СВМ. Cудовые вспомогательные механизмы,. керченский государственный морской технологический университет судомеханический техникум
 Скачать 3.31 Mb.
|
|
Степень неравномерности подачи поршневых насосов Поршневые насосы подают жидкость неравномерно. При всасывании подача отсутствует, при нагнетании подача наибольшая. Для оценки равномерности подачи вводят понятие о степени неравномерности: Δδ = С mах / С ср = Q max / Q cp т.е. это отношение максимальной подачи - Q max и максимальной скорости С max к средним подачи Q cp и скорости С ср , которую имел бы насос идеальной, равной производительности. • для насосов однократного действия -δ = 3,14; • для насосов 2-х кратного действия - δ = 1,57; • для насосов 3-х кратного действия - δ = 1,046; • для насосов 4-х кратного действия - δ = 1,11. Следовательно, на практике для выравнивания подачи не всегда целесообразно увеличивать кратность. Более целесообразно устанавливать воздушные колпаки (см. поз. 4, рисунок 1.3), которые являются аккумуляторами энергии. Из-за неравномерной скорости поршня давление в цилиндре насоса в период всасывания и в период нагнетания может колебаться в широких пределах. Большое влияние на амплитуду колебаний давления в цилиндре оказывают силы инерции жидкого столба во всасывающем и напорном трубопроводах. Чтобы уменьшить влияние этих сил и выровнять подачу, применяют воздушные колпаки, которые в зависимости от потребности устанавливают как на стороне всасывания, так и на стороне нагнетания. На рисунке 1.5 показана схема установки всасывающего 4 и напорного 2 воздушных колпаков у одноцилиндрового насоса одностороннего действия. Рисунок 1.4 – Схема поршневого насоса двойного действия. 13 Рисунок 1.5 – Установка воздушных колпаков Верхняя часть колпаков занята воздухом, а нижняя – перекачиваемой жидкостью, причем давление, под которым находится воздух, равно давлению на поверхности уровня жидкости. Сущность действия напорного колпака заключается в том, что в то время, когда мгновенные подачи жидкости превышают среднюю подачу, избыток жидкости задерживается в колпаке. Этот избыточный объем изображен на рис.1.6 вертикально заштрихованным прямоугольником внутри напорного колпака. Рисунок 1.6 – Сущность действия напорного колпака Когда подача жидкости плунжером становится меньше средней или прекращается совсем (при всасывающем ходе), воздух в колпаке расширяется и вытесняет задержавшийся в нем избыток жидкости в напорный трубопровод. На графике подачи заштрихованная часть площадки синусоиды bdc соответствует этому избытку, который возникает при повороте кривошипа на угол, измеряемый отрезком be. При прохождении кривошипом углов, соответствующих отрезкам аb и се, этот избыток жидкости поступает в трубопровод и поддерживает в нем движение жидкости со скоростью, близкой к постоянной. Аналогично описанному действует и колпак на всасывающей трубе, жидкость из которого неравномерно забирается насосом по патрубку 3. До колпака 4 жидкость движется во всасывающей трубе почти равномерно. Для того чтобы воздушные колпаки наиболее полно выполняли свои функции, их устанавливают возможно ближе к насосу либо на самом насосе. Во время работы насоса уровень жидкости во всасывающем колпаке постепенно понижается. Происходит это потому, что давление в этом колпаке ниже, чем в приемном 14 резервуаре, и в нем скапливается воздух, выделяющийся из жидкости. Чтобы скопившийся воздух не мог сразу в большом количестве попасть в рабочую полость (камеру) насоса, что нарушило бы нормальную работу, в нижней части всасывающего патрубка делается ряд небольших отверстий (см. рисунок 1.5). Достигнув при понижении уровня этих отверстий, воздух небольшими порциями отсасывается через них в рабочую камеру. Наоборот, в напорном колпаке уровень жидкости постепенно повышается, так как воздух, который находится в нем под повышенным давлением, растворяется в перекачиваемой жидкости и уносится ею. В связи с этим возникает необходимость периодически восполнять убыль воздуха в колпаке. Для этой цели под всасывающим клапаном или на цилиндре насоса устанавливается воздушный кран, который снабжен обратным клапаном (сапуном). При открытии крана воздух засасывается в цилиндр насоса и затем вытесняется в напорный колпак. Нормально воздух должен занимать приблизительно 2/3 объема колпака. Для контроля за давлением на напорном колпаке устанавливается манометр 1, а на всасывающем – вакуумметр 6. Для наблюдения за уровнем жидкости и, следовательно, за количеством воздуха в колпаках на них устанавливаются мерные стекла 5. Радиально-поршневой насос Радиально- поршневой насос (см. рисунок 1.7) – это объемный насос, в конструкции которого, ось ведущего вала перпендикулярна осям движения рабочих поршней или угол между ними составляет величину не меньше 45°. Механизмы, угол которых меньше 45° относят к аксиальному типу. Рисунок 1.7 – Радиально- поршневой насос Такие насосы применяю в гидравлических системах с большим давлением. Наиболее часто они применяются в установках с давлением до 32 МПа, бывают и агрегат работающие на большем давлении и достигают значений в 100 МПа. Агрегаты радиально поршневого типа ограничены в частоте вращения вала до 1500 об/мин. Это обусловлено большой инерционностью вращающихся частей. Устройство радиально- поршневого насоса Можно выделить два вида конструкции, таких гидравлических систем: устройство с эксцентричным ротором (см. рисунок 1.8-а) и устройство с эксцентричным валом (см. рисунок 1.8-б). 15 Рисунок 1.8 – Радиально- поршневой насос а) Гидронасос с эксцентричным ротором. б) Гидронасос с эксцентричным валом. Устройство с эксцентричным ротором Главной частью является ротор со встроенными в него поршнями. Поршней может быть много и располагаться они могут в несколько рядов. Ротор вращается в корпусе (Статоре). Ось ротора установлена со смещением центра относительно оси статора на величину «е» как показано на рисунке 1.8-а. Системы забора и нагнетания расположены в центре и отделяются друг от друга специальной перемычкой. Устройство с эксцентричным валом В данном устройстве гидравлической системы, поршни располагаются в статоре насоса. Ось статора и вала совпадают, но на вале есть специального рода кулачек, смещенный по отношению к статору на расстояние «е». Такие гидравлические установки имеют клапанное распределение. При сжимании рабочей камеры клапан всасывания закрывается и открывается клапан нагнетания. При расширении рабочей камеры происходит обратная ситуация. Ротор вращается в статоре (корпусе) вместе с поршнями, поршни скользят по корпусу, плотно прижимаясь к нему за счет пружин. В результате вращения ротора, поршни совершают возвратно-поступательные движения. Поршни двигаясь по кругу переключаются между двумя фазами: Фаза всасывания. Поршень совершает выдвижение, рабочая камера увеличивается, клапан нагнетания закрывается и открывается клапан всасывания, он соединён с отверстием забора жидкости. Поршень движется по кругу до максимальной точки его выдвижения. Фаза нагнетания. Поршень переключается на отверстие нагнетания, и начинает вдвигаться, клапан всасывания закрывается и открывается клапан нагнетания, рабочая камера уменьшается в результате чего создается давление и жидкость вытесняется из насоса. Поршень находится в данной фазе до максимальной точки сжатия рабочей камеры, а затем переключается на фазу всасывания. Радиально поршневой насос может быть двух и более кратного действия. Это означает что один плунжер совершает несколько рабочих ходов за одно вращение ротора. Такой эффект достигается за счет специального изменения поверхности статора. Достоинства и недостатки радиально поршневых насосов Положительные стороны: 1. Производят высокое давление в гидравлической системе; 2. Есть модели с опцией регулирования рабочего объема подачи; 16 3. КПД находится на достаточно высоком уровне при большом давлении; 4. Высокая энергоемкость на единицу массы; Отрицательные стороны: 1. Сложное устройство, небольшая надежность; 2. Необходимость специфичной обработки деталей, а также сложное строение самого насоса приводит к высокой цене на данные агрегаты; 3. Нужна тонкая фильтрация рабочей жидкости; 4. Высокая пульсация подачи и расхода; 5. Занимают много места; 6. Низкий вращающий момент основного вала; Устройство гидронасоса аксиально-поршневого типа Насос гидравлический аксиально-поршневой (см. рисунке 1.9), как и радиально- поршневой, является устройством объемного типа, которое функционирует за счет изменения объема рабочих камер. В гидравлических насосах аксиально-поршневой группы такие рабочие камеры сформированы расточками, которые выполнены в цилиндрическом блоке. В отличие от радиально-поршневых насосов, у аксиально-поршневых машин внутренние рабочие камеры располагаются параллельно по отношению к поршням и оси самого устройства. В ходе перемещения поршней такого насоса при вращении цилиндрического блока происходит увеличение или уменьшение объема рабочих камер, что и позволяет устройству всасывать и отдавать перекачиваемую им жидкость. Рисунок 1.9 – Аксиально-поршневой насос в разрезе Как и у радиально-поршневых насосов, рабочие камеры аксиально-поршневых устройств соединены с всасывающим и нагнетательным патрубками, через которые и осуществляются забор и отдача перекачиваемой воды. Процесс соединения рабочих камер с всасывающим и нагнетательным патрубками насосов, относящихся к аксиально- поршневой группе, происходит поэтапно. По тому, как работает гидравлический насос, относящийся к аксиально-поршневому типу, он схож с паровыми и радиально- поршневыми насосами. Конструктивные особенности и принцип действия Гидронасос аксиально-поршневого типа состоит из следующих элементов: поршней, также называемых плунжерами, которые входят в состав блока цилиндров; элементов шатунного типа; 17 ведущего вала, который также называется основным; механизма, который выполняет распределительные функции. Рисунок 1.10 – Аксиально-поршневой насос с наклонным блоком в разрезе 1-вал, 7-блок цилиндров, 2-уплотнение, 8-шип, 3-сферическая головка, 9-крышка, 4-шатун, 10-окно, 5-юбка поршня, 11-пружина, 6-шарнир, 12-поршень, 13-диск Принцип, по которому работает поршневой гидронасос аксиального типа, основывается на том, что его основной вал, вращаясь, сообщает движение элементам блока цилиндров. Вращение основного вала насосов аксиально-поршневого типа преобразуется в возвратно-поступательное перемещение поршней, совершаемое параллельно оси блока цилиндров. Именно благодаря характеру таких движений поршня, которые являются аксиальными, насос и получил свое название. Рисунок 1.11 – Принцип работы аксиально-поршневого гидронасоса В результате движения, совершаемого поршнями в цилиндрах аксиально- плунжерного насоса, происходит попеременное всасывание и последующее нагнетание 18 жидкости через соответствующие патрубки. Соединение рабочей камеры насоса с его всасывающими и нагнетающими линиями происходит последовательно, при помощи специальных окон, выполненных в распределительном механизме. Чтобы минимизировать риск возникновения неисправностей при работе блока цилиндров гидронасосов аксиально- поршневого типа, а также обеспечить надежную эксплуатацию такого устройства, его распределительный механизм максимально плотно прижимается к блоку цилиндров, а окна такого блока разделяются между собой специальными уплотнительными прокладками. На внутренней поверхности окон распределительного механизма выполнены дроссельные канавки, наличие которых позволяет уменьшить величину гидравлических ударов, возникающих в трубопроводной системе при работе насоса. Наличие таких канавок на внутренней поверхности окон распределительного механизма помогает максимально плавно повышать давление рабочей жидкости, создаваемое в цилиндрах. Как становится понятно из вышеописанной конструкции аксиально-поршневого гидравлического насоса, его рабочими камерами являются цилиндры, расположенные параллельно (аксиально) оси его ротора, а вытеснение жидкости из таких цилиндров осуществляется за счет возвратно-поступательных движений поршня. По своему конструктивному исполнению поршневой гидронасос, как и гидромотор аксиально-поршневого типа, может относиться к одной из следующих категорий: устройства с шайбой, устанавливаемой под определенным углом (см. рисунок 1.12-а); аксиально-поршневые насосы или гидромоторы, оснащенные блоком цилиндров наклонного типа (см. рисунок 1.12-б). Блок цилиндров гидромоторов и гидравлических насосов аксиально-поршневого типа, оснащенных наклонной шайбой, установлен соосно по отношению к приводному валу и при этом жестко связан с ним. Поршни, перемещающиеся в проточках рабочей камеры, опираются своей торцевой поверхностью на шайбу, которая устанавливается под углом к оси приводного вала. Принцип работы такого аксиально-поршневого насоса заключается в том, что при совместном вращении соединенных между собой приводного вала и наклонной шайбы поршни устройства начинают двигаться возвратно- поступательно, уменьшая или увеличивая таким образом объем рабочих камер. Когда же объем рабочих камер начинает изменяться, осуществляется всасывание и выталкивание перекачиваемой через насос жидкости. Устройства с наклонной шайбой относятся к регулируемым гидронасосам, так как, изменяя угол, под которым расположена рабочая поверхность наклонной шайбы, можно менять и параметры потока перекачиваемой жидкости. Более того, при помощи такого насосного устройства можно осуществлять реверсирование подачи воды, изменяя направление угла наклона шайбы к оси приводного вала на противоположное. Насосы аксиально-поршневого вида, оснащенные наклонной шайбой, устанавливаются в гидравлических системах, работающих под средними и высокими нагрузками. 19 Рисунок 1.12 – Принципиальные схемы аксиально-поршневых гидромашин а – с наклонным диском, б – с наклонным блоком цилиндров: 1-ведущий вал, 6- гидрораспределитель, 2- диск, 7- пазы, 3- шток, 8- шарнир, 4- блок цилиндров, 9- шатун 5- поршень, Корпус аксиально-поршневых гидравлических насосов, оснащенных блоком цилиндров наклонного типа (см. рисунок 1.13), имеет V-образную конфигурацию, а их приводной вал выполнен в виде буквы Т. Угол, под которым блок цилиндров рассматриваемого аксиального насоса расположен к оси приводного вала, может составлять от 26 до 40°, а количество поршней доходит до 7 штук. Принцип работы такого аксиально-поршневого насоса состоит в следующем: когда начинает вращаться приводной вал, соединенный с поршнями посредством шатунных механизмов, приводится во вращение и наклонный блок цилиндров, а поршни, расположенные в аксиальных проточках, начинают совершать движения возвратно-поступательного типа, тем самым уменьшая или увеличивая объем рабочих камер. Процесс всасывания и нагнетания перекачиваемой рабочей среды в аксиально- поршневых насосах такого вида осуществляется через специальные отверстия-окна, выполненные в распределительном устройстве, которое располагается неподвижно относительно вращающегося наклонного блока цилиндров. В отличие от паровых и радиально-поршневых насосов, в устройствах данного типа можно регулировать объем рабочей камеры. Решается такая задача регулировкой угла наклона блока цилиндров по отношению к оси приводного вала при помощи специальных механизмов. 20 Рисунок 1.13 – Унифицированный качающий узел (а) и нерегулируемый аксиально- поршневой насос-гидромотор типа 210 (б): 1-вал, 2,15,19- кольца, 3,9,18- втулки, 4- пластина, 5- шип 6- пружина, 7- блок цилиндров, 8- гидрораспределитель, 10- штифт, 11- шатун, 12- поршень, 13,14- шарикоподшипники, 16,21- крышки, 17- манжетное уплотнение, 20- корпус В устройствах, оснащенных двойным несиловым карданом, достигается полное соответствие углов, измеряемых между промежуточным, ведущим и ведомым валами. При работе гидравлических насосов данной категории их валы (ведущий и ведомый) двигаются синхронно, что позволяет снизить нагрузку на карданный вал, который, взаимодействуя с диском, передает крутящий момент. Насосы аксиально-поршневого типа имеют конструкцию, в которой реализована схема точечного касания поршней с поверхностью наклонного диска. В таком устройстве отсутствуют карданные и шатунные механизмы, что упрощает его конструкцию. Наиболее значимым недостатком аксиально-поршневых насосов данной категории является то, что для их запуска необходимо принудительно выдвинуть поршневые элементы из рабочих камер и затем прижать их торцевую часть к поверхности наклонного диска. Между тем за 21 счет простоты конструкции регулярное техническое обслуживание и ремонт гидронасосов данного типа не представляет больших сложностей. Аксиально-поршневой гидромотор и гидравлический насос данного типа при сравнении с радиальными и паровыми устройствами отличаются следующими достоинствами: При достаточно компактных размерах и небольшом весе такие устройства обладают внушительной мощностью и достойной производительностью. За счет компактных размеров и небольшого веса насосы, относящиеся к аксиально-поршневому типу, при работе создают небольшой момент инерции. Частоту вращения выходного вала аксиально-поршневого гидромотора регулировать очень легко. Данные устройства эффективно функционируют даже при достаточно высоком давлении рабочей среды и при этом создают соответствующий крутящий момент выходного вала. В таких установках можно изменять объем рабочей камеры, чего не удается достичь при использовании гидронасосов и гидромоторов радиально-поршневых. Частота, с которой вращается выходной вал гидромоторов данного типа, в зависимости от модели может находиться в диапазоне 500–4000 об/мин. В отличие от насосов радиально-поршневых, которые могут работать при давлении рабочей жидкости, не превышающем значение 30 мПа, аксиальные установки способны функционировать при давлении, доходящем до 35–40 мПа. При этом потери величины такого давления будут составлять всего 3–5%. Поскольку поршни аксиальных насосов устанавливаются в рабочих камерах с минимальными зазорами, достигается высокая герметичность таких установок. При использовании насосов данного типа можно регулировать как направление подачи, так и давление рабочей жидкости. Как и у любых других технических устройств, у аксиально-поршневых насосов есть недостатки: Такие насосы стоят достаточно дорого. Сложность конструктивной схемы значительно затрудняет ремонт аксиально- поршневых гидронасосов. Из-за не слишком высокой надежности эксплуатировать гидравлические механизмы данного типа следует только согласно инструкции, иначе можно столкнуться не только с невысокой эффективностью работы такого устройства, но и с его частыми поломками. При использовании насосного оборудования данного типа жидкость в гидравлическую систему подается с большой пульсацией и, соответственно, расходуется неравномерно. Из-за высокой пульсации, характерной для функционирования таких насосов, гидравлика, которой оснащена трубопроводная система, может работать некорректно. Гидравлические механизмы аксиально-поршневого типа очень критично реагируют на загрязненную рабочую среду, поэтому использовать их можно только с фильтрами, размер ячеек которых не превышает 10 мкм. 22 Аксиально-поршневые гидравлические устройства из-за особенностей своей конструкции издают при работе значительно больше шума, чем модели насосов и гидравлических моторов пластинчатого и шестеренного типа. К аксиально-поршневому типу, как упомянуто выше, могут относиться не только гидравлические насосы, но и гидромоторы. Принцип работы гидро-мотора практически идентичен принципу действия аксиально-поршневого насоса. Основная разница состоит в том, что совершается такая работа в обратной последовательности: в устройство под определенным давлением подается жидкость, которая и заставляет двигаться поршни гидромотора, приводящие во вращение его выходной вал. |