RU2115827C1

RU2115827C1 - Method of compensation of flow rate fluctuations of positive-displacement pump and pumping unit for realization of this method

Info

Publication number: RU2115827C1
Application number: RU96122667A
Authority: RU
Inventors: Максим Ефимович Гойдо; Валерий Владимирович Бодров; Рамиль Мерсеитович Багаутдинов; Максим Александрович Алексеев
Original assignee: Максим Ефимович Гойдо; Валерий Владимирович Бодров; Рамиль Мерсеитович Багаутдинов; Максим Александрович Алексеев
Priority date: 1996-11-28
Filing date: 1996-11-28
Publication date: 1998-07-20

Abstract

FIELD: manufacture of pumps; compensation of flow rate fluctuations in suction and delivery passages of variable-capacity and constant-capacity positive-displacement pumps at any number of working chambers. SUBSTANCE: any change in instantaneous characteristic displacement of pump 1 gives rise to change in synchronism in instantaneous characteristic displacement of hydraulic machine 5 due to availability of synchronizing coupling 9 between drive shaft 8 of hydraulic machine 5 and drive shaft 10 of pump 1. Magnitude of instantaneous characteristic displacement of hydraulic machine 5 relative to each of passages 2 and 3 of pump 1 at each angle of turn of drive shaft 10 of pump 1 and at all possible positions of adjusting member 12 of pump 1 changes at permissible error in proportion to difference between maximum and present instantaneous characteristic displacements of pump 1 which is ensured due to respective design of hydraulic machine 5 on basis of calculation results. Pulsating flow of liquid formed in inlet and outlet passages 6 and 7 of hydraulic machine 5 has correcting rate whose magnitude relative to suction and delivery passages 2 and 3 of pump 1 is equal at each moment of time to difference between rated values of maximum and present instantaneous flow rates of pump 1 (at each angle of turn of drive shaft 10 of pump 1). As a result, fluctuations of flow caused by poor kinematics of pumping unit of pump 1 reduce at section of suction passage 2 of pump 1 as far as point of connection of inlet main 6 of hydraulic machine 5 of device 4 and at section of delivery passage 3 of pump 1 after point of connection of outlet passage 7 of hydraulic machine 5 to preset permissible level at required magnitude of corrected flow rate of pumping unit at level of maximum instantaneous flow rate of pump 1. EFFECT: enhanced reliability. 8 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к насосостроению, в частности к способу компенсации пульсаций расхода объемного насоса, вызванных несовершенством кинематики качающегося узла насоса, и к конструкции насосной установки для осуществления способа и может найти применение для компенсации пульсаций расхода одновременно во всасывающем и напорном каналах регулируемых и нерегулируемых объемных насосов, имеющих любое количество рабочих камер. The invention relates to pump engineering, in particular to a method of compensating for flow pulsations of a volumetric pump caused by imperfections in the kinematics of a pumping pump assembly, and to a design of a pump installation for implementing the method, and can be used to compensate for flow pulsations in both the suction and pressure channels of variable and unregulated volume pumps, having any number of working chambers.

Известен способ снижения пульсаций расхода (подачи) в напорном и всасывающем каналах многокамерного поршневого насоса с общей приводной частью и общими магистральными трубопроводами путем взаимного смещения рабочих циклов вытеснительных элементов насоса по фазе [1]. Данный способ позволяет исключить паузы в движении рабочей жидкости на входе и выходе насоса и в определенной степени уменьшить неравномерность расхода (подачи) насоса, особенно при применении нечетного количества рабочих камер насоса и увеличении кратности их действия. A known method of reducing ripple flow (supply) in the pressure and suction channels of a multi-chamber reciprocating pump with a common drive part and common main pipelines by mutually shifting the operating cycles of the pump displacement elements in phase [1]. This method eliminates pauses in the movement of the working fluid at the inlet and outlet of the pump and to some extent reduce the unevenness of the flow (supply) of the pump, especially when using an odd number of working chambers of the pump and increasing the frequency of their action.

Однако этот способ применим лишь для многокамерных насосов, но и для них он не всегда обеспечивает достаточное снижение пульсаций расхода, поскольку количество рабочих камер насоса и кратность их действия, как правило, ограничены из конструктивных соображений. However, this method is applicable only for multi-chamber pumps, but for them it does not always provide a sufficient reduction in flow pulsations, since the number of pump chambers and the multiplicity of their action are usually limited for design reasons.

Известна многокамерная поршневая насосная установка с общей приводной частью и общими магистральными трубопроводами [1]. Known multi-chamber piston pump unit with a common drive part and common trunk pipelines [1].

Недостатком такой насосной установки является значительная неравномерность расхода (подачи), обусловленная особенностями кинематики качающего узла насоса, а именно переменной скоростью движения вытеснительных элементов насоса. Наличие пульсаций расхода, т.е. чередование его нарастания и уменьшения, вызывает пульсации давления в присоединенных к насосу трубах и гидроаппаратах, что ведет к появлению шума, вибраций и сокращению срока службы как самой насосной установки, так и других элементов гидросистемы вследствие накопления усталостных повреждений материалов конструкций, связанных с их циклическим нагружением. The disadvantage of such a pump installation is a significant non-uniformity of flow (supply), due to the kinematics of the pumping pump assembly, namely, the variable speed of the displacement pump elements. The presence of flow pulsations, i.e. the alternation of its increase and decrease causes pressure pulsations in pipes and hydraulic devices connected to the pump, which leads to noise, vibrations and shortened service life of both the pump unit itself and other elements of the hydraulic system due to the accumulation of fatigue damage to structural materials associated with their cyclic loading .

Известен способ компенсации пульсаций расхода объемного насоса, включающий корректирование расхода насоса путем формирования пульсирующего потока жидкости, создаваемого за счет использования энергии пульсаций перекачиваемой среды в канале насоса периодическим отбором жидкости из канала насоса и возвратом ее в тот же канал в противофазе с колебаниями расхода жидкости в канале насоса, если канал напорный, и в фазе, если канал всасывающий, согласно которому величину корректирующего расхода пульсирующего потока жидкости формируют как функцию текущего значения скорости изменения давления в канале насоса посредством пневмогидравлического аккумулятора, присоединенного своей жидкостной полостью к каналу насоса [1]. A known method of compensating for pulsations of the volumetric pump flow rate, including adjusting the pump flow rate by generating a pulsating fluid flow created by using the pulsation energy of the pumped medium in the pump channel by periodically taking liquid from the pump channel and returning it to the same channel in antiphase with fluid flow fluctuations in the channel pump, if the pressure channel, and in phase, if the channel is suction, according to which the value of the correcting flow rate of the pulsating fluid flow is formed as ounce of the current value of the rate of change of pressure in the pump channel by means of a pneumohydraulic accumulator connected by its liquid cavity to the pump channel [1].

При использовании рассматриваемого способа величина корректирующего расхода в каждый момент времени формируется самопроизвольно, как функция текущих значений давления в канале насоса и скорости изменения давления. Колебания же давления в канале насоса в процессе его работы вызываются не только неравномерностью расхода насоса, но и изменением режима работы гидросистемы, в состав которой входит насос, в частности, изменением нагрузки, на которую работает гидросистема. Таким образом, известный способ предназначен для компенсации пульсаций давления в канале насоса, вызванных не только колебаниями расхода насоса, но и внешними причинами, никак не связанными с несовершенством кинематики качающего узла насоса. When using the method in question, the value of the corrective flow rate at each moment of time is formed spontaneously as a function of the current values of the pressure in the pump channel and the rate of change of pressure. The pressure fluctuations in the pump channel during its operation are caused not only by the uneven flow rate of the pump, but also by a change in the operating mode of the hydraulic system, which includes the pump, in particular, by a change in the load that the hydraulic system operates on. Thus, the known method is intended to compensate for pressure pulsations in the pump channel, caused not only by fluctuations in the pump flow rate, but also by external reasons, not related to the imperfection of the kinematics of the pump pumping unit.

Эффективная компенсация пульсаций расхода насоса при использовании данного способа может быть достигнута лишь в том идеальном случае, когда частота собственных колебаний пневмогидравлического аккумулятора, определяемая его динамическими и геометрическими параметрами (в частности параметрами, характеризующими его жесткость, инерционные и демпфирующие свойства), совпадает с частотой пульсаций расхода насоса. Effective compensation of pump flow pulsations when using this method can be achieved only in the ideal case when the frequency of natural oscillations of the pneumohydraulic accumulator, determined by its dynamic and geometric parameters (in particular, parameters characterizing its rigidity, inertial and damping properties), coincides with the pulsation frequency pump flow rate.

Частота собственных колебаний пневмогидравлического аккумулятора в значительной степени зависит от его жесткости, определяемой конструктивным объемом аккумулятора, давлением его зарядки газом и текущим значением абсолютного давления находящегося в аккумуляторе газа, величина которого тесно взаимосвязана с величиной давления в жидкостной полости аккумулятора и, естественно, изменяется в процессе работы гидросистемы. Прочие параметры аккумулятора являются неизменными. С увеличением давления газа жесткость аккумулятора и соответственно частота его собственных колебаний при прочих равных условиях увеличиваются. В результате при эксплуатации пневмогидравлического аккумулятора, имеющего фиксированные параметры и рассчитанного на определенную частоту подлежащих гашению пульсаций давления, не обеспечивается автоматическое согласование частоты собственных колебаний аккумулятора с частотой пульсации расхода насоса при отклонении режима работы насоса от расчетного (например, из-за изменения нагрузки, на которую работает гидросистема, подключенная к насосу). Более того, если при увеличении нагрузки и соответственно давления в канале насоса частота собственных колебаний пневмогидравлического аккумулятора увеличивается (так как происходит сжатие газа в аккумуляторе и рост жесткости последнего), то угловая скорость вращения вала приводящего двигателя насоса и пропорциональная ей частота пульсаций расхода насоса уменьшаются, т.е. указанные частоты обоюдно расходятся. The frequency of natural oscillations of the pneumohydraulic accumulator largely depends on its rigidity, which is determined by the design volume of the accumulator, the pressure of its charging with gas, and the current value of the absolute pressure of the gas in the accumulator, the value of which is closely interconnected with the pressure in the liquid cavity of the accumulator and, of course, changes during hydraulic system operation. Other battery parameters are unchanged. With increasing gas pressure, the stiffness of the battery and, accordingly, the frequency of its own oscillations, all other things being equal, increase. As a result, during operation of a pneumohydraulic accumulator having fixed parameters and designed for a certain frequency of pressure pulsations to be damped, automatic matching of the natural oscillation frequency of the accumulator with the pulsation frequency of the pump flow rate when the pump operation deviates from the calculated one (for example, due to a change in load which the hydraulic system is connected to the pump). Moreover, if with an increase in the load and, correspondingly, pressure in the pump channel, the frequency of natural oscillations of the pneumohydraulic accumulator increases (since the gas in the accumulator compresses and the stiffness of the latter increases), then the angular rotation speed of the drive shaft of the pump motor and the pump pulsation rate proportional to it decrease, those. the indicated frequencies diverge mutually.

Кроме того, следует отметить, что пульсации расхода насоса и обусловленные ими пульсации давления представляют собой полигармонический процесс, а пневмогидравлический аккумулятор обеспечивает эффективное гашение только той гармонической составляющей разложения в ряд пульсаций давления, частота которой совпадает с частотой его собственных колебаний. Следовательно, даже в условиях резонанса эффективная компенсация пульсаций давления (и соответственно пульсаций расхода насоса) возможна лишь в узком диапазоне частот, близких к частоте собственных колебаний пневмогидравлического аккумулятора. В случае же существенных изменений угловой скорости вращения приводного вала насоса и пропорциональной ей частоты пульсаций расхода насоса возможно такое расхождение частоты пульсаций расхода (давления) с частотой собственных колебаний пневмогидравлического аккумулятора, что эффект от его применения будет отсутствовать. Отсутствие эффекта возможно и при постоянной угловой скорости вращения приводного вала насоса в случае вызванного изменением режима работы гидросистемы существенного изменения давления в канале насоса. In addition, it should be noted that the pump flow pulsations and the pressure pulsations caused by them are a polyharmonic process, and the pneumohydraulic accumulator provides effective damping of only that harmonic component of decomposition into a series of pressure pulsations, the frequency of which coincides with the frequency of its natural oscillations. Consequently, even under resonance conditions, effective compensation of pressure pulsations (and accordingly pulsations of the pump flow rate) is possible only in a narrow frequency range close to the natural frequency of the pneumohydraulic accumulator. In the case of significant changes in the angular velocity of rotation of the drive shaft of the pump and the frequency of pulsations of the pump flow proportional to it, such a discrepancy between the frequency of pulsations of the flow (pressure) and the frequency of natural vibrations of the pneumohydraulic accumulator is possible that there will be no effect from its use. The lack of effect is also possible at a constant angular speed of rotation of the pump drive shaft in the case of a significant change in pressure in the pump channel caused by a change in the hydraulic system operation mode.

Таким образом, самопроизвольно формирующаяся в функции текущих значений скорости изменения давления в канале насоса и непосредственно самого давления величина корректирующего расхода жидкости в общем случае неизбежно отличается от необходимой для компенсации пульсаций расхода насоса до приемлемого уровня. Thus, the value of the correcting fluid flow, which spontaneously forms as a function of the current values of the rate of change of pressure in the pump channel and of the pressure itself, in the general case inevitably differs from that necessary to compensate for pulsations of the pump flow to an acceptable level.

Следует отметить также, что формирование пульсирующего потока жидкости с корректирующим расходом в функции скорости изменения давления в канале насоса путем использования энергии пульсаций жидкости посредством пневмогидравлического аккумулятора не может обеспечить получение полностью равномерного потока в канале насоса, поскольку в соответствии с принципом своего действия аккумулятор реагирует только на изменения давления. It should also be noted that the formation of a pulsating fluid flow with a correcting flow rate as a function of the rate of change of pressure in the pump channel by using the energy of the fluid pulsations by means of a pneumohydraulic accumulator cannot provide a completely uniform flow in the pump channel, since in accordance with the principle of its action, the battery responds only to pressure changes.

Следовательно, известный способ не обеспечивает стабильной компенсации пульсаций расхода объемного насоса при переменных режимах его эксплуатации. Therefore, the known method does not provide stable compensation for fluctuations in the flow rate of the volumetric pump under variable operating conditions.

Известна насосная установка, содержащая объемный насос с всасывающим и напорным каналами, устройство для компенсации пульсаций расхода насоса, выполненное в виде пневмогидравлического аккумулятора, жидкостная полость которого гидравлически соединена с каналом насоса [1]. A known pump installation containing a volumetric pump with suction and pressure channels, a device for compensating for pulsations of the pump flow rate, made in the form of a pneumohydraulic accumulator, the liquid cavity of which is hydraulically connected to the pump channel [1].

Данная насосная установка не обеспечивает стабильной компенсации пульсаций расхода объемного насоса, что объясняется неизменными конструктивными параметрами пневмогидравлического аккумулятора (рассчитанными на вполне определенный режим работы насоса), которые предопределяют ограниченные возможности аккумулятора в отношении формирования потребного корректирующего расхода жидкости при переменных режимах работы насоса. This pump unit does not provide stable compensation for fluctuations in the flow rate of the volumetric pump, which is explained by the constant design parameters of the pneumohydraulic accumulator (designed for a well-defined pump operation mode), which predetermine the limited battery capacity with respect to the formation of the required corrective fluid flow rate under variable pump operation modes.

Даже в том случае, когда собственная частота колебаний пневмогидравлического аккумулятора совпадает с коммутационной частотой объемного насоса, аккумулятор эффективно гасит только одну соответствующую гармоническую составляющую пульсаций расхода насоса, имеющих полигармонический характер, и практически не снижает амплитуды высокочастотных гармонических составляющих. Even in the case when the natural oscillation frequency of the pneumohydraulic accumulator coincides with the switching frequency of the volumetric pump, the accumulator effectively damps only one corresponding harmonic component of the pump flow pulsations, which have a polyharmonic character, and practically does not reduce the amplitudes of high-frequency harmonic components.

Изменение давления в напорном канале насоса приводит к изменениям давления и объема газа, заполняющего газовую полость пневмогидравлического аккумулятора, и, как следствие этого, к изменению жесткости и частоты собственных колебаний аккумулятора, что существенно уменьшает эффект от его использования. В конструкции пневмогидравлического аккумулятора не предусмотрено средств, позволяющих поддерживать его жесткость неизменной вне зависимости от величины давления в канале насоса. A change in pressure in the pressure channel of the pump leads to changes in the pressure and volume of the gas filling the gas cavity of the pneumohydraulic accumulator, and, as a result, a change in the stiffness and frequency of the oscillations of the accumulator, which significantly reduces the effect of its use. The design of the pneumohydraulic accumulator does not provide means to maintain its rigidity unchanged regardless of the pressure in the pump channel.

Полное исключение колебаний расхода в канале насоса рассматриваемой насосной установки при ее работе не может быть достигнуто, поскольку при приближении потока к равномерному снижаются пульсации давления, обусловленные пульсациями расхода, и соответственно уменьшается перепад давления в канале насоса и газовой полости аккумулятора, предопределяющий движение жидкости из канала насоса в аккумулятор и наоборот. При малых же перепадах давления указанное движение жидкости (вследствие которого собственно и происходит компенсация пульсаций расхода в канале насоса) не может обеспечить компенсацию колебаний расхода в канале насоса. A complete elimination of flow fluctuations in the pump channel of the pump unit under consideration cannot be achieved during its operation, since when the flow approaches uniform, pressure pulsations due to flow pulsations decrease, and accordingly the pressure drop in the pump channel and the gas cavity of the accumulator decreases, which determines the movement of liquid from the channel pump into the battery and vice versa. At small pressure drops, the indicated fluid motion (due to which the flow pulsation in the pump channel is actually compensated) cannot provide compensation for flow fluctuations in the pump channel.

Таким образом, формирование корректирующего расхода жидкости в функции текущих значений скорости изменения давления в канале насоса и непосредственно самого давления посредством применения пневмогидравлического аккумулятора в известной установке характеризуется постоянным расхождением пульсационной составляющей расхода насоса и формируемого корректирующего расхода, так как пневмогидравлический аккумулятор, как колебательная система, имеет ограниченные возможности по согласованию с параметрами насосной установки с целью компенсации пульсаций расхода (давления). Thus, the formation of a correcting fluid flow as a function of the current values of the rate of change of pressure in the pump channel and the pressure itself through the use of a pneumohydraulic accumulator in a known installation is characterized by a constant divergence of the pulsating component of the pump flow rate and the generated corrective flow rate, since the pneumohydraulic accumulator, as an oscillating system, has limited possibilities in coordination with the parameters of the pump installation for the purpose of computer nsation of pulsations of an expense (pressure).

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности является взятый в качестве прототипа способ компенсации пульсаций расхода объемного насоса, включающий корректирование расхода насоса путем формирования пульсирующего потока жидкости, создаваемого за счет использования энергии внешнего источника (энергии, подводимой к приводному валу насоса) периодическим отбором жидкости из канала насоса и направлением ее в канал, при этом величину корректирующего расхода жидкости в каждый момент времени принудительно задают как функцию текущих значений угла поворота и угловой скорости вращения приводного вала насоса, согласно которому жидкость отбирают из напорного канала насоса, а возвращают во всасывающий канал, причем величину корректирующего расхода отбираемой жидкости в каждый момент времени принудительно задают равной величине пульсаций [2]. Closest to the claimed method according to the technical essence is a method of compensating for flow pulsations of a volumetric pump, taken as a prototype, including adjusting the pump flow by generating a pulsating fluid flow generated by using the energy of an external source (energy supplied to the pump drive shaft) by periodic selection of liquid from the pump channel and its direction into the channel, while the value of the correcting fluid flow at each moment of time is forcibly set as a function iju current values of the angle of rotation and angle of the pump drive shaft rotation speed, according to which the liquid is withdrawn from the pump discharge duct and is returned to the suction channel, wherein the magnitude of the correction fluid flow withdrawn at each time point is set equal to the force pulsations [2].

Формирование пульсирующего потока жидкости для создания корректирующего расхода жидкости путем использования энергии внешнего источника вместо энергии пульсаций перекачиваемой среды обеспечивает принудительное, а не самопроизвольное формирование корректирующего расхода жидкости в каждый момент времени, не зависящее от текущих значений величины давления в канале насоса и скорости его изменения, и делает возможным согласование величины корректирующего расхода жидкости с углом поворота и угловой скоростью вращения приводного вала насоса, текущие значения которых определяют величину мгновенного расхода насоса и соответственно формируемого корректирующего расхода жидкости. В результате создаются условия для снижения уровня пульсаций скорректированного расхода жидкости в канале насоса. The formation of a pulsating fluid flow to create a corrective fluid flow by using the energy of an external source instead of the pulsation energy of the pumped medium provides a compulsory rather than spontaneous formation of a correcting fluid flow at each time point, independent of the current values of the pressure in the pump channel and its rate of change, and makes it possible to reconcile the value of the correcting fluid flow with the angle of rotation and the angular speed of rotation of the drive shaft pump, the current values of which determine the instantaneous flow rate of the pump and, accordingly, the formed corrective flow rate of the liquid. As a result, conditions are created to reduce the level of fluctuations in the corrected fluid flow in the pump channel.

Однако для получения по данному способу равномерного или близкого к равномерному потока жидкости необходимо, чтобы величина расхода жидкости, отбираемой из напорного канала насоса и направляемой во всасывающий канал, имела значение, определяемое разностью текущего значения расхода насоса и мгновенного минимального расхода насоса или близкого к минимальному. В результате скорректированный расход, получаемый в канале насоса, принимает значение на уровне мгновенного минимального расхода или близкого к нему, т. е. значение, всегда меньшее величины среднего расхода насоса. Таким образом, известный способ приводит к уменьшению расхода (подачи) насоса по сравнению с его потенциально возможным при прочих равных условиях значением. However, to obtain a uniform or close to uniform liquid flow in this method, it is necessary that the amount of liquid flow taken from the pressure channel of the pump and directed to the suction channel has a value determined by the difference between the current value of the pump flow and the instantaneous minimum pump flow or close to the minimum. As a result, the corrected flow rate obtained in the pump channel assumes a value at or near the instantaneous minimum flow rate, i.e., a value that is always less than the average pump flow rate. Thus, the known method leads to a decrease in the flow rate (supply) of the pump compared to its potential value, ceteris paribus.

Кроме того, получение равномерного потока данным способом возможно только для многокамерных насосов, у которых величина мгновенного минимального расхода всегда выше нуля. Получение же равномерного потока при использовании двухкамерных и однокамерных насосов, у которых величина мгновенного минимального расхода равна нулю, этим способом невозможно, поскольку требует снижения скорректированного расхода насоса до нуля. Данное обстоятельство снижает универсальность способа и ограничивает область его применения только многокамерными насосами, для которых проблема снижения пульсаций расхода стоит менее остро. In addition, obtaining a uniform flow in this way is only possible for multi-chamber pumps in which the instantaneous minimum flow rate is always above zero. Obtaining a uniform flow when using two-chamber and single-chamber pumps, in which the instantaneous minimum flow rate is equal to zero, in this way is impossible, since it requires reducing the adjusted pump flow to zero. This circumstance reduces the versatility of the method and limits the scope of its application only to multi-chamber pumps, for which the problem of reducing flow pulsations is less acute.

Следует отметить также, что в известном способе не установлено определение величины корректирующего расхода жидкости в каждый момент времени (для каждого значения угла поворота приводного вала насоса). It should also be noted that in the known method, the determination of the value of the correcting fluid flow at each time point (for each value of the angle of rotation of the drive shaft of the pump) has not been established.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому устройству для осуществления способа является взятая в качестве прототипа насосная установка, содержащая объемный насос с всасывающим и напорным каналами, устройство для компенсации пульсаций расхода насоса, выполненное в виде регулируемой многокамерной гидромашины с входной и выходной магистралями, при этом входная магистраль гидромашины соединена с напорным каналом насоса, выходная магистраль - со всасывающим каналом насоса, а приводной вал гидромашины соединен посредством синхронизирующей кинематической связи с приводным валом насоса [2] . Многокамерная гидромашина содержит по крайней мере две рабочие камеры переменного объема, выполненные с возможностью гидравлического соединения попеременно с входной и выходной магистралями гидромашины. The closest in technical essence to the claimed device for implementing the method is taken as a prototype pumping unit containing a volumetric pump with suction and pressure channels, a device for compensating for pulsations of the pump flow, made in the form of an adjustable multi-chamber hydraulic machines with input and output lines, while the input the line of the hydraulic machine is connected to the pressure channel of the pump, the output line to the suction channel of the pump, and the drive shaft of the hydraulic machine is connected by nhroniziruyuschey drive connection with the drive shaft of the pump [2]. A multi-chamber hydraulic machine contains at least two working chambers of variable volume, made with the possibility of hydraulic connection alternately with the input and output lines of the hydraulic machine.

Снабжение многокамерной гидромашины синхронизирующей кинематической связью с приводным валом насоса создает условия для согласования мгновенной величины корректирующего расхода жидкости с углом поворота и угловой скоростью вращения приводного вала насоса. Однако для рассматриваемой насосной установки не установлены параметры гидромашины, обеспечивающие решение задачи снижения пульсаций скорректированного расхода до желаемого уровня в соответствии с известным способом, в частности потребная связь между величиной мгновенного характерного объема гидромашины и текущим значением угла поворота приводного вала насоса, что затрудняет реализацию способа. Providing a multi-chamber hydraulic machine with a kinematic synchronizing connection with the drive shaft of the pump creates the conditions for matching the instantaneous value of the correcting fluid flow with the angle of rotation and the angular speed of rotation of the pump drive shaft. However, the parameters of the hydraulic machine have not been established for the pump installation in question, which provide the solution to the problem of reducing the fluctuations of the adjusted flow rate to the desired level in accordance with the known method, in particular, the required connection between the instantaneous characteristic volume of the hydraulic machine and the current value of the angle of rotation of the pump drive shaft, which complicates the implementation of the method.

Если предположить, что указанная насосная установка реализует закон изменения величины корректирующего расхода в соответствии с известным способом, то скорректированный расход, получаемый на выходе насосной установки, имеет значение на уровне мгновенного минимального расхода насоса или близком к указанному уровню, т.е. меньшее величины среднего расхода насоса. Это связано с тем, что жидкость, отбираемую из напорного канала насоса через входную магистраль гидромашины, возвращают во всасывающий канал насоса через выходную магистраль в объеме величины пульсации. В результате расход на выходе насосной установки имеет значение, меньшее потенциально возможного при прочих равных условиях. If we assume that the specified pump unit implements the law of changing the value of the corrective flow rate in accordance with the known method, then the adjusted flow rate obtained at the output of the pumping unit has a value at the instantaneous minimum flow rate of the pump or close to the specified level, i.e. lower average pump flow rates. This is due to the fact that the liquid taken from the pressure channel of the pump through the inlet line of the hydraulic machine is returned to the suction channel of the pump through the outlet line in the amount of ripple. As a result, the flow rate at the outlet of the pump unit has a value less than the potential possible, all other things being equal.

Кроме того, известная установка не содержит средств для автоматического согласования параметров многокамерной гидромашины с изменениями характерного объема регулируемого насоса несмотря на то, что она выполнена регулируемой. Это приводит к необходимости вручную производить регулировку гидромашины в соответствии с изменениями характерного объема насоса, что может привести к нерациональному использованию гидромашины и в конечном итоге к повышению уровня пульсаций расхода при изменении характерного объема насоса, снижая эффективность применения данной установки в целом. In addition, the known installation does not contain means for automatically coordinating the parameters of a multi-chamber hydraulic machine with changes in the characteristic volume of an adjustable pump, despite the fact that it is made adjustable. This leads to the need to manually adjust the hydraulic machine in accordance with changes in the characteristic volume of the pump, which can lead to irrational use of the hydraulic machine and ultimately to an increase in the level of flow pulsations when the characteristic volume of the pump changes, reducing the efficiency of this unit as a whole.

Основной технической задачей, решаемой группой изобретений, является создание способа компенсации пульсаций расхода как регулируемого, так и нерегулируемого объемного насоса, характеризующегося увеличением расхода насоса по сравнению с прототипом до максимального уровня, обеспечиваемого параметрами насоса, за счет того, что жидкость отбирают из всасывающего канала насоса и направляют в напорный канал, а величину корректирующего расхода в каждый момент времени формируют с допустимой погрешностью, равной разности между расчетными величинами максимального и текущего мгновенных расходов насоса, что дополнительно повышает универсальность способа благодаря возможности его применения не только для многокамерных, но и для одно- и двухкамерных насосов. The main technical problem solved by the group of inventions is the creation of a method of compensating for flow pulsations of both an adjustable and an unregulated volumetric pump, characterized by an increase in the pump flow compared to the prototype to the maximum level provided by the pump parameters, due to the fact that the liquid is taken from the pump suction channel and sent to the pressure channel, and the value of the corrective flow rate at each time point is formed with an allowable error equal to the difference between the calculated values Ichin maximum and current instantaneous pump flow, which further increases the versatility of the method due to the possibility of its use not only for multi but for the one- and two-compartment pumps.

Следующей основной технической задачей группы изобретений является создание устройства для реализации способа, обеспечивающего реализацию закона изменения величины корректирующего расхода в соответствии со способом. The next main technical task of the group of inventions is to create a device for implementing the method, ensuring the implementation of the law of changing the magnitude of the corrective flow rate in accordance with the method.

Задачей изобретения, относящегося к устройству, является также создание устройства для реализации способа, обеспечивающего автоматическое согласование параметров устройства для компенсации пульсаций расхода с текущим значением характерного объема регулируемого насоса, что позволяет получить одинаково низкий уровень пульсаций скорректированного расхода при любом режиме работы регулируемого насоса и соответственно повышает эффективность применения способа и универсальность устройства. The invention related to the device is also to provide a device for implementing a method that automatically matches the parameters of the device to compensate for flow pulsations with the current value of the characteristic volume of the adjustable pump, which allows to obtain an equally low level of fluctuations in the corrected flow rate for any operation of the adjustable pump and, accordingly, increases the effectiveness of the method and the versatility of the device.

Для решения поставленной задачи в известном способе компенсации пульсаций расхода объемного насоса, включающем корректирование расхода насоса путем формирования пульсирующего потока жидкости, создаваемого за счет использования энергии внешнего источника периодическим отбором жидкости из канала насоса и направлением ее в канал, при этом величину корректирующего расхода жидкости в каждый момент времени принудительного задают как функцию текущих значений угла поворота и угловой скорости вращения приводного вала насоса, согласно изобретению, жидкость отбирают из всасывающего канала насоса и направляют в напорный канал, а величину корректирующего расхода в каждый момент времени формируют с допустимой погрешностью, равной разности между расчетными величинами максимального и текущего мгновенных расходов насоса, в соответствии с формулой

(1)
где
Q_к - величина корректирующего расхода жидкости;
Q_макс - расчетная величина максимального мгновенного расхода насоса;
Q_мг - расчетная величина текущего мгновенного расхода насоса;
εQ - максимальное допустимое отличие по абсолютной величине расчетного значения текущего мгновенного расхода скорректированного потока в канале насоса от расчетной величины максимального мгновенного расхода насоса;
ω - текущее значение угловой скорости вращения приводного вала насоса;
q_макс - коэффициент пропорциональности расчетной величины идеального максимального мгновенного расхода насоса значению угловой скорости вращения приводного вала насоса (максимальный мгновенный характерный объем насоса);
φ - текущее значение угла поворота приводного вала насоса;
q_мг(φ) - коэффициент пропорциональности расчетной величины идеального мгновенного расхода насоса при текущем значении угла поворота φ приводного вала насоса значению угловой скорости вращения приводного вала насоса (текущий мгновенный характерный объем насоса);
η_о.н - объемный КПД насоса.To solve the problem in the known method of compensating for flow pulsations of a volumetric pump, which includes adjusting the pump flow rate by generating a pulsating fluid flow generated by using external source energy by periodically taking fluid from the pump channel and directing it into the channel, the value of the correcting fluid flow to each the forced time is set as a function of the current values of the rotation angle and the angular velocity of rotation of the pump drive shaft, according to Retenu, liquid is withdrawn from the suction duct of the pump and is directed into the pressure channel and the flow rate correction value at each time is formed with an acceptable error equal to the difference between the calculated values and the current maximum instantaneous pump flow, in accordance with the formula

(1)
Where
Q _to - the value of the correcting fluid flow;
Q _max - the calculated value of the maximum instantaneous flow rate of the pump;
Q _mg is the calculated value of the current instantaneous flow rate of the pump;
εQ is the maximum allowable difference in the absolute value of the calculated value of the current instantaneous flow rate of the corrected flow in the pump channel from the calculated value of the maximum instantaneous flow rate of the pump;
ω is the current value of the angular velocity of rotation of the drive shaft of the pump;
q _max is the coefficient of proportionality of the calculated value of the ideal maximum instantaneous flow rate of the pump to the value of the angular velocity of rotation of the pump drive shaft (maximum instantaneous characteristic pump volume);
φ is the current value of the angle of rotation of the drive shaft of the pump;
q _mg (φ) is the coefficient of proportionality of the calculated value of the ideal instantaneous flow rate of the pump at the current value of the rotation angle φ of the pump drive shaft to the value of the angular velocity of rotation of the pump drive shaft (current instantaneous characteristic pump volume);
η _о.н - volumetric efficiency of the pump.

В соответствии с изобретением, относящимся к устройству для реализации способа, в известной насосной установке, содержащей объемный насос с всасывающим и напорным каналами, устройство для компенсации пульсаций расхода насоса, выполненное в виде гидромашины с входной и выходной магистралями, содержащей по крайней мере две рабочие камеры переменного объема, выполненные с возможностью гидравлического соединения попеременно с входной и выходной магистралями, приводной вал которой снабжен синхронизирующей связью с приводным валом насоса, согласно изобретению, входная магистраль гидромашины соединена со всасывающим каналом насоса, а выходная магистраль - с напорным, и мгновенный характерный объем гидромашины для каждого угла поворота приводного вала насоса определяется на основании выражения
q_гм(φ) = {[q_макс-q_мг(φ)]η_о.н± δ}/(i_c.cη_o.г), (2)
где
q_гм(φ) - коэффициент пропорциональности расчетной величины идеального мгновенного расхода гидромашины при текущем значении угла поворота φ приводного вала насоса значению угловой скорости вращения приводного вала гидромашины (мгновенный характерный объем гидромашины);
δ - коэффициент пропорциональности максимально допустимого отличия по абсолютной величине расчетного значения текущего мгновенного расхода скорректированного потока в канале насоса от расчетной величины максимального мгновенного расхода насоса значению угловой скорости вращения приводного вала насоса;
i_с.с - передаточное отношение синхронизирующей связи, представляющее собой отношение угловой скорости вращения приводного вала гидромашины к угловой скорости вращения приводного вала насоса;
η_о.г - объемный КПД гидромашины.In accordance with the invention, related to a device for implementing the method, in a known pump installation comprising a volumetric pump with suction and pressure channels, a device for compensating for pump flow pulsations made in the form of a hydraulic machine with inlet and outlet lines containing at least two working chambers variable volume, made with the possibility of hydraulic connection alternately with the input and output lines, the drive shaft of which is equipped with a synchronizing connection with the drive shaft of the pump , according to the invention, the input line of the hydraulic machine is connected to the suction channel of the pump, and the output line is connected to the pressure line, and the instantaneous characteristic volume of the hydraulic machine for each angle of rotation of the pump drive shaft is determined based on the expression
q _gm (φ) = {[q _max -q _mg (φ)] η _о.н ± δ} / (i _cc η _o.г ), (2)
Where
q _gm (φ) is the coefficient of proportionality of the calculated value of the ideal instantaneous flow rate of the hydraulic machine at the current value of the angle of rotation φ of the pump drive shaft to the value of the angular velocity of rotation of the drive shaft of the hydraulic machine (instantaneous characteristic volume of the hydraulic machine);
δ is the coefficient of proportionality of the maximum allowable difference in absolute value of the calculated value of the current instantaneous flow rate of the corrected flow in the pump channel from the calculated value of the maximum instantaneous flow rate of the pump to the value of the angular velocity of rotation of the pump drive shaft;
i _s.s - the gear ratio of the synchronizing connection, which is the ratio of the angular velocity of rotation of the drive shaft of the hydraulic machine to the angular velocity of rotation of the drive shaft of the pump;
η _about.g - volumetric efficiency of the hydraulic machine.

В частных случаях исполнения поставленная техническая задача достигается за счет следующих признаков устройства. In special cases of execution the technical task is achieved due to the following features of the device.

Согласно изобретению регулирующий орган гидромашины связан с регулирующим органом насоса с обеспечением пропорциональности их перемещений. According to the invention, the regulatory body of the hydraulic machine is connected with the regulatory body of the pump to ensure proportionality of their movements.

Согласно изобретению регулирующий орган гидромашины связан с регулирующим органом насоса кинематически. According to the invention, the regulator of the hydraulic machine is kinematically coupled to the regulator of the pump.

Согласно изобретению регулирующий орган гидромашины связан с регулирующим органом насоса посредством сельсинов. According to the invention, the regulator of the hydraulic machine is connected to the regulator of the pump via selsins.

Согласно изобретению регулирующий орган гидромашины связан с регулирующим органом насоса посредством электрогидравлического устройства. According to the invention, the regulator of the hydraulic machine is connected to the regulator of the pump by means of an electro-hydraulic device.

Согласно изобретению связь приводного вала гидромашины с приводным валом насоса выполнена размыкаемой. According to the invention, the connection of the drive shaft of the hydraulic machine with the drive shaft of the pump is made open.

Согласно изобретению в гидравлических соединениях между входной магистралью гидромашины и всасывающим каналом насоса и выходной магистралью гидромашины и напорным каналом насоса установлены краны. According to the invention, taps are installed in the hydraulic connections between the inlet line of the hydraulic machine and the suction channel of the pump and the outlet line of the hydraulic machine and the pressure channel of the pump.

Формирование величины корректирующего расхода жидкости в каждый момент времени с допустимой погрешностью, равной разности между расчетными величинами максимального и текущего мгновенных расходов насоса, в соответствии с формулой (1) при условии, что жидкость отбирают из всасывающего канала насоса и направляют в напорный канал, обеспечивает увеличение скорректированного расхода насоса по сравнению с прототипом до максимального уровня, определяемого при прочих равных условиях параметрами насоса, а именно до величины максимального мгновенного расхода насоса, с погрешностью, не превышающей наперед заданную допустимую величину, при снижении пульсаций скорректированного расхода до уровня указанной погрешности. Для каждого из каналов насоса (всасывающего и напорного) величина скорректированного мгновенного расхода Q_мгск (соответственно: расхода жидкости, забираемой из гидробака, и расхода жидкости, подаваемой в гидросистему) по отдельности равна;

.The formation of the value of the correcting fluid flow at each moment of time with an allowable error equal to the difference between the calculated values of the maximum and current instantaneous flow rates of the pump, in accordance with formula (1), provided that the fluid is taken from the suction channel of the pump and sent to the pressure channel, provides an increase adjusted flow rate of the pump compared to the prototype to a maximum level determined, ceteris paribus, the parameters of the pump, namely, to the value of maximum mg venous flow pump, with an error not exceeding the preassigned permissible value, while reducing the flow rate adjusted to the level of said ripple error. For each of the pump channels (suction and pressure), the value of the adjusted instantaneous flow rate Q _mgsk (respectively: the flow rate of the fluid taken from the hydraulic tank and the flow rate of the fluid supplied to the hydraulic system) is individually equal;

.

Очевидно, что в случае εQ = 0 , т.е. при формировании величины корректирующего расхода жидкости, в каждый момент времени, равный разности между расчетными величинами максимального и текущего мгновенных расходов в соответствующем канале насоса, в каждом из каналов насоса достигается практически полное отсутствие пульсаций скорректированного расхода. Obviously, in the case εQ = 0, i.e. when forming the value of the correcting fluid flow rate, at each moment of time equal to the difference between the calculated values of the maximum and current instantaneous flow rates in the corresponding pump channel, almost complete absence of fluctuations in the corrected flow rate is achieved in each pump channel.

В соответствии с формулой (1) расчетные величины максимального и текущего мгновенных расходов насоса определяются через коэффициенты пропорциональности их идеальных значений (равные соответственно максимальному и текущему мгновенным характерным объемам насоса) величине угловой скорости вращения приводного вала насоса, умноженные на величину объемного КПД насоса и угловую скорость вращения его приводного вала. Упомянутые коэффициенты пропорциональности идеальных значений максимального и текущего мгновенных расходов насоса величине угловой скорости вращения приводного вала насоса в совокупности с объемным КПД насоса определяются конструктивными параметрами насоса и (при допущении о постоянстве объемного КПД насоса) не зависят от текущего значения угловой скорости вращения его приводного вала. Величина разности максимального и текущего мгновенных характерных объемов насоса, которой при фиксированной частоте вращения приводного вала насоса с учетом объемного КПД пропорционально изменение текущего значения расхода насоса [см. формулу (1)], а именно: пропорциональна абсолютная величина пульсационной составляющей расхода насоса относительно максимального мгновенного значения расхода насоса, - может быть заложена при проектировании в конструктивные параметры устройства для осуществления способа с целью обеспечения формирования для каждого из каналов насоса корректирующего расхода, адекватного абсолютной величине пульсационной составляющей расхода насоса в этом канале относительно максимального мгновенного расхода насоса. In accordance with formula (1), the calculated values of the maximum and current instantaneous flow rates of the pump are determined through the proportionality coefficients of their ideal values (equal respectively to the maximum and current instantaneous characteristic pump volumes) to the value of the angular velocity of rotation of the pump drive shaft, multiplied by the volumetric efficiency of the pump and the angular velocity rotation of its drive shaft. The mentioned proportionality coefficients of ideal values of the maximum and current instantaneous flow rates of the pump to the value of the angular velocity of rotation of the pump drive shaft in combination with the volumetric efficiency of the pump are determined by the design parameters of the pump and (assuming that the volumetric efficiency of the pump is constant) are independent of the current value of the angular velocity of rotation of its drive shaft. The magnitude of the difference between the maximum and current instantaneous characteristic pump volumes, which at a fixed speed of the pump drive shaft, taking into account the volumetric efficiency, is proportional to the change in the current value of the pump flow [see formula (1)], namely: the absolute value of the pulsating component of the pump flow rate is proportional to the maximum instantaneous pump flow rate, can be incorporated into the design parameters of the device to implement the method in order to ensure that for each channel of the pump there is a correcting flow rate that is adequate to the absolute the value of the pulsating component of the pump flow in this channel relative to the maximum instantaneous flow of the pump.

При использовании предлагаемого способа становится возможным повышение равномерности потока жидкости не только для многокамерных, но и для двухкамерных и даже однокамерных насосов (для которых величина минимального мгновенного расхода равна нулю), поскольку для снижения уровня пульсаций расхода согласно данному способу (в отличие от прототипа) не требуется снижения скорректированного расхода насоса до величины минимального мгновенного расхода насоса. Это повышает универсальность способа и расширяет область его применения. When using the proposed method, it becomes possible to increase the uniformity of the fluid flow not only for multi-chamber, but also for two-chamber and even single-chamber pumps (for which the minimum instantaneous flow rate is zero), since to reduce the level of flow pulsations according to this method (unlike the prototype) it is necessary to reduce the corrected pump flow rate to the minimum instantaneous pump flow rate. This increases the versatility of the method and expands the scope of its application.

Реализация закона изменения величины корректирующего расхода в соответствии с изобретением становится возможной за счет использования в насосной установке для осуществления способа соединения входной магистрали гидромашины устройства для компенсации пульсаций расхода со всасывающим каналом насоса, а выходной магистрали - с напорным каналом насоса при обеспечении согласования параметров корректирующего расхода жидкости (с допустимой погрешностью) с текущим значением разности между расчетными величинами максимального и текущего мгновенных расходов насоса в каждом из каналов насоса, что достигается выбором мгновенного характерного объема гидромашины в функции угла поворота приводного вала насоса по отношению к каждому из каналов насоса в соответствии с выражением (2). Выражение (2) является результатом математического преобразования формулы (1) и получается в результате деления последней на величину произведения (ωi_ccη_ог) с учетом того, что
δ = εQ/ω,
а корректирующий расход Q_к представляет собой произведение величины мгновенного характерного объема q_гм(φ) гидромашины на величину текущего значения угловой скорости вращения ω_гм ее приводного вала и объемный КПД η_о.г гидромашины.The implementation of the law of changing the value of the corrective flow rate in accordance with the invention becomes possible due to the use in the pump installation for implementing the method of connecting the input line of the hydraulic machine of the device to compensate for flow pulsations with the suction channel of the pump, and the output line - with the pressure channel of the pump while ensuring matching parameters of the corrective fluid flow (with an allowable error) with the current value of the difference between the calculated values of the maximum and current m the total pump flow in each pump channel, which is achieved by choosing the instantaneous characteristic volume of the hydraulic machine as a function of the angle of rotation of the pump drive shaft with respect to each pump channel in accordance with expression (2). Expression (2) is the result of a mathematical transformation of formula (1) and is obtained by dividing the latter by the value of the product (ωi _cc η _og ) taking into account that
δ = εQ / ω,
and the correcting flow rate Q _k is the product of the instantaneous characteristic volume q _gm (φ) of the hydraulic machine by the value of the current value of the angular rotation speed ω _{gm of} its drive shaft and the volumetric efficiency η _{оg of the} hydraulic machine.

Q_к= q_гм(φ)ω_гмη_о.г,
и величина ω_гм текущей угловой скорости вращения приводного вала гидромашины связана с текущим значением ω угловой скорости вращения приводного вала насоса соотношением
ω_гм= ωi_c.c.
Таким образом, при выборе величины мгновенного характерного объема гидромашины в соответствии с выражением (2) автоматически выполняется равенство (1) и величина корректирующего расхода жидкости в каждый момент времени по модулю формируется равной (с допустимой погрешностью) расчетной величине пульсационной составляющей расхода насоса относительно максимального мгновенного расхода насоса. В результате величина скорректированного расхода жидкости в канале насосной установки получается на уровне расчетного максимального мгновенного расхода насоса при одновременном снижении пульсаций расхода (или их практически полном исключении) и появляется возможность применения способа для объемных насосов с любым количеством рабочих камер.Q _k = q _gm (φ) ω _gm η _o.g ,
and the value ω _{gm of the} current angular speed of rotation of the drive shaft of the hydraulic machine is related to the current value ω of the angular speed of rotation of the drive shaft of the pump by the ratio
ω _gm = ωi _cc .
Thus, when choosing the instantaneous characteristic volume of the hydraulic machine in accordance with expression (2), equality (1) is automatically satisfied and the value of the correcting fluid flow at each instant of time is modulo formed equal to (with an allowable error) the calculated value of the pulsating component of the pump flow relative to the maximum instantaneous pump flow rate. As a result, the corrected fluid flow rate in the channel of the pumping unit is obtained at the level of the calculated maximum instantaneous flow rate of the pump while reducing flow pulsations (or their almost complete exclusion) and it becomes possible to use the method for volumetric pumps with any number of working chambers.

Реализация изменения величины мгновенного характерного объема гидромашины устройства для компенсации пульсаций расхода насоса в функции угла поворота приводного вала насоса в соответствии с выражением (2) обеспечивается, например, при использовании гидромашины поршневого типа с кулачковым приводом поршней за счет соответствующей профилировки кулачка. Здесь следует отметить, что законы изменения мгновенных расходов жидкости во всасывающем и напорном каналах объемного насоса, обусловленные несовершенством кинематики качающего узла насоса, в функции угла поворота вала насоса, как правило, идентичны и отличаются лишь тем, что сдвинуты по фазе на угол, зависящий от количества рабочих камер насоса и кратности их действия. В силу этого при компенсации посредством предлагаемого устройства пульсаций расхода, обусловленных несовершенством кинематики качающего узла насоса, в напорном канале насоса автоматически обеспечивается компенсация аналогичных пульсаций во всасывающем канале насоса и наоборот. The change in the instantaneous characteristic volume of the hydraulic machine device to compensate for pulsations of the pump flow as a function of the angle of rotation of the pump drive shaft in accordance with expression (2) is provided, for example, when using a piston-type hydraulic machine with a cam piston drive due to the corresponding cam profiling. It should be noted that the laws of change in the instantaneous fluid flow rates in the suction and pressure channels of the volumetric pump, due to the imperfection of the kinematics of the pumping pump assembly, as a function of the angle of rotation of the pump shaft, are usually identical and differ only in that they are phase-shifted by an angle depending on the number of working chambers of the pump and the frequency of their action. Because of this, when compensating by the proposed device for flow pulsations caused by imperfections in the kinematics of the pumping pump assembly, compensation for similar pulsations in the pump suction channel and vice versa is automatically provided in the pressure channel of the pump.

Выполнение связи регулирующего органа гидромашины с регулирующим органом насоса с обеспечением пропорциональности их перемещений обеспечивает автоматическое согласование текущего диапазона изменения мгновенного характерного объема гидромашины устройства для компенсации пульсаций расхода насоса с текущим диапазоном изменения мгновенного характерного объема регулируемого насоса (с текущим положением регулирующего органа насоса), что позволяет получить одинаково низкий уровень пульсаций скорректированного расхода при любом режиме работы регулируемого насоса и соответственно повышает эффективность применения способа и универсальность устройства. При этом регулирующий орган гидромашины может быть связан с регулирующим органом насоса: кинематически, посредством сельсинов, посредством электрогидравлического устройства. Communication of the regulating body of the hydraulic machine with the regulating body of the pump with the proportionality of their movements ensures automatic coordination of the current range of changes in the instantaneous characteristic volume of the hydraulic machine of the device to compensate for fluctuations in the flow rate of the pump with the current range of changes in the instantaneous characteristic volume of the regulated pump (with the current position of the regulating body of the pump), which allows get an equally low level of ripple corrected flow rate for any mode IU operation of the adjustable pump and, accordingly, increases the effectiveness of the method and the versatility of the device. In this case, the regulatory body of the hydraulic machine can be connected with the regulatory body of the pump: kinematically, by means of selsyn, by means of an electro-hydraulic device.

Выполнение связи приводного вала гидромашины с приводным валом насоса размыкаемой делает возможной эксплуатацию насосной установки без компенсации пульсаций расхода (при разомкнутой связи приводных валов насоса и гидромашины приводной вал последней должен жестко соединяться с неподвижной корпусной деталью для исключения перетекания рабочей жидкости из напорного канала насоса во всасывающий в результате работы гидромашины в режиме гидромотора). Communication of the drive shaft of the hydraulic machine with the drive shaft of the pump openable makes it possible to operate the pump unit without compensating for flow pulsations (when the drive shafts of the pump and the hydraulic machine are open, the drive shaft of the latter must be rigidly connected to the stationary casing part to prevent the fluid from flowing from the pump pressure channel to the suction in as a result of the operation of the hydraulic machine in the hydraulic motor mode).

Установка в гидравлических соединениях между входной магистралью гидромашины и всасывающим каналом насоса и выходной магистралью гидромашины и напорным каналом насоса кранов позволяет отключать (при разомкнутой связи приводного вала гидромашины с приводным валом насоса) рабочие камеры гидромашины от каналов насоса, повышая тем самым гидравлическую жесткость соответствующих участков гидросистемы. Указанное техническое решение в совокупности с выполнением связи приводного вала гидромашины с приводным валом насоса размыкаемой делает возможной эксплуатацию насосной установки при вышедшем из строя устройстве для компенсации пульсаций расхода, которое путем размыкания связи приводных валов гидромашины и насоса и перекрытия кранов изолируется от насоса без проведения каких-либо дополнительных монтажных работ. Installation in hydraulic couplings between the input line of the hydraulic machine and the suction channel of the pump and the output line of the hydraulic pump and the pressure channel of the pump cranes allows you to disconnect (when the drive shaft of the hydraulic machine is connected to the drive shaft of the pump) the working chambers of the hydraulic machine from the pump channels, thereby increasing the hydraulic stiffness of the corresponding sections of the hydraulic system . The specified technical solution, together with the connection of the drive shaft of the hydraulic machine with the drive shaft of the pump openable, makes it possible to operate the pump unit with a failed device for compensating flow pulsations, which by isolating the connection of the drive shafts of the hydraulic machine and the pump and shutting off the taps is isolated from the pump or additional installation work.

Таким образом, насосная установка обеспечивает реализацию потребного закона изменения корректирующего расхода жидкости во всех частных случаях исполнения способа и связана с ним единым изобретательским замыслом. Thus, the pumping unit ensures the implementation of the required law of changing the correcting fluid flow in all particular cases of the method and is associated with it by a single inventive concept.

На чертеже представлена схема насосной установки. The drawing shows a diagram of a pumping unit.

Способ компенсации пульсаций расхода объемного насоса включает следующую последовательность операций: корректирование расхода насоса путем формирования пульсирующего потока жидкости, создаваемого за счет использования энергии внешнего источника периодическим отбором жидкости из канала насоса и направлением ее в канал, при этом жидкость отбирают из всасывающего канала насоса и направляют в напорный канал, а величину корректирующего расхода жидкости в каждый момент времени формируют с допустимой погрешностью, равной разности между расчетными величинами максимального и текущего мгновенных расходов насоса. A method of compensating for flow pulsations of a volumetric pump includes the following sequence of operations: adjusting the pump flow rate by generating a pulsating fluid flow created by using external source energy by periodically taking the fluid from the pump channel and directing it into the channel, while the liquid is taken from the suction channel of the pump and sent to pressure channel, and the value of the correcting fluid flow at each moment of time is formed with an allowable error equal to the difference between calculated values of the maximum and current instantaneous flow rates of the pump.

Насосная установка для осуществления способа содержит объемный насос 1 с всасывающим и напорным каналами 2, 3, устройство 4 для компенсации пульсаций расхода насоса 1, выполненное в виде гидромашины 5 с входной и выходной магистралями 6, 7, содержащей по крайней мере две рабочие камеры переменного объема, выполненные с возможностью гидравлического соединения попеременно с входной и выходной магистралями 6, 7, приводной вал 8 которой снабжен синхронизирующей связью 9, имеющей постоянное передаточное отношение (выполненной, например, в виде зубчатой передачи), с приводным валом 10 насоса 1. The pump installation for implementing the method comprises a volumetric pump 1 with suction and pressure channels 2, 3, a device 4 for compensating for pulsations of the flow rate of pump 1, made in the form of a hydraulic machine 5 with input and output lines 6, 7, containing at least two working chambers of variable volume made with the possibility of hydraulic connection alternately with the input and output lines 6, 7, the drive shaft 8 of which is equipped with a synchronizing connection 9 having a constant gear ratio (made, for example, in the form of a cog transmission), with drive shaft 10 of pump 1.

Регулирующий орган 11 гидромашины 5 кинематически связан с регулирующим органом 12 насоса 1 посредством рычага 13 с обеспечением пропорциональности перемещения регулирующего органа 11 гидромашины 5 перемещению регулирующего органа 12 насоса 1. Регулирующий орган 11 гидромашины 5 может быть связан с регулирующим органом 12 насоса 1 также посредством сельсинов или электрогидравлического устройства (не показано). The regulator 11 of the hydraulic machine 5 is kinematically connected with the regulator 12 of the pump 1 by means of the lever 13, so that the movement of the regulator 11 of the hydromachine 5 is proportional to the movement of the regulator 12 of the pump 1. The regulator 11 of the hydromachine 5 can also be connected to the regulator 12 of the pump 1 either an electrohydraulic device (not shown).

Величина мгновенного характерного объема гидромашины 5 по отношению к каждому из каналов 2, 3 насоса 1 для каждого из углов поворота приводного вала 10 насоса 1 и для всех возможных положений регулирующего органа 12 насоса 1 удовлетворяет выражению (2). The instantaneous characteristic volume of the hydraulic machine 5 with respect to each of the channels 2, 3 of the pump 1 for each of the rotation angles of the drive shaft 10 of the pump 1 and for all possible positions of the regulating body 12 of the pump 1 satisfies the expression (2).

Связь приводного вала 8 гидромашины 5 с приводным валом 10 насоса 1 выполнена размыкаемой, например, посредством соединительной муфты, входящей в состав зубчатой синхронизирующей связи 9 (не показано). The connection of the drive shaft 8 of the hydraulic machine 5 with the drive shaft 10 of the pump 1 is made open, for example, by means of a coupling included in the gear synchronizing connection 9 (not shown).

В гидравлическом соединении входной магистрали 6 гидромашины 5 с всасывающим каналом 2 насоса 1 установлен кран 14, а в гидравлическом соединении выходной магистрали 7 гидромашины 5 с напорным каналом 3 насоса 1 установлен кран 15. A valve 14 is installed in the hydraulic connection of the input line 6 of the hydraulic machine 5 with the suction channel 2 of the pump 1, and a valve 15 is installed in the hydraulic connection of the output line 7 of the hydraulic machine 5 with the pressure channel 3 of the pump 1.

Способ компенсации пульсаций расхода при работе насосной установки реализуется следующим образом. A method of compensating flow pulsations during operation of a pumping unit is implemented as follows.

При работе насоса 1 на участках от места подключения к всасывающему каналу 2 насоса 1 входной магистрали 6 гидромашины 5 устройства 4 до рабочих камер насоса 1, находящихся в фазе всасывания (не показаны), и от рабочих камер насоса 1, находящихся в фазе нагнетания (не показаны), до места подключения к напорному каналу 3 насоса 1 выходной магистрали 7 гидромашины 5 имеют место подобные пульсации расхода относительно его максимального мгновенного значения, обусловленные несовершенством кинематики качающего узла насоса 1. Синхронно с изменением объема рабочих камер насоса 1 (и соответственно мгновенного характерного объема насоса 1), благодаря наличию синхронизирующей связи 9 между приводным валом 8 гидромашины 5 и приводным валом 10 насоса 1, изменяется объем соответствующих рабочих камер гидромашины 5 (и соответственно мгновенный характерный объем гидромашины 5). Величина мгновенного характерного объема гидромашины 5 по отношению к каждому из каналов 2, 3 насоса 1 для каждого из углов поворота приводного вала 10 насоса 1 и для всех возможных положений регулирующего органа 12 насоса 1 изменяется в соответствии с выражением (2). В силу этого во входном и выходном каналах 6, 7 гидромашины 5 формируется пульсирующий поток жидкости с корректирующим расходом, величина которого по отношению соответственно к всасывающему и напорному каналам 2, 3 насоса 1 в каждый момент времени (при каждом угле поворота приводного вала 10 насоса 1) с допустимой погрешностью равна разности между расчетными величинами максимального и текущего мгновенных расходов насоса 1 в соответствии с формулой (1). В результате на участке всасывающего канала 2 насоса 1 до места присоединения к нему входной магистрали 6 гидромашины 5 устройства 4 (т.е. на входе насосной установки) и на участке напорного канала 3 насоса 1 после места присоединения к нему выходного канала 7 гидромашины 5 (т.е. на выходе насосной установки) достигается снижение пульсаций расхода жидкости, обусловленных несовершенством кинематики качающего узла насоса 1, до заданного допустимого уровня (возможно практически полное исключение этих пульсаций) при обеспечении величины скорректированного расхода насосной установки на уровне максимального мгновенного расхода насоса 1. When the pump 1 is operating in areas from the point of connection to the suction channel 2 of the pump 1 of the input line 6 of the hydraulic machine 5 of the device 4 to the working chambers of the pump 1, which are in the suction phase (not shown), and from the working chambers of the pump 1, which are in the discharge phase (not shown), until the connection to the pressure channel 3 of the pump 1 of the output line 7 of the hydraulic machine 5, there are similar flow pulsations relative to its maximum instantaneous value, due to imperfect kinematics of the pumping pump assembly 1. Synchronously with the change in volume the volume of the working chambers of the pump 1 (and, accordingly, the instantaneous characteristic volume of the pump 1), due to the presence of a synchronizing connection 9 between the drive shaft 8 of the hydraulic machine 5 and the drive shaft 10 of the pump 1, the volume of the corresponding working chambers of the hydraulic machine 5 changes (and, accordingly, the instantaneous characteristic volume of the hydraulic machine 5). The value of the instantaneous characteristic volume of the hydraulic machine 5 with respect to each of the channels 2, 3 of the pump 1 for each of the rotation angles of the drive shaft 10 of the pump 1 and for all possible positions of the regulatory body 12 of the pump 1 changes in accordance with the expression (2). Due to this, a pulsating fluid flow with a correcting flow rate is formed in the inlet and outlet channels 6, 7 of the hydraulic machine 5, the value of which is relative to the suction and pressure channels 2, 3 of pump 1, respectively, at each moment of time (for each angle of rotation of the drive shaft 10 of pump 1 ) with a margin of error is equal to the difference between the calculated values of the maximum and current instantaneous flow rates of pump 1 in accordance with formula (1). As a result, in the area of the suction channel 2 of the pump 1 to the point of connection to the input line 6 of the hydraulic machine 5 of the device 4 (i.e., at the inlet of the pumping unit) and in the area of the pressure channel 3 of the pump 1 after the point of connection of the output channel 7 of the hydraulic machine 5 ( i.e., at the output of the pump installation), pulsation of fluid flow due to imperfect kinematics of the pumping unit pump 1 is reduced to a predetermined allowable level (almost complete exclusion of these pulsations is possible) while ensuring a correction value pump flow rate at the maximum instantaneous flow rate of the pump 1.

Таким образом, заявляемая группа изобретений обеспечивает снижение пульсаций расхода насосной установки до приемлемого уровня или практически полное их исключение при увеличении расхода насосной установки по сравнению с прототипом до максимального значения, обеспечиваемого параметрами насоса (до уровня максимального мгновенного расхода насоса). Кроме того, при реализации способа предусмотрено автоматическое согласование режима работы устройства для компенсации пульсаций расхода с текущим значением мгновенного характерного объема регулируемого насоса (с текущим положением регулирующего органа насоса), что позволяет получить одинаково низкий уровень пульсаций расхода насосной установки при любом режиме работы регулируемого насоса и соответственно повышает эффективность применения способа и универсальность устройства для его осуществления. Применение изобретений возможно для компенсации пульсаций расхода одновременно во всасывающем и в напорном каналах одно-, двух- и многокамерных регулируемых и нерегулируемых объемных насосов. Thus, the claimed group of inventions provides a reduction in pulsations of the flow rate of the pumping unit to an acceptable level or their almost complete elimination with an increase in the flow rate of the pumping unit compared to the prototype to the maximum value provided by the pump parameters (to the level of the maximum instantaneous flow rate of the pump). In addition, when implementing the method, automatic adjustment of the operating mode of the device for compensating flow pulsations with the current value of the instantaneous characteristic volume of the adjustable pump (with the current position of the pump regulator) is provided, which allows to obtain an equally low level of flow pulsations of the pump installation in any operating mode of the adjustable pump and accordingly, increases the efficiency of the method and the versatility of the device for its implementation. The application of the inventions is possible to compensate for flow pulsations simultaneously in the suction and pressure channels of one-, two- and multi-chamber adjustable and unregulated volumetric pumps.

Claims

1. A method of compensating for flow rate pulsations of a volumetric pump, including adjusting the flow rate of the pump by generating a pulsating fluid flow created by using the energy of an external source, periodically taking fluid from the pump channel and directing it into the channel, while the value of the correcting fluid flow at each time moment is forced set as a function of the current values of the angle of rotation and the angular velocity of rotation of the drive shaft of the pump, characterized in that the liquid is taken from the suction pipe pump and direct to the pressure channel, and the value of the correcting flow rate at each moment of time is formed with an allowable error equal to the difference between the calculated values of the maximum and current instantaneous flow rates of the pump in accordance with the formula
_To Q = (Q _max -Q _{_mg) ± εQ = ω [q max} -q _mg (φ)] • η _Œ ± εQ,
where Q _to - the value of the correcting fluid flow;
Q _max - the calculated value of the maximum instantaneous flow rate of the pump;
Q _mg is the calculated value of the current instantaneous flow rate of the pump;
εQ is the maximum allowable difference in the absolute value of the calculated value of the current instantaneous flow rate of the corrected flow in the pump channel from the calculated value of the maximum instantaneous flow rate of the pump;
ω is the current value of the angular velocity of rotation of the drive shaft of the pump;
q _max is the coefficient of proportionality of the calculated value of the ideal maximum instantaneous flow rate of the pump to the value of the angular velocity of rotation of the pump drive shaft (maximum instantaneous characteristic pump volume);
φ is the current value of the angle of rotation of the drive shaft of the pump;
q _mg (φ) is the coefficient of proportionality of the calculated value of the ideal instantaneous flow rate of the pump at the current value of the rotation angle φ of the pump drive shaft to the value of the angular velocity of rotation of the pump drive shaft (current instantaneous characteristic pump volume);
η _о.н - volumetric efficiency of the pump.

2. A pump installation comprising a volumetric pump with suction and pressure channels, a device for compensating for pulsations of the pump flow rate, made in the form of a hydraulic machine with inlet and outlet lines, containing at least two working chambers of variable volume, made with the possibility of hydraulic connection alternately with the inlet and output lines, the drive shaft of which is equipped with a synchronizing connection with the drive shaft of the pump, characterized in that the input line of the hydraulic machine is connected to the suction channel wasp, and the output line - with pressure head and instantaneous characteristic volume of the hydraulic machine for each angle of rotation of the pump drive shaft is determined from the expression
q _gm (φ) = {[q _max -q _mg (φ)] η _o.n ± δ} / (i _cc η _o.g ),
where φ is the current value of the angle of rotation of the drive shaft of the pump;
q _gm (φ) is the coefficient of proportionality of the calculated value of the ideal instantaneous flow rate of the hydraulic machine at the current value of the angle of rotation φ of the pump drive shaft to the value of the angular velocity of rotation of the drive shaft of the hydraulic machine (instantaneous characteristic volume of the hydraulic machine);
g _max is the proportionality coefficient of the calculated value of the ideal maximum instantaneous flow rate of the pump to the value of the angular velocity of rotation of the pump drive shaft (maximum instantaneous characteristic pump volume);
q _mg (φ) is the coefficient of proportionality of the calculated value of the ideal instantaneous flow rate of the pump at the current value of the rotation angle φ of the pump drive shaft to the value of the angular velocity of rotation of the pump drive shaft (current instantaneous characteristic pump volume);
η _о.н - volumetric efficiency of the pump;
δ is the coefficient of proportionality of the maximum allowable difference in absolute value of the calculated value of the current instantaneous flow rate of the corrected flow in the pump channel from the calculated value of the maximum instantaneous flow rate of the pump to the value of the angular velocity of rotation of the pump drive shaft;
i _s.s - the gear ratio of the synchronizing connection, which is the ratio of the angular velocity of rotation of the drive shaft of the hydraulic machine to the angular velocity of rotation of the drive shaft of the pump;
η _about.g - volumetric efficiency of the hydraulic machine.

3. Installation according to claim 2, characterized in that the regulatory body of the hydraulic machine is connected with the regulatory body of the pump to ensure proportionality of their movements.

4. Installation according to claim 3, characterized in that the regulating organ 2 of the hydraulic machine is kinematically connected with the regulating organ of the pump.

5. Installation according to claim 3, characterized in that the regulating organ of the hydraulic machine is connected to the regulating organ of the pump by means of selsyn.

6. Installation according to claim 3, characterized in that the regulatory body of the hydraulic machine is connected to the regulatory body of the pump through an electro-hydraulic device.

7. Installation according to claims 2 to 6, characterized in that the coupling of the drive shaft of the hydraulic machine with the drive shaft of the pump is made open.

8. Installation according to claim 7, characterized in that taps are installed in the hydraulic connections between the inlet pipe of the hydraulic machine and the suction channel of the pump and the outlet pipe of the hydraulic machine and the pressure channel of the pump.