ГИДРОПНЕВМОМАШИНА

Полезная модель относится к насосным и компрессорным агрегатам, содержащим полости управляющей жидкости, полости перекачиваемой среды, соединенные каналами через элементы всасывания и нагнетания с входами всасывания и нагнетания, подвижные перегородки, установленные между полостями управляющей жидкости и полостями перекачиваемой среды, гидронасос объемного типа с элементами изменения объемов в полостях управляющей жидкости.
Известны насосы и компрессоры [1], включающие гидронасос объемного типа и имеющие со стороны плунжерной полости распределительный диск, спрофилированный по форме прогиба мембраны в фазе полного объема всасывания. Масло к мембране подводится через отверстия, равномерно расположенные по поверхности распределительного диска.
Недостатком таких устройств является то, что использование распределительного диска, спрофилированного по форме прогиба мембраны в фазе полного объема всасывания, приводит к возникновению гидравлических ударов и вибраций в процессе функционирования.
В качестве примера промышленной реализации аналога можно привести компрессор с подвижной перегородкой мембранного типа, выпускаемый Екатеринбургским компрессорным заводом, диаметр мембраны которого превышает 100 см, что позволяет судить о его значительных габаритах и весе, а также о невысокой надежности и технологичности. Для частичного устранения вышеперечисленных недостатков в зоне нагнетания компрессора установлено сложное устройство, ограничивающее величину перепада давления на мембране, содержащее многослойную мембрану с пружиной и элемент перепуска управляющей жидкости на вход гидронасоса объемного типа.
При изменении давления перекачиваемой среды с всасывающей стороны данное устройство не обеспечивает надежной работы гидропневмомашины.
Известен дозировочный мембранный гидроприводной насос [2], содержащий приводной механизм, корпус со значительно перфорированной стенкой, отделяющей камеру вытеснителя от приводной камеры, мембранный разделитель, установленный в корпусе с образованием насосной и приводной камер, емкости для избыточного объема приводной жидкости с установленными в ней предохранительным клапаном и фильтром, дифференциальный подпиточный клапан с полостью, образованной между запорным и золотниковым элементами последнего, соединенной при помощи канала с емкостью для избыточного объема приводной жидкости, обратный клапан, установленный в канале, соединяющем емкость для избыточного давления приводной жидкости с полостью между запорным и золотниковым элементами дифференциального подпиточного клапана.
Конструкция данного насоса позволяет частично снизить нагрузку на мембрану в зоне всасывания, но за счет неравномерного прилегания мембраны к надмембранной полости в процессе нагнетания и к подмембранной полости в процессе всасывания при работе насоса возникают гидравлические удары. Это снижает долговечность рабочих элементов и является источником вибраций и повышенного износа. При превышении давлений перекачиваемой среды и управляющей жидкости за пределы рабочих на мембране может возникнуть значительный перепад давлений, что приводит к ее порыву.
Известны пневмогидромашины [3, 4], используемые в качестве гидронасосов и компрессоров, в которых подвижная перегородка выполнена в виде мембраны. Для повышения надежности работы таких пневмогидромашин во всех условиях эксплуатации ход мембраны ограничен с двух сторон дисками, спрофилированными по форме прогиба мембраны при максимальном перепаде давления на ней в фазах всасывания и нагнетания. Управляющая жидкость и перекачиваемая среда подводятся через отверстия, равномерно расположенные
на дисках или расположенных таким образом, что обеспечивается однонаправленный поток жидкости по ходу мембраны.
Недостаточная долговечность подвижных перегородок мембранного типа в данных пневмогидромашинах связана со следующими причинами:
- отсутствие однозначной связи между ходом подвижной перегородки и объемом полостей управляющей жидкости из-за рассогласования входных давлений перекачиваемой среды и объемного насоса, как в рабочем состоянии, так и при остановке. При этом подвижная перегородка в процессе нагнетания может находиться на ограничительном диске, что приведет к значительному превышению давления управляющей жидкости над давлением перекачиваемой среды. То же самое может произойти в зоне всасывания при значительном превышении давления перекачиваемой среды над давлением управляющей жидкости;
- необходимость в значительном повышении давления для отрыва мембраны от ограничительных дисков вследствие того, что эффективная рабочая площадь мембран при посадке мембраны на ограничительный диск и ее отрыве от диска отличается более чем в 3 раза. Это отличие определяется отношением суммарной площади отверстий к площади мембраны. Попытка выравнивания эффективной рабочей площади мембраны при посадке ее на ограничительный диск и при отрыве от ограничительного диска не увенчалась успехом из-за увеличения фреттинг-износа, возникающего при проскальзывании мембраны в зонах углублений и отверстий вследствие роста локальных удельных давлений.
Использование в данных гидромашинах только однонаправленного движения перекачиваемой среды и управляющей жидкости с целью устранения гидравлических ударов путем уменьшения отличия эффективных рабочих площадей мембран при их посадке на ограничительные диски и отрыве от них, а также сложных конфигураций гидравлических потоков, вызывающих волнообразный изгиб мембран, также не дало существенных результатов.
Отличием предлагаемой полезной модели от аналогов является то, что использование нескольких групп полостей, каналов с элементами всасывания и нагнетания, подвижных перегородок, а также элементов изменения объемов управляющей жидкости, работающих совместно с одним гидронасосом объемного типа, позволяют не только уравновесить статические и динамические нагрузки, но и существенно снизить вес и габариты гидропневмомашины.
Технической задачей является создание гидропневмомашины, в которой исключены гидравлические удары, повышена надежность, уменьшены массогабаритные показатели, уровни вибрации и шума за счет снижения на рабочих режимах перепада давления на подвижных перегородках, за счет ограничения перепада давления на подвижных перегородках при любом изменении давлений управляющей жидкости и перекачиваемой среды с напорной и всасывающей стороны.
Сущность полезной модели заключается в следующем.
В гидропневмомашине, содержащей полости управляющей жидкости, полости перекачиваемой среды соединенные каналами через элементы всасывания и нагнетания, подвижные перегородки, установленные между полостями управляющей жидкости и полостями перекачиваемой среды, гидронасос объемного типа с элементами изменения объема полостей управляющей жидкости, дополнительно установлены элементы перепуска управляющей жидкости на вход гидронасоса объемного типа, элементы пропуска управляющей жидкости с входа гидронасоса объемного типа, связанные с подвижными перегородками в диапазонах максимального хода элементов изменения объема в зоне нагнетания и всасывания. Для обеспечения минимальных значений перепадов давлений на подвижных перегородках дополнительно введено устройство выравнивания давлений, связанное с входом нагнетания перекачиваемой среды и входом гидронасоса объемного типа, выполненное, например, в виде устройства, содержащего вялую мембрану.
Под управляющей жидкостью подразумевается масло либо любая жидкость с высокими антифрикционными свойствами, а под перекачиваемой средой подразумевается воздух, любой газ либо жидкость независимо от их характеристик, влияющих на коррозионные, фрикционные и другие свойства, включая радиоактивные, по отношению к материалам, используемым в рассматриваемой гидропневмомашине.
Достигаемый технический результат - снижение нагрузки на подвижные перегородки гидропневмомашины при любых изменениях давления во входных полостях управляемой жидкости и перекачиваемой среды, что позволяет обеспечить более длительный срок безаварийной эксплуатации гидропневмомашины.
Указанный технический результат достигается тем, что узлы перепуска управляющей жидкости, установленные в управляющих полостях гидропневмомашины, совместно с устройством выравнивания давления ограничивают диапазон перемещения подвижных перегородок, тем самым, устраняя разрушительное влияние на них любого изменения давления перекачиваемой среды во всех условиях эксплуатации.
Гидропневмомашина представлена на фиг.1 и описана на примере гидронасоса объемного типа с подвижной перегородкой, выполненной в виде сильфона, что позволяет повысить надежность гидропневмомашины и уменьшить ее габариты. Гидропневмомашина содержит корпус 1 с входами всасывания 2 и нагнетания 3, подвижную перегородку 4, установленную между полостью 5 перекачиваемой среды и полостью 6 управляющей жидкости. Подвижная перегородка 4 через полость 5 перекачиваемой среды связана каналами 7 и 8 с элементами 9 и 10 всасывания и нагнетания соответственно. Полость 6 управляющей жидкости соединена с элементами изменения объемов, выполненных в виде плунжеров 11 и 12 гидронасоса 13 объемного типа, включающего каналы 14 и 15 управления, клапан 16 подпитки, соединяющий полость 6 управляющей жидкости и полость 17, связанную входом 18 гидронасоса 13. Узлы 19 пропуска управляющей жидкости и 20 перепуска управляющей
жидкости соединены с узлом 21 регулирования перемещения подвижной перегородки 4 в зоне ее максимального хода элементов изменения объемов всасывания (узел 19) и в зоне его максимального хода элементов изменения объемов нагнетания (узел 20). Вход 2 всасывания перекачиваемой среды соединен с входом 18 гидронасоса 13 объемного типа через устройство 22 выравнивания давлений перекачиваемой среды и управляющей жидкости.
Работает гидропневмомашина следующим образом.
Возвратно-поступательное движение плунжеров 11 и 12 через каналы 14 и 15 управления, полость 6 управляющей жидкости вызывает перемещение подвижной перегородки 4, что обеспечивает циклическое изменение объема перекачивания среды из канала 2 всасывания в канал 3 нагнетания.
При любом превышении давления в полости 5 перекачиваемой среды относительно давления в полости 6 управляющей жидкости узел 21 регулирования ограничивает перемещение подвижной перегородки 4 в диапазоне ее максимального хода в зоне всасывания за счет открытия узла 19 пропуска. Открытый клапан 16 подпитки соединяет канал полости 17 с полостью 6 управляющей жидкости, тем самым уменьшается перепад давления на подвижной перегородке 4.
При любом превышении давления в полости 6 относительно давления в полости 5 перекачиваемой среды узел 21 регулирования ограничивает перемещение подвижной перегородки 6 в диапазоне ее максимального хода в зоне нагнетания и приоткрывает узел 20 перепуска. Полость 6 управляющей жидкости через полость 17 соединяется с устройством 22 выравнивания давлений. При этом уменьшается давление в полости 6 и перепад давления на подвижной перегородке 4.
Использование предлагаемой полезной модели позволяет расширить диапазон регулирования и значительно повысить надежность работы гидропневмомашины вследствие того, что при эксплуатации ход подвижной перегородки строго регламентирован в диапазонах ее максимального хода при нагнетании и всасывании независимо от величин давления на входах полости перекачиваемой среды и гидронасоса объемного типа во время
перекачиваемой среды и гидронасоса объемного типа во время работы, а также во время останова.