Л

Параметри радіально-поршневих насосів:

• тиск – 10-15 Мпа (малих розмірів – до 100 Мпа);

• подача – до 8000 л/хв;

• потужність – до 3000 квт;

• число рядів поршнів – до 6;

• число поршнів у ряді – 5-13;

• ресурс роботи – значний (закордонні насоси – 20 000 - 40 000 год).

екція 7-9.

Роторні радіально-поршневі машини

Роторна радіально-поршнева гідромашина являє собою гідромашину (насос або гідромотор), у якої осі поршнів (або плунжерів) перпендикулярні осі обертання ротора або складають з нею кути більш 45°.

У радіально-поршневій гідромашині ротор здійснюючий обертальний рух, а поршні (або плунжери), що обертаються разом з ротором, роблять зворотно-поступальний рух у циліндрах машини.

У загальному випадку роторна машина (насос, гідромотор) визначається як об'ємна машина з обертальним або обертальним і зворотно-поступальним рухом робочих органів незалежно від характеру руху ведучої ланки.

Класифікація радіально-поршневих машин

Радіально-поршневі машини підрозділяються на:

1. однорядні і багаторядні;

2. однократної і багаторазової дії;

3. регульовані і нерегульовані;

4. с розподілом рідини за допомогою циліндричного золотника (цапфи), плоского золотника (торцевого розподільника), клапанного розподільника, примусового клапанного розподільника, золотникового розподільника, клапанно-щілинного розподільника;

5. ексцентрикові, кулачкові і з плоскою направляючою.

Кінематичні основи радіально-поршневого насоса

Кінематичною основою цього насоса є розглянутий раніше кривошипно-шатунний механізм, перетворений так, що нерухомою ланкою є кривошип 1 (мал. 1, а), циліндр 3 обертається (приводиться) з постійною кутовою швидкістю навколо осі О₂, а шатун 2 обертається з перемінною швидкістю навколо осі O₁. Відстань е між цими осями (відповідає розмірові г кривошипа вихідної схеми) називається ексцентриситетом.

Оскільки поршень (повзун) 4 цього кривошипно-шатунного механізма зв'язаний, як і в колишній схемі із шатуном 2, що обертається навколо осі О₁, він буде при обертанні циліндра 3 робити в ньому зворотно-поступальні переміщення з ходом h = 2е, при яких об’єми циліндрів будуть послідовно (через кожні 180° повороту) збільшуватися і зменшуватися. Рух поршня убік збільшення камери використовується для засмоктування рідини в циліндр, а убік зменшення камери — для витиснення її з циліндра.

У зявши не один, а трохи звездообразно розташованих циліндрів 3, осі яких перетинаються в загальному центрі обертання 0₂, а шатуни 2 поршнів 4 шарнірно-зв'язані з віссю О₁, одержимо кінематичну схему многопоршневого насоса з радіальним розташуванням циліндрів (мал. 1, б). Оскільки циліндри 3 у цій схемі обертаються навколо нерухомої осі О₂, представляється можливим використовувати її як розподільну цапфу (золотника), у якій для Мал. 1. Кінематичні схеми радіально-поршневих насосів

цього виконуються канали усмоктування а і нагнітання b (мал. 2). Циліндри 3 останні схеми посаджені своєю підставою на розподільну цапфу й отворами у своїх денцях з'єднуються з осьовими свердліннями а і в, через які приділяється і підводиться до циліндрів рідина. Кінематика механізму збережеться, якщо ведення поршнів тут здійснено за допомогою кільця 2, радіус якого дорівнює радіусові R шатуна колишньої схеми (див. також штрих пунктирну окружність на мал. 1, б). Для цього поршні зв'язуються тим або іншим способом (за допомогою пружин, тиску рідини насосів, що підкачують, і ін.) зі статорним кільцем 2, вісь якого зміщена щодо осі обертання циліндрового блоку 1.

М ал. 2. Принципова схема роторно-поршневого насоса радіального типу

З приведеного випливає, що радіально-поршневий насос, схема якого представлена на мал. 2, побудований на базі раніше розглянутого кривошипного механізму, відповідно до чим виведеного раніше кінематичного залежності будуть справедливі і для насоса даної схеми.

Подача насоса

Робочий об’єм радіально-поршневого насоса

де d,h і z – діаметр, хід поршня і число поршнів;

- площа поршня.

З огляду на, що хід h = 2e поршні дорівнює подвійному ексцентриситетові, одержимо

Відповідно до цим середня теоретична подачаа насоса в одиницю часу дорівнює

або

де ώ і n – кутова швидкість і частота обертання.

Регулювання величини і реверсування подачі рідини насосом здійснюється зміною відповідно величини або знака есцентриситету е.

Робочий об’єм регульованого насоса можна представити, увівши безрозмірне значення есцентриситету

де - відносний (безрозмірний) есцентриситет, що змінюється від 0 до ±1;

і - максимальний і поточний робочий об’єми;

і - максимальне і поточне значення есцентриситета.

Відповідно до цього розрахункова подача регульованого насоса

Для нерегульованого насоса

При роботі гідравлічної машини в режимі гідродвигуна (гідромотора) рідина під тиском подається примусово в її робочу порожнину. Кутова швидкість ω обертання двигуна залежить від подачі рідини і визначається по формулі

де w – характерний об’єм машини.

Переміщення, швидкість і прискорення поршня при русі в циліндрі

При обертанні блоку циліндрів гідромашини поршні переміщаються в циліндрах за законами кінематики кривошипно-шатунного механізму.

Мал. 3. Розрахунково-кінематична схема радіально-поршневого насоса.

З розрахункової схеми поршневої пари насоса (мал. 3) випливає, що при повороті циліндра з верхнього вертикального положення на кут φ= ωt (де ω – кутова швидкість, t – час) поршень переміститься на величину (допускаємо, що крапка контакту поршня зі статорним кільцем знаходиться на осі поршня)

х = О₂А – О₂В,

або

.

Це вираження можна записати

При визначенні переміщення х поршня в однопоршневому насосі (див. лекцію 3-4) було отримано аналогічне рівняння, але замість величини ексцентриситету е у вираженні використовувався радіус кривошипа r ( ).

Тоді за аналогією з викладеннями, приведеними в лекціях 3-4, величина переміщення поршня в радіально-поршневому насосі складе

Поточна (миттєва) швидкість відносного руху поршня v у циліндрі

Тоді (за аналогією з лекцією 3-4) поточна (миттєва) швидкість відносного руху поршня

Прискорення поршня у відносному русі в циліндрі

Тобто переміщення, швидкість і прискорення поршня при русі в циліндрі

Зневажаючи останніми членами цих рівнянь (оскільки значення е/R звичайно складає <0,08-0,09), одержимо

Прискорення поршня повинне враховуватися при розрахунку нерозривності потоку рідини, а сила інерції – при розрахунку діючих на нього сил, і, зокрема, при розрахунку тиску живлячих насосів.

Сила інерції. Максимальне значення сили інерції поршня у відносному русі з достатньою точністю описується вираженням

де m – маса поршня.