Аксиально-поршневой насос
Аксиально -поршневой насос представляет собой насос объемного действия, который имеет несколько поршней, расположенных по кругу внутри блока цилиндров .
Его можно использовать в качестве автономного насоса, гидравлического двигателя или компрессора автомобильного кондиционера .
Описание
[ редактировать ]
Аксиально-поршневой насос имеет несколько поршней (обычно нечетное число), расположенных по кругу внутри корпуса , который обычно называют блоком цилиндров , ротором или цилиндром . Этот блок цилиндров приводится во вращение вокруг своей оси симметрии с помощью цельного вала, который более или менее совмещен с насосными поршнями (обычно параллельно , но не обязательно).
- Сопрягаемые поверхности . Один конец блока цилиндров выпуклый и изнашивается по сопрягаемой поверхности неподвижной клапана тарелки . Впускная и выпускная жидкость насоса проходят через разные части скользящей поверхности между блоком цилиндров и пластиной клапана. Клапанная пластина имеет два полукруглых отверстия, которые обеспечивают впуск рабочей жидкости и выпуск выпускной жидкости соответственно.
- Выступающие поршни . Подкачивающие поршни выступают из противоположного конца блока цилиндров. Существует множество конфигураций открытых концов поршней, но во всех случаях они упираются в кулачок. В агрегатах с переменным рабочим объемом кулачок подвижен и обычно называется автоматом перекоса , траверсой или подвеской . В концептуальных целях кулачок можно представить в виде плоскости, ориентация которой в сочетании с вращением вала обеспечивает действие кулачка, которое приводит к возвратно-поступательному поступлению поршня и, следовательно, к накачке. Угол между вектором, нормальным к плоскости кулачка, и осью вращения блока цилиндров, называемый углом кулачка , является одной из переменных, которая определяет рабочий объем насоса или количество жидкости, перекачиваемой за один оборот вала. У агрегатов с переменным рабочим объемом есть возможность изменять угол кулачка во время работы, тогда как у агрегатов с фиксированным рабочим объемом нет.
- Возвратно-поступательные поршни . Когда блок цилиндров вращается, открытые концы поршней вынуждены следовать за поверхностью плоскости кулачка. Поскольку плоскость кулачка находится под углом к оси вращения, поршни должны совершать возвратно-поступательные движения в осевом направлении, прецессируя вокруг оси блока цилиндров. Осевое движение поршней синусоидальное . Во время восходящей части цикла возвратно-поступательного движения поршня поршень движется к тарелке клапана. Кроме того, в течение этого времени жидкость, захваченная между заглубленным концом поршня и тарелкой клапана, выбрасывается в нагнетательное отверстие насоса через одно из полукруглых отверстий тарелки клапана - нагнетательное отверстие. Когда поршень движется к пластине клапана, жидкость выталкивается или вытесняется через выпускное отверстие пластины клапана.
- Эффект прецессии . Когда поршень находится в верхней части цикла возвратно-поступательного движения (обычно называемой верхней мертвой точкой или просто ВМТ), соединение между камерой захваченной жидкости и выпускным отверстием насоса закрывается. Вскоре после этого та же самая камера становится открытой для впускного отверстия насоса. Поскольку поршень продолжает прецессировать вокруг оси блока цилиндров, он удаляется от тарелки клапана, тем самым увеличивая объем запертой камеры. Когда это происходит, жидкость поступает в камеру из впускного отверстия насоса и заполняет пустоту. Этот процесс продолжается до тех пор, пока поршень не достигнет нижней части цилиндра возвратно-поступательного движения, обычно называемой нижней мертвой точкой или НМТ. В НМТ соединение между насосной камерой и впускным отверстием закрыто. Вскоре после этого камера снова открывается к выпускному отверстию, и цикл откачки начинается заново.
- Переменное смещение . В насосе регулируемого объема , если вектор нормали к плоскости кулачка (косой шайбы) установлен параллельно оси вращения, движение поршней в их цилиндрах отсутствует. Таким образом, выхода нет. Перемещение наклонной пластины регулирует производительность насоса от нуля до максимума. Существует два типа аксиально-поршневых насосов переменной производительности:
- Насос прямого смещения, разновидность аксиально-поршневого насоса с прямым управлением смещением. Для управления прямым смещением используется механический рычаг, прикрепленный к автомату перекоса аксиально-поршневого насоса. Более высокое давление в системе требует большего усилия для перемещения этого рычага, поэтому управление прямым объемом подходит только для насосов легкой или средней мощности. Для тяжелых насосов требуется сервоуправление. [1] Регулирующий насос прямого вытеснения содержит тяги и пружины , а в некоторых случаях магниты а не вал двигателя , , расположенного снаружи насоса (тем самым уменьшая количество движущихся частей ), обеспечивая защиту и смазку деталей и уменьшая сопротивление потоку жидкости. .
- насос сервоуправления.
- Давление . В типичном насосе с компенсацией давления угол наклонной шайбы регулируется с помощью клапана, который использует обратную связь по давлению, так что мгновенного расхода на выходе насоса точно достаточно для поддержания заданного давления. Если поток нагрузки увеличивается, давление на мгновение уменьшится, но клапан компенсации давления зафиксирует это снижение и затем увеличит угол наклонной шайбы, чтобы увеличить выходной расход насоса и восстановить желаемое давление. На самом деле в большинстве систем для управления насосом этого типа используется давление. Рабочее давление достигает, скажем, 200 бар (20 МПа или 2900 фунтов на квадратный дюйм), а наклонная шайба перемещается в сторону нулевого угла (ход поршня почти нулевой) и при присущих системе утечках позволяет насосу стабилизироваться на том объеме подачи, который поддерживает заданное давление. По мере увеличения спроса наклонная шайба перемещается на больший угол, ход поршня увеличивается и объем жидкости увеличивается; если спрос уменьшится, давление вырастет, и перекачиваемый объем уменьшится по мере роста давления. При максимальном давлении в системе выход снова становится почти нулевым. Если потребность в жидкости превышает возможности насоса, давление в системе упадет почти до нуля. Угол наклона шайбы останется максимально допустимым, а поршни будут работать на полном ходу. Это продолжается до тех пор, пока потребность системы в расходе не уменьшится и производительность насоса не превысит потребность. По мере роста давления угол наклонной шайбы модулируется, чтобы не превысить максимальное давление и одновременно удовлетворить потребность в потоке. [2]
Трудности проектирования
[ редактировать ]При проектировании аксиально-поршневых насосов конструкторам приходится преодолевать ряд проблем. Можно изготовить насос с точными допусками, необходимыми для эффективной работы. Сопрягаемые поверхности между поворотным поршневым цилиндром и корпусом стационарного насоса должны обеспечивать почти идеальное уплотнение, в то время как вращающаяся часть вращается примерно со скоростью 3000 об/мин . Поршни обычно имеют диаметр менее половины дюйма (13 мм) и одинаковую длину хода. Плотное уплотнение стенки и поршня означает, что зазоры очень малы и что материалы должны быть точно подобраны для обеспечения одинакового коэффициента расширения .
Поршни необходимо каким-то образом вытянуть наружу в цилиндре. На небольших насосах это можно сделать с помощью пружины внутри цилиндра, которая толкает поршень вверх по цилиндру. Давление жидкости на входе также можно настроить таким образом, чтобы жидкость толкала поршни вверх по цилиндру. Часто лопастной насос расположен на том же приводном валу, чтобы обеспечить это давление, а также позволяет насосному агрегату всасывать жидкость с некоторой высотой всасывания из резервуара , что не является свойством аксиально-поршневого насоса без посторонней помощи.
Другой метод поднятия поршней вверх по цилиндру — прикрепление головок цилиндров к поверхности автомата перекоса. Таким образом, ход поршня является полностью механическим. Однако задача конструктора по смазке поверхности автомата перекоса (скользящего контакта) еще более усложняется.
Внутренняя смазка насоса достигается за счет использования рабочей жидкости, обычно называемой гидравлической жидкостью . Большинство гидравлических систем имеют максимальную рабочую температуру , ограниченную жидкостью, около 120 °C (250 °F), поэтому использование этой жидкости в качестве смазки сопряжено с определенными проблемами. В насосах этого типа утечка из поверхности между корпусом цилиндра и корпусным блоком используется для охлаждения и смазки внешних вращающихся частей. Затем утечка снова отводится в резервуар или на впускную сторону насоса. гидравлическая жидкость Использованная всегда охлаждается и проходит через фильтры микрометрового размера перед рециркуляцией через насос.
Использование
[ редактировать ]Несмотря на указанные выше проблемы, насосы этого типа могут содержать большую часть необходимых элементов управления контуром (регулятор угла наклонной шайбы) для регулирования расхода и давления, быть очень надежными и позволять остальной части гидравлической системы быть очень простой и недорогой.
Аксиально-поршневые насосы используются для питания гидравлических систем реактивных самолетов и приводятся в действие от главного вала газотурбинного двигателя. В системе, используемой на F-14, использовался 9-поршневой насос, который создавал стандартное рабочее давление системы 3000 фунтов на квадратный дюйм. и максимальный расход 84 галлона в минуту.
Компрессоры автомобильного кондиционера для охлаждения кабины в настоящее время в основном основаны на конструкции аксиально-поршневого насоса (вместо этого другие основаны на спиральных компрессорах или пластинчато-роторных насосах ), чтобы уменьшить их вес и занимаемое пространство в моторном отсеке автомобиля, а также снизить вибрацию. Они доступны в вариантах с фиксированным рабочим объемом и с динамически регулируемым рабочим объемом, и, в зависимости от конструкции компрессора, фактическая вращающаяся наклонная шайба либо непосредственно приводит в движение набор поршней, соединенных с ее краями, через набор полусферических металлических башмаков, либо нутирующую пластину на в котором с помощью шатунов закреплен набор поршней.
Они также используются в некоторых моечных машинах высокого давления . Например, у Kärcher есть несколько моделей с аксиально-поршневыми насосами с тремя поршнями. [3]
Осевые возвратно-поступательные двигатели также используются для привода многих машин . Они действуют по тому же принципу, что описан выше, за исключением того, что циркулирующая жидкость подается под значительным давлением, а корпус поршня вращается и передает мощность вала на другую машину. Обычно осевой возвратно-поступательный двигатель используется для приведения в действие небольших землеройных установок, таких как мини-погрузчики . приводить в движение винты торпед Другое применение — .
История
[ редактировать ]- Первый пример можно найти на странице 213 (или странице 89 на каждой странице книги) в «Разнообразная и искусственная машина» книге Агостино Рамелли .
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Данфосс. «Руководство по применению: Рекомендации по схемам передачи» . п. 6
- ^ «Диапазон роторных двигателей — гидравлические двигатели и насосы» . www.rotarypower.com . Архивировано из оригинала 4 июля 2010 г.
- ^ «Полное руководство по насосам для мойки высокого давления» . Мойка под давлением . 13 августа 2015 года . Проверено 13 августа 2015 г.