水压节流阀口流量特性的实验研究及水压节流阀的研制

　　由于水的粘度约为油的粘度的1/40,与油压阀相比,假设阀口的几何尺寸和流过阀口的流量都相同,那么水流过水压阀口的雷诺数将高达104数量级。又由于水的汽化压力比矿物油高数千倍,且随温度的上升,汽化压力上升很快。这意味着水通过小孔或节流口时极易产生空化流动。高雷诺数、湍流、空化等是水压阀阀口水流动的主要特征。水的饱和蒸汽压力、含气量、粘度、密度和体积弹性模量等物理化学特性使空化不仅易于产生,而且还使空化的气蚀、噪声、振动和压力流量的变化等负面效应更为显著[1]。

　　1 实验装置

　　图1是该实验装置的液压系统原理图。系统中采用本课题组自行研制的七柱塞油水分离式轴向柱塞水压泵,该泵能在工作压力为6.3MPa条件下,供75L/min的压力水。系统原理图1中的6号元件是用来安装各类实验试样的模型阀。该模型阀是一个类似节流阀的装置。模型阀上配置了各种测试传感器:位移传感器用来测量实验阀芯的位移(即开度);通过压力传感器来测量阀口上下游压力。

　　本文中阀口压差流量特性用两种实验方式进行。无背压实验(本文图例中示为“test1”):保持阀口下游压力不变(接近大气压),逐步调高阀口上游压力(系统压力),记录每步的阀口上游压力和下游压力及流量。有背压实验(本文图例中示为“test2”):保持阀口上游压力不变,逐步调低阀口下游压力,记录每步的阀口上游压力和下游压力及流量。在有背压实验的这一类实验中,背压对空化有抑制作用,相反无背压实验情况下极易产生空化[2,3]。

　　2 实验结果

　　通过对各种阀口和节流小孔的流动特性实验研究,初步表明:在阀口几何要素保持不变的条件下,如无空化产生,则流量系数基本是常数,这是因为在极高的雷诺数的阀口流动中,水的边界层极薄和粘度的影响极其微小,阀口流动接近势流。空化的产生对阀口水的流动特性影响极为显著,空化不仅产生空化噪声和系统压力脉动,而且更为重要的是使阀口水流动的阻力增加,从而使有空化产生时的流量系数降低。

　　为研究不同的阀口几何截面对流动特性及空化的影响,本实验还对两种常用的节流槽进行了研究:即三角形节流槽和矩形节流槽。它们的槽长度和槽倾角以及大端截面积都相同,其它的结构尺寸和安装简图见图2。除进行了上述的无背压实验和有背压实验外,还对两个不同的方向的流动进行了实验:从“A”到“B”命名为正方向流动;从“B”到“A”命名为反方向流动。

　　图3(a)所示为三角节流槽的压差流量特性曲线。曲线显示出三角节流槽的压差流量特性在有背压和无背压情况下几乎无差别。在相同开度和压差的情况下,正向流动比反向流动的流量大。这说明沿流动方向通流截面的变化影响节流槽的压差流量特性。