книги из ГПНТБ / Энгель, В. Ю. Основы теории и расчет объемных гидромашин с фазовым регулированием учебное пособие

ния, например с камерой разрежения (посредством демпфиру­ ющих отверстий и соединительных каналов).

Напрашивается вывод об объединении в одной конструкции как дросселирующих прорезей, так и демпфирующих отверстий. Однако непосредственное объединение не дает желаемого эф­ фекта из-за потерь энергии при нулевой подаче и в Шираком диапазоне малых и средних подач насоса.

При этих подачах распределительные окна смещены :на до­ статочно большой угол относительно профиля статора, следова­ тельно, когда рабочая камера вступает в контакт с дросселиру­ ющей прорезью нагнетания и начинает 13апол,нятыся жидкостью из окна нагнетания, другая камера, соединенная с первой посредством демпфирующих отверстий и системы каналов, уве­ личивается в объеме и более или менее интенсивно отсасывает из первой камеры жидкость. Это приводит к возврату значи­ тельной части жидкости й.з полости нагнетания обратно в по­ лость всасывания, что (сопровождается увеличением неравно­ мерности подачи насоса и снижением его производительности. Кроме того, перетекание увеличенных объемов жидкости через систему каналов ведет к (росту гидравлических потерь и, следо­ вательно, к снижению КПД насоса.

Чтобы избежать этого, необходимо (обеспечить разобщение дросселирующих прорезей и демпфирующих отверстий гари оп­ ределенных значениях угла ;а.

§ 7. Метод синхронного изменения сечений

Рассмотрим распределительный орган, объединяющий оба метода разгрузки и обеспечивающий разобщение дросселирую­ щих прорезей и демпфирующих отверстий при определенных величинах угла а (рис. 1.22).

Распределительный орган состоит из двух дисков, один из которых показан на рис. 1,22, а. Он включает окна 1 и 3, снаб­ женные дросселирующими прорезями 6 и 2. Последние (имеют конфигурацию, обеспечивающую линейное изменение давления в рабочих камерах, движущихся от окон всасывания к окнам нагнетания, в положении, когда окна расположены против учаCTKOiB переменной кривизны статора.

Середины перемычек между окнами соединены между собой попарно при помощи щелей и внутренних каналов. Так, напри­ мер, посредством щели 7 радиального каналн 8, кольцевого 5 и щели 4 сообщается между собой одна пара перемычек. Анало­ гичным путем сообщается и вторая пара перемычек. (Все щели расположены на одинаковом (расстоянии От оси диска.

Второй диск отличается от рассмотренного только располо­ жением окон. Они смещены на 90°.

60

Дросселирующие прорези в обоих дисках .выполнены на рав­ ных расстояниях от их осей, являющихся продолжением одна другой.

'При взаимном расположении распределительных окон, дрос­ селирующих прорезей, демпфирующих щелей относительно про­ филя статора, изображенном на рис. 1.22,6 (ia=iamaix), подача насоса равна нулю. При движении рабочих камер от окон 18 я9

кокнам 5 я 14 жидкость вытесняется через демпфирующие щели. Путь жидкости при .этом: камера (защемления, демпфи­ рующая щель 1 —каналы 3, 4, 15 —демпфирующая щель 16 — камера разрежения между пластинами, движущимися от окна 14

кокну 18. Аналогичным путем вытесняется жидкость через дросселирующую прорезь 11. При этом дросселирующие проре­ зи 2 и 12 не сообщаются ни с демпфирующими щелями, ни с рабочими камерами. Их разобщает профиль 19 статора.

Повернув распределительные диски «а угол 45°, получим взаимное расположение окон, прорезей и щелей относительно

профиля статора, изображенное на рис. 1.22, в (а = 0). При таком расположении подача насоса максимальна. Окна 5 я 14 выполняют функции нагнетания, а окна 18 и 9 — функции вса­ сывания. Дросселирующие прорези 2 и 12, соединенные с окна­ ми нагнетания, сообщаются с рабочими камерами, а демпфи­ рующие щели 7 я 17 перекрыты профилем 19 статора, вследст­ вие чего невозможно течение жидкости, например, (по пути щель 7 —система каналов —щель 17. Также невозможно тече­ ние жидкости по пути щель 11 — система каналов — щель 7.

При установке распределительных дисков в положение про­ межуточное то отношению к положениям, изображенным на рис. 1.22,6 и 1.22,б, дросселирующие прорези 2, 12 и демпфиру­ ющие щели 7, 17 будут частично перекрыты.

Для того чтобы получить уравнение, описывающее процессы, протекающие в рабочей камере при этом методе разгрузки, необ­ ходимо в уравнение (1.70) добавить члены, учитывающие расход жидкости через .системуканал ов идемпфирующие щели, а также объем этих каналов и исключить член, содержащий площадь поперечного сечения дросселирующей .прорези, расположенной со стороны окна всасывания, так как в рассматриваемом случае эта прорезь отсутствует. Тогда уравнение (4.70) примет (следую­ щий вид (принимая во внимание, что начальный объем рабочей камеры зависит от угла а ):

61

где |лз—коэффициент расхода через демпфирующие щели; 53(а; ф) — изменяющаяся в функции угла а площадь попереч­

ного сечения демпфирующих щелей; Рр~ Р о— давление в камере разрежения, соединенной систе­

мой каналов с рассматриваемой рабочей камерой. Решая это уравнение относительно площади поперечного се­

чения дросселирующей прорези и учитывая выражения (1.65),. (1.66), (1.67) и (1.68), получим

+ 5 3 (а; ф) {Рз 1 / — [Р (ф) — Р01

+ !=1 + (172>

Рассмотрим следующие частные случаи (рис. 1,22):

а) а=0

В этом случае пластины, проходящие перемычку между ок­ нами, движутся по -постоянному радиусу кривизны статора, вследствие чего второй член в числителе (1.72) обращается в нуль. С другой стороны, поскольку в этом случае демпфирую­ щие щели перекрыты профилем статора и течение жидкости из рассматриваемой рабочей камеры в камеру разрежения отсут­ ствует, обращается в нуль и последний член в числителе.

На рис. 1.23 приведены графики, построенные по выражению (1.73) для различных значений газооодержания :в жидкости.

Теоретическая форма дросселирующей прорези (в сечении — прямоугольник с (большей стороной, равной b), соответствующая

62

5% газовой фазы, изображена на рис. 1.24 в виде заштрихован­ ной фигуры. 'Криволинейные участки этой фигуры с достаточ­ ной степенью точности (могут 'быть апроксимированы отрезками прямых klmnq и k'l'm'n'q'. Размер b -прорези ограничен ордина тами ок и ок1, что свизано с

формы обеспечивает линейную зависимость давления в рабо­ чих камерах от угла их пово­ рота, поскольку при построе­

уравнение (1.71) относительно площади поперечного сечения щели и учитывая, что предпоследний член обращается в нуль, получим

Зависимость по выражению (1.74) представлена на рис. 1.26. Для того чтобы можно -было регулировать сечение демпфирую­ щей щели в функции угла поворота ротора по полученному за-

63

Р и с . 1.24. Теоретическая форма дросселирующей прорези.

Р и с . 1.25. Графики изменения дав­ ления в рабочей камере насоса:

1 — теоретическая зависимость; 2 — эксгте-

экспериментальная кривая при дроссели­ рующих прорезях в виде пирамид.

64

кону, необходимо ©нести серьезные усложнения в конструкцию насоса, что, в свою очередь, увеличит габариты и вес гидрома­ шины, а также трудоемкость ее изготовления.

Поэтому демпфирующие щели рациональнее выполнять с величиной сечения, не зависимой от угла поворота ротора, но изменяющейся в функции угла а. Размеры же сечения следует выбирать при максимальном значении угла <р (см. рис. 1.26). Это приведет к некоторой нелинейности графика давления в рабочей камере в функции угла ее поворота, зато обеспечит

главное, не требует усложнения конструкции насоса, о котором говорилось .выше.

Теперь рассмотрим весь диапазон изменения угла а (0 < а <

Clmax) •

Если в формуле (1.71) положить Sj (а; <р)=5з(<р; а) =0, то

Используя выражения (1.59), (1.65), (1.66), (1.67) и (1.68),

преобразуем последнее тождество (учитывая, что Рж=Рож):

щей, а функция (1.77)— монотонно возрастающей, причем пер­ вая не зависит от угла а,.

момент ф=фо давление в каждой рабочей камере равно давлению Ро, так как этот момент соответствует отсечке камеры от окна

Построим трафик 'безразмерной функции (1.79) в зависимо­ сти от угла их (рис. 1.29). Нанесем на этот же трафик безраз­ мерную функцию (1.78). Точка их пересечения М характеризует собой условие линейности нарастания давления в рабочих каме­ рах, движущихся от окна всасывания к окну нагнетания.

Проекция точки М на ось абсцисс отсекает на ней величину, равную критическому значению угла а (акр). При всех других

66

Ри с . 1.29. График функций:

l —~y-f(a); 2—Ф=/(р).

значениях угла >а для обеспечения условия линейности (необхо­ димо либо подводить давление в каждую камеру посредством дросселирующих прорезей, выполненных у края окон нагнета­ ния (при ia<iaKp), либо сообщать камеры с полостями низкого давления с помощью демпфирующих щелей и системы каналов (при QД* Нкр) .

Эта методика позволяет определять критическое значение угла а дли насосов, различных по конструкции, работающих и;ри любых [эксплуатационных условиях.

§ 8. Пример конструкции насоса

[Примером разработки игластитвтаго 'насоса двойного дейст­ вия с фазовым регулированием на основе нерегулируемого одно­ типного насоса может служить (Следующая конструкция (рис. 1.30). Она создана на базе серийного отечественного насо­ са Г12-23 с использованием без изменения (большинства дета­ лей, таких как ротор 1 с пластинами, вал 2, статор 25, подшипкики 14 и 29, фланец 30 с уплотнением 3, уплотнительные коль­ ца 8, 11, 21, 28. (Кроме того, часть основных деталей, таких как распределительный диск 10, корпус 7 и крышка 13 претерпели незначительные изменения.

лительных дисков 10 и 12 относительно их геометрической оси служит поворотное кольцо 18. Ширина этого кольца выполня­ ется на 7—15 мк больше, чем ширина статора и равная ему ширина ротора. Гарантированный микрозазор, образующийся при этом между распределительными дисками, прилегающими к поворотному кольцу, и статором, обеспечивает, с одной 'сторо­ ны, отсутствие сухого трения между дисками при их повороте с целью регулирования подачи насоса, с другой —торцовое уп­ лотнение рабочих камер, такое же, как в серийных насосах ти­ па Г12-23. Зубчатый сектор поворотного кольца находится в постоянном зацеплении с шестерней валика 22. Поворотное кольцо, шестерня и валик 22, с которым она жестко соединена, маховик 20 образуют механизм' регулирования производитель­ ности насоса.

Для соединения поворотного кольца с распределительными дисками служат четыре штифта (по два на каждый распреде­ лительный диск).

Вкрышке и корпусе насоса выполнены кольцевые каналы 17

и27, которые соединяют отверстия 9 и 23 с окнами в распреде­ лительных дисках 10 и 12. Диски могут перемещаться в осевом направлении в пределах зазора г. Оба диска имеют одинаковую конструкцию со смещением распределительных окон одного

диска относительно окон второго диска на угол 90°.

68

В распределительном диске 10 выполнено четыре отверстия 5, предназначенные для соединения кольцевой проточки 4 в ро­ торе с полостью 27. Аналогичные отверстия 15 имеются 'в дис­ ке 12 и служат для этой же цели. На переферии распредели­ тельных дисков выполнены кольцевые проточки, образующие при смещении дисков в крайнее положение вдоль оси полость а, соединенную через отверстие 26 в распределительных дисках и отверстие 24 в 'статоре с полостью нагнетания. Полость а слу­ жит для снижения усилия прижатия, образующегося под дей­ ствием давления 'нагнетания на диск 10.

На обоих торцах статора имеются кольцевые проточки 16 и6, которые служат для разгрузки статора от одностороннего тор-

цевого прижатия под действием давления нагнетания. Эти про­ точки соединены друг с другом и с полостью нагнетания при помощи отверстий 24 и 26.

С целью обеспечения перемещения в осевом направлении комплекта плавающих деталей, включающего оба распредели­ тельных диска, ротор, статор и статорное кольцо, между торцам кольца и стенкой корпуса предусмотрен зазор х, причем

x — z+ ( 1—2) мм.

Работает насос следующим образом. Через отверстие 9 по­ ступает всасываемая в насос жидкость, а через отверстие 23 подается в магистраль с давлением нагнетания. Соответственно

69