Поршневые и радиальнопоршневые гидромашины. (Лекция 4)

1.

Поршневые и радиальнопоршневые гидромашины
Лекция 4

2.

1. Поршневые гидромашины
Поршневые насосы находят применение как в
гидроприводе (преимущественно плунжерные
насосы), так и во многих других технологических
системах различных отраслей производства. Наиболее
распространены поршневые кривошипные насосы,
в которых передача движения от входного звена к
поршням осуществляется с помощью кривошипношатунного механизма.
Широко применяются поршневые насосы в
нефтяной, химической, металлургической, угольной
промышленности и в энергетике.
Поршневые насосы бывают одностороннего
(простого) и двустороннего (двойного) действия.

3.

У насосов одностороннего действия жидкость
вытесняется из цилиндра при движении поршня
только в одну сторону, а у насосов двустороннего
действия жидкость вытесняется из цилиндра при
движении поршня в обе стороны.
Преимущества поршневых кривошипных
насосов по сравнению с другими объемными
насосами:
•пригодность для перекачивания самых
разнообразных жидкостей - горячих и холодных,
вязких и весьма текучих, в частности химически
активных;
•незначительная зависимость подачи от вязкости
перекачиваемой жидкости, которая изменяется с
изменением ее температуры;

4.

•возможность сухого всасывания, то есть способность
насоса засасывать жидкость без предварительного
заполнения всасывающего трубопровода перекачиваемой
жидкостью;
•возможность достижения весьма высоких давлений при
даже незначительных подачах;
•высокий коэффициент полезного действия.
Недостатки поршневых кривошипных насосов:
•тихоходность (незначительная частота вращения вала),
которая влечет за собой большие размеры и массу насоса;
•относительная сложность конструкции;
•необходимость специальных устройств для регулирова-ния
подачи при постоянной частоте вращения вала;
•неравномерность подачи, для уменьшения которой в ряде
случаев придется устанавливать воздушные колпаки
(гасители пульсаций).

5.

Принцип действия поршневого кривошипного
насоса
Поршневой кривошипный насос является
гидравлической машиной, в которой превращение
механической энергии приводного двигателя с
вращательным характером движения выходного вала в
гидравлическую энергию перекачиваемой жидкости
обеспечивается с помощью вытеснителя (дискового
поршня или плунжера), который осуществляет
возвратно-поступательное движение в рабочей камере
(цилиндре) с помощью кривошипно-шатунного
механизма. В качестве отсекателей используются
клапаны.
Основы кинематики и принцип действия поршневого
кривошипного насоса рассмотрим на примере

6.

горизонтального клапанного прямоточного
однопоршневого дискового насоса одностороннего
действия (рис.1).
При вращении кривошипа 1 вокруг оси О приводного
вала, дисковый поршень 4 вместе со штоком 3, шарнирно
связанным с шатуном 2, будет осуществлять возвратнопоступательные движения в цилиндре 5. К цилиндру 5
прикреплена (или отлитая вместе с ним) клапанная коробка 8, в которой размещены всасывающий 9 и нагнетательный 7 клапаны. К клапанной коробке 8 присоединены всасывающая 10 и нагнетательная 6 трубы. Насос
забирает жидкость из резервуара 11.
Рабочей камерой насоса является пространство между
дисковым поршнем 4 и клапанами 7 и 9, а расстояние
между крайними положениями (мертвыми точками)
поршня 4 называется его ходом (r - радиус кривошипа 1)

7.

Рисунок1 - Кинематическая схема поршневого
дискового кривошипного насоса одностороннего действия

8.

При перемещении дискового поршня 4 из крайнего
правого положения влево объем рабочей камеры
увеличивается и давление в ней снижается. Поскольку
клапаны насоса самодействующие, то всасывающий
клапан 9 откроется и жидкость по всасывающей трубе 10
под действием внешнего давления направится из
резервуара 11 в рабочую камеру насоса. После
достижения дисковым поршнем 4 крайнего левого
положения уменьшение давления в рабочей камере
прекратится и всасывающий клапан 9 закроется. В
дальнейшем перемещение дискового поршня 4 слева
направо будет приводить к уменьшению объема рабочей
камеры и увеличения давления в ней. В результате
откроется нагнетательный клапан 7 и рабочая жидкость
будет вытесняться из рабочей камеры в нагнетательную
трубу 6.

9.

Рабочий объем поршневого дискового
кривошипного насоса одностороннего действия
qн 2 r F 2 r
D
2
r
D
2
4
2
где h 2r– ход поршня при повороте кривошипа на 1800;
r – радиус кривошипа;
F, D – соответственно площадь и диаметр дискового
поршня.
n
Теоретическая
(идеальная) подача насоса
одностороннего действия
2
н
Qн.т qн nн 2r F nн r
D
2
nн
где nн – частота вращения кривошипа (приводного
вала).

10.

Всасывание и нагнетание в поршневом дисковом
насосе двустороннего действия осуществляются при
каждом ходе поршня (рис. 2).
Рисунок 2 - Схема поршневого
двустороннего действия
насоса

11.

Поскольку в одноцилиндровом насосе двустороннего
действия через одну из рабочих камер проходит шток, то
рабочий объем такого насоса определяется как сумма
объемов поршневой и штоковой рабочих камер
qн h 2 F f
2D
4
h
2
d
2
f, d – соответственно площадь сечения и диаметр штока
Теоретическая (идеальная) подача насоса
двустороннего действия
Qн.т qн nн h 2F f nн
2D
4
h
2
d
2
n
н

12.

Подача кривошипного насоса.
Неравномерность подачи
Средняя (идеальная) подача насоса:
Qн.ср Qн.т qн nн 2r F nн
Максимальная подача насоса (при 2):
Qн.макс r F
Текущая подача насоса:
Qн .тек r F sin
Для однопоршневого насоса одностороннего действия
степень неравномерность подачи н 3,14

13.

Qн.тек
Qн.тек
f
Qн.макс
Рисунок 3 - График подачи однопоршневого насоса
одностороннего действия

14.

Qн.тек
Qн.тек
f
Qн.макс
Рисунок 4 - График подачи однопоршневого насоса
двустороннего действия

15.

Средняя (идеальная) подача насоса двустороннего
действия:
Qн.ср Qн.т 2r 2 F f nн
Если пренебречь площадью штока (f = 0), то
Qн.ср 4 r F nн
Степень неравномерность подачи однопоршневого
насоса двустороннего действия
н 1,57
2

16.

Для уменьшения неравномерности подачи
промышленностью выпускаются двухпоршневые насосы
двустороннего действия со смещением кривошипов
один относительно другого на 900.
Степень неравномерность подачи двухпоршневого
насоса двустороннего действия составляет 1,11.

17.

2. Радиально-поршневые насосы и гидромоторы
Радиально-поршневые гидромашины применяют
при сравнительно высоких давлениях (10-15 МПа). По
принципу действия радиально-поршневые гидромашины
делятся на одно-, двух- и многократного действия. В
машинах однократного действия за один оборот ротора
поршни совершают одно возвратно-поступательное
движение.
Схема радиально-поршневого насоса однократного
действия приведена на рис. 5. Рабочими камерами в
насосе являются радиально расположенные цилиндры, а
вытеснителями - поршни. Ротор (блок цилиндров) 1 на
скользящей посадке установлен на ось 2, которая имеет
два канала 3 и 4 (один соединен с гидролинией

18.

всасывания, другой - с напорной гидролинией). Каналы
имеют окна 5, которыми они могут соединяться с
цилиндрами 6. Статор 7 по отношению к ротору
располагается с эксцентриситетом.
Ротор вращается от приводного вала через муфту
8. При вращении ротора в направлении, указанном на
рис. 5 стрелкой, поршни 9 вначале выдвигаются из
цилиндров (происходит всасывание), а затем вдвигаются
(нагнетание). Соответственно рабочая жидкость вначале
заполняет цилиндры, а затем поршнями вытесняется
оттуда в канал 4 и далее в напорную линию
гидросистемы. Поршни выдвигаются и прижимаются к
статору центробежной силой или принудительно
(пружиной, давлением рабочей жидкости или иным
путем).

19.

Рисунок 5 - Схема радиально-поршневого
насоса однократного действия

20.

Рабочий объем радиально-поршневого насоса:
2
d
q f hz
h z,
4
где d, h и z – диаметр, ход поршня и число поршней;
d
f
4
2
- площадь поршня.
Учитывая, что ход h = 2e поршня равен двойному
2
2
эксцентриситету, получим:
d
d
q
4
2e z
2
Средняя теоретическая подача насоса в единицу
времени равна
d 2
d2
QT q n
2
ezn
4
e z.
e z ,
где ω и n – угловая скорость и частота вращения

21.

На практике применяют преимущественно насосы с
нечетным числом цилиндров (поршней) z.
Получили распространение насосы с числом цилиндров
z = 5, 7 и 9.

22.

Регулирование величины и реверсирование подачи жидкости
насосом осуществляется изменением соответственно величины
или знака эсцентриситета е.
Рабочий объем регулируемого насоса можно представить, введя
безразмерное значение эсцентриситета
еТЕК
е
:
еmax
qТЕК qmax e, где
qmax и qТЕК - максимальный и текущий рабочие объемы;
e
- относительный (безразмерный) эсцентриситет,
изменяющийся от 0 до ±1;
еmax
eТЕК - максимальное и текущее значение
и
эксцентриситета.

23.

В станкостроении применяют регулируемые
радиально-поршневые насосы однократного действия типа
НП (рис. 6), которые выпускают с максимальной подачей до
400 л/мин и давлением до 200 МПа.
Насос работает следующим образом. При вращении ротора поршни под действием центробежной силы
выдвигаются из цилиндров и прижимаются к реактивным
кольцам обоймы. При этом если между ротором и обоймой
есть эксцентриситет, то поршни, кроме вращательного,
будут совершать и возвратно-поступательные (в радиальном направлении) движения. Изменение эксцентриситета
вызывает соответствующее изменение хода поршней и
подачи насоса. Вместе с ротором во вращение вовлекается
обойма, вращающаяся в своих подшипниках. Такая конструкция позволяет уменьшить силы трения и повысить КПД
гидромашины.

24.

Рисунок 6 - Радиальнопоршневой насос
однократного действия
типа НП