Осевой поршневой насос: конструкция и обзор характеристик

В большинстве карьер, связанных с гидравлическим машиностроением, наступает момент, когда аксиальные поршневые насосы перестают вызывать тревогу и начинают полностью пониматься. Геометрия этих устройств на самом деле изящна, как только вы видите их в работе: несколько поршней поочерёдно выталкивают рабочую жидкость, наклонная шайба регулирует силу их воздействия, а вся сборка вращается сотни раз в минуту внутри корпуса, который можно удержать в двух руках.

Именно это изящество объясняет, почему аксиальные поршневые насосы доминируют в сложных гидравлических применениях, тогда как более простые шестерёнчатые и пластинчатые насосы используются в менее требовательных задачах. Давление до 400 бар и выше, объёмные КПД, сохраняющиеся на уровне выше 95 % при номинальных условиях, а также подлинное регулирование рабочего объёма — всё это невозможно достичь с помощью зубчатых колёс или скользящих пластин. Это достигается за счёт точного контроля хода поршней.

Механическая картина

Цилиндрический корпус вращается вокруг приводного вала. Внутри него, как правило, расположены семь, девять или одиннадцать поршней в отверстиях, просверленных параллельно оси вала. Каждый поршень имеет на своём внешнем конце подпятник — небольшую плоскую колодку, которая скользит по поверхности наклонной шайбы. Наклонная шайба закреплена под углом к оси вращения цилиндрического корпуса. По мере вращения корпуса этот угол заставляет каждый поршень последовательно двигаться внутрь и наружу своего отверстия — выдвигаться в одной половине оборота и втягиваться в другой.

На задней торцевой поверхности цилиндрического корпуса установлена распределительная пластина — прецизионно обработанный диск с двумя почкообразными отверстиями. Одно из отверстий соединено с входным каналом, другое — с выходным. По мере прохождения каждого поршневого отверстия над входным почкообразным отверстием во время хода выдвижения в него засасывается рабочая жидкость. При прохождении над выходным почкообразным отверстием во время хода втягивания жидкость вытесняется под давлением. Синхронизация осуществляется исключительно механически — за это отвечает геометрия распределительной пластины.

Переменное рабочее объём: особенность, изменяющая расчёт

Насосы постоянного рабочего объёма подают расход, определяемый скоростью вращения вала и геометрией насоса. Такие насосы полезны, но недостаточно гибки. Плита наклона в аксиальном поршневом насосе переменного рабочего объёма может быть наклонена внешним управляющим устройством — гидравлическим, механическим или электро-гидравлическим. Увеличение угла наклона плиты приводит к увеличению хода поршней; при этом возрастает и рабочий объём. При приближении плиты к вертикальному положению ход поршней уменьшается; при нулевом угле наклона поршни практически не совершают перемещения, и подача практически прекращается без остановки вала.

Это «сердце» систем с нагрузочным управлением и электрогидравлических насосных контуров. Насос непрерывно регулирует собственную подачу, чтобы она соответствовала реальным потребностям контура, а не работает на полном рабочем объёме, сбрасывая избыточный поток через предохранительный клапан. В реальных промышленных циклах эксплуатации — литьё под давлением, штамповка, любые процессы с паузами (фазами ожидания) — разница в энергопотреблении между переменным аксиально-поршневым насосом и его аналогом с постоянным рабочим объёмом столь значительна, что отчётливо проявляется в ежемесячных счётах за электроэнергию.

Почему важно нечётное количество поршней

Семь, девять, одиннадцать — но никогда не восемь или десять. Нечётное количество поршней гарантирует, что никакие два поршня никогда не пересекают одновременно границу перехода от высокого к низкому давлению на распределительной пластине. При чётном количестве поршней противоположные поршни достигают этой переходной точки в один и тот же момент, создавая пульсацию давления, амплитуда которой примерно вдвое превышает амплитуду пульсаций, возникающих в конструкциях с нечётным количеством поршней. Более низкая пульсация обеспечивает более тихую работу, меньшую передачу вибрации на конструкцию оборудования и более длительный срок службы выходных трубопроводов за счёт снижения усталостных нагрузок. Это небольшая деталь конструкции, последствия которой накапливаются в течение тысяч часов работы.

Стандартные конфигурации

Большинство производителей — например, Rexroth со своими семействами A10V и A4V, являющимися эталонными примерами — предлагают стандартные насосы с фланцевым креплением, выполненные по монтажным схемам SAE типа A, B или C. Стандартные насосы с валом поставляются с выходными валами с шлицевым или параллельным шпоночным соединением в зависимости от конструкции привода. Благодаря таким стандартизированным интерфейсам замена насоса от другого поставщика возможна без применения специальных переходников, что имеет существенное значение при отказе насоса в ходе производства, когда замена должна быть доставлена и установлена в кратчайшие сроки.

Уплотнения и точность, которую они обеспечивают

Рабочие характеристики, заявленные для аксиально-поршневого насоса, полностью зависят от соблюдения зазоров на уровне микрон. Зазоры между подшипником скольжения и наклонной шайбой, поршнем и цилиндром, а также между рабочей поверхностью распределительной плиты и корпусом не регулируются. Они формируются при изготовлении и сохраняются за счёт защиты от загрязнений и целостности уплотнений.

Изношенное уплотнение вала одновременно выполняет две функции: оно позволяет гидравлической жидкости вытекать наружу и пропускает воздух внутрь корпуса со стороны всасывания. Этот воздух растворяется в жидкости под давлением, а затем взрывообразно схлопывается на пластине распределения при падении давления — кавитационная эрозия, способная повредить закаленную поверхность пластины распределения всего за несколько часов работы. Уплотнение вала действительно является самым дешёвым страховочным решением во всём насосе.

HOVOO / HOUFU поставляет комплекты уплотнений для аксиально-поршневых насосов основных серий Rexroth, Parker и Kawasaki. Комплекты под маркой HOUFU прошли проверку размеров и доступны как в резине на основе нитрильного каучука (NBR), так и в фторкаучуке (FKM). Подберите подходящий комплект для вашего насоса на сайте hovooseal.com.

Источник: www.hovooseal.com