ЭЛЕКТРОПРИВОДНОЙ НАСОСНЫЙ АГРЕГАТ Российский патент 1997 года по МПК F04B1/26 F04B17/03 F04B49/12 

Изобретение относится к устройствам гидроавтоматики и может быть использовано в аксиально-плунжерных насосах с приводами ограниченных мощностей, например, электроприводных.

Известны электроприводные насосы, применяемые в приводах летательных аппаратов в качестве источников гидравлической энергии, например, электроприводной насосный агрегат, содержащий приводной электродвигатель постоянного или переменного тока и насос переменной подачи с регулятором подачи рабочей жидкости, обеспечивающим традиционную, представленную в описании, расходную характеристику насоса Q f(P) с перегибом в точке, соответствующей давлению Р 190 кГс/см² по ОСТ 1 00095-73 (I).

Недостатком конструкций таких агрегатов является неполное использование мощности приводного электродвигателя во всем диапазоне давления подачи, который выбирается исходя из максимальной мощности насоса, соответствующей точке перегиба характеристики насоса.

При выборе же электродвигателя исходя из номинальной мощности насоса, при его работе в точке максимальной мощности (или близкой к ней) электродвигатель может выйти из строя.

Указанный недостаток устраняется в известных конструкциях электронасосных агрегатов НС68, НС74.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является выбранное изобретение в качестве прототипа.

Электроприводной насосный агрегат, содержащий электродвигатель и регулируемый аксиально-плунжерный насос с регулятором давления нулевой подачи и прямым регулятором положения поворотной люльки, включающим соединенные с противоположными краями последней дифференциальный сервопоршень и пружинный узел с упорами, один из которых связан с люлькой, а другой с регулировочным элементам начального усилия пружинного узла (2).

Применение дифференциального сервопоршня с пружиной прямого регулятора в указанном прототипе позволяет обеспечить характеристику насоса с перегибами в двух настраиваемых точках, например, при давлениях 130 кГс/см² и 190 кГс/см², при этом пружиной прямого регулятора и одной из ступеней дифференциального сервопоршня обеспечивается расходная характеристика насоса, соответствующая примерно равным значениям приводной мощности в области граничных значений данного диапазона, что позволяет более полно использовать мощность электродвигателя.

При работе этого электроприводного насосного агрегата с момента запуска электродвигателя до достижения величины давления в линии нагнетания 130 кГс/см² люлька под действием пружины прямого регулятора сохраняет положение, соответствующее максимальной подаче.

При дальнейшем увеличении давления рабочей жидкости в линии нагнетания дифференциальный сервопоршень, преодолевая усилие пружины прямого регулятора, переводит люльку на меньший угол, вследствие чего подача насоса уменьшается в соответствии с заданной жесткостью пружины, обеспечивающей, как уже было отмечено, примерно равные значения приводной мощности в рабочем диапазоне преимущественно в области граничных значений давления.

При дальнейшем повышении давления рабочей жидкости срабатывает регулятор давления нулевой подачи, открывая доступ рабочей жидкости к торцевой площади (второй ступени) дифференциального сервопоршня, который при этом перемещает люльку насоса более интенсивно. При давлении подачи 210 кГс/см² люлька устанавливается в положение нулевой подачи.

При снижении давления в линии подачи усилием пружины прямого регулятора люлька устанавливается в соответствии с изменившимся давлением, в результате чего возрастает подача рабочей жидкости.

Недостатком этого известного устройства является то, что в эксплуатационном диапазоне давлений рабочей жидкости от 130 кГс/см² до 190 кГс/см² при близком к линейному, но все же нелинейном (выпуклом) характере зависимости подачи насоса по давлению не обеспечивается постоянная нагрузка на валу электродвигателя во всем диапазоне вследствие нелинейного изменения КПД насоса, электродвигателя и наличия сил трения в элементах насоса. Характеристика тока, потребляемого электродвигателем, также нелинейна, что между настраиваемыми точками рабочего диапазона давлений приводит к перегрузке электродвигателя.

Изобретение решает техническую задачу стабилизации потребляемой мощности приводного электродвигателя насоса, то есть обеспечения более постоянной в сравнении с прототипом токовой (мощностной) его нагрузки во всем эксплуатационном диапазоне давлений рабочей жидкости путем обеспечения линейной или вогнутой расходной характеристики насоса в этом диапазоне введением регулируемой жесткости пружинного узла прямого регулятора положения поворотной люльки насоса.

Поставленная задача реализуется тем, что в электроприводном насосном агрегате, содержащем электродвигатель и регулируемый аксиально-плунжерный насос с регулятором давления нулевой подачи и прямым регулятором положения поворотной люльки, включающим соединенные с противоположными краями последней дифференциальный сервопоршень и пружинный узел с упорами, один из которых связан с люлькой, а другой с регулировочным элементом начального усилия пружинного узла, пружинный узел выполнен по меньшей мере с двумя соосными пружинами различной жесткости, из которых охватываемая пружина непосредственно оперта на оба упомянутых упора, а размещенная внутри нее охватываемая пружина непосредственно оперта с одной стороны на один из упоров, а с другой на дополнительно выполненную подпружиненную опору, установленную в начальном положении относительно второго упора с зазором, меньшим величины хода последнего при перемещении люльки между крайними положениями.

Другими словами, в прямом регуляторе положения люльки насоса электроприводного насосного агрегата за счет применения пружинного узла с двумя пружинами различной жесткости и различной длины с линейной характеристикой, одна из которых вступает в работу за счет регулируемого зазора позднее другой, обеспечивается нелинейная жесткость пружинного узла.

На чертежах представлены:
на фиг. 1 схема электроприводного насосного агрегата;
на фиг. 2 пружинный узел прямого регулятора насоса;
на фиг. 3 характеристика насоса по ОСТ 1 00095-73;
на фиг. 4 сравнительные расходные и токовые характеристики насосной станции НС68 (1) электроприводного насосного агрегата (2).

Электроприводной насосный агрегат (фиг. 1) состоит из электроприводной и насосной частей и содержит в корпусе 1 приводной электродвигатель с жидкостным охлаждением обмоток, соединенный с помощью рессоры 2 с размещенным в корпусе 3 регулируемым аксиально-плунжерным насосом, на входе которого установлены соосно центробежное колесо 4 и шнековый насос 5.

На приводном валу 6 аксиально-плунжерного насоса установлен блок цилиндров 7 с качающими плунжерами 8 в отверстиях 9 блока.

Приводной вал 6 рессорой 10 соединен с шестеренным насосом 11. Аксиально-плунжерный насос снабжен прямым регулятором положения люльки 12, включающим соединенные с ней, с одной стороны, пружинный узел с регулировочным элементом 13 его начального усилия, с противоположной шарнирно соединенный дифференциальный сервопоршень 14, размещенный в проточке корпуса, соединенной с линией подачи и регулятором давления нулевой подачи насоса 15.

На фиг. 1 аксиально-плунжерный насос изображен в положении, соответствующем максимальной подаче рабочей жидкости, так как люлька 12 отклонена на максимальный угол пружиной 16 прямого регулятора, опертой на упоры 17 и 18. Внутри охватывающей пружины 16 размещена охватываемая пружина 19, которая с одной стороны оперта на упор 18, а с другой через регулировочные элементы 20 на дополнительную опору 21, подпружиненную пружиной 22 относительно упора 17 и установленную с помощью регулировочных элементов с зазором А, показанным на фиг. 2.

Пружина 22 предназначена для исключения свободного перемещения пружины 19 в исходном (изображенном на фиг. 1) положении люльки насоса в связи с возможностью свободного хода А. Положение упора 18 определено регулировочным элементом 13.

Для улучшения условий всасывания аксиально-плунжерного насоса, создания на его входе постоянного давления, понижения уровня кавитации использованы центробежное колесо 4 и диффузор 23.

На входе центробежного колеса 4 установлен шнековый насос 5 для обеспечения расчетной подачи рабочей жидкости центробежным колесом из полости всасывания 24 через пазы 25 в крышке 26 в полость низкого давления 27 в корпусе 3 и далее к полости всасывания 28 распределительного золотника 29.

Полость нагнетания 30 золотника 29 соединена с линией подачи и через фильтр 31 с полостью 32 регулятора давления нулевой подачи 15 и полостью 33 дифференциального сервопоршня 14, а при перемещении золотника 34 в сторону пружины 35 с полостями 36 и 37.

Для откачивания нагретой жидкости из полости низкого давления 27 корпуса 3 в сливную магистраль предусмотрен шестеренный насос 11.

Для охлаждения обмоток статора электродвигателя между его корпусом 1 и кожухом статора выполнены винтовые каналы 38, соединенные с полостью 27 трубой 39, а со входом в шнековый насос через втулку 40.

Для охлаждения ротора электродвигателя на поверхности вала 41 выполнены винтовые каналы 42, гидравлически связанные с полостью 27 через полость внутри вала 41, канал в рессоре 2, отверстие 43.

Электроприводной насосный агрегат работает следующим образом.

Крутящий момент от вала 41 электродвигателя через рессору 2 передается на приводной вал 6, при этом шнековым насосом 5 и центробежным колесом 4 рабочая жидкость из входной магистрали и полости всасывания 24 через диффузор 23 центробежного колеса, пазы 25 в крышке 26 подается в полость низкого давления 27 корпуса 3 насоса и далее к полости всасывания 28 распределительного золотника 29.

Вследствие наклона люльки насоса 12 при вращении блока цилиндров 7 качающие плунжеры 8 совершают возвратно-поступательное движение в отверстиях 9 блока цилиндров, а блок, при вращении скользя торцом по распределительному золотнику 29, сообщает плунжерные отверстия поочередно с его полостями всасывания и нагнетания.

Плунжеры 8, совершая возвратно-поступательное движение в отверстиях блока цилиндров, всасывают рабочую жидкость из полости 28 распределительного золотника 29 и вытесняют ее при перемещении в обратном направлении в полость нагнетания 30 золотника и далее в штуцер "Выход", а также через фильтр 31 к регулятору давления нулевой подачи 15.

С момента запуска электродвигателя до достижения в линии подачи давления, соответствующего определенному, настроенному регулировочным элементом 13, начальному усилию пружины 16, люлька 12 сохраняет положение, соответствующее максимальной подаче насоса.

При дальнейшем нарастании давления в линии подачи до величины, соответствующей настроенному начальному усилию пружины 35, золотник 34 регулятора давления нулевой подачи 15, преодолевая противодействующее усилие пружины 35, перемещается, открывая доступ рабочей жидкости из полости 32 в полость 36 и далее в полость 37. Вследствие дополнительного воздействия давления подачи на рабочую площадь дифференциального сервопоршня 14 со стороны полости 37, перемещение его происходит более интенсивно и при давлении, соответствующем затяжке пружины 35 на давление нулевой подачи, люлька 12 устанавливается на минимальный угол, обусловленный внутренними перетечками рабочей жидкости. Подача рабочей жидкости агрегатом прекращается.

Регулирование подачи осуществляется следующим образом. При повышении давления свыше 130 кГс/см² люлька 12 изменяет положение на уменьшение подачи, обеспечивая расходную характеристику, соответствующую жесткости охватывающей пружины 16 на участке сжатия, соответствующем величине зазора А (отрезок Х на фиг. 4).

При дальнейшем повышении давления после того, как выбран зазор А, совместно с охватывающей пружиной 16 действует охватываемая пружина 19. Люлька 12 продолжает перемещение до положения, соответствующего минимальной подаче, преодолевая противодействующее суммарное усилие двух пружин. Расходная характеристика насоса при этом обеспечивается суммарной жесткостью пружинного узла (отрезок Х₁ на фиг. 4).

При снижении давления в линии подачи пружины 16 и 19 пружинного узла прямого регулятора отклоняют люльку на больший угол подача насосного агрегата возрастает в соответствии с изменившимся давлением.

Для охлаждения обмоток электродвигателя часть рабочей жидкости из полости 27 через трубу 39 поступает в винтовые каналы 38, охлаждает обмотки статора и через втулку 40 возвращается в шнековый насос 5.

Одновременно рабочая жидкость поступает из полости 27 через отверстие 43 в полость вала 6 и далее через канал в рессоре 2 в полость вала 41 электродвигателя и винтовые каналы 42, пройдя по которым, рабочая жидкость также возвращается в шнековый насос и центробежным колесом подается в полость низкого давления 27.

Шестеренный насос 11, привод которого осуществляется от вала 6 рессорой 10, откачивает нагретую жидкость из полости 27 в сливную магистраль, обеспечивая подачу свежей рабочей жидкости в корпус 3 из входной магистрали, улучшая охлаждение обмоток электродвигателя.

Сравнение электроприводной насосной станции НС68, взятой в качестве прототипа, и электроприводного насосного агрегата показывает, что пружина прямого регулятора положения люльки насоса не обеспечивает своей жесткостной характеристикой постоянную токовую (мощностную) нагрузку приводного электродвигателя.

Ее жесткостной характеристике соответствует нелинейная токовая характеристика нагрузки приводного электродвигателя (кривые 1 на фиг. 4).

Использованный в электроприводном насосном агрегате пружинный узел прямого регулятора положения люльки насоса по меньшей мере с двумя соосно расположенными пружинами различной жесткости, вступающими в действие в определенной последовательности, обладает нелинейной жесткостной характеристикой, имеющей характер вогнутой кривой в эксплуатационном диапазоне давлений. В этом случае меняется характер кривой токовой нагрузки приводного электродвигателя, она стремится к прямолинейности, характеризуя постоянство потребляемой мощности или нагрузки приводного электродвигателя (кривые 2 на фиг. 4), соответствуя при этом примерно вогнутой расходной характеристике насоса.

Техническим результатом решения поставленной задачи по сравнению с прототипом является применение приводного электродвигателя с меньшей установленной мощностью.

Использование: в области гидроавтоматики. Сущность изобретения: в электроприводном насосном агрегате, содержащем электродвигатель и регулируемый аксиально-плунжерный насос с регулятором положения поворотной люльки, включающим соединенные с противоположными краями последней дифференциальный сервопоршень и пружинный узел с упорами, один из которых связан с люлькой, а другой - с регулировочным элементом начального усилия пружинного узла, выполненного, по меньшей мере, с двумя соосными пружинами различной жесткости, из которых охватывающая пружина непосредственно оперта на оба упомянутых упора, а размещенная внутри нее охватываемая пружина непосредственно оперта с одной стороны на один из упоров, а с другой - на дополнительно выполненную подпружиненную опору, установленную в начальном положении относительно второго упора с зазором, меньшим величины хода последнего при перемещении люльки между крайними положениями. 4 ил.

Электроприводной насосный агрегат, содержащий электродвигатель и регулируемый аксиально-плунжерный насос с регулятором давления нулевой подачи и прямым регулятором положения поворотной люльки, включающим соединенные с противоположными краями последней дифференциальный сервопоршень и пружинный узел с упорами, один из которых связан с люлькой, а другой с регулировочным элементом начального усилия пружинного узла, отличающийся тем, что пружинный узел выполнен по меньшей мере с двумя соосными пружинами различной жесткости, из которых охватывающая пружина непосредственно оперта на оба упомянутых упора, а размещенная внутри нее охватываемая пружина непосредственно оперта с одной стороны на один из упоров, а с другой на дополнительно выполненную подпружиненную опору, установленную в начальном положении относительно второго упора с зазором, меньшим величины хода последнего при перемещении люльки между крайними положениями.