Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Петрина, Н. П. Объемные гидромашины (насосы и двигатели)

.pdf
Скачиваний:
23
Добавлен:
21.10.2023
Размер:
8.93 Mб
Скачать

Соединяя два насоса двойного действия (рис. 2.5) в од­ ном корпусе (блоке цилиндров), получим насос четвертого (че ­ тырехкратного) действия. Такие насосы широко применяются на кораблях, так как они в достаточной мере удовлетворяют требованиям небольших размеров и внсокой надежности дейст­ вия.

Основным недостатком кривошипно-порганевых и прямодействующих насосов являются клапаны, которые вследствие их инерционности ограничивают число оборотов насоса; они услож­ няют устройство и уменьшают надежность;

д ) п о в и д у

д в и ж е н и я и

р а с п о л о ­

ж е н и я

п о р ш н е й

все насосы можно

разделить

на насосы

с п р о с т ы м

и с л о ж н ы м

д в и ­

ж е н и е м

поршней. К насосам с простым движением поршней

относятся вышерассмотренные, у которых поршни имеют только возвратно-поступательное движение обычно в одной плоскости. Кроме этих насосов, которые принято называть собственно поршневыми, имеется еще большая группа насосов многократно­ го действия, у которых поршни, как правило, имеют сложное движение - переносное круговое и относительное возвратнопоступательное . Такие насосы называются роторно(ротационно)- поршневыми (плунжерными); они делятся на два вида - аксиаль­ ные (осевые) й радиальные.

При этом к рабочим камерам (цилиндрам) жидкость может подводиться при помощи клапанов или специальных каналовраспределителей. Бесклапанные насосы обладают обратимостью, т. е. могут работать в качестве гидродвигателей (гидромото­ ров) .

Роторно-поршневые аксиальные насосы. Кинематические схемы всех этих насосов очень разнообразны, но в основе их находится шатунно-кривошипный механизм.

На рис. 2.6 показана схема устройства аксиального ротор-- нр-поршневого насоса, где в роторе 4 имеются цилиндры, в которых помещаются плунжеры 5. В верхней своей части они обычно имеют сферические головки, которыми упираются в на60

клонный диск 6. В нижней части имеется неподвижная распре­ делительная головка 3 с дугообразными каналами, которые соединяют цилиндры с патрубками I и 2.

При вращении вала насоса 7 будет вращаться ротор 4 с находящимися в нем поршнями (плунжерами). Нижняя, торцо-

еэя поверхность ротора будет скользить по неподвижной пло­ скости распределительной головки 3 . Пружины 8 прижимают головки поршней к неподвижному диску, поэтому плунжеры будут не только вращаться вместе с ротором, но и совершать

относительно его возвратно-поступательное

движение. Если

ротор будет вращаться

в сторону, указанную стрелкой, то

поршни, обращенные на

рисунке к читателю,

будут засасывать

 

 

61

жидкость, и трубопровод 2 будет всасывающим, чему соответ­ ствует дуга на диске в пределах 0°-900 -180°.

Дальнейшее движение поршней в пределах углов 180-360° будет сопровождаться нагнетанием жидкости, и патрубок I бу­ дет напорным. Если диск 6 повернуть относительно оси Х-Х в противоположное положение, то стороны всасывания и нагнета ния также изменятся на противоположные, т. е. патрубок I станет всасывающим, а патрубок 2 - напорным.

Существуют и другие более сложные варианты конструктив­ ных схем аксиальных роторно-поршневых насосов, которые мож­

но классифицировать следующим образом:

 

 

а) п о

к о н с т р у к т и в н ы м

п р и з н а - -

к а м

- насосы с наклонной шайбой (рис. 2.7)

и с наклонным

блоком

цилиндров (рис. 2 . 8 ) ;

 

Рис. 2.7 Конструктивная схема роторно-поппневсго аксиального насоса с наклонной шайбой

б) п о к и н е т и ч е с к и м п р и з н а к а м насосы с вращающимся блоком цилиндров и с вращающейся шай­ бой;

в) п о

 

с п о с о б у

р е г у л и р о в а н и я

п о д а ч и

-

насосы с поворотной шайбой и с поворотной

люлькой блока

цилиндров;

 

г) п о с п о с о б у

р а с п р е д е л е н и я

ж и д к о с т и

- насосы с

торцовым плоским распределитель­

ным узлом, с

торцовым сферическим распределительным УЗЛОМ

и с клапанным или

зо ­

 

 

 

 

лотниковым

распределе­

 

 

 

 

нием.

 

 

 

 

 

 

 

 

На рис. 2.7 и 2.8

 

 

 

 

показаны наиболее

рас­

 

 

 

 

пространенные

конст­

 

 

 

 

руктивные схемы

аксиаль­

 

 

 

 

ных роторно-поршневых

 

 

 

 

насосов. Обычно у

этих

 

 

 

 

насосов

цилиндровый

 

 

 

 

блок I

вращается при

Рис. 2.8 Конструктивная схема ротор-

г т ^ . ^ т , ,

т . о п о

и

о

т ^ г т г ^

но-поршневого

аксиального насоса с

помощи вала 4 , а распре-

н а £ л 0 Н Н Ы М б

л о к о м

цилиндров

делительное

устройство

 

 

 

 

(головка) 3 неподвижно. При этом максимальный

угол наклона

шайбы б

или

блока

(рис. 2.8) составляет J i m a x

= 20430и .

Когда

fi^O

,

то при вращении блока цилиндров поршни 2,

шарнирно связанные шатунами 5 с наклонной шайбой 6 или веду­ щим диском 9 (рис. 2 . 8 ) , совершают возвратно-поступательное перемещение в цилиндрах. Жидкость подводится к цилиндрам и отводится от .них через отверстия В в торце цилиндрового бло­ ка, которые попеременно соединяются с распределительными серповидными окнами 7 и 8, имеющимися в распределителе 3 (рис. 2 . 7 ) .

Торцовое распределение жидкости у аксиальных насосов позволяет выполнить всасывающие каналы больших размеров, чем у радиальных насосов с цапфовым распределением (рис. 2 . 9 ) , поэтому число оборотов у аксиальных насосов мо­

жет быть больше, чем у радиальных, что позволяет увеличивать подачу без увеличения размеров и веса. Для насосов большой мощности п = 500^700 об/мин, для малой - 4000-5000 об/мин. Минимальное число оборотов для насоса, работающего в качест­

ве гидромотора, n

= 5 f I 0

об/мин.

Наиболее часто встречающееся число цилиндров в аксиальных

роторно-поршневых

насосах

Z = 7т9 шт.

Ценным свойством этих насосов является малый момент инер63

ции,что имеет значение при использовании их в качестве

гидро­

двигателей.

 

 

Аксиальные роторные насосы изготовляются с рабочими па­

раметрами Я = 5т300 \Р/ч

и Н = 500*7000 м вод. ст.

Они применяются при небольших крутящих моментах, но при

боль­

ших скоростях.

 

 

Существуют конструкции аксиальных роторно-поршневых на­ сосов с неподвижными блоками пдлиндров и клапанным распре­ делением жидкости, поэтому они не являются роторными.

Р а д и а л ь н ы й

р о т о р н о - п о р ш н е в о й

н а с о с (рис. 2.9)

состоит из 5-9 плунжеров I в одном

ряду, которые расположены в направлении радиусов ротора 2 . Ротор вращается вокруг вала-цапфы 3 . Цапфа расположена эксцентрично относительно обоймы 4 . Для ясности чтения ри-

90°

270°

Рис. 2 . 9 . Схема устройства роторно-поршневого ра­ диального насоса

сунка на нем изображено только три поршня. Если ротор 2 вращается в сторону, указанную стрелкой, то и поршни будут вращаться в ту же сторону; кроме того, они будут двигаться прямолинейно, возвратно-поступательно. В цилиндры, которые

64

будут двигаться по дуге окружности 0и -90и -180°, поршни будут засасывать жидкость через окно Б, а из цилиндров, дви­

жущихся по дуге 180° - 270° - 360°, плунжеры будут вытеснять жидкость в окно А. Окна А и Б образованы в цапфе 3 ее пере­ городкой.Если обойму k передвинуть с правой стороны на левую, то стороны всасывания и нагнетания изменятся на противополож­ ные.

Цилиндры у радиальных насосов и моторов могут распола­ гаться в несколько рядов, до шести, поэтому можно получить

подачу до 500

или большой вращающий (крутящий) момент

на валу гидромотора.

 

 

Роторные поршневые насосы, изменяя угол

(рис.2.7)

или величину эксцентриситета е (рис.2.9),

могут изменять

подачу без изменения скорости вращения ротора, что является наиболее ценным их свойством. Насосы и гидродвигатели мощ­

ностью до

3-5 квт не регулируются (j5=C0nst).

§ 2 .

2 . Краткие сведения из истории развития и

 

область применения

Среди насосов поршневые являются наиболее древними. Имеются исторические сведения о том^что простейшие поршне­ вые насосы применялись в Греции уже во П веке до нашей эры.

До появления паровых поршневых машин, т. е. до ХУШ сто­ летия, порпневые насосы не развивались, так как в качестве

.двигателей могли применяться только водяные колеса и мускуль­ ная сила людей или животных. Ручные насосы обычно были прямодействукхдими.

Появление паровых поршневых машин, улучшение технологии металлов, развитие промышленности и транспорта - все это благоприятно повлияло на развитие поршневых насосов: увели­

чилась подача насосов

и кратность их действия. До середины

XIX столетия применяются главным образом приводные насосы,

у которых движение от

вращающегося в<ала паровой поршневой

 

65

машины передается через яатунно-кривошипный механизмколен­ чатый вал насоса дает поршню возвратно-поступательное движе­ ние через шатун и шток.

К. середине XIX столетия создаются паровые прямодействующие насосы. Наиболее удачной конструкцией оказались прямодействующие насосы типа "Вортингтон".

До появления электродвигателей и паровых турбин на ко­ раблях (судах) всех стран мира очень широко применялись на­ сосы типа "Вортингтон" и его различные модафикации. Эти на­ сосы обслуживали все гидравлические системы кораблей. Благо­ даря ряду положительных свойств - хорошая надежность дейст­ вия и экономичность,' независимость напора от подачи и числа оборотов - эти насосы в ряде случаев применяются на кораб­ лях и в настоящее время для перекачивания морской воды, жидкого топливасмазочного масла.

Поршневые насосы в XIX столетии усовершенствовались главным образом на основе опытных исследований..Значительные теоретические исследования были проведены в XX столетии рус­ скими (А.П.Герман, И.Г.Есьман, И.И.Куколевский, А.А.Бурдаков, В.Л.Сурвилло, И.А.Чиняев и др.) и иностранными (Бах, Вестфаль, Берг и др.) учеными.

Эти исследования легли в основу разработки конструкций

исоздания теории поршневых роторных насосов. Появление этих насосов сначала было вызвано развитием гидроавтоматики

игидравлических передач в металлорежущих станках, а затем на самолетах, кораблях и тепловозах.

Особенно быстрыми темпами внедряется гидрооборудование в СССР - за десять лет с 1950 по 1961 г. оно возросло в 22 раза, в то время как за 15 лет ( I 9 4 5 - I 9 6 I гг . ) в США - в 10 раз, в Англии - в 6 раз*.

1 Академия Наук СССР. Отделение механики и процессов управ­ ления. Автоматизация привода и управления машин. Изд."Наука",

66

Радиальный роторно-поршневой насос был изобретен ь

1909 году Хил Шоу, а аксиально-поршневой B I 9 I 2 году англи­ чанином Дженни и немцем Тома.

В настоящее время существует очень много различных кон­ струкций роторных насосов, которые применяются' в различных# гидросистемах. В развитие конструкций и разработку теории роторных насосов внесен большой вклад отечественными учеными (Т.М.Башта, В.В.Ермаков, И.З.Зайченко, Е.М.Хаймович и д р . ) .

§ 2 . 3 . Уравнения и графики подачи (производительности, расхода)

I . Средняя подача (секундная,

минутная, часовая)

- это

подача, определяемая площадью поршня (конструктивными па­

раметрами насоса) и средней скоростью поршня.

 

Поршень поршневого насоса.движется в цилиндре с перемен­

ной скоростью, которую приобретает

и перекачиваемая

жидкость,

т. е. движение жидкости в рабочей

полости насоса неустано­

вившееся. Рассмотрим уравнения подачи насоса, допустив сна­ чала, что его поршень движется с некоторой постоянной (сред­ ней) скоростью; этому условию будет соответствовать средняя подача по времени.

Насос простого действия (рис. 2 . 1 и 2.2) имеет одну ра­ бочую полость, в которую засасывается или из которой вытал­ кивается за один оборот зала теоретический объем жидкости

(подача за любой промежуток

времени) V T = F 5

М3 /о5 ,

чему

соответствует т е о р е т и ч е с к а я

подача

за п

оборотов вала в единицу

времени

 

(2.6)

или

Q< T .cp-=-60P-S-n

где п - число оборотов" вала или двойных ходов поршня

в минуту.

67

 

Движение жидкости в трубопроводах этого насоса будет не постоянным, а периодическим, и кроме того вторая, т. е. правая, полость цилиндра не используется.

Подача одноцилиндрового насоса двукратного действия (рис. 2. 4 и 2 . 5) будет равна сумме подач левой полости

0 . ' т = Р - 5 щ

и правой полости Q"= (F - f)Sg[j >

где f - площадь

сечения штока. Следовательно,

 

 

Q a x c p = ( 2 F - f ) S ^ - -

(2.7)

Вводя вместо F и

F - f

среднюю площадь поршня

FC p ?

т. е. 2FiP= 2 F - f , получим

 

 

 

^ е т . с р =

2F c p Sgg •

(2.8)

Насосы большей кратности действия конструируются путем соединения цилиндров насосов простого или двукратного дей­ ствия в один блок. Насос трехкратного действия получают путем соединения в один блок трех насосов простого действия; уравнение подачи при этом имеет вид

Q^T.cp—^F5gQ" •

(2.9)

Подача насоса четырехкратного действия, полученного пу­ тем соединения двух одноцилиндровых насосов двукратного действия, равна

 

Q M T c p = 2 ( 2 F - f ) S ^ -

(2.10)

Учитывая уравнения (2.7) и ( 2 . 8 ) ,

получим

 

 

^ r e p - f F c p S ^ j - -

C2

.II)

В правых

частях уравнений ( 2 . 8 ) ,

( 2 . 9 ) ,

( 2 . I I ) числен­

ные коэффициенты соответствуют кратности действия, поэтому

 

теоретическая

подача насоса Z -й кратности

действия будет

 

68

Q T . C P - z F c p S R n

 

(2.12)

В теории объемных гидромашин величину VT =

2 Р с р

S

принято называть удельной подачей или удельным расходом;

иногда эту величину называют рабочим объемом насоса.

 

Как уже отмечалось, в основе конструктивных

схем

ротор­

ных насосов принят шатунно-кривошипный механизм. Поэтому у этих насосов уравнения подачи могут иметь тот же вид, что и у обычных поршневых насосов. Средняя подача роторных насо­

сов

определяется по уравнению вида ( 2 . 1 2 ) .

Такое уравнение

для

 

а к с и а л ь н ы х

р о т о р н о -

п о р ш н е -

е ы х

 

насосов можно получить, пользуясь кинетической схе­

мой,

 

показанной на рис. 2.10. Шток поршня подвижно связан

с шайбой в точке А. При

 

 

вращении ротора в

сторону,

 

 

указанную стрелкой,

ход

 

 

поршня будет увеличивать­

 

 

ся -

 

в положении

D

он

 

 

равен нулю, а в положении

 

 

Е

5

имеет наибольшее

 

 

значение. Таким образом,

 

 

при движении точки А по

 

 

дуге

окружности

DAE

 

 

поршень будет засасывать

 

 

жидкость, а затем при

 

 

движении точки А по дуге

 

 

EFI)

 

ход поршня будет

 

 

уменьшаться, чему

соот­

 

 

ветствует процесс

нагне­

 

 

тания

(выталкивания

 

 

 

жидкости из цилиндра).

Обозначив диаметр

цилиндра

d , число

ци­

линдров z

и число

обо-

Рис. 2.10. Кинематическая схема роторно-поршневого аксиального

насоса

69

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ