Гидравлические преобразователи и насосы сверхвысоких давлений

33. Гидравлические преобразователи и насосы сверхвысоких          давлений

Гидравлические преобразователями называются устройства, предназначенные для изменения расхода и давления в гидравлических системах.

Рис. 7.17. – Схема гидравлического преобразователя

На рис. 7.17 представлена принципиальная схема преобразователя, который состоит из ступенчатого поршня 1 и цилиндра 2. Поршень с цилиндром образуют две рабочие камеры – Аи Б.

Если в камеру А подвести жидкость под давлением р_вх, то в соответствии с условием равновесия поршня:

.

Следовательно, давление на выходе из камеры Б:

.

Величина i = D²/d² называется коэффициентом преобразования. Практически коэффициент преобразования для большинства преобразователей находится в пределах от 2 до 1000.

При увеличении давления на выходе подача преобразователя определяется по формуле:

.

Описываемый преобразователь может быть использован для уменьшения давления рабочей жидкости и увеличения подачи насоса. Для этого его камера Б должна быть входной, а камера А – выходной. При этомдавление и подача будут определяться по формулам:

, .

Преобразователи, которые предназначены для уменьшения основного параметра конкретной системы (давления или подачи), называютредукторами, а предназначенные для их увеличения (усиления) –мультипликаторами.

Рис. 7.18. – Дифференциальный преобразователь

На рис. 7.18 показана схема преобразователя с дифференциальным поршнем, с помощью которого можно обеспечивать высокие давления при небольшой эффективной площади плунжера.

На базе преобразователей строят насосы сверхвысоких давлений. Схематически построение таких насосов показано на рис. 7.19. При подаче жидкости под давлением в камеру А (рис. 7.19, а) она будет вытесняться из камеры В в систему под повышенным давлением. Когда поршень приходит в правое крайнее положение, происходит переключение распределителя. Жидкость от распределителя начинает поступать в полость В. Под давлением жидкости поршень начнет перемещаться в левую сторону. При этом из полости А будет происходить слив жидкости. После выхода поршня в левое крайнее положение и переключения распределителя она поступает в камеру А, и рабочий цикл насоса повторяется. С целью повышения герметичности насосов сверхвысоких давлений обычно применяют два последовательно расположенных клапана, как в линии всасывания, так и линии нагнетания. Иногда клапаны снабжаются дополнительными устройствами, обеспечивающими автоматический отвод воздуха, присутствие которого в рабочей жидкости вызывает резкое ухудшение качества работы насоса.

Недостатком описанного насоса является прерывистая подача, которая во многих случаях нежелательна, а иногда и недопустима.

Рис. 7.19. – Схемы насосов высоких давлений

Для частичного выравнивания подачи применяют насосы двойного действия (рис. 7.19, б). Такие насосы состоят из приводного (моторного) 1 и двух насосных поршней 2. Моторный и насосные поршни могут выполняться как одно целое и раздельно. Если подвести рабочую жидкость от источника питания в одну из полостей моторного поршня (например, в полость Б), она одновременно будет поступать и в полость А. Под давлением жидкости вся поршневая группа будет перемещаться в сторону полости Г и выдавливать из нее жидкость в систему под высоким давлением. При переключении распределителя рабочая жидкость от источника питания будет поступать в полости В и Г, а из полости А в систему.

Насосы описанного типа обеспечивают давление рабочей жидкости до 300 МПа, подачу ее от 0,33 до 2,5 л/с при частоте рабочих ходов 2...4,5 с^-1.

Рис. 7.20. – Схема насоса сверхвысоких давлений

Насосы сверхвысоких давлений в одно- и многоцилиндровом исполнениях могут иметь механические приводы. Типовая схема насоса сверхвысокого давления с кулисным приводом приведена на рис. 7.20. Этот насос представляет собой жесткую плунжерную конструкцию с клапанным распределением жидкости. Для восприятия боковых сил применяют направляющие буксы. Подача такого насоса подчиняется синусоидальному закону. Для выравнивания ее применяют двухплунжерные насосы, имеющие общий приводной двигатель. Насосы с кривошипно-шатунным приводом обеспечивают давление рабочей жидкости до 300 МПа.

Подача насоса регулируется за счет изменения частоты рабочих ходов плунжера, его рабочего хода или радиуса кривошипа.

Основными факторами, влияющими на рабочие характеристики насосов сверхвысоких давлений, являются: сжимаемость жидкости, жесткость конструкции и соединительной арматуры, герметичность соединений и плунжерной пары. При расчетах объемных и механических потерь мощности в насосах сверхвысоких давлений