Патент на изобретение №2349794

(54) СПОСОБ “tonpomp” ОБЕСПЕЧЕНИЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ НАСОСА ОБЪЕМНОГО ДЕЙСТВИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области машиностроения мобильных объектов, управляемых посредством гидравлического привода. В гидравлических системах управления регулируемые насосы объемного действия, имеющие механизм принудительного изменения объема рабочих камер насоса, освобождаются от функции увеличения (расширения) объема рабочих камер. По указанному способу этому механизму оставляется функция только сжатия (уменьшения) объема рабочей камеры. Функция увеличения объема рабочей камеры насоса передается избыточному давлению. Под действием избыточного давления жидкость поступает в рабочую камеру и увеличивает эту камеру на величину того объема жидкости, которое определяется регулятором дроссельного или клапанного типа. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области машиностроения мобильных объектов, для которых важны массогабаритные и высоконапряженные системы приводов. В частности, к таким объектам, в которых объем и масса систем приводов управления этими объектами являются паразитными по отношению к рабочим объемам и массам самих объектов (например, летательных и плавающих объектов). Для уменьшения массогабаритных характеристик, повышения энергонапряженности и гибкости управления системами приводов такими объектами во многих случаях применяются гидравлические приводы объемного и дроссельного управления. Дроссельное управление обеспечивает высокие динамические характеристики управляемости мобильными объектами, но затраты энергии таких систем превышают энергетические затраты при объемном регулировании, когда регулирование осуществляется не за счет изменения сопротивления потоку жидкости, а за счет подачи необходимого в данный момент количества жидкости, подаваемого источником гидравлической энергии, т.е. насосной станцией.

Объемное регулирование осуществляется либо за счет изменения частоты вращения двигателя, приводящего в движение насос постоянной производительности, либо за счет изменения объема рабочей камеры насоса при постоянной частоте вращения двигателя, приводящего в движение такой насос. Изменение объема рабочей камеры насоса во время его работы осуществляется принудительно механическими средствами, например, изменением величины хода плунжеров, мембран, лопаток и пр. Во всех случаях механизм изменения объема рабочей камеры принудительно вначале увеличивает объем рабочей камеры, и в этот момент жидкость имеет возможность заполнить увеличенный объем рабочей камеры, поскольку в момент расширения объема рабочая камера соединяется с всасывающей полостью насоса, т.е. с полостью, заполненной жидкостью и находящейся под некоторым внешним давлением, например, атмосферным. Говорят, происходит всасывание жидкости рабочей камерой. После всасывания жидкости рабочей камерой механизм изменения объема рабочей камеры начинает уменьшать этот объем. Рабочая камера в этот момент соединяется с напорной магистралью, и жидкость выдавливается в напорную полость насоса. Периодическое соединение рабочей камеры с напорной и всасывающей полостями насоса осуществляется, либо распределительными устройствами, либо посредством обратных клапанов. Для того чтобы изменить величину объема жидкости, выталкиваемую в напорную полость, необходимо иметь, кроме механизма принудительного изменения рабочей камеры, дополнительный механизм, который бы изменял величину изменения рабочей камеры насоса. Например, необходим механизм изменения угла наклона планшайбы в аксиально-поршневых машинах, либо изменение относительного расположения осей ротора и статора в лопастных и радиально-плунжерных машинах и т.п. Эти дополнительные механизмы не только увеличивают стоимость агрегатов, но и увеличивают массогабаритные характеристики этих машин. Кроме того, когда требуется изменить производительность насоса за весьма малое время, то приходится преодолевать значительные инерционные нагрузки. Динамические характеристики таких агрегатов несравненно хуже динамических характеристик дроссельного регулирования.

В последнее время для улучшения массогабаритных характеристик в отдельных случаях, при неизменном механизме принудительного изменения рабочей камеры насоса, осуществляют изменение величины подачи жидкости в напорную магистраль за счет изменения частоты вращения электрического двигателя, приводящего в движение насос. В этом случае конструкция насоса упрощается, но динамические характеристики остаются хуже динамических характеристик дроссельного регулирования. Так как в этом случае приходится преодолевать инерцию вращающихся частей электрического двигателя и насоса. Кроме того, диапазон изменения величины производительности такого агрегата ограничен возможностью изменения частоты вращения электродвигателя и его максимально допустимым вращающим моментом, что снижает диапазон регулирования подачи жидкости в гидравлическую систему привода.

Устранение указанных недостатков, а именно:

– увеличение массогабаритных характеристик за счет применения механизмов, изменяющих величину изменения рабочей камеры насоса;

– ограничение динамических характеристик регулирования производительностью насосов (в частности, быстродействия), благодаря необходимости преодолевать инерционные нагрузки механизмов, изменения величины рабочей камеры или инерцию роторов электродвигателя и насоса при использовании способа регулирования подачи за счет изменения частоты вращения приводного двигателя;

– уменьшение коэффициента полезного действия гидравлического привода, когда необходимо обеспечить высокое быстродействие системы привода за счет дроссельного регулирования, может быть достигнуто применением способа “tonpomp”.

Этот способ заключается в освобождении механизма принудительного изменения объема рабочей камеры от необходимости увеличивать объем рабочей камеры при сохранении за этим механизмом только функции уменьшения объема рабочей камеры. Функция расширения объема рабочей камеры передается тому внешнему давлению, которое обеспечивает поступление жидкости в рабочую камеру. Величина расширения объема камеры определяется тем объемом жидкости, который поступит в рабочую камеру насоса. Для этого в насосе или насосной станции необходимо создать или иметь три уровня давления. Первый уровень – это давление в напорной магистрали системы, который определяется нагрузкой на исполнительном органе, т.е. давление в напорной магистрали. Второй уровень – это давление в сливной магистрали, т.е. давление в емкости или баке, куда сливается отработанная жидкость и откуда вновь поступает в насос. Давление в этой емкости или баке должно поддерживаться на некотором избыточном уровне. Третий уровень – это дренажное давление, которое образуется в корпусе насоса, в результате различных утечек и перетечек. Перепад давления между вторым и третьим уровнями должен быть таким, чтобы иметь возможность обеспечить поток жидкости, поступающий из сливной емкости в рабочие камеры насоса, энергией, достаточной для требуемого увеличения объема этой камеры. Величина энергии потока, поступающего в рабочую камеру, может регулироваться либо величиной давления в емкости, из которой жидкость поступает в рабочие камеры насоса, либо изменением сопротивления на пути этого потока, т.е. применением дроссельного управления. Время, отводимое на увеличение объема рабочих камер, зависит от частоты вращения ротора насоса. Увеличение объема рабочих камер будет определяться тем количеством жидкости, которое успеет выдавиться за это время из сливной емкости в рабочие камеры, а механизм принудительного изменения объема рабочих камер, выполняя только функцию уменьшения объема рабочих камер, выдавит из рабочих камер то количество жидкости, которое участвовало в увеличении этих рабочих камер. При этом следует отметить, что рабочая жидкость всегда находится под избыточным давлением и нет опасности выделения из нее растворенных газов (воздуха), т.е. помпажа. Работа насоса или насосной станции по способу “tonpomp” осуществляется следующим образом. Первоначально, жидкость, находящуюся в сливной емкости, необходимо предварительно сжать, т.е. сообщить этой жидкости потенциальную или кинетическую энергию, достаточную для обеспечения увеличения рабочего объема насоса. В качестве источников предварительного сжатия жидкости может служить потенциальная энергия газового (пневматического) или механического (пружинного, гравитационного и пр.) аккумуляторов энергии или кинетическая энергия дополнительного насоса подпитки. Для увеличения объема рабочей камеры, камера должна быть соединена в этот момент со сливной емкостью. Под действием втекающей жидкости объем рабочей камеры увеличивается.

При приведении в действие механизма уменьшения объема рабочей камеры, рабочая камера подключается посредством распределительной или клапанной аппаратуры к напорной магистрали, и жидкость выдавливается в напорную магистраль. Потенциальная энергия, израсходованная на расширение объема рабочей камеры, восстанавливается приводным двигателем при поступлении жидкости в сливную емкость. Применение насоса подпитки целесообразно использовать, когда требуется дренажную жидкость направлять в сливную емкость.

Регулирование производительности насоса осуществляется скоростью и энергией потока жидкости, направляемого из сливной емкости в рабочие камеры. Это может достигаться либо за счет изменения гидравлического сопротивления на пути жидкости из сливной емкости к рабочим камерам, например, дросселирующей аппаратурой, либо изменением давления в сливной емкости. В том и другом случае аппаратура управления обладает несравненно меньшей массой, т.е. обладает малой инерционностью и работает в области сливных давлений, что значительно удешевляет стоимость регулирующей аппаратуры, а приводной двигатель может работать в режиме, наиболее благоприятном с точки зрения коэффициента полезного действия.

Формула изобретения

1. Способ объемного регулирования производительности насоса, содержащего приводящий двигатель, механизм принудительного изменения объема рабочей камеры насоса, сливную емкость, дренажную камеру сбора утечек, насос перекачки дренажных утечек в сливную емкость, отличающийся тем, что механизм принудительного изменения объема рабочей камеры насоса выполнен с функцией только уменьшения объема рабочей камеры насоса, а функция увеличения объема рабочей камеры насоса осуществляется потоком жидкости, выдавливаемым из сливной емкости, причем величина расширения объема камеры определяется тем объемом жидкости, который поступит в рабочую камеру насоса, и для этого в насосе создаются три уровня давления: первый уровень – это давление в напорной магистрали системы, создаваемое пневматическим или гравитационным аккумулятором или насосом подпитки, второй уровень – это давление в сливной магистрали, третий уровень – это дренажное давление, причем перепад давлений между вторым и третьим уровнями должен быть таким, чтобы иметь возможность обеспечить поток жидкости, поступающий из сливной емкости в рабочие камеры насоса, энергией, достаточной для требуемого увеличения объема этой камеры.

2. Способ объемного регулирования по п.1, отличающийся тем, что увеличение объема рабочей камеры регулируется гидравлическим сопротивлением, например дросселем или клапаном, установленным между рабочей камерой и сливной емкостью, из которой жидкость выдавливается в рабочую камеру.

3. Способ объемного регулирования по п.1, отличающийся тем, что изменение количества жидкости, выдавливаемой из сливной емкости в рабочие камеры, осуществляется давлением в сливной емкости, например регулятором давления, контролирующим давление в этой емкости.