RU2482331C1 - Гидроприводной насосный агрегат - Google Patents

Гидроприводной насосный агрегат Download PDF

Info

Publication number
RU2482331C1
RU2482331C1 RU2011142962/06A RU2011142962A RU2482331C1 RU 2482331 C1 RU2482331 C1 RU 2482331C1 RU 2011142962/06 A RU2011142962/06 A RU 2011142962/06A RU 2011142962 A RU2011142962 A RU 2011142962A RU 2482331 C1 RU2482331 C1 RU 2482331C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pumping unit
distributor
working fluid
rotor
distributors
Prior art date
Application number
RU2011142962/06A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2011142962A (ru
Inventor
Валерий Анатольевич Овчинников
Анатолий Сергеевич Плотников
Original Assignee
Валерий Анатольевич Овчинников
Анатолий Сергеевич Плотников
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Валерий Анатольевич Овчинников, Анатолий Сергеевич Плотников filed Critical Валерий Анатольевич Овчинников
Priority to RU2011142962/06A priority Critical patent/RU2482331C1/ru
Publication of RU2011142962A publication Critical patent/RU2011142962A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2482331C1 publication Critical patent/RU2482331C1/ru

Links

Images

Abstract

Изобретение относится области насосостроения и в качестве насоса может найти применение в различных отраслях промышленности. Насосный агрегат включает в себя источник гидравлической энергии рабочей жидкости, два роторных распределителя: распределитель перекачиваемой среды и распределитель рабочей жидкости. Роторы обоих распределителей насажены на один вал и прикреплены к противоположным сторонам перекачивающего блока. Роторы обоих распределителей и перекачивающий блок имеют подвижность вдоль оси вала, а перекачивающий блок содержит гидроприводные и нагнетательные камеры, разделенные между собой эластичным элементом. Каждое окно питания камер соединено с соответствующим окном ротора распределителя. Статоры распределителей соединены, соответственно, с входным и напорным коллекторами перекачиваемой среды и со сливной и напорной магистралями рабочей жидкости. По крайней мере на одном из роторов у каждого окна установлен силовой гидравлический элемент, имеющий связь с этим окном и взаимодействующий в осевом направлении с ротором распределителя и с перекачивающим блоком. В агрегате энергия давления рабочей жидкости (масла) преобразуется в энергию давления перекачиваемой среды. Это направление перспективно, так как маслонасосы на порядок долговечней и компактнее плунжерных насосов и в разы дешевле. 3 ил.

Description

Изобретение относится к области насосостроения и в качестве насоса может найти применение в различных отраслях промышленности.
Известны устройства, которые преобразовывают энергию давления рабочей жидкости в энергию перекачиваемой среды. Агрегат включает в себя насос подачи рабочей жидкости, входной и напорный патрубок перекачиваемой среды и перекачивающий блок с тремя гидроприводными и нагнетательными камерами, разделенными между собой мембраной. В камерах происходит передача энергии давления рабочей жидкости перекачиваемой среде. Для управления работой гидроприводных камер используется роторный распределитель, а работа нагнетательных камер организована с помощью обратных клапанов. Ротор распределителя имеет подвод и отвод рабочей жидкости и окна низкого и высокого давления, которыми он при вращении поочередно сообщается с тремя окнами на статоре распределителя, которые, в свою очередь, сообщены с гидроприводными камерами перекачивающего блока. (RU 2123135 C1, 12.10.1998).
Недостаток агрегата заключается в использовании обратных клапанов. Обратные клапаны ограничивают производительность устройства, так как ограничивают рабочую частоту перекачивающего блока.
Другим недостатком агрегата является наличие подвода и отвода жидкости к вращающемуся элементу распределителя, что ведет к усложнению конструкции, снижению долговечности и увеличению габаритов распределителя
Известен также гидроприводной насосный агрегат, содержит источник гидравлической энергии рабочей жидкости, роторный распределитель перекачиваемой среды и роторный распределитетель рабочей жидкости. Оба ротора распределителей насажены на один вал, а статоры соединены, соответственно, с входным и напорным коллекторами перекачиваемой среды и со сливной и напорной магистралями рабочей жидкости. Роторы обоих распределителей прикреплены к противоположным сторонам перекачивающего блока и имеют вместе с ним подвижность в осевом направлении. Перекачивающий блок содержит гидроприводные и нагнетательные камеры, разделенные между собой эластичным элементом и каждая камера соединена с соответствующим окном ротора распределителя. Кроме того, для обеспечения взаимного прижатия рабочих поверхностей статора и ротора обоих распределителей окна подвода и отвода жидкости на обоих статорах размещены попарно и симметрично относительно оси вращения ротора, а каждый ротор имеет число окон, кратное шести. На рабочей поверхности одного из статоров возле каждой радиальной стороны окна высокого давления выполнено по углублению и этот статор снабжен сдвоенным гидравлическим цилиндром, который расположен по центру оси вращения ротора. Рабочий диск этого статора имеет подвижность вдоль оси вала и взаимодействует со сдвоенным гидравлическим цилиндром. Основная полость цилиндра сообщена с окном высокого давления, а вспомогательная полость сообщена с каждым углублением на рабочей поверхности статора. (RU 2008108560 A, 10.09.2009).
Последнее устройство служит прототипом изобретения.
Прототип имеет недостатки и все они обусловлены техническим решением по обеспечению усилия взаимного прижатия рабочих поверхностей статора и ротора обоих распределителей
1. Первый недостаток заключается в том, что распределители работают в условиях, при которых их рабочие поверхности большую часть времени находятся при контактном давлении, значительно большем, чем того требуют условия по оптимизации величины протечек, что ведет к их усиленному износу. Основная полость цилиндра обеспечивает постоянную составляющую усилия прижатия рабочих поверхностей статора и ротора обоих распределителей. Вспомогательная полость создает дополнительное усилие в моменты, когда очередные окна ротора находятся только в начале своего движения по окну высокого давления статора и сбрасывает это дополнительное усилие, когда они выходят из контакта с окном высокого давления и соединяются с окном низкого давления. В эти моменты разжимающее усилие скачкообразно увеличивается или уменьшается. Работа опытного агрегата показала, что вспомогательная полость сдвоенного цилиндра успевает сработать и своевременно компенсировать изменение разжимающего усилия при скорости вращения до 20 об/мин. Конструирование насосов с такой частотой вращения ротора ведет к значительному увеличению габаритов ротора. При большей частоте вращения вспомогательная полость цилиндра не успевает срабатывать и остается в состоянии динамического равновесия при каком-то осредненном давлении. Протечки становятся недопустимо большими. Для уменьшения протечек приходится увеличить усилие от основной полости цилиндра. В результате распределители работают в условиях пульсирующего контактного давления рабочих поверхностей, причем большую часть времени с контактным давлением, значительно большим, чем того требуют условия по оптимизации величины протечек. Повышенное контактное давление рабочих поверхностей ведет к их усиленному износу.
2. Рабочая поверхность каждого статора распределителя имеет не менее четырех окон и соответственно не менее четырех перемычек. При четырех перемычках диаметр рабочей поверхности будет несколько большим, чем в традиционном распределителе с двумя окнами и двумя перемычками. Увеличение диаметра рабочей поверхности увеличивает линейную скорость относительного движения рабочих поверхностей ротора и статора. В итоге усиливается износ рабочих поверхностей распределителя, то есть уменьшается ресурс агрегата.
3. Увеличение диаметра рабочих поверхностей распределителя ведет к увеличению протечек в распределителе, то есть к уменьшению объемного КПД агрегата.
4. Разделение жидкости на парные симметричные потоки у статоров распределителей приводит к усложнению конструкции подводящих каналов и к увеличению габаритов агрегата.
В предлагаемом агрегате общим с прототипом является наличие источника гидравлической энергии рабочей жидкости, двух роторных распределителей: распределителя перекачиваемой среды и распределителя рабочей жидкости. Роторы обоих распределителей насажены на один вал и прикреплены к противоположным сторонам перекачивающего блока, при этом роторы обоих распределителей и перекачивающий блок имеют подвижность вдоль оси вала, а перекачивающий блок содержит гидроприводные и нагнетательные камеры, разделенные между собой эластичным элементом и каждая камера соединена с соответствующим окном ротора распределителя. Статоры распределителей соединены, соответственно, с входным и напорным коллекторами перекачиваемой среды и со сливной и напорной магистралями рабочей жидкости.
Задача, решаемая изобретением, состоит в увеличении ресурса агрегата, в увеличении объемного КПД, в упрощении конструкции и в уменьшении габаритов агрегата.
В изобретении достигается следующий технический результат:
- Разжимающее усилие, возникающее у каждого окна ротора при его соединении с окном высокого давления статора компенсируется одновременно с его возникновением на всех рабочих оборотах вращения ротора. Аналогично и сброс усилия компенсации происходит одновременно с исчезновением разжимающего усилия возле окна ротора. В итоге распределители работают в условиях стабильного и оптимального контактного давления рабочих поверхностей с минимальным износом.
- Число перемычек на рабочей поверхности статоров уменьшается с четырех до двух. Вследствие этого уменьшается диаметр рабочих поверхностей распределителя и значит уменьшается линейная скорость их относительного движения. В итоге также снижается износ рабочих поверхностей.
- Вследствие уменьшения диаметра рабочих поверхностей уменьшаются протечки в обоих распределителях.
- Уменьшаются габариты и упрощается конструкция агрегата вследствие того, что перекачиваемая среда и рабочая жидкость у статоров не разделена на парные симметричные потоки, а имеет только по одному каналу подвода и отвода.
Технический результат достигается тем, что в известном гидроприводном насосном агрегате, содержащем источник гидравлической энергии рабочей жидкости, роторные распределители перекачиваемой среды и рабочей жидкости, роторы которых насажены на один вал и прикреплены к противоположным сторонам перекачивающего блока, при этом роторы обоих распределителей и перекачивающий блок имеют подвижность относительно оси вала, а перекачивающий блок содержит гидроприводные и нагнетательные камеры, разделенные между собой эластичным элементом и каждая камера соединена с соответствующим окном ротора распределителя, а статоры соединены, соответственно, с входным и напорным коллекторами перекачиваемой среды и со сливной и напорной магистралями рабочей жидкости, согласно изобретению по крайней мере на одном из роторов у каждого его окна установлен силовой гидравлический элемент, имеющий связь с этим окном и взаимодействующий в осевом направлении с ротором распределителя и с перекачивающим блоком.
Изобретение иллюстрируется чертежами, где:
на фиг.1 изображена гидравлическая схема предлагаемого агрегата, совмещенная с его конструкцией;
на фиг.2 изображено расположение окон статора;
на фиг.3 изображено расположение окон ротора с силовыми гидроцилиндрами.
Насосный агрегат включает в себя следующие основные узлы: насос 1 с регулируемой подачей рабочей жидкости (масла), который трубопроводом 2 напорной магистрали соединен со входом роторного распределителя 3 рабочей жидкости. Выход из распределителя 3 трубопроводом 4 сливной магистрали соединен с маслобаком 5. Во входном коллекторе 6 перекачиваемой среды встроен центробежный насос 7 подпитки, выход из которого соединен со входом роторного распределителя 8 перекачиваемой среды. Выход из распределителя 8 соединен с напорным коллектором 9 перекачиваемой среды. Роторные распределители 3 и 8 выполнены идентично и состоят из статора 10 и ротора 11. В каждом статоре 10 выполнены по два окна Р и Т, сообщающихся с трубопроводами соответственно высокого (2 и 9) и низкого (4 и 6) давления. Роторы 11 вместе с перекачивающим блоком 12 посажены на вал 13 на скользящей шпонке. Вал 13 получает вращение от привода 14. На каждом роторе 11 выполнено по девять окон 15, для сообщения окон Р или T статора 10 с камерами перекачивающего блока 12. Перекачивающий блок 12 состоит из девяти цилиндрических емкостей 16 со смежными камерами переменного объема - гидроприводными 17 и нагнетательными 18. Между собой камеры 17 и 18 разделены эластичным сильфоном 19. На подвижной стенке сильфона 19 со стороны рабочей жидкости имеется сужающийся конический выступ 20, который имеет возможность перекрывать отверстие 21 в гидроприводной камере 17. Ротор рабочей жидкости 11 имеет подвижность в осевом направлении относительно перекачивающего блока 12. Напротив каждого окна 15 ротора 11 установлен силовой гидравлический элемент, выполненный в виде гидроцилиндра 22, имеющий связь с этим окном и взаимодействующий в осевом направлении с ротором 11 и с перекачивающим блоком 12.
Производительность насоса 7 несколько больше производительности насоса 1.
Насосный агрегат работает следующим образом. Привод 14 через вал 13 вращает перекачивающий блок 12 вместе с роторами 11 распределителей 3 и 8. Насос 1 из маслобака 5 подает масло на вход распределителя 3 в полость окна Р статора 10. Полость окна Р питает поочередно движущиеся по окружности окна 15 ротора 11 и далее гидроприводные камеры 17. Из полости 17 масло аналогично сливается через окно Т статора 10 по трубопроводу 4 в маслобак 5. Такой же процесс происходит в распределителе 8 перекачиваемой среды. За один оборот каждая из емкостей 16 побывает в фазе нагнетания масла в нагнетательную полость 17 и подачи перекачиваемой среды из полости 18 в напорный коллектор 9, а также в фазе подачи перекачиваемой среды в полость 18 и вытеснения масла на слив из полости 17. Поскольку производительность насоса 7 несколько больше производительности насоса 1, то всегда в конце фазы вытеснения масла на слив клапан 20 перекроет отверстие 21. Клапан 20 имеет сужающуюся форму и перекрытие отверстия 21 происходит плавно без гидравлических ударов. В перекрытом состоянии клапан «дежурит» до очередного появления в отверстии 21 давления рабочей жидкости из полости Р распределителя 3.
Частота вращения роторов 11 установлена таким образом, что даже при максимальной производительности насоса 1 сильфон 18 при ходе вправо не сжимается больше допустимого уровня.
На рабочие поверхности дисков распределителей 3 и 8 действует разжимающая сила, определяемая площадью окон Р и Т и давленим в них. Кроме того, добавляется сила, связанная с перетоком жидкости по щели между контактными поверхностями из полостей с высоким давлением в полости с низким давлением. В период, когда окна 15 ротора 11 находятся в тени окна Р статора 10, они не оказывает влияния на величину разжимающего усилия. В момент когда очередное окно 15 ротора 11 подходит к окну Р статора 10, разжимающее усилие резко увеличивается. Аналогично, когда окно 15 соединяется с окном Т статора 10, усилие резко уменьшается. То есть при подключении очередного окна 15 к окнам Р и Т статора 10 величина разжимающей силы скачкообразно меняется на величину, определяемую площадью окна 15 и давлением в полости Р или Т, а также влияет сила, связанная с перетоком жидкости по щели между контактными поверхностями под окном 15. Меняется также и место приложения этого скачка разжимающей силы.
Для нормальной работы распределителя требуется, чтобы усилие взаимного прижатия рабочих поверхностей статора 10 и ротора 11 всегда превосходило на какую-то величину разжимающее усилие. Обычно принимают превышение, равное 6%…10%.
Рабочие площади гидроцилиндра 22 выбраны таким образом, что указанное соотношение сил выполняется на всех фазах работы распределителя 3. Как только очередное окно ротора 15 рабочей жидкости соединится с окном Р статора 10 и в нем возрастет давление, в тот же момент возрастает прижимающая сила от гидроцилиндра 22 этого окна 15, которая компенсирует увеличивающуюся разжимающую силу. Аналогично, как только очередное окно 15 ротора 3 рабочей жидкости соединится с окном Т статора 10 и в нем давление упадет, в тот же момент пропорционально уменьшается и прижимающая сила от гидроцилиндра 22 этого окна 15. В этот же момент уменьшается и разжимающая сила. В итоге суммарное прижимающее усилие от гидроцилиндров 22, находящихся попеременно под высоким и низким давлением, всегда будет превышать общее разжимающее усилие на расчетную величину, например 6%…10%. Вследствие подвижности перекачивающего блока 12 в осевом направлении усилие от гидроцилиндров 22 будет распространяться и на прижатие рабочих поверхностей распределителя 8 перекачиваемой среды. То есть оба распределителя будут работать в условиях стабильного и оптимального контактного давления рабочих поверхностей с минимальным износом.
Предлагаемый гидроприводной насосный агрегат по сравнению с прототипом более долговечен, имеет более высокий объемный КПД, меньшие габариты и конструктивно проще.
В агрегате энергия давления рабочей жидкости (масла) преобразуется в энергию давления перекачиваемой среды. Это направление перспективно, так как маслонасосы на порядок долговечней и компактнее плунжерных насосов и в разы дешевле. Кроме того, направление перспективно в связи с тем, что в качестве базовых элементов агрегата могут использоваться уже известные и опробованные в технике узлы (эластичные износостойкие разделители среды и роторные распределители с рабочими дисками из керамики). Преимущества насосного агрегата становятся особо ощутимыми по отношению к плунжерным (поршневым) насосам с давлением от 8 до 35 МПа и мощностью от 100 до 1500 кВт, например, по отношению к существующим буровым насосам.

Claims (1)

  1. Гидроприводной насосный агрегат, содержащий источник гидравлической энергии рабочей жидкости, роторные распределители перекачиваемой среды и рабочей жидкости, роторы которых насажены на один вал и прикреплены к противоположным сторонам перекачивающего блока, при этом роторы обоих распределителей и перекачивающий блок имеют подвижность вдоль оси вала, а перекачивающий блок содержит гидроприводные и нагнетательные камеры, разделенные между собой эластичным элементом, и каждая камера соединена с соответствующим окном ротора распределителя, а статоры соединены соответственно с входным и напорным коллекторами перекачиваемой среды и со сливной и напорной магистралями рабочей жидкости, отличающийся тем, что по крайней мере на одном из роторов у каждого его окна установлен силовой гидравлический элемент, связанный с этим окном и взаимодействующий в осевом направлении с ротором распределителя и с перекачивающим блоком.
RU2011142962/06A 2011-10-24 2011-10-24 Гидроприводной насосный агрегат RU2482331C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011142962/06A RU2482331C1 (ru) 2011-10-24 2011-10-24 Гидроприводной насосный агрегат

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011142962/06A RU2482331C1 (ru) 2011-10-24 2011-10-24 Гидроприводной насосный агрегат

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011142962A RU2011142962A (ru) 2013-04-27
RU2482331C1 true RU2482331C1 (ru) 2013-05-20

Family

ID=48789913

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011142962/06A RU2482331C1 (ru) 2011-10-24 2011-10-24 Гидроприводной насосный агрегат

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2482331C1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2464095A (en) * 1945-02-07 1949-03-08 William L Nies Pump
RU2123135C1 (ru) * 1997-01-06 1998-12-10 Шадрин Владимир Петрович Гидроприводной насосный агрегат (варианты)
RU44762U1 (ru) * 2004-09-23 2005-03-27 Юминов Василий Григорьевич Гидропневмомашина
RU2007134463A (ru) * 2007-09-14 2009-03-20 Валерий Анатольевич Овчинников (RU) Гидроприводной насосный агрегат
RU2008108560A (ru) * 2008-03-04 2009-09-10 Валерий Анатольевич Овчинников (RU) Насосный агрегат

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2464095A (en) * 1945-02-07 1949-03-08 William L Nies Pump
RU2123135C1 (ru) * 1997-01-06 1998-12-10 Шадрин Владимир Петрович Гидроприводной насосный агрегат (варианты)
RU44762U1 (ru) * 2004-09-23 2005-03-27 Юминов Василий Григорьевич Гидропневмомашина
RU2007134463A (ru) * 2007-09-14 2009-03-20 Валерий Анатольевич Овчинников (RU) Гидроприводной насосный агрегат
RU2008108560A (ru) * 2008-03-04 2009-09-10 Валерий Анатольевич Овчинников (RU) Насосный агрегат

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011142962A (ru) 2013-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2004247958B2 (en) Three-way poppet valve for work exchanger
KR101355267B1 (ko) 멀티-로브형 링 캠을 구비한 유체 작동 기계
CN102434415A (zh) 一种基于串联泵转位角的低噪音轴向柱塞泵
CN109236598B (zh) 一种柱塞泵斜盘配流盘组件
CN202833001U (zh) 斜盘式旋转阀配流纯水柱塞泵
US9133830B2 (en) Fluid device with flexible ring
CN103883493B (zh) 一种缸体静止的轴向柱塞泵
CN106930916A (zh) 一种动外壳式多作用水液压径向柱塞泵
WO2014129926A1 (ru) Аксиально-плунжерный насос с рекуперацией энергии
RU2482331C1 (ru) Гидроприводной насосный агрегат
WO2015096532A1 (zh) 双作用变量叶片泵或马达
WO1986003560A1 (en) Mud pump
US20090120278A1 (en) Electrohydrostatic actuator including a four-port, dual displacement hydraulic pump
CN104895754B (zh) 一种轴向柱塞与径向柱塞复合的液压泵
CN107524576B (zh) 一种降噪音的轴向柱塞泵
CN105317645B (zh) 对置端面式阀配流轴向柱塞泵
CN102200107B (zh) 一种浮动平衡式盘配流径向柱塞泵
US10082028B2 (en) Rotary volumetric machine with three pistons
US2417816A (en) Fluid pump or motor
EA011921B1 (ru) Роторная шиберная машина
JP2013501901A (ja) 再生エネルギー型発電装置
US20110041681A1 (en) Positive-displacement machine
RU128678U1 (ru) Винтовая машина
US9303638B2 (en) Variable radial fluid devices in series
CN208456793U (zh) 往复式增压泵

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20131025