Распределение жидкости в радиально-поршневых гидромашинах

8. Распределение жидкости в радиально-поршневых гидромашинах

Узел распределения насоса обеспечивает подвод жидкости из камеры всасывания к цилиндрам насоса и направляет жидкость в магистраль высокого давления из цилиндров. Узел распределения насоса определяет фактический уровень пульсаций давления в полостях нагнетания. Утечки жидкости через зазоры в распределительном узле определяют в основном объемные потери в насосах и гидромоторах.

8.1. Распределение жидкости с помощью плоского золотника

В насосах с плоским распределением разделение полостей высокого и низкого давлений осуществляется непосредственным контактом поверхностей распределения. Эти насосы имеют высокий объемный КПД и отличаются надежностью. Однако данное распределение редко применяется в роторных радиально-поршневых машинах.

Насос (рис. 3.6.) представляет собой двухрядную конструкцию, в которой опорные дорожки статорного кольца 2 выполнены под углом к цилиндру, благодаря чему обеспечивается проворачивание поршней. Наличие двух рядов поршней с противоположными углами наклона дорожки обеспечивает разгрузку блока 3 от осевых сил.

Рис. 3.6. – Радиально-поршневой насос с наклонными статорными кольцами

Распределение осуществляется с помощью плоского золотника 1. Питание осуществляется через поджимные стаканы 4, нагруженные усилием рабочего давления жидкости и пружин. Цилиндры размещены в блоке 3 со смещением одного ряда относительно другого на угол .

8.2. Распределение жидкости с помощью цилиндрической цапфы

Цилиндровый ротор машины посажен на цилиндрической цапфе 1 (рис. 3.3., б), которая имеет окна a и b питания, соединенные осевыми каналами с магистралями всасывания и нагнетания. Окна отделены друг от друга двумя перемычками шириной s, которые обычно расположены симметрично относительно нейтральной оси.

Распределение цилиндрической цапфой (золотником) отличается компактностью и простотой изготовления. Однако вследствие наличия в конструкции этого распределителя гарантированного зазора, затруднена герметизация, в результате чего давление насосов обычно не превышает 20–25 МПа. Скорости скольжения втулки ротора по распределительной цапфе обычно принимают для насосов до 3 м/с и для гидромоторов – до 4,5 м/с.

Рис. 3.7. – Распределительная цапфа радиально-поршневого насоса

Диаметр D распределительной цапфы (рис. 3.7.) зависит от количества и диаметра d₀ выполненных в ней осевых отверстий a и b, которые определяются расходом жидкости, проходящей через машину. В общем случае размеры окон всасывания такие, чтобы скорость жидкости в них была не выше, чем в 2,2 – 2,5 раза средней скорости поршня.

Обычно диаметр D распределительной цапфы рассчитывают по эмпирическому выражению, исходя из рабочего объема q насоса (рис. 3.7.):

, см где    k = 0,206 и b₀ = 1,31 для давлений до 7,5 МПа ;

k = 0,04 и b₀ = 1,5 для давлений до 15 МПа.

Диаметр цилиндрической направляющей статорного кольца 2 (рис. 3.2.) принимается при предварительном расчете равным:

, где    b_н = 0,9  для давлений до 7,5 МПа;

b_н = 7,8  для давлений до 15 МПа.

Расположение и размеры sразделительных перемычек (рис. 3.7.) выбираются так, чтобы окна в донышке цилиндров надежно отсекались от распределительных окон a и b цапфы, а также обеспечивалось надежное заполнение цилиндров жидкостью при проходе зоны всасывания и устранялась компрессия жидкости в цилиндрах в зоне нагнетания. Для этого ширина s перевальной перемычки должна быть больше ширины kокна, которая должна быть меньше диаметра d цилиндра (k < d). Это условие обычно выражают углами перекрытия φ и δ между осями цилиндра при положениях, соответствующих полной отсечке его окна от окон aи b в начале (сплошные линии) и в конце (штриховые линии) перехода зоны перемычки (рис. 3.8., а).

Рис. 3.8. - Расчетные схемы распределительной цапфы

Значения этих углов определяют угол поворота цилиндра относительно неподвижной цапфы, необходимый для того, чтобы его окно после отсечки одного какого-либо окна цапфы пришло к кромке противоположного окна.

Из рис. 3.8., а следует, что углы перекрытия (для наглядности представлено большое превышение s > k) будут:

– для верхней перемычки    ;

– для нижней перемычки     , где    φ₁ и δ₁ – углы упреждения;

φ₂ и δ₂ – углы запаздывания (название этих углов условное и определяется направлением вращения цилиндрового блока, которое в данном случае принято по часовой стрелке).

Углы φ₁ и δ₁ упреждения показывают, насколько момент перекрытия окон цилиндра опережает момент прихода его оси в нейтральное положение, а углы φ₂ и δ₂ запаздывания показывают, насколько момент открытия окон отстает от момента прохода цилиндром нейтрального положения. При увеличении углов  φ₂ и δ₁ повышается компрессия (сжатие) жидкости в цилиндрах перемещающимися плунжерами, а при увеличении углов φ₁ и δ₂ повышается разрежение в цилиндре.

Наличие в зоне всасывания угла упреждения φ₁ приведет к тому, что окно цилиндра будет перекрыто соответствующей перевальной перемычкой золотника до прихода цилиндра в верхнее нейтральное положение, т. е. до окончания процесса всасывания, в результате цилиндр не полностью заполнится жидкостью, что снизит объемный КПД насоса. При некоторых  значениях угла (5–8°) φ₁ неполное заполнение цилиндров жидкостью станет таким, что возникнет кавитация и появятся вибрации и резкий шум, из-за гидравлических ударов и пульсаций давления на выходе, вызываемыми обратным потоком жидкости при соединении не полностью заполненных жидкостью цилиндров с окном нагнетания.

Обратный поток жидкости из окна нагнетания в не полностью заполненный жидкостью цилиндр будет также и в том случае, когда угол запаздывания φ₂ в зоне нагнетания будет меньше чем угол φ₁ в зоне всасывания (φ₂ < φ₁). Работа насоса в этом случае будет сопровождаться резким шумом («выстреливанием» рабочих камер) и пульсацией давления.