Гідравлічні помпи

В помпах проходить перетворення механічної енергії в гідравлічну. Це відбувається шляхом неперервного проштовхування рідини з всмоктувального каналу в нагнітальний (напірний).

В залежності від виду елементів, з яких складається нагнітальні помпи, розрізняють: зубчасті (шестеренні), пластинчаті і поршневі помпи. Об'єм рідини, яка, проштовхується через помпу за один оберт, називається одиничною продуктивністю помпи V, яка при множенні на частоту обертання дає подачу помпи Q. У помпах постійної подачі подача Q є постійною. У помпі змінної подачі величною подачі Q можна керувати. Якщо вільному протіканню рідини створюються перешкоди, наприклад, від звуження труби або внаслідок навантаження на поршень гідроциліндра, то у нагнітальному каналі помпи створюється тиск.

Залежність подачі від інших величин показана на характеристиці помпи (рис. 8.7). Вона розраховується для постійної швидкості обертання помпи, коли рідина нагнітається через запобіжний клапан і тече до резервуару. Величина тиску регулюється клапаном, а інтенсивність протікання вимірюється. Збільшуючи тиск, можна довести помпу до граничного навантаження, що призведе до значного просочування рідини з помпи і зменшення

продуктивності.

При виборі помпи необхідно враховувати: подачу, допустимий найвищий тиск, створюваний шум а також коефіцієнт корисної дії. Потужність, яку розвиває помпа, виражається залежністю: Р_гідр = p • Q • η.

Зубчасті (шестеренні) помпи

Зубчаста помпа з зовнішнім зачепленням складається з пари зубчастих коліс (шестерень), з яких одне приводиться в рух (рис. 8.8). При обертанні коліс гідравлічна рідина переноситься по пазах, які є між зубами вздовж стінок корпуса зі всмоктувальної частини помпи в нагнітальну. Зуби, які перебувають в зачепленні, не допускають зворотного протікання рідини. Вони відсікають простір пазів від навколишнього середовища раніше, ніж з них випливуть рештки рідини. Відбувається стискання цих решток, що викликає шум при роботі помпи.

Цей шум можна ліквідувати за допомогою спеціальних осьових канавок, які вифрезерувані в кришках помпи. Зубчасті помпи з зовнішнім зачепленням стійкі до забруднення рідини, до несприятливих умов всмоктування а також до коливань в’язкості оливи. Їх виготовляють на тиск до 300 бар і застосовують у тих випадках, коли термін служби є важливішим фактором, ніж шум, що створюється при роботі такої помпи, наприклад, в гідравліці транспортних засобів.

У зубчастих помпах з зовнішнім зачепленням зубчасте колесо приводить в рух шестерню з внутрішніми зубами (рис. 8.9), яка утримується за допомогою серпоподібної вкладки і втулки підшипника. Рідина протікає між пазами зубчастого колеса і серповидною вкладкою або між цією вкладкою і шестернею з внутрішніми зубами з всмоктувальної сторони до нагнітальної. Завдяки значній довжині відрізка контакту і відсутності бокових зазорів, помпа створює незначний шум.

До помп з внутрішнім зачепленням відносяться також героторові помпи, які складаються з ротора, корпус якого обертається не співвісно з зовнішнім диском. Зовнішній диск має внутрішні зубці (рис. 8.10). Обидва елементи помпи мають зубці у вигляді півкуль і різну їх кількість. Під час одного обороту в правій частині помпи виникає простір розрідження, у який через ниркоподібний канал впливає гідравлічна рідина, а в лівій частині помпи відбувається зменшення цього простору і рідина виштовхується у нагнітальний канал. Завдяки рівномірній зміні об’єму, який виштовхує помпа, подача рідини відбувається з незначною пульсацією. Тиск, який створюють героторові помпи становить коло 160 бар, при швидкості біля 1500 об/хв.

Зубчасті помпи з внутрішнім зачепленням, завдяки низькому рівневі шуму, які вони створюють при роботі, відносяться до стаціонарної гідравліки. Вони мають усі переваги помп з зовнішнім зачепленням, проте дорогі.

Гвинтові помпи. Їх застосовують перш за все в системах з низьким тиском і великою подачею. Помпи оснащені роторами, у вигляді гвинтів з косими зубцями, які працюють як шестерні з косими зубцями – проштовхують рідину вздовж стінок корпусу (рис. 8.11). Завдяки взаємному пересуванню бічних поверхонь гвинтів, які мають ущільнювальну форму, рідина не може протікати назад. У зв’язку з тим, що відрізок контактування поверхонь гвинтів таких помп є постійним, вони працюють дуже тихо, а подача рідини не має пульсації.

Пластинчаті помпи. Ротор помпи постійної подачі має пластини, які встановлені в радіально вифрезерувані у ньому пази і притискаються до корпуса відцентровою силою. Пластини разом із стінками ротора і корпуса створюють робочі (напірні) камери (рис. 8.12). Для розвантаження вала нагнітальний і всмоктувальний канали (сторони) дублюються і розміщуються симетрично. У помпах із змінною подачею величинуподачі можна змінювати (рис. 8.13). Пластини опираються на внутрішню поверхню кільця, яке розташоване ексцентрично відносно осі обертання ротора і може пересуватися. Подача помпи змінюється пропорціонально до пересування кільця.

Якщо кільце притиснене до корпуса пружиною, то тиск, який виникає в помпі, може регулювати подачу самостійно. А саме: на початку пружина пересуває кільце в максимально ексцентричне положення, помпа видає максимальну подачу, наповнює під’єднаний до неї резервуар рідиною і створює в ньому тиск. Зростання тиску діє на кільце, пересуває його і зменшує величину ексцентриситету, аж до майже нульової подачі (помпа з регулюванням нульового ходу). Якщо робочий тиск в системі знижується, наприклад, поршень гідроциліндра висувається, то пружина пересуває кільце в ексцентричне положення і подача знову зростає.

У діапазоні середніх тисків (до 160 бар) пластинчаті помпи витісняють в системах стаціонарної гідравліки зубчасті помпи. Це обумовлено меншою пульсацією подачі, меншим шумом а також і тим, що пластинчаті помпи складаються з елементів, які легко замінюються. Такі помпи можуть працювати з іншими типами помп. Зубчасті помпи, як помпи змінної подачі, мають хороші регулювальні властивості. Їх недоліком є: чутливість до завад, які погіршують умови всмоктування, перевищення допустимої швидкості обертання, зміни в’язкості і забруднення рідини.

Поршневі помпи. Робочі (нагнітальні) камери в поршневих помпах утворюються завдяки високоточному виготовленню, а також допасовуванню поршнів і циліндрів. Тому навіть при високих тисках просочування рідини є незначним. У зв’язку з цим поршневі помпи застосовуються в гідравлічних системах середнього і високого тиску. За розміщенням поршнів відносно осі вала привода помпи розділяються на осьові (аксіальні) і радіальні помпи. В осьових помпах поршні рухаються паралельно до осі обертання або відхиляються від неї на кут до 40°. Поршні радіальної помпи розміщені перпендикулярно до осі обертання. В осьових помпах виділяють ще помпи з нахиленим диском або з нахиленим ротором.

Помпи з нахиленим (скошеним) диском складаються з ротора, в якому рухаються поршні. Ротор можна нахиляти до 40° по відношенню до осі обертання. Під час обертання вала помпи поршні, які знаходяться в правій половині ротора, витягуються з нього і всмоктують рідину. У так званій мертвій точці їх руху дана камера від’єднана від системи відсікальною площиною диска. При подальшому обертанні, коли поршні опиняться в лівій половині ротора, рідина виштовхується у нагнітальний канал.

Поршні із сферичним (кулястим) закінченням (поверхнею) кріпляться в обертальних дисках і приводять в рух ротор (рис. 8.14).

Особливості поршневих помп зі скошеною віссю:

• вони самозасмоктувальні і легко запускаються,

• чутливість до забруднень рідини,

• пристосовуються до змінних тисків,

• кут нахилу не впливає на термін роботи,

• при запуску і гальмуванні мають схильність до вібрації,

• мають низьку швидкодію при зміні налаштування.

Поршнева помпа зі скошеним (нахиленим) диском складається з циліндрів, які розміщені паралельно до осі обертання. На кінцях поршнів є ковзні кулачки, які дотикаються до нерухомого диска і ковзають по ньому (рис. 8.15). Нахил нерухомого диска може змінюватися. Враховуючи поперечні сили, які діють на поршень і передають весь обертальний момент, кут їх нахилу не може перевищувати 20°.

Особливості поршневих помп з нахиленим диском:

• мають малі габарити,

• пристосовані до тривалої роботи,

• мають високу швидкодію в каналі керування,

• допоміжні пристрої можна легко змонтувати на валі, який приводить в рух помпу,

• мають погані всмоктувальні властивості,

• у зв’язку з наявністю тертя ковзання мають погані умови запуску,

• чутливі до забруднення рідини,

• мають малий кут нахилу диска.

У помпах з обертальним диском поршні не обертаються (рис. 8.16). Відокремлення простору нагнітання від всмоктувального відбувається за допомогою клапанів. Помпа має просту і міцну конструкцію, проте у зв’язку з розбалансованістю може бути рекомендована для роботи тільки при низьких швидкостях обертання. У зв’язку з наявністю клапанів дана помпа не може застосовуватися як двигун.

Поршневі помпи придатні до роботи при середніх і високих тисках, від 150 до 500 бар. У багатьох випадках вони можуть працювати як гідравлічні двигуни.

В радіальних поршневих помпах поршні рухаються перпендикулярно до осі обертання. Завдяки надійній опорі поршнів, такі помпи можуть працювати при високих тисках. Розрізняють помпи з поршнями, які обертаються і які не обертаються. В першому випадку із зовнішньою опорою, коли поршні впираються у кільце, яке їх втискає „всередину", а в другому - з внутрішньою опорою, коли поршні випихаються „назовні" за допомогою ексцентричного вала.

Радіальні поршневі помпи із зовнішньою опорою є помпами із змінною подачею, якщо вони мають пересувне кільце (рис. 8.17). Ротор з поршнями, який розміщений всередині кільця, обертається від привідного вала. Разом з ротором обертаються поршні, які впираються ковзними кулачками в пересувне кільце. В середині помпи знаходиться нерухома роздільна заслінка, яка відокремлює всмоктувальну частину помпи від нагнітальної (внутрішнє живлення). Пересуваючи кільце помпи, можна змінювати її подачу а також напрям протікання.

Особливості помп із зовнішньою опорою:

• великий коефіцієнт підсилення,

• низький рівень шуму,

• висока швидкодія переналагоджування,

• високий допустимий робочий тиск,

• значні габарити і мала продуктивність.

В радіальній помпі з внутрішньою опорою переміщення поршнів здійснює вал з ексцентриками (рис. 8.18). Перевагою регулювання тиском всмоктування і тиском нагнітання за допомогою зворотних клапанів, які діють самостійно (зовнішнє живлення), є те, що помпа може складатися з декількох окремих секцій. Завдяки цьому подачу можна змінювати стрибкоподібно шляхом відмикання або вмикання груп помп. Поршні з’єднуються в зірку або в ряд (рис. 8.19). Обидва способи з’єднання помп можуть використовуватися одночасно.

Особливості ексцентрично-клапанного регулювання:

• високий коефіцієнт корисної дії,

• нечутливість до забруднення рідини і перевантажень,

• можливість сумісного використання з іншими помпами,

• у зв’язку з високою щільністю клапанів гніздодібного типу вони можуть працювати при високих допустимих тисках, які сягають до 1200 бар.

Гідравлічні акумулятори. Гідравлічну енергію можна зберігати, стискаючи пружину або піднімаючи вантаж, які при необхідності віддадуть накопичену енергію назад в гідравлічну систему. Проте найчастіше акумуляція гідравлічної енергії відбувається шляхом стискання певного об'єму газу.

До найважливіших завдань гідравлічного акумулятора відносяться:

• акумуляція енергії, • доповнення втрат оливи (просочування),

• демпфування коливань, • резервування енергії для рухів в аварійному стані.

• згладжування пульсацій інтенсивності протікання,

Акумулятори мають різну конструкцію (рис.8.20).

Мембранний акумулятор. Він служить для нагромадження малих об'ємів (від 0,1 літра до 4 літрів) і має в камері з газом відкриту, півкулясту мембрану.

Кульовий акумулятор. В закритій еластичній кулі (міхурі), з синтетичного матеріалу знаходиться азот, відокремлений від рідини. Тарілчастий вентиль захищає кулю від пошкоджень в режимі витікання рідини. Робочий об'єм становить до 200 літрів.

Поршневий акумулятор. Рухомий поршень відділяє газ від рідини. Для покращання властивостей до об’єму, в якому знаходиться газ, може бути додатково приєднана ємність з азотом.

Приклад застосування акумулятора. У багатьох гідравлічних системах має місце просочування рідини, яке при вимкненій помпі знижує тиск в системі. Гідравлічний акумулятор може зменшити (компенсувати) ці втрати, так само як і зміни об'єму рідини, спричинені змінами температури (рис. 8.21).

Розрахунок акумулятора. Величина акумульованої енергії залежить від об'єму газу в гідроакумуляторі. Тиск, температура і об'єм є величинами, які характеризують стан газу. Кожен акумулятор має певний газовий об’єм V₀, який визначається його геометричними розмірами (рис. 8.22).

Газовий об’єм, який називається також величиною акумулятора, наповнений азотом з початковим тиском p₀. Величина р_о повинна становити найвище 90 % від величини найнижчого робочого тиску p в системі. Ця умова запобігає руйнуванню перегородки акумулятора в режимі надшвидкого розрідження. Якщо температура газу залишається у міру постійною (ізотермічні газові процеси), то виконується закон Бойля-Маріотта:

При швидких процесах стиснення і розрідження газу, обміну тепла з зовнішнім середовищем практично не відбувається (адіабатична зміна стану газу). Газ при цьому нагрівається або охолоджується. У таких випадках виконується залежність:

Реальна поведінка газу в замкненому об'ємі описується політропними змінами стану газу, які викликані ситуаційними змінами, тобто ізотермічними i адіабатичними. Для вибору акумулятора вихідними даними є: величина акумулятора V₀ і використовуваний об'єм V.

ізотермічна зміна адіабатична зміна

Дата добавления: 2014-01-11