таким образом, чтобы поток питания не подвер­гался воздействию ее стенок.

Коэффициент усиления струйного пропорционального усилителя, работающего по принципу отклонения струи, определяется как отношение изменения выходной величины к соответствующему изменению входной величины. Путем последовательного соединения струйных элементов ко­эффициент усиления можно повысить до требуемого значения. В системах управления часто применяется цепочка из шести и более последовательно

соединенных усилителей этого типа. В.одном каскаде усилителей с взаи­модействием потоков достигаются коэффициенты усиления по мощности порядка 10 и коэффициенты усиления по давлению от 5 до 7.

Исследования показали, что при соосном расположении камер и со­ответствующем конструктивном выполнении питающего и приёмного со­пел потери передаваемой энергии составляют относительно небольшую величину. Потери давления зависят от расстояния между срезами сопел. С увеличением расстояния между соплами нелинейность расхода в функции нагрузки повышается, причем характер изменения аналогичен нелинейно­сти, имеющей место при проливке при переменном перепаде давления дросселей постоянного сечения.

Устройства пропорционального действия широко применяют в гидропневмоавтоматике, а также в качестве распределительных уст­ройств в гидравлических усилителях следящего типа и прочих.

Энергетическая классификация пневматических и гидравлических усилителей мощности приведена на рис. 3.16.

Во всех существующих системах классификации усилителей мощно­сти в качестве классификационных признаков не принимались за основу энергетические аспекты. Основным признаком принимался вид или харак­тер течения рабочей среды в проточной части. Энергетические по сути усилители мощности не могут классифицироваться вне связи с энергетиче­скими критериями. Именно поэтому в основу новой классификации усили­телей мощности был положен принцип передачи энергии от источника (насоса) к приемнику (нагрузке). Такой подход означает построение клас­сификации на выделении способа доставки энергии посредством энергоно­сителя. Анализ всех пневматических и гидравлических усилителей мощно­сти, описанных в литературе, позволяет дать приведенную здесь энергети­ческую классификацию.

В первую группу (ортогональное управление СПЭ) входят усилители с ортогональным управлением силового потока энергии (СПЭ). Суть мето­да управления заключается в незначительной деформации векторного поля СПЭ ортогональным управляющим векторным полем энергии (УШО) (рис. 3.17). Во вторую группу ( канализация СПЭ) входит усилитель со струйной трубкой, являющийся единственным представителем усилителей с канализацией энергии векторного поля СПЭ. Суть метода управления за­ключается в канализации энергии СПЭ за счет УВПЭ (рис. 3.18). Отличие от первой группы усилителей здесь состоит в том, что ка­нализация СПЭ не обязательно осуществляется ортогональным УВПЭ, поскольку место взаимодействия последнего с каналом

СПЭ не может определять ортогональность каждого вектора канализируемого СПЭ с УВПЭ.

 

 

Третья группа (докритический режим) усилителей является наи­более развитой, поскольку в нее входит 10 известных на сегодня элементов. Суть докритического безгистерезисного режима управления заключается в том, что СПЭ вводится в так называемый докритиче­ский режим, при котором малейшее воздействие УВПЭ приво­дит к резкой деформации векторного поля СПЭ (рис. 3.19)._; Важны(и условием такого режима является безгистерезисность, то есть способность восстанавливать векторное поле СПЭ после снятия УВПЭ.

Четвертая группа (векторно-энергетическое управление) развита сравнительно недавно. Суть векторно-энергетического управления заключается в том, что СПЭ претерпевает за счет УВПЭ мультипликативные преобразо­вания векторного поля потоков кинетической энергии в сферические векторное поле потенциальной энергии (рис. 3.20). Эта группа; ПГУМ отличается наибольшей эффективностью, поскольку может использовать для управления принцип адиссипативности фазовых переходов одного вида энергии в другой.