Радиально-поршневые насосы

Радиально-поршневые насосы

Различают несколько типа радиально-поршневых насосов.

По количество ходов поршня за один оборот:

• одноходовые;
• многоходовые.

По механизму распределения:

• с цапфовым распределением;
• с клапанным распределением.

По типу конструкции:

• с эксцентриковым валом;
• с эксцентриковым ротором.

Принцип работы радиально-поршневого насоса с цапфовым распределением

Схема радиально-поршневого насоса показана на рисунке.

Ротор 1 установлен в статоре 2 с эксцентриситетом e. Поршни 3 установлены в отверстия в роторе и прижимаются к статору под действием центробежной силы и усилия пружин. При вращении ротора поршни перемещаются внутри отверстий на величину 2e. Получается, что поршни совершают возвратно-поступательное движение в отверстиях, тем самым увеличивая, а затем уменьшая объем рабочей камеры. При увеличении объема распределительный узел соединяет полость под поршнем с линией всасывания 5, при уменьшении — с линией нагнетания 4.

Цапфовый узел распределения расположен в центральной части ротора.

Распределение потоков жидкости осуществляется через окна 4 и 5, соединенные с напорной и всасывающей линиями. Полости под поршнями при всасывании сообщаются сообщаются с окном 5, а при нагнетании — с окном 4 через отверстия.

Радиально-поршневые насосы, как правило, изготавливают с нечетным количеством поршней, это позволяет снизить пульсации подачи.

Устройство радиально-поршневого насоса с клапанным распределением

Поршни 1 размещены в гильзах 2, которые установлены в корпусе 3. Вал 4 выполнен с эксцентриковой цапфой 5 (шейкой). По действием усилия пружин 6 поршни прижимаются к эксцентриковой поверхности.

При вращении вала за счет эксцентриситета поршни совершают линейное перемещение, изменяя объем рабочей камеры. В момент увеличения объема камеры открывается всасывающий клапан, жидкость через канавку, выполненную на цапфе попадает в рабочую камеру. Пройдя крайнее положение, поршень начинает перемещаться в обратном направлении, приближаясь к статору — объем рабочей камеры уменьшается. В этот момент открывается напорный клапан (всасывающий клапан закрыт), жидкость из камеры вытесняется поршнем в напорную линию.

Регулируемый радиально-поршневой насос

Регулирование рабочего объема проще всего осуществить за счет изменения эксцентриситета статора.

Винт 1 позволяет перемещать статор внутри корпуса насоса, тем самым меняя эксцентриситет между ротором и статором.

При нулевом эксцентриситете подача насоса будет равна 0. При увеличении величины эксцентриситета насоса подача будет увеличиваться.

Разновидности радиально поршневых насосов

Данный тип насосов не является устоявшимся. Конструкторы постоянно работают над улучшением конструктива оборудования. Это приводит к тому, что на сегодняшний день существует несколько типов таких насосов.

В частности, по числу рабочих ходов поршней за одно вращение выделяют одноходовые и многоходовые варианты. Если же проводить классификацию по механизмам распределения, то это будет насос либо с распределением клапанного типа, либо с цапфовым.

Можно предложить классифицировать насосы по типам их конструкций – насосы с эксцентриковым валом, либо оборудованные эксцентриковым ротором. Каждый из этих видов имеет свои особенности и позволяет расширять возможности его владельца.

Более подробно о видах этих насосов можно узнать у специалистов «Центра технического обеспечения и сервиса», который занимается производством гидрооборудования и изготовлением печатных плат.

Принцип работы

Ротор вращается в статоре (корпусе) вместе с поршнями, поршни скользят по корпусу, плотно прижимаясь к нему за счет пружин. В результате вращения ротора, поршни совершают возвратно-поступательные движения. Поршни двигаясь по кругу переключаются между двумя фазами:

• Фаза всасывания. Поршень совершает выдвижение, рабочая камера увеличивается,клапан нагнетания закрывается и открывается клапан всасывания, он соединён с отверстием забора жидкости. Поршень движется по кругу до максимальной точки его выдвижения.
• Фаза нагнетания. Поршень переключается на отверстие нагнетания, и начинает вдвигаться, клапан всасывания закрывается и открывается клапан нагнетания, рабочая камера уменьшается в результате чего создается давление и жидкость вытесняется из насоса. Поршень находится в данной фазе до максимальной точки сжатия рабочей камеры, а затем переключается на фазу всасывания.

Радиально поршневой насос может быть двух и более кратного действия. Это означает что один плунжер совершает несколько рабочих ходов за одно вращение ротора. Такой эффект достигается за счет специального изменения поверхности статора.

Принцип работы радиально-плунжерного насоса

Плунжеры размещены в отверстиях, выполненных в роторе. Зазоры между поверхностями плунжеров и ротора минимальны. При этом плунжеры могут легко перемещаться внутри отверстий.

Ротор с плунжерами установлен в корпусе насоса с эксцентриситетом.

При вращении вала, за счёт центробежной силы, плунжеры прижимаются к внутренней поверхности корпуса.

За счёт эксцентриситета, плунжеры совершают линейное перемещение внутри ротора.

В момент увеличения объёма рабочей камеры, полость под плунжером заполняет рабочей жидкостью. При уменьшении объёма рабочей камеры, жидкость вытесняется плунжером в напорную магистраль.

Полости всасывания и нагнетания, в представленном примере, разделены пластиной.

_________________________________.

Пластины изготовляют из быстрорежущих инструментальных сталей типа Р18. Размеры пластины имеют допуски по g6 или f7; шероховатость поверхности Ra = 0,20 мкм.

Чтобы уменьшить трение и защемление в пазах, пластины располагают не по радиусу, а с отклонением на угол 7 . 15° в сторону вращения ротора.

Статоры пластинчатых насосов изготовляют из легированных сталей; они являются прецизионными деталями, так как имеют очень точную профилированную внутреннюю поверхность. Параметр шероховатости поверхности профили Ra = 0,1 мкм.

Роторы изготовляют из стали 20Х. Параметр шероховатости поверхностен боковых торцов Ra = 0,025 мкм, пазов Ra = 0,20 мкм. Пазы в роторе обрабатываются по посадке Н7.

Преимущества и недостатки

Поршневой жидкостный насос характеризуется достаточно большим количеством достоинств и недостатков. К плюсам можно отнести:

1. Простота конструкции. Как ранее было отмечено, подобные поршневые насосы были изготовлены еще несколько десятилетий назад и конструктивно они изменились несущественно.
2. Высокая надежность, которую можно связать с простотой механизма и применением высококачественных материалов. Износостойкие материалы могут выдерживать длительное механическое воздействие.
3. Возможность работы с различными носителями. Широкая область применения определена тем, что применяемые материалы не реагируют на воздействие различных химических веществ.

Есть и несколько серьезных недостатков. Примером можно назвать невысокую производительность. Подобные модели в меньшей степени подходят для перекачивания большого количества жидкости. Кроме этого, конструкция не подходит для продолжительной работы, так как активные элементы быстро изнашиваются и теряют свои эксплуатационные характеристики.

1 Какие существуют разновидности гидронасосов?

Принцип работы любого гидронасоса достаточно прост — при работе внутри конструкции образуются две изолированные друг от друга полости (камера всасывания и нагнетания), между которыми перемещается гидравлическая жидкость. После заполнения камеры нагнетания жидкость начинает давить на поршень и вытесняет его, тем самым сообщая рабочему инструменту движение подачи.

Рабочие параметры любого гидронасоса отображают следующие характеристики:

• частота вращения (об/мин);
• рабочее давление (Бар);
• рабочий объем (см3/об) — количество жидкости, которое насос вытесняет за один оборот.

Насосы, которые мы будем рассматривать в дальнейшем, обладают индивидуальными эксплуатационными особенностями, поэтому при их выборе в первую очередь необходимо учитывать характеристики существующей гидросистемы — диапазон давления, вязкость перекачиваемой жидкости, стоимость конструкции и нюансы ее технического обслуживания.

Рассмотрим основные разновидности гидронасосов, детально остановившись на их преимуществах и недостатках.

1.1 Ручной гидравлический

Ручной гидронасос является простейшим оборудованием, в котором используется принцип вытеснения жидкости. Такие агрегаты широко распространены в сфере автомобилестроения, где они применяются в качестве дополнительных либо аварийных механизмов для обеспечения гидравлических двигателей энергией.

Ручной гидронасос типа НРГ (серия, наиболее распространенная в отечественной промышленности) может развивать давление дом 50 Бар, однако большинство моделей рассчитаны на давление до 15 Бар. Тут действует прямое соотношение — чем ниже рабочий объем агрегата (количество жидкости, вытесняемой за полный ход рукояти), тем большее давление он развивает.

Разновидности ручных гидронасосов

На изображении представлена схема работы, которой обладают ручные насосы. При нажатии ручки поршень перемещается вверх, в результате чего создается сила всасывание и через клапан КО2 в корпус поступает жидкость, которая вытесняется при поднятии рукояти. Насос ручной гидравлический НРГ может быть и двухсторонним (нижняя схема), в нем всасывание и вытеснение жидкости происходит одновременно, как при нажиме на рычаг, так и при его поднятии.

К преимуществам таких гидронасосов относится простота их конструкции (ремонт гидронасосов ручного типа достаточно прост), надежность и низкая стоимость. Слабой стороной является производительность, несравнимая с приводным оборудованием.
к меню ↑

1.2 Радиально-поршневые модели

Радиально-поршневые конструкции способны развивать максимально возможное давление (до 100 Бар) при длительной работе. Существует два типа радиально-поршневых насосов:

• роторные;
• с эксцентричным валом.

Устройство роторных агрегатов показано на схеме. В них вся поршневая группа размещается внутри ротора, при вращении которого поршни совершают возвратно-поступательные движения и поочередно стыкуются с отверстиями для слива гидравлической жидкости.

Принцип работы радиально-поршневого насоса

Гидравлический насос высокого давления с эксцентричным валом отличается тем, что поршневая группа в нем установлена внутри статора, при этом такие насосы имеют клапанное распределение жидкости, а роторные — золотниковое.

К преимуществам такого оборудования отнесем высокую надежность, возможность работы в режиме высокого давления (100 МПа), минимальный уровень шума при работе. К недостаткам — высокий уровень пульсации при подаче жидкости и значительный вес.
к меню ↑

1.3 Аксиально-поршневые

Наиболее распространенным типом оборудования в современных гидроприводах является аксиально-поршневой насос. Также существует аксиально-поршневая техника, которая отличается тем, что вместо поршней для вытеснения жидкости применяются плунжеры.

Насосы с аксиально-поршневым приводом, в зависимости от оси вращения поршневой группы, можно разделить на два типа — наклонные и прямые. Принцип работы у них идентичен — вращение вала насоса приводит к вращению блока цилиндров, параллельно которому поршни начинают возвратно-поступательное перемещение. При совпадении оси цилиндра и всасывающего отверстия поршень выдавливает жидкость из камеры, затем цилиндр заполняется и цикл повторяется.

По соотношению массогабаритных характеристик именно аксиально-поршневой насос является оптимальным вариантом. Он способен развивать давление до 40 МПа при частоте 5000 об/мин, узкоспециализированные установки работают на частоте 15-20 тыс. об/мин. Преимущества аксиально-поршневых насосов — максимальный КПД и производительность. Ключевым недостатком является высокая стоимость.

Характеристики гидронасосов 310-ой серии

В качестве примера такой техники можно рассмотреть популярный в отечественном машиностроении гидронасос 310. Существует несколько модификаций данной модели, рассчитанных на рабочий объем от 12 до 250 см 3 /об. Цена 310-ой модели варьируется в пределах 15-30 тыс. рублей, в зависимости от производительности. Более доступным аналогом является гидронасос 210 (цена 10-15 тыс), отличающийся меньшей частотой оборотов.
к меню ↑

1.4 Шестеренчатые агрегаты

Шестеренные агрегаты относятся к категории роторного оборудования. Гидравлическая часть насоса в них представлена двумя вращающимися шестернями, зубья которых при сцеплении вытесняют из цилиндра жидкость. Существует два типа шестеренчатых насосов — с внешним и внутренним зацеплениям, которые отличаются расположением шестерен внутри корпуса.

Используются шестеренные агрегаты в системах с низким уровнем рабочего давления — до 20 МПа. Они широко распространены в сельскохозяйственной и строительной технике, системах подачи смазочных материалов и мобильной гидравлике.

Популярность шестеренных гидронасосов обуславливается простотой их конструкции, небольшими размерами и весом, за которые приходится платить небольшим КПД (до 85%), низкими оборотами и коротким эксплуатационным ресурсом.
к меню ↑

1.5 Разбираемся в устройстве (видео)

Виды гидромоторов

Шестеренные

В основе работы шестеренного гидромотора лежит простой механизм. В корпусе шестеренного мотора расположены две зубчатые шестерни. Под давлением поступающей жидкости шестерни начинают вращаться, сцепляясь друг с другом, что приводит к крутящему моменту на валу привода.

Характеристики:

• Частота вращения до 10000 об/мин.
• Давление до 300 бар.
• Низкая стоимость.
• КПД – 0,9, т.к. область взаимодействия зубцов шестерен мала.

Применение:

Используются в простых механизмах сельскохозяйственной техники и промышленного оборудования, где не требуется высокое давление. Не рекомендуем использовать для силовых задач, т.к. КПД у таких моторов довольно низкий.

Героторные

Героторный двигатель является разновидностью шестеренных моторов. Героторные моторы отличаются высоким крутящим моментом при маленьких габаритах.

Принцип работы героторного гидродвигателя заключается в запуске зубчатого ротора. Под давлением жидкость поступает в паз. Затем гидравлическая жидкость воздействует на зубья ротора, что создает крутящий момент. В результате ротор совершает орбитальное движение по роликам.

Характеристики:

• Крутящий момент до 2000 Нм.
• Стабильная работа при давлении до 250 бар.
• Рабочий объем до 800 см3.

Применение:

Из-за компактного размера и большого крутящего момента на низких скоростях героторные гидромоторы применяют в сельскохозяйственной, коммунальной и лесозаготовительной технике.

Аксиально-поршневые

Аксиально-поршневые гидромоторы — это вид поршневого двигателя. Принцип работы аксиально-поршневых гидравлических моторов заключается в параллельном перемещении поршней к оси вала гидродвигателя. Поршни в цилиндре соединяются с валом. Далее поршни толкают вал, что создает крутящий момент.

Характеристики:

• Крутящий момент при 6000 Нм.
• Давление до 450 бар.
• Частота вращения до 5000 об/мин.

Аксиально-поршневые моторы бывают двух видов:

• Снаклонным блоком.
• С наклонным диском.

Применение:

Аксиально-поршневые двигатели используют, когда необходима высокая скорость вращения вала. Например, в станочных гидроприводах, гидравлических прессах, и других механизмах.

Радиально-поршневые

Радиально поршневые двигатели называются так, потому что поршни, совершающие возвратно-поступательное движения в цилиндре, расположены перпендикулярно оси мотора. Гидравлическое масло поступает в рабочие камеры, перемещая каждый отдельный поршень и создавая крутящий момент. Радиально-поршневые двигатели способны создавать высокие крутящие моменты на очень низких скоростях, вплоть до половины оборота в минуту. Они могут создавать крутящий момент больше, чем аксиально-поршневые гидромоторы, так как у них цилиндр прикреплен непосредственно к рабочему валу. Однако, у них ограниченный диапазон скоростей, и они более чувствительны к загрязнению гидравлической жидкостью.

Характеристики:

• Крутящий момент – 45000 Нм при давлении 450 бар.
• Вращение вала до 300 об/мин.
• Объем мотора 8000 см3/об.

Радиально-поршневые гидродвигатели разделяют на два вида: однократного и многократного действия.

Борьба с пульсацией

Одним из недостатков поршневых насосов, как и других объёмных насосов, являются пульсации подачи и давления. Пульсации можно уменьшить, расположив несколько поршней в ряд и соединив их с одним валом таким образом, чтобы циклы их работы были сдвинуты друг относительно друга по фазе на равные углы. Другим способом борьбы с пульсацией является использование дифференциальной схемы включения насоса (рис. 2), при которой нагнетание жидкости осуществляется не только во время прямого хода поршня, но и во время обратного хода.

Также широко применяют насосы двустороннего действия, у которых как поршневая, так и штоковая полость имеют (в отличие от дифференциальной схемы включения) свою клапанную систему распределения. У таких насосов коэффициент пульсаций ниже, а КПД выше, чем у насосов одностороннего действия (рис. 1).

Для борьбы с пульсацией также применяют гидроаккумуляторы, которые в момент наибольшего давления запасают энергию, а в момент спада давления отдают её.