 |
Газовый аккумулятор давления
|
|
|
|
Гидроаккумуляторы
5.4. Насосы
5.4.1. Динамические насосы
К питающим элементам гидравлических и пневматических систем относятся насосы, компрессоры, вентиляторы, гидроемкости, аккумуляторы. Насосы, компрессоры, вентиляторы являются генераторами гидравлической или пневматической энергии в гидро- или пневмосистеме. В перечисленных элементах первичная энергия, снимаемая с вала основного силового агрегата автомобиля, преобразуется во внутреннюю энергию сжатого газа или во внешнюю энергию движущейся жидкости. Гидроемкости и аккумуляторы предназначены для содержания в них рабочей жидкости с целью использования ее в процессе работы привода.
Гидробаки
Гидробакслужит для хранения, очистки и охлаждения рабочей жидкости, циркулирующей в гидроприводе.
Гидробаки, применяемые в машиностроительных гидроприводах, бывают открытые (с атмосферным давлением над жидкостью) и закрытые (с давлением над жидкостью, отличающимся от атмосферного).
На рис. 5.1 приведена типовая схема открытого гидробака
Рис. 5.1. Типовая конструкция открытого гидробака
Корпус бака 1 закрыт крышкой 2, исключающей попадание в гидробак посторонних примесей. Через крышку 2 в бак входят трубы сливной 3 и всасывающей 5 гидролиний. Для заполнения бака жидкостью в его крышке установлена заливная пробка 4 с дренажным отверстием, обеспечивающим выравнивание давлений внутри и снаружи бака, а также отвод выделяющихся из жидкости газов и воздуха в атмосферу. Для предотвращения попадания в бак пыли дренажное отверстие снабжено воздушным фильтром, В корпусе бака установлены сливные пробки 6 и 7, расположение которых обеспечивает полное опорожнение бака. Для этого дно бака имеет уклон 5 - 10° в сторону пробки. В гидробаке между сливной 3 и всасывающей 5 трубами расположена перегородка, удлиняющая путь, проходимый жидкостью. Это улучшает удаление из рабочей жидкости воздуха и повышает эффективность ее охлаждения. С этой же целью сливная труба 3 имеет срез под углом 45°, направленный в сторону стенки бака.
|
|
|
Основные конструктивные размеры бака выбираются из следующих соотношений: объем бака W = (2...3)Q (Q – подача насоса в минуту); высота перегородки Н = 2/3L (L- минимально допустимый уровень жидкости в баке); глубина погружения сливной 3 и всасывающей 5 труб -h 
(2...3) d (d – диаметр проходного сечения трубы); срез всасывающей трубы должен отстоять от дна бака на расстояние m 2d.
В гидробаке, как правило, имеется указатель уровня жидкости, например, мерное окно.
В большинстве случаев гидробак имеет сварную конструкцию и изготавливается из листовой стали. После сварки внутренняя поверхность бака тщательно очищается и окрашивается маслостойкой нитроэмалью. В некоторых гидроприводах гидробак служит станиной для установки насосов и других гидроагрегатов. Всвязи с этим крышка бака, выполняющая функцию основания, должна быть достаточно прочной и жесткой. Насос следует устанавливать так, чтобы его высота над уровнем рабочей жидкости в баке не превышала 700 мм. Заливку рабочей жидкости в бак целесообразно производить через сетчатый фильтр грубой очистки, а сливную пробку 7 бака рекомендуется изготавливать из магнитного материала для улавливания продуктов износа стальных деталей. При проектировании бака следует руководствоваться ГОСТ 12448-80.
Закрытый гидробакс избыточным давлением применяют в некоторых гидроприводах для обеспечения лучшего заполнения рабочих камер насоса и исключения возникновения кавитации. Герметичный бак, представляющий собой сварной цилиндр, заполняют воздухом или инертным газом под давлением до 0,2 МПа. В гидросистемах прессов такие баки служат для заполнения рабочих цилиндров жидкостью при холостом ходе машины. Избыточное давление в них достигает 0,8 - 1,0 МПа.
|
|
|
Газовый аккумулятор давления
Газовый аккумулятор давления обеспечивает хранение и возможность использования в требуемом режиме энергии сжатого газа или пара. На автотранспорте газовый аккумулятор давления используются в системе питания газобаллонных автомобилей, в тормозной системе автомобилей с пневмоприводом, а также в пневмосистемах цехов и участков автотранспортных предприятий. Газовый аккумулятор реализован в виде баллона, снабженного необходимыми приспособлениями для заполнения и опорожнения.
В пневмосистемах газовые аккумуляторы давления (воздухосборники или ресиверы) выполняют следующие функции:
– создают запас сжатого воздуха для использования в моменты максимального потребления;
– сглаживают пульсацию подачи воздуха, которая возникает при использовании компрессоров объемного типа, особенно поршневых;
– отделяют влагу, содержащуюся в потоке воздуха, которая выпадает в виде конденсата в процессе расширения воздуха при заполнении воздухосборника и при движении воздуха по нему.
Для обеспечения нормальной работы воздухосборники снабжены аппаратурой контроля и управления, к которой относится манометр для контроля давления, предохранительный пневмоклапан, ограничивающий верхний предел давления в воздухосборнике, конденсатоотводчик.
На рис. 5.2 представлена конструктивная схема типового воздухосборника.
Рис. 5.2. Воздухосборник (ресивер)
Для лучшего влагоотделения обычно ввод воздуха делают в средней части воздухосборника, загибая входной трубопровод вниз, а отвод – из верхней части. Внутри воздухосборника устанавливают перегородки, заставляющие воздух изменять направление движения, создавая тем самым центробежные силы, которые, как и в фильтре-влагоотделителе, способствуют осушению воздуха.
Конденсат собирается в нижней части воздухосборника и через конденсатоотводчик периодически вручную или автоматически сливается. Объем воздухосборника определяют в зависимости от производительности компрессора и цикличности потребления сжатого воздуха. При этом объем воздухосборника не должен быть меньше, чем 0,5W0, где W0–объем воздуха (при атмосферном давлении и нормальной температуре), всасываемого компрессором за 1 мин.
|
|
|
Рассмотрим характерные особенности газовых аккумуляторов давления, использующихся в системе питания двигателя. В случае если в системе питания используется сжатый газ (метан), газовый аккумулятор представляет собой батарею баллонов, выполненную из специальной термообработанной стали. Баллоны рассчитаны на давление 20 МПа и снабжены соединительной и запорной арматурой. К газовым, а точнее к гидрогазовым аккумуляторам давления можно отнести и баллонную батарею, используемую в системе питания сжиженным газом (пропан-бутан). В этом случае в аккумуляторе находится топливо в жидкой фазе, а также его пары. Давление их не превышает 2 МПа, поэтому требования к механической прочности баллонов значительно ниже, чем в аккумуляторе, заполненном сжатым газом.
Гидроаккумуляторы
Гидроаккумулятор – это устройство, предназначенное для аккумулирования энергии рабочей жидкости, находящейся под давлением, с целью последующего возврата ее в гидросистему. Гидроаккумулятор накапливает энергию рабочей жидкости в периоды пауз или малого ее потребления гидроагрегатами гидросистемы и возвращает эту накопленную энергию в периоды их интенсивной работы. В этом случае гидроаккумулятор подключается к напорной гидролинии и работает параллельно насосу.
Кроме того, гидроаккумулятор может выполнять функцию гасителя колебаний давления в гидросистемах, а также применяться для поддержания постоянного давления в сливной или всасывающей гидролинии. В последнем случае гидроаккумуляторы называются подпорными гидроаккумуляторами низкого давления.
Применение гидроаккумуляторов позволяет в гидросистемах существенно уменьшить рабочий объем используемого насоса. Особенно целесообразно применять аккумуляторы в гидросистемах с эпизодическими пиками потребляемого расхода, которые, возможно, значительно превышают средний расход жидкости в гидросистеме.
|
|
|
В зависимости от типа механической энергии, которую накапливает гидроаккумулятор, различают:
грузовые гидроаккумуляторы(рис. 5.3, а), в которых аккумулирование и возврат энергии происходит за счет изменения потенциальной энергии груза. Важным свойством грузового гидроаккумулятора является независимость давления жидкости в нем от степени заполнения жидкостью (давление зависит от веса груза). Эти гидроаккумуляторы имеют низкую энергоемкость, высокую инерционность; очень громоздкие, поэтому используются редко;
Рис. 5.3. Гидравлические аккумуляторы: а) грузовой; б) с упругим корпусом; в) пружинный; г) пневмогидроаккумулятор без разделителя сред
пружинные гидроаккумуляторы(рис. 5.3, в), в которых аккумулирование и возврат энергии происходит за счет изменения энергии упругости деформируемой пружины. Эти гидроаккумуляторы могут накапливать небольшие объемы жидкости при малом давлении, что обусловлено ограниченными возможностями механических пружин;
гидроаккумуляторы с упругим корпусом(рис. 5.3, б), в которых аккумулирование и возврат энергии происходит за счет изменения энергии упругости деформируемого корпуса, например сильфона. Эти гидроаккумуляторы имеют те же недостатки, что и пружинные;
пневмогидроаккумуляторы(рис. 5.3, г), в которых аккумулирование и возврат энергии происходит за счет изменения энергии сжатого газа. Благодаря наибольшей энергоемкости при малых габаритах такие гидроаккумуляторы получили широкое распространение.
На рис. 5.3 рядом с соответствующими конструктивными схемами гидроаккумуляторов приведены их условные обозначения на схемах (пружинный и гидроаккумулятор с упругим корпусом имеют одинаковое условное обозначение).
Пневмогидроаккумуляторы делятся на следующие группы:
а) без разделителя сред(см. рис. 5.3, г). В них рабочая жидкость находится в непосредственном контакте с газом (чаще всего азотом). Такие аккумуляторы малоинерционны, просты по конструкции, в них практически отсутствуют потери энергии. Однако их серьезным недостатком является то, что газ, контактируя со свободной поверхностью рабочей жидкости под высоким давлением, растворяется в ней и ухудшает ее свойства. Кроме того, объем газа по мере его растворения уменьшается, в результате чего возникает необходимость в периодической подзарядке такого пневмогидроаккумулятора рабочим газом;
б) с разделителем сред(рис. 5.4). В них рабочая жидкость отделена от рабочего газа, специальным разделителем. По конструкции разделителя такие гидроаккумуляторы делят на три типа:
|
|
|
– поршневые (рис. 5.4, а) – с разделителем в виде поршня;
– мембранные(рис. 5.4, б) – с разделителем в виде резиновой диафрагмы;
– баллонные(рис. 5.4, в) – с разделителем в виде эластичного баллона.
Рис. 5.4. Пневмогидроаккумуляторы с разделителями сред: а) поршневой; б) мембранный; в) баллонный
Поршневые аккумуляторы имеют недостаток, обусловленный наличием трения поршня о цилиндр. В результате до 15 % аккумулируемой энергии теряется на преодоление этих сил трения. К тому же, поршневые пневмогидроаккумуляторы достаточно инерционны.
Эти недостатки практически полностью отсутствуют у мембранных и баллонных пневмогидроаккумуляторов. Силы, затрачиваемые на деформацию диафрагмы или баллона, в этих аккумуляторах малы, и такие гидроаккумуляторы можно считать практически безынерционными.
Поршневые аккумуляторы всегда имеют форму цилиндра, а мембранные и баллонные чаще делают округлой формы или в виде сферы. Аккумуляторы сферической формы отличаются компактностью и малым весом. Это обусловлено особенностями сферических форм: поверхность сферы при том же объеме меньше, чем у других форм, а напряжения, возникающие в стенках под действием давления, в два раза меньше, чем в стенках цилиндра того же диаметра.
При монтаже гидросистемы, в которой используется пневмогидроаккумулятор, необходимо предусмотреть защитный каркас с металлической сеткой, укрывающий пневмогидроаккумулятор. Эта сетка в случае возникновения аварийной ситуации улавливает осколки корпуса пневмогидроаккумулятора, практически не создавая сопротивления для газа.
Насосы
Насосом называется гидромашина, преобразующая механическую энергию привода в энергию потока рабочей жидкости.
Насосы делятся на следующие группы:
1). Динамические (центробежные, диагональные, осевые);
2). Насосы трения (дисковые, вихревые, лабиринтные, струйные, черпаковые);
3). Объемные (поршневые, роторные, шестеренные, пластинчатые, роторно-поршневые)
Динамические насосы
В динамических насосах силы, действующие на жидкость со стороны энергосообщителя, создают постоянный поток жидкой среды. Поэтому рабочие органы динамического насоса обычно называют его проточной частью. По принципу действия энергосообщитель динамического насоса должен быть достаточно быстроходным, что легко осуществимо при его вращательном движении.
Наиболее распространенными видами динамических насосов являются лопастные или лопаточные насосы, которые в зависимости от направления движения жидкой среды называются центробежными, диагональными или осевыми. В осевых насосах основное движение жидкости происходит вдоль оси вращения, в центробежных – от центра к: периферии. В лопастных насосах жидкая среда перемещается от входа к выходу путем обтекания лопастей или лопаток.
Центробежный насос является самым распространенным видом лопастных насосов (первый центробежный насос был изобретен Дени Папеном в 1689 году). В лопастных насосах жидкая среда перемещается благодаря силовому воздействию на нее системы лопастей, подобных крылу самолета. На рис. 5.5 изображено сечение крыла самолета, так называемый одиночный профиль. При его обтекании скорость жидкости на выпуклой стороне больше, чем на вогнутой стороне, поэтому, в соответствии с уравнением Бернулли, на профиль действует сила, направленная снизу вверх.
Рис. 5.5. К принципу действия лопастного насоса
Проточная часть центробежного насоса с осевым подводом и спиральным отводом изображена на рис. 5.6. Энергосообщитель центробежного насоса – рабочее колесо – представляет собой конструкцию, состоящую из нескольких лопастей, расположенных центрально симметрично в плоскости, перпендикулярной оси вращения. Лопасти спроектированы (спрофилированы) таким образом, чтобы при вращении рабочего колеса возникали силы, противодействующие этому движению. Тогда лопастная машина будет работать либо в режиме гидравлического тормоза, если подводимая механическая энергия будет рассеиваться, переходя в тепло, либо в режиме насоса, если подводимая механическая энергия будет переходить в потенциальную и кинетическую энергию жидкой среды. Рабочее колесо называют иногда лопастным колесом, лопаточным колесом, крыльчаткой.
Рис. 5.6. Устройство центробежного насоса
Задачей входного устройства насоса является подвод жидкости к рабочему колесу с наименьшими потерями. Входные устройства могут быть различного вида: осевыми, коленообразными, полуспиральными, лопаточными и т.д. Задачей отводящего устройства является сбор выходящей из рабочего колеса жидкости и частичное преобразование кинетической энергии в потенциальную. Кроме спирального отвода, применяют кольцевые и лопаточные отводящие устройства. Вследствие особенностей кинематики потока в спиральных и кольцевых отводах течение жидкой среды в них сопровождается существенными потерями. Поэтому для повышения эффективности центробежного насоса за спиральным отводом устанавливают диффузор, в котором происходит основное преобразование кинетической энергии потока в потенциальную.
Центробежные насосы применяются в водоснабжении, в энергетике, в системах топливоподачи, в различных технологических процессах. Они перекачивают различные жидкие среды: от жидкого водорода до расплавленного металла. Диапазон подач колеблется от 10 см3/с до 10 м3/с, давление – от 104 Н/м2 до 5 107 Н/м2, частота вращения достигает 100000 об/мин и более. Самый мощный насос в мире построен в штате Виргиния (США). Его наружный диаметр равен 6,5 метрам, частота вращения – 257 оборотов в минуту, напор – 393 метра, а мощность – 457 МВт.
|
|
|
