Как работает лопастной насос с регулируемым рабочим объемом?

Чем он отличается от лопастного насоса с фиксированной лопастью

Понимание фундаментального принципа работы необходимо для понимания преимуществ изменяемой конструкции.

Принцип работы:

Основной механизм: Как и в насосе с фиксированными лопастями, в насосе с регулируемыми лопастями используется ротор с прорезями, соединенный с приводным валом. Лопасти входят в эти пазы и прижимаются наружу к внутреннему отверстию кольца (часто называемого кулачковым кольцом или прижимным кольцом) под действием центробежной силы и гидравлического давления под лопастями. Когда ротор вращается, жидкость захватывается между лопатками, переносится из впускного отверстия в выпускное отверстие, а затем вытесняется по мере сжатия пространства.

Переменный элемент: Ключевое отличие заключается в положении этого кулачкового кольца. В пластинчатом насосе с фиксированными лопастями кольцо неподвижно и центрировано вокруг ротора. В лопастном насосе с регулируемыми лопастями кольцо установлено таким образом, что оно может перемещаться, обычно вокруг шарнирного пальца. Положение кольца относительно ротора определяет рабочий объем насоса. Когда кольцо концентрично ротору, объем камер не меняется при их вращении, поэтому перекачивающего действия не происходит (нулевое смещение). Когда пружина или гидравлическая сила смещает кольцо от центра (эксцентрично), камеры увеличиваются и уменьшаются в объеме, создавая поток.

Управление потоком: встроенный компенсационный клапан, часто называемый компенсатором давления или компенсатором нагрузки, автоматически регулирует положение кольца. Этот клапан измеряет давление в системе или перепад давления на отверстии. Когда потребность в системе низкая и давление повышается до заданного уровня, компенсационный клапан смещается, направляя жидкость к поршню, который перемещает кольцо, преодолевая силу пружины, в концентрическое положение (низкий расход). Когда потребность увеличивается, а давление падает, пружина толкает кольцо обратно в эксцентричное положение (высокий расход).

Отличие от фиксированных лопастных насосов:

Регулирование производительности: пластинчатый насос с фиксированными лопастями непрерывно подает постоянный поток с заданной скоростью. Любую жидкость, не используемую системой, необходимо сбрасывать через предохранительный клапан, преобразуя избыточную энергию в тепло. Пластинчато-регулируемый насос производит только тот поток, который необходим системе, что значительно снижает потери энергии и тепла.

Эффективность. Пластинчатые насосы с переменной производительностью более энергоэффективны в приложениях с различными требованиями к потоку, поскольку они исключают постоянный обход жидкости под высоким давлением.

Сложность и стоимость. Пластинчатые насосы с регулируемой нагрузкой механически более сложны и содержат дополнительные компоненты, такие как подвижное кольцо, пружины смещения и компенсационный клапан. Обычно это делает их более дорогими в производстве и покупке, чем насосы с фиксированным рабочим объемом.

Пригодность для применения: Насосы с фиксированными лопастями хорошо подходят для применений, требующих постоянного расхода, например, для простых контуров двигателя. Пластинчатые насосы с регулируемыми лопастями отлично подходят для применений с различными потребностями в потоке, таких как зажим и последующее перемещение в станке или в системах с компенсацией давления.

Каковы основные преимущества использования лопастного насоса с регулируемыми лопастями в гидравлической системе?

Внедрение пластинчатых насосов с регулируемыми лопастями обусловлено рядом ощутимых преимуществ, которые влияют на производительность системы, эксплуатационные расходы и конструкцию машины.

Энергоэффективность и пониженное энергопотребление: это значительное преимущество. Сопоставляя поток с потребностями, насос потребляет только мощность, необходимую для выполнения работы. В типичном рабочем цикле с периодами простоя или удержания это может снизить потребление энергии на 30–70 % по сравнению с системой с фиксированным насосом с предохранительным клапаном. Это напрямую приводит к снижению счетов за электроэнергию для машин с электроприводом или к снижению расхода топлива для машин с приводом от двигателя.

Снижение тепловыделения: когда стационарный насос сбрасывает избыточный поток через предохранительный клапан, гидравлическая жидкость поглощает энергию, вызывая повышение ее температуры. Это часто требует большого теплообменника (масляного радиатора) для управления температурой. Пластинчатый насос с регулируемыми лопастями сводит к минимуму эти потери энергии, поэтому жидкость остается более холодной. Это может уменьшить размер и стоимость системы охлаждения или даже устранить необходимость в ней в некоторых приложениях.

Упрощенная конструкция системы: во многих случаях регулируемый насос с компенсатором давления может устранить необходимость в отдельном предохранительном клапане в главном контуре, поскольку насос сам ограничивает давление. Это упрощает конструкцию схемы и уменьшает количество потенциальных точек утечки и компонентов.

Более плавная работа и меньший уровень шума. Поскольку насос генерирует поток только тогда, когда это необходимо, а компенсатор обеспечивает плавные переходы между состояниями потока, пластинчато-регулируемые насосы могут работать тише, чем стационарные насосы, которые постоянно работают с полным расходом. Уменьшение высокоскоростного обхода также способствует снижению уровня шума системы.

Увеличенный срок службы компонентов. Более низкие рабочие температуры и уменьшенные пиковые давления в условиях байпаса могут способствовать увеличению срока службы уплотнений и снижению износа компонентов системы, включая сам насос, клапаны и приводы.

В каких случаях обычно используются гидравлические лопастные насосы с регулируемой регулировкой?

Пластинчатые насосы с регулируемыми лопастями используются в широком спектре отраслей промышленности, где требуется гидравлическая мощность с переменным спросом.

Станки: это классическое приложение. Такие машины, как машины для литья под давлением, машины для литья под давлением и прессы, имеют циклы, в которых требуется высокий поток для быстрого перемещения или зажимных движений, за которым следует высокое давление с низким потоком или его отсутствием для удержания. Регулируемый насос обеспечивает высокий поток, когда это необходимо, а затем «работает на холостом ходу» при высоком давлении с минимальным потоком в течение периода удержания.

Промышленные гидравлические агрегаты. Многие силовые агрегаты общего назначения используют лопастные насосы с регулируемыми лопастями для подачи гидравлической энергии на несколько станций или машин, которые могут иметь прерывистые и изменяющиеся требования к потоку.

Оборудование для автоматизации и сборки. На автоматизированных сборочных линиях гидравлические системы используются для операций прессования, зажима и индексации. Экономия энергии и снижение тепла от регулируемых насосов ценны в этих часто закрытых производственных средах.

Погрузочно-разгрузочные работы. Вилочные погрузчики, подъемные столы и другое погрузочно-разгрузочное оборудование выигрывают от эффективности регулируемых насосов, особенно в приложениях с частыми циклами подъема и опускания.

Автомобильные трансмиссии. Специализированное и крупномасштабное применение — современные автоматические трансмиссии, где лопастной насос переменной производительности часто используется в качестве основного насоса трансмиссионной жидкости. Это повышает общую топливную экономичность автомобиля за счет уменьшения паразитных потерь привода насоса.

Чем регулируемые лопастные насосы отличаются от регулируемых поршневых насосов?

Как лопастные, так и регулируемые поршневые насосы (аксиально-поршневые или радиально-поршневые) могут регулировать свой рабочий объем. Выбор между ними зависит от конкретных требований приложения.

Допустимое давление: поршневые насосы с регулируемым давлением обычно работают при более высоких давлениях. В то время как стандартные пластинчато-регулируемые насосы обычно имеют номинальное давление от 1000 до 1500 фунтов на квадратный дюйм (от 70 до 100 бар), некоторые высокопроизводительные модели могут достигать давления от 2500 до 3000 фунтов на квадратный дюйм (от 170 до 200 бар). Однако поршневые насосы с регулируемым давлением обычно работают при давлении от 3000 до 5000 фунтов на квадратный дюйм (от 200 до 350 бар) и выше, что делает их необходимыми для применений с высоким давлением, таких как тяжелое землеройное оборудование.

Расход и плотность мощности. Поршневые насосы часто обеспечивают более высокую плотность мощности, что означает, что они могут обеспечить больший поток при более высоком давлении для данного физического размера.

Стоимость: Производство лопастных насосов с переменной производительностью обычно дешевле, чем поршневых насосов с переменной производительностью. Их более простая конструкция с меньшим количеством высокоточных деталей делает их экономически эффективным решением для применений с низким и средним давлением.

Толерантность к жидкости: лопастные насосы обычно более чувствительны к загрязнению жидкости, чем поршневые насосы. Поддержание чистой жидкости имеет решающее значение для долговечности лопастного насоса, поскольку предотвращает прилипание или чрезмерный износ лопастей.

Шум и пульсация потока. Пластинчатые насосы часто создают меньшую пульсацию потока (пульсации давления), чем поршневые насосы, что может привести к более тихой работе и меньшей нагрузке на последующие компоненты, такие как шланги и фитинги.