ПРОМЫШЛЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Радиально-поршневые насосы


Радиально-поршневые насосы часто используются в гидросистемах высокого давления. Качающий узел таких механизмов представляет собой ротор с радиально расположенными поршнями.

Их количество обычно нечетное. Ротор установлен в корпусе с эксцентриситетом. При вращении ротора поршни совершают возвратно-поступательные движения, всасывая и нагнетая рабочую жидкость.

Радиально-поршневые насосы имеют несколько типов принципиальных конструкций. Первый из них, с роторным качающим узлом, показан на рис. 1.



Рис. 1. Схема радиально-поршневого насоса с роторным качающим узлом

1 – корпус; 2 – поршень; 3 – сферический шарнир; 4 – скользящая пята; 5 – ротор; 6 – опорное кольцо; 7 – опорный подшипник; 8 – распределитель; 9 – приводной вал; 10 – крестообразное соединение

В корпусе 1 жестко зафиксирован опорный подшипник 7 с внутренним опорным кольцом 6. Кольцо 6 свободно вращается в опорном подшипнике 7. Приводной вал 9, установленный на подшипниках качения в корпусе 1, имеет торцевое крестообразное соединение с ротором 5.

Ротор 5, установленный эксцентрично относительно центра опорного кольца 6, содержит несколько радиально выполненных цилиндров, в которых установлены поршни 5.

Поршни 5 сферическим шарниром соединены со скользящей пятой, которая опирается на опорное кольцо 6. На хвостовике ротора 5 выполнен распределитель 8.

При вращении вала 9 он через крестообразное соединение 10 поворачивает ротор 5 (в ряде конструкций агрегатов ротор 5 жестко установлен на валу 9 с эксцентриситетом).

За счет центробежных сил поршни 2 стремятся выдвинуться из ротора 5, всасывая гидравлическую жидкость. Подпор на всасывании помогает выдвижению поршня и равномерному заполнению рабочего объема.

Проходя максимально выдвинутую позицию (за счет наличия эксцентриситета между осями опорного кольца 6 и ротора 5), поршни 2 меняют направление своего движения и начинают втягиваться в цилиндры корпуса ротора 5.

Втягивание поршней 5 происходит в результате действия сил реакции со стороны опорного кольца 6 и скользящей по нему пяты 4. Втягиваясь в ротор 5, поршни 2 нагнетают жидкость в гидросистему.

При вращении ротора 5 часть поршневых рабочих полостей соединена со всасывающей линией (в диапазоне 180° поворота ротора), а часть – с нагнетающей гидромагистралью (в противоположном диапазоне 180° поворота ротора). Один поршень всегда находится в промежуточном положении: между всасыванием и нагнетанием.

Соединение поршневых полостей со всасывающей и нагнетающей гидромагистралями во время вращения ротора осуществляется распределителем 8. Такие механизмы часто используются в гидросистемах для создания высокого давления при больших расходах рабочей жидкости.



Рис. 2. Радиально-поршневой гидронасос с качающим узлом, установленным в корпусе

1 – корпус; 2 – клапан всасывающей полости; 3 – клапан нагнетательной полости; 4 – поршень; 5 – пружина; 6 – шариковый подшипник; 7 – эксцентриковый вал; 8 – распределитель

Второй тип принципиальной конструкции отличается тем, что качающая поршневая группа установлена в неподвижном корпусе, а каждый поршень своим концом контактирует с эксцентриковым валом. На рис. 2 показана такая конструкция с клапанным распределением рабочей жидкости. В корпусе 1 в радиальных направлениях расположены поршни 4.

Своими сферическими концами они контактируют с внешней обоймой подшипника 6, установленного на эксцентриковом валу 7. С валом 7 связан распределитель 8. Поршни 4 поджимаются к обойме подшипника 6 силой пружин 5.

В цилиндре каждого поршня установлены всасывающий 2 и нагнетающий 3 клапаны. Поршни 4 в таких конструкциях часто выполняются в виде плунжеров относительно небольшого диаметра.

Небольшой подшипник на валу может выдержать ограниченную нагрузку. При вращении эксцентрикового вала 7 поршни 4, выдвигаясь из цилиндров корпуса, через клапан 2 всасывают гидравлическую жидкость.

При втягивании поршней 4 в цилиндры за счет воздействия эксцентрикового вала 7 на их сферические концы поток гидравлической жидкости закрывает всасывающий клапан 2 и открывает нагнетающий клапан 3. Рабочая жидкость под давлением поступает в гидросистему.

Вращающийся распределитель 8 при повороте вала 7 последовательно соединяет каналы поршневой группы со всасывающей и нагнетающей полостями насоса. Такие механизмы содержат от 3 до 9 поршней.

Они часто используются для создания высокого давления при небольших расходах рабочей жидкости. На рис. 3 показан агрегат с качающими узлами, установленными в корпусе.



Рис. 3. Радиально-поршневой гидронасос с плунжерными качающими узлами

Однако чтобы достичь более высокого давления и расхода, важно заменить подшипник на эксцентриковом валу гидростатической опорой. Она состоит из гладкой внешней поверхности эксцентрикового вала и опорного башмака поршня, под который через тонкий канал подается жидкость из полости нагнетания.

Пленка жидкости между внешней поверхностью эксцентрикового вала и башмаком поршня эффективно поглощает высокие радиальные нагрузки при нагнетании гидравлической жидкости.

Схема агрегата с гидростатическим подшипником на эксцентриковом валу показана на рис. 4. Конструкция механизма с гидростатическим подшипником на эксцентриковом валу показана на рис. 5.



Рис. 4. Радиально-поршневой насос с гидростатическим подшипником

1 – корпус; 2 – клапан всасывающей полости; 3 – клапан нагнетательной полости; 4 – поршень; 5 – пружина; 6 – шариковый подшипник; 7 – эксцентриковый вал; 8 – распределитель; 9 – сферический шарнир; 10 – блок гидростатических опор



Рис. 5. Насос с гидростатическим подшипником на эксцентриковом валу

В таком исполнении агрегат с теми же элементами (за исключением гидростатического подшипника) и параметрами выдерживает более высокие динамические нагрузки. Клапанное распределение рабочей жидкости, которое заложено в конструкции упомянутых типов насосов, позволяет одновременно независимо питать гидравлической энергией несколько гидроконтуров.

Комбинация гидравлических соединений обеспечивает различные по величине расходы для отдельных гидроконтуров. Радиально-поршневые насосы с гидростатическим подшипником развивают рабочее давление 45,0 МПа, пиковое – 60,0 МПа и расход до 200 л/мин.

Частота вращения приводного вала может меняться в широком диапазоне – от 100 до 2000 об/мин. Давление всасывания составляет 0,09 МПа, общий КПД – 0,9. Рекомендуемая вязкость рабочей жидкости: 15-50 сСт.

Ряд известных мировых брендов выпускают модели, способные развивать сверхвысокое давление (до 100,0 МПа) и за счет увеличения количества поршневых групп кратно повышать расход рабочей жидкости.

Такие механизмы используются для привода ручного гидравлического инструмента, промышленных домкратов, специального малогабаритного силового оборудования. Для повышения удельных показателей и получения компактных конструкций такие агрегаты часто изготавливаются двухрядными в одном корпусе.



Рис. 6. Двухрядный радиально-поршневой насос

На рис. 6 показана такая модель. Некоторые компании производят шестирядные насосы. Они позволяют успешно реализовывать независимое питание нескольких гидроконтуров с различной величиной давления и расхода рабочей жидкости. Механизмы с переменным рабочим объемом (регулируемые) отличаются наличием механизма для изменения величины эксцентриситета.



Рис. 7. Схема регулирования рабочего объема

На рис. 7 показана схема регулирования рабочего объема радиально-поршневого насоса. При вращении регулировочного винта перемещается подвижный статор, установленный в корпусе. Эксцентриситет меняется, меняя рабочий объем качающего узла (за счет изменения длины хода поршней), меняется расход рабочей жидкости, питающей гидросистему.

Принцип регулирования рабочего объема аналогичен пластинчатым моделям. В некоторых конструкциях аксиально-поршневых агрегатов используются регуляторы давления, расхода, мощности.

Насосы сверхвысокого давления (до 100,0 МПа) выпускаются с постоянным рабочим объемом (до 8,14 см3) и клапанным распределением потоков жидкости. Помимо однопоточных схем широко используются комбинированные и многопортовые. Комбинированные агрегаты содержат контуры низкого и сверхвысокого давления.

При низком давлении (до 10,0 МПа) обеспечивается большая скорость гидроцилиндра. Сверхвысокое давление при малых расходах выполняет силовую операцию. Многопоточные гидронасосы применяются в системах с рядом контуров, требующих одинаковых или разных расходов и давлений.

Каждый поршень либо несколько из них соединяются с отдельными портами нагнетания. Комбинации объединения качающих узлов, в том числе с различными диаметрами поршней, позволяют подобрать требуемые расходы и давления в отдельных контурах гидросистемы.