СПОСОБ СНИЖЕНИЯ МАССЫ ГИДРОСИСТЕМЫ Российский патент 1998 года по МПК F15B15/00 

Изобретение относится к способам снижения масс гидросистем и может быть использовано в авиационных и ракетных гидросистемах, а также в гидросистемах строительных и дорожных машин, в горном гидромашиностроении.

Известны способы снижения масс самолетных ГС, сводящиеся к
снижению масс агрегатов, комплектующих систему,
росту величин рабочих давлений в ГС,
снижению масс трубопроводных магистралей.

Практика создания современных гидроагрегатов показала, что в настоящее время массовые и энергетические характеристики гидроагрегатов, комплектующих систему, достаточно высоки. Поэтому при использовании первого способа существенного выигрыша в массе в этом случае достичь весьма трудно. Второй способ - повышение величин рабочих давлений - позволяет снизить массу исполнительных механизмов - силовых цилиндров и примерно, как показали результаты исследований, снизить массу трубопроводов напорной магистрали при росте давления с 200 до 350 - 400 кгс/см² на 10 - 15% (Матвеенко А.М. Аналитическое проектирование гидравлических систем летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1977, с. 80-84, рис. 2.23). Однако практика перехода к таким давлениям и дальнейшее форсирование давления до 560 кгс/см² приводят к резкому росту контактных нагрузок в паре поршень-блок насосов, увеличению пульсирующих нагрузок и к соответственному снижению долговечности и надежности гидросистем.

Возможен способ снижения масс гидросистем за счет уменьшения диаметров трубопроводных магистралей. Однако при этом существенно возрастают потери давления, особенно на режимах работы с максимальными потребными расходами, и в результате на этих режимах существенно снижается быстродействие рулевых приводов.

Анализ режимов работы потребителей в самолетных гидросистемах показал, что примерно 95% времени, кроме режимов взлета и посадки, насосы работают на режимах с малыми и нулевыми расходами жидкости в систему (восполнение утечек по различным элементам ГС).

Технический результат, который может быть достигнут от использования данного технического решения, заключается в сохранении быстродействия исполнительных механизмов при снижении массы гидросистем за счет уменьшения диаметров трубопроводов.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе снижения массы гидросистемы, включающей источник питания в виде насоса переменной подачи, потребители и связывающие их магистральные трубопроводы, массу гидросистемы снижают за счет уменьшении диаметров трубопроводов, для чего в качестве источника питания используют насос переменной подачи, статическая расходная характеристика которого удовлетворяет следующему соотношению:
,
где
давление на выходе из насоса на режимах с Q = Q_max;
давление на выходе из насоса на режимах с Q = 0;
Q_max - максимальная подача насоса;
Q - подача насоса;
ΔP- суммарная величина потерь давления на участках магистрального трубопровода от насоса до потребителя; т.е. на режимах работы с максимальными потребными расходами источник питания (насос) развивает давление, большее чем давление нулевой подачи на величину потерь давления по длине магистрали от насоса до потребителя.

На фиг. 1 представлена схема гидросистемы.

На фиг. 2 показан один из возможных вариантов характеристики насоса. Q = f(P).

Гидросистема содержит насос переменной подачи 1, предохранительный клапан 2, аккумулятор 3, фильтр 4 и обратный клапан 5, установленные в магистрали нагнетания 6 на участке от насоса до потребителей 7 и 8, а также магистраль слива 9, в которой установлен теплообменник 10, и бак 11.

Работа гидросистемы.

При запуске насоса переменной подачи 1 рабочая жидкость из бака 11 поступает во входную полость насоса 1, переносится в магистраль нагнетания 6 и через обратный клапан 5, фильтр 4 поступает к потребителям 7 и 8. В случае, когда потребителю не требуется расход, система регулирования подачи выводит насос 1 на режим с Q = 0, обеспечивая при этом величину давления в системе , определяемую настройкой регулятора подачи (см. фиг. 2). В случае, когда потребителю необходимо совершить работу (переместить орган управления) по внешнему управляющему сигналу, одна из его полостей сообщается с магистралью нагнетания 6, а вторая - с магистралью слива 9, и насос 1 начинает подавать жидкость в соответствующую полость потребителя. При этом в зависимости от величины потребляемого расхода давление на выходе из насоса возрастает в соответствии с характеристикой, показанной на фиг. 2 (наклонная часть характеристики), и при этом обеспечивается стабильность величины давления у потребителя и таким образом поддерживается быстродействие системы, которое при выбранных агрегатах ГС зависит от величин перепада давления между давлением у потребителя и давлением в полости его исполнительного органа. На практике расход насоса 1 - Q выбирается таким, чтобы на всех возможных режимах работы насоса по расходу последний обеспечивал бы в гидросистеме давление на ниже (см. фиг. 2).

Пример конкретного выполнения.

Для оценки эффективности снижения масс трубопроводных магистралей рассмотрим случай, когда длина трубопровода магистрали нагнетания равна 25 м. В этом случае при диаметре магистрали d = 18 мм масса стального трубопровода, заполненного жидкостью АМг-10 с удельным весом γ_ж= 0,9 гс/см³, находится из соотношения:

где
D - наружный диаметр трубопровода,
d - внутренний диаметр трубопровода,
γ_ст,γ_ж- соответственно удельный вес стали и рабочей жидкости.

Отсюда при D = 20 мм и γ_ст= 7,8 гс/см³ масса трубопровода G_тр равна 17,3 кг. Потери давления ΔP в магистрали при расходе Q = 60 л/мин определяется из соотношения

где
λ- коэффициент потерь давления, равен 0,04, скорость потока:
В этом случае величина ΔP получается равной ΔP= 22 кгс/см².

Таким образом, при величине P на выходе из насоса, равной 210 ± 107

кгс/см², наименьшая величина давления у потребителей может быть равна 181 кгс/см². Если теперь изменить (уменьшить) диаметр трубопроводной магистрали с d = 18 на d = 16, т.е. перейти в соответствии с ОСТом 103524-71 на следующий типоразмер трубопровода, то потери давления составят 37 кгс/см², а масса магистрали снизится на 14% и составит 14,9 кгс. Поэтому, если изменить характеристику насоса так, что настройка величины давления нулевой подачи составит 180 - 183 кгс/см², то величина давления на выходе из насоса не превысит 220 кгс/см².

Таким образом, предложенный способ позволяет значительно снизить массу гидросистемы без существенного повышения давления в ГС и с сохранением ее надежности и быстродействия.

Изобретение относится к способам снижения масс гидросистем и может быть использовано в авиационных и ракетных гидросистемах, а также в гидросистемах строительных и дорожных машин, в горном гидромашиностроении. Способ снижения массы предназначен для гидросистем, включающих источник питания в виде насоса переменной подачи, потребители и связывающие их магистральные трубопроводы. Массу гидросистемы снижают за счет уменьшения диаметров трубопроводов, для чего статическая расходная характеристика насоса переменной подачи удовлетворяет следующему соотношению:

где давление на выходе из насоса на режимах с Q = Q_max; давление на выходе из насоса на режимах с Q = 0; Q_max - максимальная подача насоса; Q - подача насоса, ΔP - суммарная величина потерь давления на участках магистрального трубопровода от насоса до потребителей. Технический результат заключается в сохранении быстродействия исполнительных механизмов при снижении массы гидросистемы. 2 ил.

Способ снижения массы гидросистемы путем уменьшения диаметров трубопроводов, отличающийся тем, что уменьшают диаметры трубопроводов за счет использования насоса переменной подачи, статическая расходная характеристика которого удовлетворяет следующему соотношению:

где давление на выходе из насоса на режимах с Q = Q_max;
давление на выходе из насоса на режимах с Q = 0;
Q_max - максимальная подача насоса;
Q - подача насоса;
ΔP - суммарная величина потерь давления на участках магистрального трубопровода от насоса до потребителя.