Устройство выравнивания нагрузки
LOAD BALANCING DEVICE

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к системам, создающим напор жидкости в расходную магистраль с переменным потребным расходом.
Есть системы в которых потребный расход высоконапорной жидкости изменяется в широком диапазоне, например газотурбинные двигатели для истребителей. При потребных расходах высоконапорной жидкости в линии нагнетания, превышающих максимальную производительность одного насоса, возможно применение параллельного подключения двух (и более) имеющихся насосов (см.: https://studbooks.net/2083954/matematika_himiya_fizika/parallelnaya_rabota_tsentrozhnyh_nasosov_raznymi_harakteristikami), в случаях когда применение одного насоса нецелесообразно или невозможно.
Такое соединение насосов с наклонной характеристикой (зависимость напора от расхода жидкости) и одинаковыми напорами дает ожидаемый результат: при изменении потребного расхода высоконапорной жидкости, оба насоса нагружаются равномерно (расходы жидкости и напоры насосов равны).
Известная схема параллельного подключения насосов в применении к плунжерным насосам имеет следующий недостаток.
Плунжерные насосы имеют регулятор подачи, поддерживающий постоянное давление, соответствующее настройке регулятора, в диапазоне изменения расхода нагнетаемой жидкости от минимального (нулевого) до максимального для данного насоса. Характеристика (зависимость напора от расхода жидкости) таких насосов представляет собой горизонтальную прямую в зоне рабочих режимов. Настройка регулятора подачи каждого насоса имеет допуск, что приводит к тому, что при включении насосов параллельно, насос с большей настройкой давления обеспечивает расход в общую магистраль до максимального расхода для данного насоса, при этом насос с меньшей настройкой давления работает с минимальным расходом (будет «задавлен»). При достижении общего расхода жидкости равном максимальному расходу насоса с большей настройкой давления, подключается второй насос, обеспечивая суммарный расход жидкости равный сумме максимального расхода насоса с большей настройкой давления плюс расход жидкости от насоса с меньшей настройкой давления. Таким образом, насос с большей настройкой давления работает с большей нагрузкой при потребных расходах меньших сумме максимальных расходов обоих насосов, и соответственно с большей нагрузкой работают шестеренные пары привода насоса с большей настройкой давления.
Наиболее близким по технической сущности является устройство выравнивания нагрузки при параллельном подключении в общую расходную магистраль двух и более плунжерных насосов с регуляторами подачи, установленных на общую коробку приводов (SU 1465613).
Известная схема параллельного подключения насосов имеет следующий недостаток - неравномерное распределение нагрузки между насосами, что приводит к неравномерному износу трущихся пар насосов и шестеренных пар редуктора приводов насосов и, как следствие, неравномерной выработки ресурса насосов и шестеренных пар привода насосов.
Задачей изобретения является распределение нагрузки между включенными параллельно плунжерными насосами, имеющими регулятор подачи, с целью равномерной выработки ресурса насосов и шестеренных пар редуктора привода насосов.
Ожидаемый технический результат - равномерное распределение нагрузки между плунжерными насосами, имеющими регулятор подачи, включенными параллельно в общую расходную магистраль при изменении потребного суммарного расхода жидкости от минимального до максимального по каждому из насосов, независимо от рассогласования напоров, создаваемых насосами, путем выравнивания расходов жидкости по каждому из насосов. Равномерное распределение нагрузки приводит к равномерному износу трущихся пар насосов и шестеренных пар редуктора приводов насосов и, как следствие, равномерной выработки ресурса насосов и шестеренных пар привода насосов.
Технический результат достигается использованием заявленного устройства выравнивания расходов жидкости, а именно устройства выравнивания нагрузки при параллельном подключении в общую расходную магистраль двух и более плунжерных насосов с регуляторами подачи, установленных на общую коробку приводов, согласно настоящему изобретению содержащему: дозирующий кран, подключенный к датчику положения, с количеством каналов дозирования, равным количеству подключаемых параллельно насосов, с пружиной в одной из торцевых полостей золотника дозирующего крана, возвращающей золотник в открытое положение и другой торцевой полостью, подключенной к расходной магистрали; регулятор перепада давления на дозирующем кране по каналу насоса с меньшим давлением, регулирующая кромка которого подключена к пружинной полости золотника крана; селектор минимального давления, подключенный к регулятору перепада давления на дозирующем кране насоса с меньшим давлением; и регуляторы перепада давления на дозирующем кране, в каждом канале дозирующего крана, установленные в магистралях подключения насосов к дозирующему крану.
На рисунке приведена схема устройства выравнивания расходов жидкости.
Устройство содержит дозирующий кран (1), с количеством каналов дозирования, равным количеству подключаемых параллельно насосов с пружиной (2) в одной из торцевых полостей золотника дозирующего крана, возвращающей золотник в открытое положение; регулятор перепада давления (3) на дозирующем кране по каналу насоса с минимальным давлением, регулирующая кромка которого подключена к пружинной полости золотника крана (1); селектор минимального давления (4) для подключения регулятора перепада давления на дозирующем кране к каналу насоса с минимальным давлением; и регуляторы перепада давления (5, 6) в каждом канале дозирующего крана, установленные в магистралях подключения насосов (7, 8) к дозирующему крану для выравнивания давления на входах в каналы дозирующего крана (1). Золотник дозирующего крана соединен со штоком датчика положения (9).
Устройство работает следующим образом.
Селектор минимального давления (4) подключает регулятор перепада давления (3) на дозирующем кране к каналу насоса с минимальным давлением. Регулятором перепада давления (3) дозирующий кран (1) будет перемещен в положение, обеспечивающее перепад давления на дозирующем кране по каналу насоса с минимальным давлением, соответствующее настройке регулятора перепада давления. Настройка регуляторов перепада давления (6 и 5) соответствует настройке регулятора перепада давления (3), что обеспечит выравнивание давлений за регуляторами (6 и 5). Равенство площадей открытых окон дозирующего крана и равенство перепадов давления на дозирующем кране по каналам обоих насосов обеспечит и равенство расходов жидкости. При изменении потребного расхода жидкости в общей расходной магистрали, регулятор перепада давления (3) изменит площади открытых окон дозирующего крана, обеспечив одновременное изменение расходов жидкости по обоим насосам. При изменении командного давления Рупр для изменения настройки регуляторов подачи каждого насоса, устройство будет работать аналогичным, описанному выше, образом. Устройство будет работать с насосами разной производительности при условии профилирования площадей окон дозирующего крана пропорционально производительности подключаемых насосов. Контроль расхода жидкости в расходную магистраль осуществляется по датчику положения дозирующего крана.
2
Как показывают предварительные расчеты, ожидаемые потери давления по магистрали насоса с меньшим давлением при применении предлагаемого устройства, составят около 3 кг/см.