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