Аксіально-поршневі гідромашини
Роторні гідромашини - це об'ємні гідравлічні машини, в яких витискувачі здійснюють обертальний або обертально-поступальний рух. У роторних гідромашинах витіснення рідини здійснюється з камер, які виконують обертальний рух, завдяки чому відбувається перенесення робочої рідини із входу на вихід гідромашини.
Зміст
Класифікація роторних гідромашин
- Роторно-обертальні гідромашини, у яких робочі органи здійснюють тільки обертальний рух
- Зубчасті гідромашини, у яких робоча рідина переміщається в напрямку, перпендикулярному до осі обертання робочих органів (шестерень)
- Шестеренні гідромашини з евольвентним зачепленням:
- з внутрішнім зачепленням;
- із зовнішнім зачепленням.
- Шестеренні гідромашини з евольвентним зачепленням:
- Героторна гідромашина з трохоїдальним зачепленням.
- Гвинтові гідромашини, у яких робоча рідина переміщається уздовж осі обертання робочих органів:
- ногвинтові;
- багатогвинтові.
- Шиберні (пластинчасті) гідромашини, у яких робочі камери утворюються робочими поверхнями ротора, статора, суміжних шиберів та бокових кришок
- Роторно-пластинчасті
- Однократної дії:
- регульовані;
- нерегульвані
- Двократної дії
- Багатократної дії
- Роторно-поршневі гідромашини, у яких робочі камери утворені робочими поверхніми поршнів (плунжерів) і циліндрів.
- Аксіально-поршневі гідромашини, у яких осі поршнів паралельні осі обертання ротора або утворюють з нею кут менший 45о:
- з похилим диском;
- з похилим блоком.
- Радіально-поршневі гідромашини, у яких осі поршнів перпендикулярні до осі обертання ротора або утворюють з нею кут більший 45:
- однократної дії;
- багатократної дії.
- Аксіально-поршневі гідромашини, у яких осі поршнів паралельні осі обертання ротора або утворюють з нею кут менший 45о:
Роторні гідромашини зазвичай складаються з наступних елементів: статора, ротора, пов'язаного з валом гідромашини, і витискувачів, що здійснюють витіснення рідини (у насосах), або у які поступає рідина під тиском (у гідромоторах).
Принцип дії
Аксіально-поршневий насос складається з блоку циліндрів 8 з поршнями (плунжерами) 4, шатунів 7, наполегливої диска 5, розподільного пристрою 2 і ведучого вала 6.
Під час роботи насоса при обертанні валу приходить в обертання і блок циліндрів. При похилому розташуванні наполегливої диска або блоку циліндрів поршні, крім обертального, здійснюють і зворотно-поступальні аксіальні руху (уздовж осі обертання блоку циліндрів). Коли поршні висуваються з циліндрів, відбувається всмоктування, а коли вдвигаются - нагнітання. Через вікна 1 і 3 в розподільчому пристрої 2 циліндри поперемінно з'єднуються то з всмоктуючої, то з напірної гідролініями. Для виключення з'єднання всмоктуючої лінії з напірної блок циліндрів щільно притиснутий до розподільного пристрою, а між вікнами цього пристрою є ущільнювальні перемички, ширина яких b більше діаметру d до отвору з'єднувальних каналів у блоці циліндрів. Для зменшення гідравлічного удару при переході циліндрами ущільнювальних перемичок в останніх зроблені дросельні канавки у вигляді невеликих вусиків, за рахунок яких тиск рідини в циліндрах підвищується рівномірно. Робочими камерами аксіально-поршневих насосів є циліндри, аксіально розташовані відносно осі ротора, а витіснювачами - поршні. По виду передачі руху витискувача аксіально-поршневі насоси підрозділяються на насоси з нахиленим блоком і з похилим диском. Відомі конструкції аксіально-поршневих насосів виконані за чотирма різними принциповими схемами. Насоси з силовим карданом приводний вал з'єднаний з похилим диском силовим карданом, виконаним у вигляді універсального шарніра з двома ступенями свободи. Поршні з'єднуються з диском шатунами. При такій схемі крутний момент від приводить двигуна передається блоку циліндрів через кардан і похилий диск. Початкове притиснення блоку циліндрів розподільного пристрою забезпечується пружиною, а під час роботи насоса тиском рідини. Передача крутного моменту блоку циліндрів необхідна для подолання сил тертя між торцем блоку циліндрів і розподільним пристроєм.
У насосах з подвійним несиловим карданом кути між віссю проміжного валу і осями ведучого і веденого валів беруть однаковими і рівними 1 = 2 = / 2. При такій схемі обертання ведучого і веденого валів буде практично синхронним, а кардан повністю розвантаженим, так як крутний момент від приводить двигуна передається блоку циліндрів через диск 5, що виготовляється заодно з валом 6. Насоси з точковим дотиком поршнів похилого диска мають найбільш просту конструкцію, оскільки тут немає шатунів і карданних валів. Однак для того, щоб машина працювала в режимі насоса, необхідно примусово висунення поршнів з циліндрів для притиснення їх до опорної поверхні похилої диска (наприклад, пружинами, поміщеними в циліндрах). За такою схемою найчастіше виготовляють гідромотори типу Г15-2. Ці машини випускаються невеликої потужності, тому що в місцях контакту поршнів з диском створюється висока напруга, яке обмежує тиск рідини.
Аксіально-поршневі машини бескарданного типу блок циліндрів з'єднується з ведучим валом через шайбу і шатуни поршнів. У порівнянні з гідромашини з карданної зв'язком машини бескарданного типу простіше у виготовленні, надійніші в експлуатації, мають менший розмір блоку циліндрів. За даною схемою вітчизняної промисловістю випускається більшість аксіально-поршневих машин серії 200 і 300.
Подача (витрата) аксіально-поршневий гідромашини залежить від ходу поршня, який визначається кутом γ нахилу диска або блоку циліндрів (γ <25). Якщо конструкція гідромашини в процесі її експлуатації допускає зміну кута γ, то такі машини регульовані. При зміні кута нахилу шайби або блоку циліндрів з + γ до - γ досягається реверсування напрямку потоку рідини або обертання ротора гідромашини.
Подачу для машин з безшатунному приводом визначають за формулою:
а для машин з шатунним приводом
де d - діаметр циліндра; D і D - діаметр окружності, на якій розташовані центри кіл циліндрів або закріплені шатуни на диску; D tg γ і D 'sin γ - хід поршня при повороті блоку циліндрів на 180; z - число поршнів (z = 7, 9, 11)
Крутний момент аксіально-поршневого гідромотора визначають за формулою:
Використання
Цей тип насоса може містити більшу частину необхідного контролю ланцюга інтегрально (контроль похилій пластини кут) для регулювання витрат і тиску, бути дуже надійним і дозволяє іншим з гідравлічної системи, є дуже простими і недорогими.
Осьовий поршневих двигунів також використовується для живлення багатьох машин. Вони працюють за тим же принципом, як описано вище, за винятком того, що циркулює рідини здійснюється під великим тиском і поршневі Корпус виготовлений для обертання і забезпечує потужність на валу на іншу машину. Загальне використання осьового поршневого двигуна до влади малих землерийних рослин, таких як занесення навантажувач машин. Іншим варіантом використання є диск гвинта від торпед.
Різновиди поршневих компресорів за будовою:
- Поршневі
- Ротаційні
Робочі цикли компресора
Етап 1. При русі поршня вниз робочий об'єм циліндра (об'єм циліндра над поршнем) збільшується і тиск в ньому падає.
Етап 2. Коли тиск у циліндрі стане нижче, ніж тиск у камері всмоктування голівки, відкриється всмоктуючий клапан і газу по всмоктуючому трубопроводу поступатимуть в циліндр. Почнеться процес всмоктування. Він буде тривати до тих пір, поки поршень, досягнувши крайнього нижнього положення (нижня мертва точка) в циліндрі, не почне рухатися вгору. Робочий об'єм циліндра буде зменшуватися, а тиск, відповідно, рости.
Етап 3. Як тільки тиск в циліндрі перевищить тиск у камері всмоктування головки, всмоктуючий клапан закриється і процес всмоктування закінчиться. Розпочнеться стиснення газу. Процес стиснення буде відбуватися до тих пір, поки тиск пари в циліндрі не перевищить тиску в камері нагнітання головки.
Етап 4. У результаті попереднього етапу відкриється нагнітальний клапан. Почнеться процес нагнітання, тобто виштовхування стислих пари з циліндра компресора в конденсатор.
Невелика кількість стиснутих парів газу на етапі 4 неминуче залишиться в циліндрі. Це відбувається тому, що при крайньому верхньому положенні поршня (верхня мертва точка) в циліндрі повинен бути зазор між денцем поршня і клапанної плитою, щоб поршень не бився об неї своїм денцем. Зазор створює шкідливий - мертвий об'єм, в який також входить обсяг, утворений прохідним перетином отвори в клапанній плиті, що з'єднує циліндр з камерою нагнітання голівки. Стислі пари, що залишилися в мертвому обсязі (просторі), будуть розширюватися в циліндрі при подальшому русі поршня вниз до тих пір, поки їх тиск, тобто тиск у циліндрі, не стане нижче, ніж тиск в камері всмоктування голівки.
Способи передачі руху поршню
- Кривошипно-шатунний механізм
- Кулісний механізм
Класифікація
Компресорні машини поділяються за величиною продуктивності. Під продуктивністю розуміють кількість газу, що подається поршневим компресором споживачеві за одиницю часу. У тому випадку, якщо продуктивність виражається в одиницях об'єму за час, то обсяг визначається при параметрах газу перед усмоктувальним патрубком поршневого компресора. Виражена таким чином продуктивність називається приведеною, а кількість газу, що подається за один хід поршня, називають подачею.
За приведеною продуктивностю поршневі компресори поділяються на такі групи:
- 1. Мінікомпрессори поршневі, продуктивність яких змінюється в межах від 0 до 3 * 10 ˉ ² м ³ / с. Подібні машини використовуються для спеціальних цілей в приладобудуванні, медицині і т.д.
- 2. Мінікомпрессори поршневі, продуктивність яких змінюється від 3 * 10 ˉ ² до 0,01 м ³ / с. Цю групу становлять деякі види транспортних компресорів, які подають стиснене повітря в гальмівні системи, лабораторні компресори і т.д.
- 3. Поршневі компресори малої продуктивності з діапазоном зміни від 0,01 до 0,1 м ³ / с. Вони використовуються найчастіше як машини загальнопромислового призначення з тиском нагнітання до 1,5 МПа, у пересувних компресорних установках і т.д.
- 4. Поршневий компресор середньої продуктивності з діапазоном зміни від 0,1 до 1 м ³ / с. Основну частину цієї групи становлять компресори загального призначення, що використовуються на компресорних станціях заводів, шахт, рудників.
- 5. Поршневий компресор великої продуктивності. Він має продуктивність більше 1 м ³ / с і використовується в основному на хімічних комбінатах. Широко використовуються на компресорних станціях машини продуктивністю 1,66 м ³ / с. Виготовляються машини і декілька більшої продуктивності.
- Інший поділ поршневого компресора по виду стисливого газу: повітряний, азотно-водневий, етиленових, азотний, кисневий, гелієвий, водневий, хлорний і т.д. Класифікація за видом стисливого газу в якійсь мірі вказує на особливості конструкції поршневого компресора. Наприклад, гелієві і водневі поршневі компресори стискають дуже текучі гази і вимагають спеціальних ущільнень поршня і штоків. Іноді поршневий компресор поділяють з вигляду двигуна приводу на електрокомпрессори, компресори з приводом від парової машини і з приводом від двигунів внутрішнього згоряння.
- За типом герметизації
Діафрагменні компресори (мембранні)
- є варіантом звичайного поршневого компресора. Стиск газу відбувається за рахунок руху мембрани, а не поршня. В таких компресорах дуже малі затрати на тертя. Їх зазвичай застосовують для стиску природнього газу, або водню.
Зазвичай компресори малих обємів 1-2 літри - є портативними. Вони можуть створити тиск в декілька атмосфер повністю виконуючи при цьому покладені на них задачі. Великі поршневі компресори понад 750кВт зазвичай працюють на великих промислових заводах. Також у нафтодобувній промисловості для подачі тиску і виштовхування нафти. Малі прототипи можна зустріти в автомобільних гальмівних системах, на промислових холодильних установках, та автосервісних станціях.
Література
- Абдурашитов С. А. Насосы и компрессоры. — М.: Недра, 1974.
- Михайлов А. К., Ворошилов В. П. Компрессорные машины. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 288 с. — ISBN 5-283-00090-7
- Френкель М. И. Поршневые компрессоры. — М.-Л.: Машгиз, 1960.
- Воронецкий А.В. Современные компрессорные станции (Концепции, проекты, оборудование). — М.: ООО «Премиум Инжиниринг», 2008. — 614 с. — ISBN 978-5-903363-09-4
