Радиально-поршневые гидромашины презентация

За каждый оборот кривошипа поршень совершает два хода
1 – кривошип;
2 – шатун;
3 – кулиса;
4 – поршень;
5 - цилиндр

Поршневой насос с подвижной кулисой
1 – кривошип; 2 – шатун; 3 – кулиса; 4 – поршень; 5 - цилиндр
четырехзвенный механизм;
неподвижный кривошип, а кулиса вращается
Как снизить неравномерность подачи?
можно использовать многопоршневую схему, расположив цилиндры звездообразно.

Кинематическая схема РПГ, полученная путем инверсии кривошипного механизма
Цапфа неподвижна (подвод через входные (С1) и выходные (С2) окна)
1 – ротор, 2 – статор, 3 – поршень, 4 - цапфа

Барабан может свободно вращаться, увлекаемый прижатыми к нему поршнями
Такое конструктивное решение: уменьшает потери на трение поршней о статора;
снижает износ поршней;
позволяет довести давление до 21МПа.

Давление выше 21 МПа лимитируется прогибом распределительной цапфы:
повышенные зазоры (утечки, вязкость, потери на трение, КПД);
заедание ротора.
Радиальное расположение поршней требует достаточно большого диаметра ротора
Моменты инерций вращающихся частей достаточно большие

Классификация РПГ
гидромашины с цилиндрической направляющей статора и принудительным ведением поршней;
гидромашины с конической направляющей и прижимом поршней за счет центробежных сил.

Принудительное ведение поршней
1-ротор; 2-статор; 3-поршень; 4-ползушка; 5-втулка; 6-ось;
7-ролики; 8-шайбы; 9-квадратные шайбы

применяется обычно в самовсасывающих насосах;
поршни полностью разгружены от изгибающих усилий.
Установка поршня с ползушкой в расточке ротора

Прижим поршней центробежными силами
используется при избыточном давлении на всасывании
(поршни прижимаются к направляющей в момент пуска).

Производительность РПГ
Средняя геометрическая подача насоса
где z – число поршней
d - диаметр поршня;
2е - ход поршня за один оборот ротора;
n - частота вращения приводного вала.
Гидромашины регулируемы (е - параметр регулирования)
Влияет на ход поршня и, следовательно, подачу насоса.

Мгновенная подача насоса
подача одного поршня
где v - скорость движения поршня в данный момент времени
- площадь поршня
Скорость поршня
где h - перемещение поршня

При
ОO1=R+e
После поворота ротора
перемещение поршня при повороте ротора на угол φ

скорость перемещения поршня
можно принять
Тогда

Обычно для четного числа поршней индекс равен
для нечетного
или
где z - число поршней в гидромашине
где индекс "н" означает суммирование по всем поршням, одновременно находящимся в полости нагнетания

Для нечетного числа поршней:

Для четного числа поршней:
Коэффициент неравномерности подачи

Кинематика гидромашины
Поршни прижимаются к барабану, вступая с ним во фрикционное взаимодействие
Барабан в обеих кинематических схемах следует за ротором. Если барабан ведется одним поршнем, то угловая скорость барабана:
откуда
Продифференцируем это уравнение:
С учетом того, что

Кинематика РПГ с цилиндрической направляющей и принудительным ведением поршней
Угловая скорость вращения
ролика вокруг оси O определяется
Поставив вместо
получим
Ролик относительно оси O
вращается в двух
противоположных направлениях

Кинематика РПГ с конической направляющей статора
точка контакта сферической поверхности головки поршня смещена относительно его центра, и при вращении ротора поршень поворачивается вокруг собственной оси.

Кинематика движения поршня
А - точка контакта головки поршня с конической направляющей;
τ - угол наклона конической направляющей

координаты точки А:
Из
Угловая скорость поворота поршня
относительно собственной оси
Тогда
С учетом того, что
можно записать
Закономерность вращения поршня такая же, как и ролика

Точка контакта должна располагаться на сферической части головки поршня в достаточном удалении (не менее 1 мм) от границы сферы.
Максимальное значение при
Чтобы точка с координатами
принадлежала поршню, необходимо
откуда
диаметр окружности контактов на сфере

Силы, действующие в РПГ
Давление действует на поршень в точке O.
Возникает реактивная сила N.
При распространенном отношении
можно принять
Ранее получено
Тогда

ГМ с конической направляющей
AD получено ранее
Наибольшее значение
Реактивная сила
Реакция R ротора на поршень

Сила Т является составляющей силы R и лежит в плоскости, перпендикулярной к оси ротора
Второй составляющей силы R будет сила Т0 направленная вдоль оси ротора

Поршни в ГМ с конической направляющей барабана статора размещаются обычно в несколько рядов (от 2-х до 4-х).
Для уравновешивания осевых сил:
при четном числе рядов образующие конических поверхностей выполняются направленными друг к другу;
оси поршней, расположенных в одном ряду, несколько сдвигаются относительно друг друга в осевом направлении гидромашины

Гидромашины с цилиндрической направляющей
Реакция N статорного кольца передается оси ползушки. Составляющая Т реакции - это усилие, с которым ползун воздействует на ротор.
Площадь опоры ползуна определяем из допустимого напряжения смятия
- площадь опоры ползуна
до 10% опорной поверхности ползуна занимают смазочные канавки, необходимую площадь опоры ползуна определяют

Напряжение в линии контакта ролика с цилиндрической направляющей
где N — реактивная сила
Е - приведенный модуль упругости материалов ролика и статорного кольца;
b, r - ширина и радиус ролика;
R - радиус расположения оси ролика;
При уточненных расчетах учитывают центробежную силу
где m - масса поршня и сопряженных с ним частей (ползушки, роликов, шайб, оси);
rц - радиус центра тяжести поршня и сопряженных с ним частей

Гидромашины с конической направляющей
Напряжение в месте контакта головки
поршня с коническим кольцом
где m - коэффициент, определяемый отношением
G - наибольшее значение реакции конического кольца;
E - приведенный модуль упругости материалов поршня и конического кольца
- радиус кривизны конической поверхности

Для насосов с конической направляющей величина центробежной силы должна быть достаточной для преодоления действия следующих сил:
силы трения поршня в роторе;
силы для разгона поршня;
силы атмосферного давления на поршень, возникающей в результате образования вакуума под поршнем.
Поршень должен иметь массу достаточной величины. Поэтому, диаметр поршня не должен быть меньше 16 мм при n=1000 об/мин и 22 мм - при n = 750 об/мин.

Определение равнодействующей сил, нагружающих ротор
Определяется графически и может быть разложена на две составляющие X и Y
Наибольшее значение силы

Цапфовые распределители
применяются в большинстве конструкций радиальных машин
Диаметр зависит от площади просверленных отверстий, которая, в свою очередь, зависит от расхода жидкости, проходящей через машину.
для самовсасывающих насосов скорость потока жидкости ν=3...4 м/с
в насосах, не рассчитанных на самовсасывание, и в гидромоторах ν=6 м/с.

Цапфа 1 выполняется цилиндрической или конической формы
Конусная цапфа обеспечивает малый зазор между цапфой 1 и втулкой ротора 2.
Однако изготовление и замена изношенной втулки сложнее

При проектировании распределительной оси необходимо обеспечение четырех условий:
напряжение на изгиб не должно выходить за допустимые пределы,
прогиб цапфы должен быть в пределах допустимого во избежание заедания пары цапфа - втулка ротора;
скорости скольжения втулки ротора на распределительной оси не должны превосходить допустимых (ν=3м/с - для регулируемых насосов и ν=4,5м/с - для нерегулируемых гидромотором);
ротор на распределительной оси должен находиться во взвешенном состоянии (гидравлическое уравновешивание обязательно).

необходимо рассчитать прогиб в направлении оси Y
где Y - сила, нагружающая цапфу в направлении оси y;
E - модуль упругости материала цапфы;
- момент инерции цапфы относительно оси x
Во избежание недопустимого прогиба должно быть соблюдено условие

Выводы
Как кинематически получилась РПГ?
Схемы РПГ (pвс);
Гидромашины работают в основном в режиме насоса. В режиме гидромотора используются высокомоментные гидромоторы, которые являются модификацией РПГ;
Для получения большого момента без существенного увеличения габаритов, давления и числа поршней следует увеличить кратность действия поршней.
Четное число кратности действия позволяет устранить радиальные силы давления блока цилиндров на подшипники

Аксиальные
С наклон блоком
Радиальные
Радиально-поршневые гидромашины
С постоянным объемом
С наклон блоком
С регулируемым объемом
Аксиальные
Пластинчатые
С регулир. объемом
Гидронасосы
Поршневые
С постоянным объемом
Шестеренные
Внешнее
Внутреннее

Радиально-поршневой насос с регулируемым объемом

Рабочий объем до 250 см3
Давление до 350 бар
Регулируется
Высокий КПД
Высокая продолжительность работы
Малые габариты
Высокая стоимость
Характеристики Радиальных насосов