ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ПРИВОДА УСТРОЙСТВА ПЕРЕДАЧИ ДАВЛЕНИЯ СРЕДЫ ОТ ОДНОЙ СИСТЕМЫ К ДРУГОЙ БЕЗ СОПРИКОСНОВЕНИЯ СРЕД
HYDRAULIC SYSTEM OF DRIVE IN DEVICE FOR MEDIUM PRESSURE TRANSFER FROM ONE SYSTEM TO ANOTHER WITHOUT CONTACT OF MEDIUMS

Изобретение относится к гидромашиностроению и предназначено для перекачивания текучих сред с широко изменяющимися физико-механическими свойствами, например газа, газожидкостных субстанций, буровых растворов, нефти и т.д.
Известна гидравлическая система привода устройства передачи давления среды от одной системы к другой без соприкосновения сред, содержащая плунжерный насос с возвратно-поступательным гидравлическим насосом (двойного действия), кривошипно-шатунным механизмом, крейцкопфами, соединенными тягой с плунжерными насосами. Кривошипно-шатунный механизм расположен на станине с коленчатым валом, червячным редуктором, системой принудительной смазки, подшипниками качения и скольжения. Входной вал червячного редуктора соединен приводным валом с редуктором раздаточной коробки двигателя внутреннего сгорания (см. патент РФ 2203435, 2003).
Однако такие устройства имеют малую долговечность и низкую надежность, большие массогабаритные показатели, неравномерность подачи жидкости, низкий КПД и узкий диапазон режимов работы.
Наиболее близкой по своей технической сущности к предлагаемому изобретению является гидравлическая система привода устройства передачи давления среды от одной системы к другой без соприкосновения сред, содержащая гидроприводной возвратно-поступательный насос двойного действия, содержащий два рабочих гидроцилиндра, шток каждого из которых соединен с соответствующим штоком приводных гидроцилиндров, полости которых сообщены гидролиниями с образованием замкнутой схемы циркуляции рабочей жидкости с реверсивным регулируемым насосом с системой реверсирования и регулирования подачи насоса, связанной со штоком приводного гидроцилиндра, и насос подпитки с системой подпитки замкнутой схемы циркуляции рабочей жидкости (см. патент РФ 2258156, 2005).
Недостатком такой гидравлической системы является низкая надежность работы из-за неизбежных поломок электрических приборов управления, связанных с бесконтактным датчиком положения штоков рабочих гидроцилиндров, а также необходимость иметь, в случае рабочих цилиндров двойного действия, при указанной схеме подключения приводных гидроцилиндров равные соответствующие поршневые и штоковые полости приводных и рабочих гидроцилиндров, а значит и одинаковые параметры, давление и подачу, на выходе гидроприводного насоса и реверсивного регулируемого гидронасоса без возможности корректировки этих параметров за счет подбора рабочих площадей гидроцилиндров.
Технической задачей изобретения является увеличение производительности насоса, сохранение энергетических ресурсов первичного источника мощности, повышение надежности и долговечности гидравлической системы.
Поставленная техническая задача достигается тем, что в известной гидравлической системе привода устройства передачи давления среды от одной системы к другой без соприкосновения сред, содержащей два идентичных рабочих гидроцилиндра, штоки которых соединены с соответствующими штоками двух идентичных приводных гидроцилиндров, поршневые полости которых сообщены гидролиниями с образованием замкнутой системы циркуляции рабочей жидкости с реверсивным регулируемым насосом с системой реверсирования и регулирования подачи насоса, связанной со штоком приводного гидроцилиндра, и насос подпитки с системой подпитки замкнутой системы циркуляции рабочей жидкости, при этом новым является то, что она снабжена клапанами центрации поршней приводных гидроцилиндров, установленными в их поршнях, при этом штоковые полости приводных гидроцилиндров сообщены гидролинией между собой, а поршневые полости - с соответствующим входом-выходом реверсивного регулируемого гидронасоса, причем система реверсирования и регулирования подачи аксиально-плунжерного насоса с наклонной шайбой включает трехходовой гидрораспределитель, кинематически связанный со штоком гидроцилиндра, соединенный входом с напорной линией насоса подпитки, а отводы которого подключены к гидроцилиндру перемещения рычага управления подачи гидронасоса, на штоке которого закреплена вилка ограничения подачи насоса, и который установлен с возможностью перемещения вдоль рычага, дросселирующий золотник управления, отводы которого подключены к гидроцилиндрам регулирования угла наклона наклонной шайбы, при этом последняя соединена через звено обратной связи с золотником управления и рычагом управления подачи насоса.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена гидравлическая схема гидравлической системы привода устройства передачи давления среды от одной системы к другой без соприкосновения сред.
Устройство передачи давления среды от одной системы к другой содержит два рабочих гидроцилиндра 1 и 2, шток 3 и 4 каждого из которых соединен с соответствующим штоком 5 и 6 приводных гидроцилиндров 7 и 8, штоковые полости 21, 22 которых объединены линией 57, а поршневые полости 9, 10 сообщены гидролиниями 11 и 12 с соответствующим входом-выходом 13, 14 реверсивного регулируемого насоса 15, образуя замкнутую систему циркуляции рабочей жидкости, насос 16 подпитки. Гидравлическая система привода снабжена клапанами 17 и 18 центрации поршней 19, 20 приводных гидроцилиндров 7 и 8, установленными в этих поршнях.
Система реверсирования и регулирования подачи аксиально-плунжерного насоса 15 с наклонной шайбой 23 (показанной условно в виде стрелки) включает трехходовой гидрораспределитель 24, кинематически связанный кулисой 25 с кулачком 26 на штоке 6 гидроцилиндра 8. Вход гидрораспределителя 24 соединен линией 37 с напорной линией 29 подпиточного насоса 16, а выходы - линиями 35 и 36 с полостями гидроцилиндра 38 перемещения рычага 41 управления насоса 15. Гидроцилиндр 38 кинематически связан с вилкой 42 ограничения подачи насоса 15 и установлен с возможностью перемещения вдоль рычага 41. Система реверсирования и регулирования подачи насоса 15 также включает дросселирующий золотник 28, отводы 32, 34 которого соединены с гидроцилиндрами 30, 31 регулирования угла наклона наклонной шайбы 23, при этом последняя соединена через звено 27 обратной связи с золотником 28 и рычагом 41.
Система подпитки замкнутой системы циркуляции рабочей жидкости кроме насоса 16 подпитки содержит еще блок обратных клапанов 43 и предохранительный клапан 44, подключенные своими входами к напорной линии 29 насоса подпитки 16, а выходами соответственно к гидролиниям 11, 12 и теплообменнику 45. Кроме того, гидролинии 11, 12 насоса 15 соединены с блоком предохранительных клапанов 46.
Описание работы гидравлической системы привода устройства передачи давления среды от одной системы к другой без соприкосновения сред
Привод поршней 47, 48 рабочих гидроцилиндров 1, 2 рабочей части устройства осуществляется двумя приводными гидроцилиндрами 7, 8, поршневые полости 9, 10 которых соединены с выходами 13, 14 реверсивного регулируемого аксиально-плунжерного насоса 15 и образуют замкнутый контур циркуляции жидкости, которая всасывается насосом 15 из полости 10 гидроцилиндра 8 и подается в полость 9 гидроцилиндра 7, а после реверса насоса 15 - наоборот. Поршни 19 и 20 гидроцилиндров 7, 8 установлены в противофазе, а полости 21, 22 последних объединены линией 57 и заполнены жидкостью, поэтому при подаче жидкости от насоса 15 в одну из полостей 9, 10 происходит перемещение сразу двух поршней 19, 20.
Насос подпитки 16 всасывает жидкость из гидробака 49 через всасывающий фильтр 50 и подает ее по напорной линии 29 через подпитывающие обратные клапаны 43 в ту из гидролиний 11, 12, которая в данной момент является всасывающей линией насоса 15. Положение наклонной шайбы 23 последнего изменяется гидроцилиндрами 30, 31, которые рабочими полостями соединены с выходами 32, 34 золотника управления 28.
За счет воздействия кулачка 26 на поворотный золотник 24 при достижении поршнем 20 приводного гидроцилиндра 8 одного из крайних положений посредством гидроцилиндра 38 и кинематически связанной с ним вилки 42 происходит перемещение рычага управления 41, который через звено 27 дает перемещение золотнику 28, в результате чего жидкость от насоса 16 подпитки поступает в один из цилиндров 30, 31, который перемещает шайбу 23. Посредством звена 27 обратной связи золотнику управления 28 задается положение, при котором достигается и поддерживается требуемый угол наклона шайбы 23, заданный рычагом 41. При достижении поршнем 20 приводного гидроцилиндра 8 другого крайнего положения таким же образом происходит противоположный наклон шайбы 23. Таким образом, осуществляется циклическая работа приводных гидроцилиндров 7, 8, которые приводят в действие поршни 47, 48 рабочих цилиндров 1 и 2.
Блок предохранительных клапанов 46 используется для ограничения максимальной силы на поршни 47, 48 рабочих гидроцилиндров 1, 2. Пневмогидравлический аккумулятор 51 выполняет штатную функцию компенсатора пульсации подачи. Рабочие цилиндры 1, 2 оснащены всасывающими клапанами 52, соединенными с емкостью 53 перекачиваемой среды, например бурового раствора, и нагнетательными клапанами 54, соединенными с напорной линией 55.
Для исключения сдвига фазы взаимного движения поршней 19, 20, которые двигаются в противофазе, т.е. смещения центра нейтрального положения колебаний поршней 19, 20 при действии несимметричной нагрузки и наличии утечек по уплотнениям штоков 5, 6, в поршнях 19, 20 смонтированы клапаны 17, 18 центрации. Последние открываются при подходе поршней 19, 20 к своим крайним положениям у штоковых крышек 39, 40 гидроцилиндров 7, 8. При этом жидкость внутри цилиндра 7 или 8 поступает через открывшийся клапан из поршневой полости, находящейся в этот момент под рабочим давлением, в штоковую, и таким образом происходит восполнение утечек и восстановление фазы взаимного движения поршней 19, 20.
Регулировка подачи насоса 15 осуществляется системой реверсирования и регулирования подачи аксиально-плунжерного насоса 15. Под действием вилки 42, перемещаемой цилиндром 38, происходит перемещение рычага 41 управления насосом 15, а следовательно, и наклонной шайбы 23, что и обеспечивает изменение подачи насоса 15, а также реверсирование последнего. Для ограничения требуемой подачи насоса 15 используется вилка 42, перемещение которой вниз позволяет увеличить величину амплитуды рычага 41 и, в конечном счете, амплитуду колебаний наклонной шайбы 23, т.е. амплитуду колебания подачи насоса 15, что в свою очередь позволяет регулировать время движения поршней 19, 20 приводных гидроцилиндров 7, 8 от одного крайнего положения до другого. Таким образом, имеется возможность регулировать частоту колебаний поршней 19, 20, что позволяет управлять объемной подачей от наибольшей до нуля.
Использование в качестве системы реверсирования и регулирования подачи насоса 15 гидросистемы, включающей трехходовой гидрораспределитель 24, управляющий гидроцилиндр 38 и золотник 28, позволяет повысить быстродействие и увеличить надежность системы, по сравнению с электрическим прибором управления гидронасосом, т.к. не происходит перехода от одного вида энергии (электрической) к другому (гидравлической).
Использование регулируемого основного насоса 15 позволяет получить регулируемые подачи непосредственно в процессе работы, без остановки насоса. Такое решение позволяет значительно экономить затраты мощности приводного двигателя 56 по сравнению с традиционным механическим приводом насоса и системами гидропривода, использующими золотниковый распределитель для реверса потока жидкости.
Наличие клапанов 17, 18 центрации поршней 19, 20 приводных гидроцилиндров, осуществляющих поддержание фазы взаимного движения поршней 19, 20 за счет восполнения утечек в объединенных штоковых полостях 21, 22, позволяет системе привода работать даже при наличии утечек по уплотнениям штоков 5, 6 приводных гидроцилиндров 7, 8 и наличии неравномерной нагрузки на поршнях 19, 20, а также иметь возможность варьировать диаметры штоков 5, 6 и поршней 19, 20 приводных цилиндров 7, 8 на стадии проектирования для корректировки номинальных параметров (давления и подачи) насоса 15 в соответствии с требуемыми выходными параметрами устройства передачи давления среды от одной системы к другой и использовать рабочие цилиндры 1, 2 двухстороннего действия.