Продукция Остались вопросы? Нажимая кнопку, я принимаю соглашение о конфиденциальности и соглашаюсь с обработкой персональных данных» с переходом на создаваемую страницу |
Героторный насос. Героторный насос тип ВНГ.
Винтовой насос TYPV
Героторный насос ВН.
Производство геротоных насосов : Россия ЗАО фирма «ШЕЛЬФ 1»
Технические характеристики
|
По своей сути это обойма и ротор или винт который является подвижным элементом героторной пары.
37-1.1
(495) 661-87-18 или отправив факс (499) 324-62-77, а заказать насос также по электронной почте Шнековая пара — Героторный насос
Шнековая пара — Героторный насос
Конструкция, принцип действия, основные характеристики, правила подбора, шнековые пары для штукатурных станций.
Давайте для начала определимся в терминологии. То что мы обычно привыкли называть шнековой парой, по научному называется героторным насосом, далее в тексте вы будете встречать оба этих названия, имейте ввиду — это одно и то же.
При одинаковом внешнем виде, эти насосы могут иметь совершенно разные рабочие параметры. Попробуем разобраться, в чем отличие.
Конструкция шнековой пары
Героторный насос (ротор и статор) – это главный узел, который определяет основные характеристики оборудования.
Основными составляющими частями героторного насоса являются: ротор (подвижная часть), статор (неподвижная часть).
Ротор – это внешняя n-заходная спираль, которая изготавливается, как правило, из стали с последующим покрытием или без него.
Статор – это внутренняя n+1-заходная спираль, изготовленная, как правило, из эластомера (резины), нераздельно (либо раздельно) соединенного с металлической обоймой (гильзой).
Стоит указать, что наиболее распространены в настоящее время агрегаты с 2-заходными статором и 1-заходным ротором, такая схема является классической практически для всех производителей винтового оборудования.
Важным моментом, является то, что центры вращения спиралей, как статора, так и ротора смещены на величину эксцентриситета, что и позволяет создать пару трения, в которой при вращении ротора внутри статора создаются замкнутые герметичные полости вдоль всей оси вращения. При этом количество таких замкнутых полостей на единицу длины винтовой пары определяет конечное давление агрегата, а объем каждой полости – его производительность.
Дифференциальное давление в одновинтовых шнековых парах достигается количеством витков ротора (кол-во ступеней) и мощностью двигателя.
При увеличении или уменьшении скорости вращения ротора – увеличивается или уменьшается только производительность, давление в напорной стороне постоянно!!!
Отличием насосов друг от друга как раз и является применение разных по геометрии шнековых пар.
Существуют четыре основных типов героторных пар, которые принято обозначать буквами латинского алфавита: S, L, D, P.
В нашей стране и странах ближнего зарубежья, пока выпускают насосы только с парами S и L. Более сложные в изотовлении пары D и P делают только за границей, например в Германии.
Типы шнековых (героторных) пар:
Геометрия «S»:
Витков: 1/2 (кинематическое отношение: число заходов ротора/число заходов статора)
Производительность:100%
Диффер. давление: 12 бар (дифференциальное давление насоса складывается из суммы перепадов давлений на всех камерах)
Преимущества геометрии S:
очень плавная подача компактные габариты несмотря на большое число ступеней большая площадь сечения входа низкая скорость потока/высокая всасывающая способность возможна перекачка спрессованных частиц перекачка больших частиц
Следует отметить, что обойма с геометрией «S» является «запирающей», т.
е. через неё при остановленном насосе жидкость протекать не будет.
Витков: 1/2
Производительность:200%
Диффер. давление: 6 бар
Преимущества геометрии L:
Обойма этого типа является «незапирающей». При остановленном насосе жидкость может протекать через героторную пару.
Витков: 2/3
Производительность:150%
Диффер.
давление: 12 бар
Преимущества геометрии D:
Витков: 2/3
Производительность:300%
Диффер. давление: 6 бар
Преимущества геометрии P:
Мы привели примеры геометрии шнековых (героторных) пар одинаковой длины.
Из рисунков видно, что количество витков у пар «S» в два раза выше чем у пары «L» при одинаковой длине. Это сказывается на максимальном давлении героторной пары. Чем больше витков, тем выше максимальное давление.
Как можно заметить, каждая героторная пара выдает определенное максимальное давление (если рассматривать пары одной длины).
Возникает вопрос: что делать, если давление на выходе нужно большее (или меньшее), чем выдает та или иная пара.
В этом случае, увеличивают (уменьшают) длину героторной пары. Так, например, увеличение длины пары «S» в два раза, приводит к увеличению максимального давления насоса в 2 раза, т.е. давление возрастет до 12 атмосфер.
Винтовые насосы также могут изготавливаться в различных исполнениях для работы в тех или иных условиях.
Ротор
Ротор шнековой пары — представляет собой внешнюю однозаходную спираль, и, как правило, изготавливается из высокопрочной, закаленной стали, которая наиболее соответствует перекачиваемой среде.
Реже встречаются конструкции роторов, изготовленных из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом.
Конструкция ротора
Ротор стальной
Достоинства:
— высокая ударная прочность
Недостатки:
— высокая стоимость
Ротор чугунный
Достоинства:
— высокая износостойкость, обеспечиваемая
антифрикционными свойствами чугуна;
— не высокая стоимость;
Недостатки:
— хрупкий.
По конструкции ротор может быть выполнен: полнотелым, пустотелым.
Ротор полнотелыйДостоинства:
— более простая технология изготовления по сравнению с пустотелой конструкцией;
— стоимость ниже пустотелого.
Недостатки:
— металлоемкость. Значительный вес.
Ротор пустотелыйДостоинства:
— не большая металлоемкость. Легче на 30 — 40% по отношению к полнотелому
Недостатки:
— сложная технология изготовления;
— высокая стоимость.
Отдельной группой идут роторы с цапфой (наконечником), применяемые при использовании домешивателя, для приведения его во вращения.
Статор
Статор шнековой пары представляет собой внутреннюю двух заходную спираль, и состоит из цельного (либо разрезного) металлического (пластикового) кожуха и эластомерного материала залитого непосредственно в этот кожух.
Конструкция статора
По конструкции статоры подразделяются на: не регулируемые, регулируемые (поджимные).
Достоинства:
— более простая технология изготовления по сравнению с регулируемой конструкцией;
— стоимость ниже регулируемого.
Недостатки:
— более короткий срок службы;
— нет возможности регулировки давления, создаваемого героторным насосом.
РегулируемыйСуществует 2 исполнения регулируемого (поджимного) статора:
1. Устройство для регулировки выполнено непосредственно на самом корпусе статора.
2. Устройство для регулировки выполнено отдельной деталью – клемой.
Достоинства:
— более продолжительный срок службы, связанный с возможностью регулировки натяга в соединении «ротор-статор»;
— возможность регулировки давления создаваемого героторным насосом.
Недостатки:
— сложная технология изготовления по сравнению с не регулируемой конструкцией;
— стоимость выше не регулируемого.
По материалу статора: металлический, пластиковый
По наличию устройства от проворачивания: с ограничителем, без него.
По длине: стандартной длины, укороченные (из-за особенностей оборудования на котором героторный насос устанавливается).Отличительные особенности героторного (шнекового) насоса
Шнековые насосы сочетают в себе целый ряд таких характеристик, которые делают их незаменимыми при работе с вязкими неоднородными средами, средами с различными включениями, а также на тех технологических участках, где использование другого вида насосного оборудования недопустимо в силу различных причин:
Принцип действия
Принцип работы героторного насоса заключается в перемещении среды путем периодического вытеснения постоянного объема, заключенного в полостях между ротором и статором.
При вращении ротора полость со стороны всасывания увеличивается в объеме и в ней создается разряжение, под действием разряжения, транспортируемая среда заполняет образующуюся полость.
При дальнейшем вращении и перемещении хода винтовой линии, полость закрывается, и транспортируемая среда перемещается ротором вдоль оси статора в сторону нагнетания.
При вращении ротора происходит постоянное открытие и закрытие полостей и их перемещение от приема к подаче насоса. Площадь полости между ротором и статором остается постоянной на любом сечении по всей длине насоса, что обеспечивает не пульсирующий поток.
Объем полости определяется как площадь закачки (площадь поперечного сечения полости) умноженная на шаг статора.
Осевая линия ротора смещена от оси статора на постоянную величину, называемую «эксцентриситет». Для насоса с однозаходной геометрией эксцентриситет равен разнице между большим и малым диаметрами ротора деленной на два.
Площадь полости насоса с однозаходной геометрией равна малому диаметру ротора умноженному на 4 и умноженному на эксцентриситет.
Объем полости определяется как функция площади полости умноженная на шаг статора.
Площадь полости = d x 4e
Объем полости = d x 4e х шаг статора
Номинальный уровень дифференциального давления винтового насоса является суммой номинальных уровней давления каждой отдельной ступени. Хотя это и является несколько произвольным определением, ступенью обычно называют длину одного шага статора.
Обычно уровень номинального давления для отдельной ступени находится в диапазоне 4.5-6.8 Bar.
Комбинация:
а) максимального уровня давления, который может быть создан в одной полости;
б) числа полостей в насосе определяет его предельное давление.
Давление, которое может быть создано в каждой полости, является функцией компрессионной подгонки ротора и статора, физических характеристик эластомерного элемента, длины шага статора и свойств прокачиваемой жидкости.
Для винтового насоса, при прочих равных условиях, более высокое давление для каждой ступени обычно означает более низкую долговечность статора.
Основные характеристики
Основными характеристиками героторного насоса являются: производительность, давление, максимальный размер частиц, которые способен перекачать через себя насос.
ПроизводительностьНа производительность насоса (способности перекачать определенный объем в заданную единицу времени), влияет объем замкнутой полости между ротором и статором, а значит диаметр и эксцентриситет ротора.
Производительность прямо пропорциональна количеству оборотов ротора. Чем больше частота вращения ротора — тем больше производительность героторного насоса
Давление
За давление отвечает такой параметр, как количество полных витков ротора (соответственно и статора), либо шагов.
Один шаг соответствует 3.5-6.8 бар давления.
Давление не зависит от частоты вращения ротора.
Максимальный размер частиц
На максимальный размер частиц перекачиваемых героторным насосом, влияет объем замкнутой полости между ротором и статором, а значит диаметр и эксцентриситет ротора, величина натяга в соединении «ротор-статор», твердость материала статора по Шору А.
Для работы с материалами с наполнителем максимальным размером 2-3 мм и его количеством 30-40% от всего объема применяются героторные насосы с твердостью эластомера статора 63 – 65 единиц по Шору А. В большинстве своем твердость эластомера статора 74-76 единиц по Шору А.
Обозначение шнековой пары (героторного насоса)
Обозначение героторного насоса состоит из 3-х основных частей и имеет 2-а основных варианта:
Вариант 1.
Х(буква1) ХX(число1) — ХX(число2) X(буква2)
Вариант 2.
Х(буква1) ХX(число1) ХX(число3)
Х(буква1)-обозначает наружный посадочный диаметр статора.
Применяются следующие буквы для обозначения посадочного диаметра:
A — 42 мм;
B — 51 мм;
C – 59 мм;
D -89 мм;
R – 114 мм;
L — 100 мм;
T – 125 мм;
ХX(число1) — обозначает величину эксцентриситета в мм. Смещение оси винта ротора по отношению к его приводной головке.
ХX(число2) — обозначает величину давления в единицах кратности. 1 единица кратности соответствует давлению 10 Bar.
Х(буква2) – дополнительная информация: (L) направление вращения, обслуживаемая (S), Special (обжимная муфта), LP (обжимная муфта).
Пример обозначения героторного насоса Вариант-1: D 6-3 LP
ХX(число3) — обозначает величину мощности героторного насоса в частях (долях) от 100 %.
Пример обозначения героторного насоса Вариант-2: D 4 1/4
Правила подбора
Правильный выбор типоразмера шнековой пары (героторного насоса) для штукатурной станции – залог долговечности и качество его работы, и соответственно, снижение затрат на обслуживание оборудование.
Последовательность подбора шнековой пары:
1. Посадочные размеры в оборудовании. Диаметр, длина статора, конструкция головки ротора.
2. Мощность привода главного движения оборудования.
Мощность мотор-редуктора привода героторного насоса и напряжение питания оборудования (220В, 380В).
3. Необходимая производительность:
— Штукатурка – 20 — 35 л/мин;
— Заливка полов – 35 – 50 л/мин. При необходимости героторный насос с цапфой для привода домешивателя;
— Шпатлевка – 4,5 – 9 л/мин.
4. Максимальный размер фракции наполнителя.
5. Потребность в регулировке натяга (давления) в героторном насосе.
Героторный насос — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Героторный насос
Cтраница 1
Героторные насосы также являются разновидностью ротор-но-зубчатых насосов. По сути они есть разновидность шестеренных насосов с внутренним зацеплением. Однако имеют свои существенные отличия. Внутреннее зубчатое колесо 2с внешними зубьями имеет число зубьев лишь на единицу меньше, чем наружное зубчатое колесо 1 с внутренним зубом. [2]
Героторные насосы развивают высокие напоры, обеспечивают самовсасывание и равномерную подачу жидкостей. [3]
Червячные или героторные насосы, недавно появившиеся в технике, отличаются простотой конструкции. В насосе вращается только один одно-заходный червяк, помещенный в резиновую обойму, внутренняя полость которой представляет двухзаходную винтовую поверхность с шагом, в два раза большим шага червяка. При вращении, червяка между ним и обоймой образуются свободные полости, в которые поступает перекачиваемая жидкость, перемещающаяся вдоль оси червяка. [4]
При установке героторных насосов их необходимо защитить от перегрузки предохранительным клапаном. Если перекачиваемая жидкость содержит твердые частицы крупнее 6 мм, на всасывающей линии следует установить ловушки. [5]
Одновинтовой насос ( недопустимо — героторный насос) — винтовой насос, в котором замкнутая камера образована винтом и неподвижной обоймой. [6]
Разновидностью насосов с внутренним зацеплением является героторный насос ( рис. 5.9 6), в котором используется специальное зацепление. За счет этого профиля зацепления и соотношения числа зубьев ( внешняя шестерня имеет на один зуб больше внутренней) в героторных насосах отсутствуют разделительные элементы. Достоинством героторного насоса, помимо компактности и надежности, является то, что в отличие от обычного шестеренного насоса жидкость в нем совершает короткий путь. [8]
Одновинтовые насосы представляют собой инверсированную схему героторного насоса с разницей в числе зубьев шестерен, равной единице. Роль шестерни с одним зубом выполняет однозаход-ный винт, а роль шестерни с двумя зубьями с внутренним зацеплением — двухзаходная обойма, выполненная из нефтестойкой резины. [9]
Винтовые забойные двигатели, как и большинство винтовых героторных насосов, отличаются традиционным конструктивным исполнением рабочих органов: металлическим ротором с износостойкой рабочей поверхностью и статором, имеющим эластичную обкладку, на внутренней поверхности которой расположены винтовые зубья. [11]
Значительно большую область применения, чем винтовой насос типа ХВ-22 / 30 или двух — и трехвинтовые насосы, имеют одновинтовые ( ге. Героторные насосы допускают перекачивание не только чистых, но и загрязненных абразивными взвесями жидкостей, а также немаслянистых жидкостей. [12]
При работе шестеренчатых и винтовых насосов следует: следить за манометрами и вакуумметрами, чтобы по их показаниям определять момент засорения трубопроводов и ловушек; не допускать появления шума и вибраций, указывающих на работу в кавитационном режиме; следить за температурой корпуса, подшипников и отсутствием течей в сальниках. У героторных насосов необходимо, проверять подачу в сальник затворной жидкости. [13]
Разновидностью насосов с внутренним зацеплением является героторный насос ( рис. 5.9 6), в котором используется специальное зацепление. За счет этого профиля зацепления и соотношения числа зубьев ( внешняя шестерня имеет на один зуб больше внутренней) в героторных насосах отсутствуют разделительные элементы. Достоинством героторного насоса, помимо компактности и надежности, является то, что в отличие от обычного шестеренного насоса жидкость в нем совершает короткий путь. [15]
Страницы: 1 2
Персональный сайт — Героторные насосы широкого применения
Во всех героторных насосах применяются статоры
из полиуретана — самого износостойкого эластомера!
Область применения: легкие бетоны, пенобетоны, водоэмульсионные составы, шпатлевки, краски,
пищевые продукты, химические среды с аварийно-опасной фракционностью.
Героторный насос V25 широкого применения.
Исполнение: наклонное преимущественно, для перекачки взвесей с крупными абразивными включениями.
Героторный насос V25 широкого применения.
Исполнение: стандартное горизонтальное, для перекачки суспензий низкой и высокой вязкости,
пено- полистиролбетонов, строительных растворов, шпатлевок и т.п. Q=4,2 м³/час.
Наименование показателей | Ед. изм. | V1 | V3 | V5 | V12 | V25 | V50 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
Производительность | л/мин | 1.0-10.0 | 3.0-30.0 | 5.0-50.0 | 12.0-120.0 | 25.0-70.0 | 50.0-140.0 |
Мощность привода | кВт | 0.55-1.1 | 0.75-2.0 | 0.75-2.0 | 1.5-2.2 | 3.0-4.0 | 6.0-8.0 |
Питание | В | 220/380 | 220/380 | 220/380 | 220/380 | 380 | 380 |
Объем бункера | л | любой | любой | любой | любой | 150-1000 | 1000-1500 |
Макс. давление | мПа | 2.0 | 2.5 | 1.5 | 1.2 | 2.0 | 2.0 |
Число оборотов ротора | об/мин | 100-1000 | 100-1000 | 100-1000 | 100-1000 | 100-280 | 100-280 |
Макс. диаметр частиц | мм | 1.5 | 3.0 | 4.0 | 5.0 | 10.0 | 10.0 |
Масса | кг | 18 | 18 | 18 | 40 | 90 | 180 |
Героторный насос V12 для напорного транспортирования жидковязких сред
(красок, клеёв и пр. ЛКМ) Q=3,0-5.0 м³/час.
Героторный насос V12М.Р.(с мотор-редуктором) для перекачки вязких сред: растворов, шпатлевок,
огнезащитных составов и т.п. Q=2,0-3,0 м³/час.
Героторный насос V5 и V3 с мотор-редуктором для перекачки вязких сред. Q=25,0 л/мин и 15,0 л/мин
Во всех героторных насосах, кроме погружных (бочковых), применяется регулируемый статор,
что в разы увеличивает срок его службы.
Цена агрегата определяется исходя из требований заказчика к конструкции и режимам работы
на конкретной перекачиваемой среде.
Героторные насосы
Постоянно производим героторные насосы. Изготавливаем оборудование для пенобетона, полистиролбетона, пенополистиролбетона, пенопласта. Оборудование для приготовления и подачи жестких растворов. Оборудование для штукатурных работ, смесители-пневмонагнетатели для приготовления цементно-песчаных растворов, растворонасос. Наши преимущества: доступные цены, надежная и качественная продукция.
Продажи напрямую и только от производителя. Профессиональные консультации при покупке в компании. Опыт изготовления 17 лет! Любая комплектация. Уважение и внимание к заказчику. Ответственность. Порядочность. Надежность.
Характер перекачиваемых героторным насосом смесей:
пенобетон
полистиролбетон
пенополистиролбетон
штукатурные смеси
полимеры
краски
лаки
смолы
грунтовки
клеи
мастики
масла
волокнообразующие
пастообразные
синтетические смолы
каучуковые смеси
резиновые смеси
смазки
инъекцирования растворов в полости
подача растворов в опалубку
огнезащитные, теплозащитные покрытия
незаменимы в технологии мокрого торкретирования
нанесение ремонтных, укрепляющих растворов
устройство стяжек
финишное выравнивание поверхностей
наливные полы
набрызга на стены
красители и кожевенные составы
шламы
сточные воды
переработанные воды
отстой
моющие средства
шампуни и жидкие мыла
густые пасты
сгущенный шлам
густые органические стоки
отходы производства томатной пасты
фруктовая кожура, очистки и семена
стоки от выжимки
густые концентраты
Залог доверия к нам — профессиональное, своевременное и качественное исполнение заказов.
Предлагаем современное практическое пособие, для молодых технологов.
Технология изготовления полистиролбетона — комплект из 9 книг.
Технология изготовления пенополистиролбетона — комплект из 10 книг.
Технология изготовления пенопласта — комплект из 2 книг.
— Материал изложен в предельно доходчивой форме, простым и понятным человеческим языком.
— Без пустых фраз и прочей болтологии.
Мобильный тлф. +7 953 477 23 51
Узнайте больше на сайте http://www.beton57.ru
Гидронасосы. Типы. Характеристики преимущества и недостатки различных конструкций.
Если вы хотите сказать спасибо автору, просто нажмите кнопку:2. Гидронасосы. Типы. Характеристики преимущества и недостатки различных конструкций.
Гидравлические насосы предназначены для преобразования механический энергии (крутящий момент, частоту вращения) в гидравлическую (подача, давление). Существует большое разнообразие типов и конструкций гидравлических насосов, но всех их объединяет единый принцип действия – вытеснение жидкости. Насосы использующие принцип вытеснения называются объемными. Во время работы внутри насоса образуются изолированные камеры, в которых рабочая жидкость перемещается из полости всасывания в полость нагнетания. Поскольку между полостями всасывания и нагнетания не существует прямого соединения, объемные насосы очень хорошо приспособлены для работы в условиях высокого давления в гидросистеме.
Основными параметрами гидронасосов являются:
• Рабочий объем (удельная подача) [см3/об] – это объем жидкости вытесняемый насосом за 1 оборот вала.
• Максимальное рабочее давлени [МПа, bar]
• Максимальная частота вращения [об/мин]
Классификация объемных насосов по типу вытесняющего элемента показана на Схеме 1.
Схема 1.
При выборе типа насоса для гидросистемы необходимо учитывать ряд факторов свойственных определенным типам насосов и особенности разрабатываемой гидросистемы. Основными критериями выбора насоса являются:
- Диапазон рабочих давлений
- Интервал частот вращения
- Диапазон значений вязкости рабочей жидкости
- Габаритные размеры
- Доступность конструкции для обслуживания
- Стоимость
Далее будут рассмотрены различные типы насосов с описанием их конструктивных преимуществ и недостатков.
1.Поршневые Насосы
1.1 Ручные насосы
Простейшим насосом использующим принцип вытеснения жидкости является ручной насос. Данный вид насосов используется в современной технике для обеспечения гидравлической энергией исполнительных гидродвигателей (в основном линейного перемещения) вспомогательных механизмов. Вторым, часто встречающимся, назначением ручных насосов в гидросистемах является использование его как аварийного источника гидравлической энергии.Давления развиваемые этими насосами лежат в диапазоне до 50МПа, но чаще всего данные насосы используют на давлениях не более 10-15МПа. Рабочий объем до 70 см3. Рабочий объем для ручного насоса это суммарный объем жидкости вытесняемый им за прямой и обратный ход рукоятки. Обычно насосы с малым рабочим объемом способны достигать больших величин рабочего давления, это связано с ограничением силы прикладываемой к рычагу пользователем.
Принцип действия ручного насоса одностороннего действия изображен на рис.1. При ходе поршня вверх через обратный клапан КО2 происходит всасывание жидкости из бака, клапан КО1 при этом закрыт. При ходе поршня вниз происходит вытеснение жидкости через клапан КО1 в напорный трубопровод, клапан КО2 – закрыт.
На рис. 2 показан ручной насос двустороннего действия. При ходе поршня вверх через обратный клапан КО4 происходит всасывание жидкости из бака в нижнюю полость. Одновременно происходит вытеснение рабочей жидкости внапорный трубопровод через клапан КО1. Клапана КО2 и КО3 при этом закрыты. При ходе поршня вниз через обратный клапан КО2происходит всасывание жидкости из бака в нижнюю полость. Одновременно происходит вытеснение рабочей жидкости в напорный трубопровод через клапан КО3. Клапана КО1 и КО4 при этом закрыты.
Внешний вид ручного насоса показан на рис. 3.
Рис. 1
Рис. 2
Рис. 3
Достоинства и недостатки:
Достоинства
- простота конструкции.
- высокая надежность.
- отсутствие приводного двигателя.
Недостатки
- Низкая производительность
1.2Радиально-поршневые насосы
Радиально-поршневые насосы это разновидность роторно-поршневыхгидромашин. Эти насосы применяются для гидросистем с высоким давлением (свыше 40МПа). Эти насосы способны длительно создавать давления до 100МПа.Отличительной особенностью насосов данного типа является их тихоходность, частота вращения насосов данного типакак правило не превышает 1500-2000 об/мин. Частоты вращения до 3000 об/мин можно встретить только для насосов рабочим объемом не более 2-3 см3/об.
Радиально-поршневые насосы бывают двух типов:
- С эксцентричным ротором
- С эксцентричным валом
Радиально-поршневой насос с эксцентричным ротором изображен на рис. 4. Конструктивно поршневая группа насоса установлена в роторе насоса. Ось вращения ротора и ось неподвижного статора смещены на величину эксцентриситета e. При вращении ротора поршни совершают поступательное движение. Величина хода составит 2e. Насос данной конструкции имеет золотниковое распределение. При вращении цилиндры поочередно соединяются с полостями слива и нагнетания разделенными перегородкой золотника, расположенного в центре.
Рис.4
Радиально-поршневой насос с эксцентричным валом изображен на рис. 5. Конструктивно поршневая группа насоса установлена в статоре насоса. Ось вращения вала и ось неподвижного статора совпадают, но на валу имеется кулачок, который смещен на величину е относительно центра вращения вала. При вращении вала, кулачок заставляет поршни совершать поступательное движение. Величина хода составит 2e. Насос данной конструкции имеет клапанное распределение. При вращении вала поршни выдвигаясь из цилиндров наполняются жидкостью через клапана всасывания. Нагнетание жидкости происходит через клапана нагнетания при вхождении поршней в цилиндры.
Данная конструкция редко используется как насосная и намного чаще используется в гидромоторах, о которых будет рассказано в одной из следующих статей.
Рис.5
Рабочий объем гидромашин данного типа можно рассчитать по формуле:
где z – число поршней
dп – диаметр поршня
е – эксцентриситет
Радиально поршневые насосы могут иметь конструкцию с переменным рабочим объемом. Регулировка рабочего объема происходит за счет изменения величины эксцентриситета е.
Из двух описанных конструкций большее распостранение получили радиально-поршневые насосы с эксцентричным валом. Это явилось следствием более простой конструкции. Фотографии радиально-поршневых насосов с эксцентричным валом представлены на рис. 6.
Рис. 6(а)
Рис. 6(б)
Достоинства и недостатки насосов радиально-поршневого:
Достоинства
- простота конструкции.
- высокая надежность.
- Работа на давлениях до 100МПа.
- Относительно малый осевой размер.
Недостатки
- Высокая пульсация давления
- Малые частоты вращения вала
- Больший вес конструкции по отношению к аксиально-поршневым машинам.
1.3Аксиально-поршневые насосы
Аксиально-поршневые насосы – это разновидность роторно-поршневых гидромашин с аксиальным расположением цилиндров (т.е. располагаются вокруг оси вращения блока цилиндров, параллельны или располагаются под небольшим углом к оси).Существует деление по типу вытеснителя на аксиально-плунжерные и аксиально-поршневые гидромашины. Отличаются они тем, что в первых в качестве вытеснителей используются плунжеры, а во вторых — поршни см. рис. 7.
Рис. 7
Насосы данного типа являются самыми распространёнными в современных гидроприводах. По количеству конструктивных исполнений они во много раз превосходят прочие типы гидронасосов. Эти насосы обладают наилучшими габаритно-весовыми характеристики (иными словами имеют высокую удельную мощность), обладают высоким КПД.Насосы этого типа способны даватьдавление до 40МПа и работать на высоких частотах вращения (насосы общего применения имеют частоты до 4000 об/мин, но существуют специализированные насосы этого типа с частотами вращения до 20000 об/мин).
Все аксиально поршневые насосы можно разделить на 2 типа:
- Снаклонным блоком (ось вращения блока цилиндров располагается по углом к оси вращения вала)
- С наклоннымдиском (ось вращения блока цилиндров совпадает с осью вращения вала)
На рис. 8 показана конструктивная схема аксиально поршневого насоса с наклонным блоком. При вращении вала насоса, вращается шарнирно соединенный с ним блок цилиндров. При этом поршни совершают поступательные движения. Блок цилиндров прилегает к распределителю который имеет два паза: один паз соединен с линией всасывания, а другой с линией нагнетания. При выдвижении поршня цилиндр движется над пазом всасывания (см. вид А рис.8) и наполняется жидкостью. После прохождения нижней мертвой точки (точки в которой поршень находится в максимально выдвинутом состоянии) цилиндр соединяется с пазом нагнетания в распределителе и начинает вытеснять жидкость из цилиндра пока не достигнет верхней мертвой точки (точки в которой поршень находится в максимально утоленном в цилиндр состоянии). Далее Цилиндр снова соединяется с пазом всасывания и цикл повторяется. Система распределения используемая в данной конструкции насоса называется золотниковой.
Рис.8
Утечки из цилиндров во время нагнетания скапливаются в корпусе насоса. Чтобы не допустить роста давления в корпусе, на насосах данной конструкции имеется линия дренажа. Если ее заглушить, то это приведет к выходу из строя манжеты вала и нарушению герметичности насоса, а в некоторых случаях – к разрушению корпуса насоса.
На рис.9 показана конструкция насоса с наклонным диском.
Принцип работы насоса с наклонным диском аналогичен работе насоса с наклонным блоком. Насос данной конструкции так-же имеет золотниковое распределение. Отличие конструкций состоит в соосности осей вала и блока цилиндров.
Рабочий объем аксиально-поршневых насосов можно рассчитать из следующего выражения:
где z – число поршней
dп – диаметр поршня
Dц– диаметр расположения цилиндров
γ – угол наклона диска(блока)
Для насосов конструкций рис. 8,9возможны исполнения с изменяемым рабочим объемом. Изменение рабочего объема происходит за чет изменения угла наклона диска или блока (в зависимости от конструкции).
Для аксиально-поршневых насосов необходим механизм синхронизации вращения приводного вала и блока цилиндров. Существует четыре основных способа такой синхронизации:
- Синхронизация одинарным (силовым) карданом
- Синхронизация двойным (несиловым) карданом
- Синхронизация шатунами поршней (бескарданная схема)
- Синхронизация коническим зубчатым зацеплением.
Аксиально-поршневой насос с наклонным блоком представлен на рис. 10. В данной конструкции синхронизация вращения вала и блока цилиндров осуществлена посредством конической зубчатой передачи.
Регулируемый аксиально-поршневой насос с наклонным диском представлен на рис. 11.
Рис. 11
Рассмотрим еще одну довольно распространённую конструкцию насоса с наклонным диском. Это конструкция аксиально-плунжерного насоса с неподвижным блоком, клапанным распределением и приводом плунжеровкулачкового типа (вращающейся наклонной шайбой). По ГОСТ 17398-72 этот тип насоса классифицируется как аксиально-кулачковый. Схема такого насоса показана на рис. 12.
Рис. 12
Эта конструкция имеет принципиальные отличия от конструкции изображенной на рис. 9. Насос на рис. 12 в отличие от предыдущей конструкции на рис. 9 имеет неподвижный блок цилиндров, совмещенный с корпусом, наклонный диск объединенный с валом и клапанное распределение рабочей жидкости. Ход плунжера определяется вращением наклонного диска. Система распределения работает следующим образом: выдвигаясь из цилиндра поршень создает в камере разряжение и через клапан всасывания камера наполняется жидкостью из полости корпуса, объединенной со всасыванием. При вхождении в цилиндр клапан всасывания находится в закрытом состоянии, происходит вытеснение рабочей жидкости из рабочей камеры через клапан нагнетания в линию нагнетания.
Некоторые конструкции аксиально-кулачковых насосов могут работать на давлениях до 70МПа.
Примечательным является факт отсутствия в данной конструкции линии дренажа так как всасывание осуществляется непосредственно из корпуса насоса. При этом в корпусе насоса абсолютное давления ниже атмосферного. По этой причине в данной конструкции повышенные требования предъявляются к уплотнению вала, при выходе из строя которого насос подсасывает воздух и подает гидросистему смесь воздуха и рабочей жидкости. Такой «воздушный коктейль» приводит к вибрациям в гидросистеме и выходу из строя ее элементов, включая насос.
Рабочий объем рассчитывается по той-же зависимости что и для описанных выше конструкций аксиально-поршневых насосов. Следует отметить что насос данной конструкции не имеет исполнения с регулируемым рабочим объемом.
Фотография насоса сконструктивным вырезом показана на рис. 13.
Достоинства и недостатки насосов аксиально-поршневого типа:
Достоинства
- простота конструкции.
- Работа на давлениях до 70МПа.
- Высокий КПД.
- Частоты вращения до 4000 об/мин
- Высокая удельная мощность.
Недостатки
- Высокая пульсация давления
- Высокая стоимость по сравнению с другими типами гидронасосов.
2. Шестеренные насосы
Шестеренные насосы относятся к типу роторныхгидромашин. Рабочими элементами (вытеснителями) являются две вращающиеся шестерни. Различают два основных типа таких насосов:
- Насосы внешнего зацепления
- Насосы внутреннего зацепления.
Частным случаем шестеренных насосов с внутренним зацеплением являются героторные насосы.
Шестеренные насосы широко распространены в гидросистемах с невысокими (до 20 МПа) давлениями. Они широко применяются в сельскохозяйственной, дорожной технике, мобильной гидравлике, системах смазки. Используются для обеспечения гидравлической энергией гидроприводов вспомогательных механизмов в сложных гидросистемах. Столь широкое распространение шестеренные насосы получили за простоту конструкции, компактность и малый вес. Платой за простоту конструкции стало довольно низкое значение КПД (не более 0,85), низкое рабочее давление, и небольшой ресурс (особенно на давлениях ≈20МПа). Шестеренные насосы могут работать на частотах вращения до 5000об/мин.
Существуют образцы шестеренных насосов на давления до 30МПа однако ресурс таких насосов на порядок ниже.
2.1Шестеренные насосы внешнего зацепления
Основными элементами шестеренных насосов внешнего зацепления являются шестерни. При вращении шестерен жидкость, заключенная во впадинах зубьев переносится из линии всасывания в линию нагнетания (рис.14). Поверхности зубьев А1 и А2 вытесняют при вращении шестерен больше жидкости чем может поместиться в пространстве освобождаемом зацепляющимися зубьями B1 и B2. Разность объемов, высвобождаемых двумя парами зубьев вытесняется в линию нагнетания. В месте зацепления шестерен при работе насоса образуются области «запертого» объема, что вызывает пульсации давления в линии нагнетания.
Рабочий объем шестеренного насоса можно определить из зависимости:
Где m – модуль зубьев
z – число зубьев
b – ширина зуба
h – высота зуба
Шестерни насосов внешнего зацепления в большинстве конструкций имеют прямой зуб, однако встречаются конструкции таких насосов с косым и шевронным зубом. Преимущество применения косого зуба состоит в меньшем уровне пульсаций за счет того что в месте зацепления «запертые» объемы не образуются. Недостатком конструкций с косым зубом является возникающая осевая сила, для восприятия которой нужно включать в конструкцию упорные подшипники. Этот недостаток отсутствует в насосах с шевронным зубом, где осевая сила компенсируется формой зуба. У насосов с шевронным зубом также малый уровень пульсаций.
Рис. 14
Конструктивный разрез шестеренного насоса с внешним зацеплением показан на рис. 15.
Рис. 15
Достоинства и недостатки шестеренных насосов внешнего зацепления:
Достоинства
- простота конструкции.
- Частоты вращения до 5000 об/мин
- Низкая стоимость
Недостатки
- Высокая пульсация давления
- Низкий КПД
- Сравнительно низкие давления
2.2 Шестеренные насосы внутреннего зацепления
Отличительной особенностью шестеренных насосов внутреннего зацепления является меньший уровень пульсаций и как следствие малый уровень шума. В связи с этим они находят широкое в стационарных машинах и механизмах, а так-же на мобильной технике работающей в закрытых помещениях.
Принцип работы шестеренного насоса с внутренним зацеплением состоит, как и у насосов внешнего зацепления, в переносе жидкости во впадинах шестерен от линии всасывания в линию нагнетания. В зоне всасывания при вращении шестерен объем камеры, образованной зубьями шестерен и серпообразным разделителем, увеличивается(см. рис. 16). При этом происходит наполнение рабочей камеры жидкостью из линии всасывания. В зоне нагнетания происходит процесс вытеснения рабочей жидкости в линию нагнетания, т.к. объем камеры в этой зоне при вращении шестерен уменьшается.
Рабочий объем шестеренного насоса с внутренним можно определить из зависимости:
Где m – модуль зубьев
z – число зубьев внутренней шестерни
b – ширина зуба
h – высота зуба
Конструктивный разрез шестеренного насоса с внутренним зацеплением показан на рис. 17.
Рис.17
Достоинства и недостатки шестеренных насосов внутреннего зацепления:
Достоинства
- простота конструкции.
- Частоты вращения до 4000 об/мин
- Низкий уровень шума
- Низкая стоимость
Недостатки
- Низкий КПД
- Сравнительно низкие давления
2.3 Героторные насосы.
Героторные насосы это разновидность шестеренных насосов с внутренним зацеплением. Отличие от классической конструкции шестеренного насоса с внутренним зацеплением состоит в отсутствии серпообразного разделителя. Разделение полостей всасывания и нагнетания реализовано за счет применения специального профиля. Его форма такова что в зоне где должен находиться серпообразный разделитель обеспечен постоянный контакт шестерен. (рис.18). Принцип работы насоса данной конструкции точно такой же как и шестеренного насоса с внутренним зацеплением.Героторные насосы обычно используют при невысоких давлениях (до 15МПа) и подачах до 120 л/мин. При этом частоты вращения составляют не более 1500 об/мин.
Изображение героторногопоказано насосана рис. 19.
Рис.18
Рабочий объем героторного насоса можно определить из выражения:
Где Аmin,Аmin – минимальная и максимальная площадь межзубьевой камеры
z – число зубьев внутренней шестерни
b – ширина зуба
\
Рис.19
Достоинства и недостатки героторных насосов:
Достоинства
- Простота конструкции
- Низкий уровень шума
Недостатки
- Невысокий КПД
- Высокая по сравнению с шестеренными насосами стоимость
2.4 Роторно-винтовые насосы.
Еще одной разновидностью шестеренного насоса можно считать винтовые насосы. Их рабочие элементы можно представить как косозубые шестерни с количеством зубьев равному числу заходов винтовой нарезки. Главным преимуществом этих насосов является равномерность подачи и как следствие низкий уровень шума. Достоинством насоса также является его способность перекачивать жидкости с твердыми включениями. Давление развиваемое насосом может составлять до 20МПа. Частоты вращения до 1500 об/мин.
Ввиду сложности изготовления данного типа насосов, они не получили широкого распространения и применяются лишь в специфических гидросистемах. Существуют двух (рис. 20) и трехвинтовые (рис. 21) конструкции насосов.
Достоинства и недостаткироторно-винтовых насосов:
Достоинства
- Низкий уровень шума
- Низкий уровень пульсаций
Недостатки
- Невысокий КПД
- Высокая стоимость
3. Пластинчатые насосы.
Пластинчатые гидронасосы это гидромашины в которых роль вытеснителя рабочей жидкости выполняют радиально расположенные пластины, которые совершают возвратно-поступательные движения при вращении ротора. В российской литературе пластины часто называют – шиберами, а насосы – шиберными.
Различают пластинчатые гидронасосы однократного действия и двойного действия. У насосов однократного действия за один оборот вала гидромашины процесс всасывания и нагнетания осуществляется один раз, в машинах двойного действия — два раза.
Пластинчатые насосы имеют низкий уровень шума и хорошую равномерность подачи. Также эти насосы имеют сравнительно большие рабочие объемы при небольших габаритах. Пластинчатые гидронасосы могут работать на давлениях до 21МПа при частотах вращения до 1500 об/мин.
3.1 Насос однократного действия
Принцип работы насоса однократного действия состоит в следующем. При сообщении вращающего момента валу насоса ротор насоса приходит во вращение (см. рис. 22). Под действием центробежной силы пластины прижимаются к корпусу статора, в результате чего образуется две полости, герметично отделённых друг от друга. При прохождении пластин через область всасывания, объем рабочих камер между ними увеличивается и происходит всасывание рабочей жидкости.При прохождении пластин через область нагнетания, объем рабочих камер между ними уменьшается и происходит вытеснение рабочей жидкости в линию нагнетания. Для обеспечения прижима пластин в зоне нагнетания в полость под ними подводится давление из линии нагнетания. В некоторых случаях дополнительный прижим пластин организуется за счет установки пружин под пластины.
Рабочий объем пластинчатого насоса однократного действия рассчитывается как:
Где e – эксцентриситет
b – ширина пластины
Насосы однократного действия конструктивно могут иметь исполнения с регулируемым рабочим объемом. Регулировка рабочего объема происходит за счет изменения величины эксцентриситета e.
Рис. 22
Достоинства и недостаткипластинчатых насосов однократного действия:
Достоинства
- Низкий уровень шума
- Низкий уровень пульсаций
- Возможность регулировки рабочего объема
- Низкая по сравнению с роторно-поршневыми насосами стоимость.
- Менее требователен к чистоте рабочей жидкости.
Недостатки
- Большие нагрузки на подшипники ротора.
- Сложность уплотнения торцов пластин
- Низкая ремонтопригодность
- Сравнительно невысокие давления (до 7МПа)
3.2 Насос двойного действия
Принцип действия насоса двойного действия полностью аналогичен принципу работы насоса однократного действия (рис. 23). Отличием является наличие двух зон всасывания и двух зон нагнетания. Для обеспечения прижима пластин в зоне нагнетания, также как и насосов однократного действия, подводится давление нагнетания.
Рис. 23
Рабочий объем пластинчатого насоса двойного действия рассчитывается как:
Где b – ширина пластины
Изображение внутреннего устройства пластинчатого насоса двойного действия показано на рис. 24.
Рис. 24
Достоинства и недостаткипластинчатых насосов двойного действия:
Достоинства
- Низкий уровень шума
- Низкий уровень пульсаций
- Возможность регулировки рабочего объема
- Уравновешенность радиальных нагрузок в роторе.
- Низкая по сравнению с роторно-поршневыми насосами стоимость.
- Менее требователен к чистоте рабочей жидкости.
- Большие по сравнению пластинчатыми насосами однократного действия давления (до 21МПа)
Недостатки
- Низкая ремонтопригодность
- Сложность уплотнения торцов пластин
4. Рекомендации по выбору насоса для гидросистемы.
Выбор типа и насоса нужно осуществлять исходя из условий работы гидросистемы, ее назначения и требований к параметрам потребного потока рабочей жидкости.
Основными параметрами при выборе типа насоса являются:
- Уровень действующих давлений рабочей жидкости;
- Класс чистоты рабочей жидкости;
- Диапазон вязкостей рабочей жидкости;
- Экономическое обоснование применения.
При выборе насоса для гидросистемы следует учитывать большое количество определяющих факторов. Основными критериями с которых необходимо начать выбор насоса являются необходимая подача Qи давлениеp. Также в начале процедуры подбора необходимо четкое представление о типе приводного двигателя. В зависимости от предназначения и базирования механизма приводимого в действие гидросистемой приводной двигатель может быть электрическим или двигателем внутреннего сгорания. При выборе мощности приводного двигателя следует определить необходимую для гидросистемы гидравлическую мощность, которую можно приблизительно определить по зависимости (1).
где Q – подача насоса [л/мин]
p – давление в гидросистеме [МПа]
ɳ — КПД насоса (шестеренного и пластинчатого ɳ=0,85, для роторно-поршневого ɳ=0,9)
После определения мощностивыбирается тип гидронасоса исходя из характеристик свойственных для каждого из типов насосов и рабочего давления. Необходимый рабочий объем гидронасоса определяется как:
где Q – необходимая подача насоса [л/мин]
n – частота вращения двигателя [об/мин]
Определив необходимый рабочий объем насоса,выбираем по каталогу насос выбранного типа с наиболее близким значением рабочего объема. После чего взяв из каталога реальные значения q0и ɳ, рассчитываем реальное значение подачи насосаQ:
и проверяем насос на совместимость с выбранным двигателем по мощности (см. выражение (1)).
При необходимости наличия регулируемой подачи насоса, помимо установки регулируемого насоса, можно применить насос постоянного рабочего объема при этом подачу регулировать оборотами приводного двигателя. Данный способ регулирования может быть осуществлен в ограниченных характеристиками двигателя пределах.
Для ступенчатой регулировки скорости гидродвигателя в гидросистеме можно применять два насоса илимногосекционные насосы, фактически представляющие собой несколько насосовконструктивно выполненных одним блоком. Для регулировки скорости в этом случае необходимо подключать или отключать секции насоса изменяя тем самым суммарную подачу насоса. Способы коммутации секций будут описаны в статьях 7 и 8.
5. Причины отказа насосов.
При эксплуатации насоса следует обращать внимание на условия его работы. Наиболее часто неисправность насоса бывает вызвана:
- Попаданием посторонних частиц (грязи)
- Масляным голоданием
- Работой на водно-масляной эмульсии
- Работой на воздушно-масляной смеси
- Работой с перегрузкой по давлению
- Превышением допустимых оборотов
- Превышение давления в корпусе
- Перегревом рабочей жидкости
6. Заключение.
Данная статья написана в помощь специалистам осуществляющим ремонт, обслуживание и эксплуатацию гидросистем станочного оборудования и мобильных машин. Ознакомившись с вышенаписанным материалом, читатель получает базовые сведения о самых распространённых типах гидравлических насосов, их преимуществах и недостатках. Также в материале имеется простейший алгоритм определения мощности насоса и подбора приводного двигателя.
Следует отметить что практически все описанные конструктивные типы насосов могут использоваться в качестве гидромоторов, но об этом в следующей статье…
Все типы насосов описанные в данной статье можно приобрести в компании RGC гидроагрегаты.Возможна поставка гидрооборудования и запасных частей под заказ. Также в нашей компании можно получить консультации по гидрооборудованию.
Внимание! Данная статья авторская. При копировании ее с сайта обязательно указывать источник!
С Уважением,
Начальник конструкторского отдела
Лебедев М.К.
Тел.: 8(800) 550-42-20
Героторный винтовой растворонасос «Сосна-4.6/7-200/500 М» по цене от 215 200 руб.| Завод «ТЕХПРИБОР» (Москва)
Общие сведения
При всем разнообразии оборудования предназначенного для транспортировки больших объемов жидких и пастообразных материалов, эксцентрично-винтовые или героторные насосы, занимают особое положение как практически безальтернативный инструмент напорной подачи сложных, многокомпонентных смесей, особо чувствительных к механическому воздействию.
Перекачивание материалов склонных к расслоению, компоненты, которых имеют существенное различие по плотности (например, полистиролбетона), вязких и абразивных масс, ячеистобетонных смесей с большим объемом вовлеченного воздуха, все это далеко неполный перечень задач успешно решаемых с использованием героторных насосов.
Простота и надежность, высокая универсальность и низкая стоимость эксплуатации, малая энергонагруженность и большая производительность — традиционные преимущества эксцентрично-винтовых насосов, обеспечивающие их широкое распространение на стройках России, Европы, Азии, при выполнении самых разнообразных работ связанных с транспортировкой и подачей растворов, паст и суспензий.
Эксцентрично-винтовой (героторный) насос (английское обозначение: progressive-cavity pumps (PCP))- это самовсасывающий насос объемного действия, рабочим органом которого является сменная героторная пара. Героторная пара в свою очередь состоит из эластичного статора и винтового ротора. Внутренний объем статор насоса имеет вид пологой двухзаходной резьбы, таким образом, ротор, помещенный в статор, создает двойную цепь открытых и замкнутых полостей, количество и объем которых определяется конструкцией геротороной пары. При вращении винтового ротора транспортируемый материал попадает в открытые полости статора и перемещается в сторону разгрузки, при этом винтовой ротор, поворачиваясь вокруг своей оси, обеспечивает герметизацию полостей. Количество полостей статора и скорости вращения ротора определяет число «тактов» (заполнения-герметизации) героторной пары. Подобная схема «тактового» вытеснения, благодаря неизменности формы и объема каждой отдельной полости, обеспечивает минимальное разрушающее воздействие на транспортируемые материалы, малую пульсацию потока, высокую производительность насосной системы.
Винт и обойма героторной пары производства фирмы WILHELM KACHELE Cmbh, Германия
Именно героторная пара по праву считается наиболее ответственной частью эксцентрично-винтового насоса, ее конфигурация во многом определяет основные технические характеристики агрегата. Так дальность подачи материала, а также количество материала перемещаемого насосом за единицу времени, зависит от частоты вращения винтового ротора, шага винта, его длинны и суммарного объема полостей статора. Чем больше длина и меньше шаг винтового ротора, тем выше развиваемое насосом давление. Чем больше объем полостей статора и выше частота вращения ротора, тем больше производительность насоса. Большинство перечисленных параметров оказывают серьезное влияние не только на технические, но и на эксплутационные характеристики насоса. Как правило, героторные пары, которыми комплектуются современные эксцентрично-винтовые насосы строительного назначения, имеют конструкцию, обеспечивающую оптимальный баланс подачи, и давления при высоком эксплуатационном ресурсе частей соприкасающихся с транспортируемы материалом.
Однако героторная пара является пусть и наиболее ответственным, но далеко не единственным компонентом строительного эксцентрично-винтового насоса. Приемный бункер материала, подающий винт, уплотнительные устройства, шасси, приводная часть и электрический блок управления — важные элементы насосного агрегата задействованного в технологическом процессе напорного транспортирования.
Эксцентрично-винтовой строительный насос «классической» компоновки имеет бункер для приема материала из смесительной установки. Наличие расходного бункера насоса позволяет проводить непрерывную подачу материала, при использовании смесительного оборудования циклического действия, что особенно важно при выполнении работ перерыв, в которых нежелателен, либо вовсе недопустим (механическое нанесение штукатурных растворов, заполнение форм и т.д). Для облегчения перемещения по строительной площадке, насосные агрегаты часто оснащаются колесными шасси.
Для побуждения и «подпора» материала, внутри расходной емкости насосного агрегата устанавливается подающий винт, который одновременно является и валом передачи мощности от привода насоса к героторной паре. Учитывая, что ось винтового ротора располагается эксцентрично относительно оси статора, подающий винт имеет элементы карданного соединения, позволяющие ему совершать планетарное движение, в нижней части расходной емкости. «Подпор» материала подающим винтом, позволяет значительно улучшить наполнение полостей статора героторной пары, что особенно важно при транспортировании вязких масс и многокомпонентных (разнородных) растворов.
Абсолютное большинство эксцентрично-винтовых насосов строительного назначения предназначенных для непрерывной работы с большими объемами вязких и плотных растворов, оснащаются мотор — редукторами способных передать достаточно высокий крутящий момент. Мощность привода насоса зависит, прежде всего, от необходимого напора (давления определяющего дальность и высоту подачи материала, МПа) и подачи (объема материала, подаваемого насосом за единицу времени, м3/час), а также от вязкости и плотности перекачиваемого материала.
Использование достаточно мощного мотор — редуктора в качестве привода подающего винта, также объясняется спецификой использования героторных насосов на стройке. Дело в том, что подача материала к месту его использования осуществляется посредством резиновых рукавов (шлангов), благодаря этому достигается большая гибкость при работе с насосом. Напорный рукав может быть подан на этаж в оконный проем, им удобно заполнять различные пустоты в строительных конструкциях, заливать стяжки и покрытия. Однако изгибы и соединительные муфты, большое сопротивление движению материала из-за трения о внутренние стенки рукава, слабое смазывающее действие раствора, большая плотность перекачиваемого материала, снижают давление (напор) развиваемое насосом. В отдельных случаях это может вызывать остановку насоса и даже его поломку. Часто условия эксплуатации героторного насоса на строящемся объекте далеки от идеальных, и хотя бы один из перечисленных факторов снижающих характеристики подачи или напора, так или иначе, имеет место, вот почему так важен запас мощности, который способен обеспечивает надежный мотор- редуктор.
Героторный строительный растворонасос «Сосна-4.6/7-200/500 М» — новая модель из серии современных модульных насосных агрегатов, преимущества которых обеспечены оптимальным балансом между высокой производительностью, благоприятной ценой и низкими эксплуатационными затратами.
Специалистами завода «ТЕХПРИБОР» был использован весь свой многолетний опыт создания насосных агрегатов строительного назначения и самые новейшие достижения в области производства абразивоустойчивых эластомеров, чтобы свести к минимуму накладные расходы, при неизменно высоких эксплуатационных показателях. Понимая, что время, потерянное при подготовке насоса к работе, регламентном обслуживании, устранении причин недостаточной производительности насоса, это время, потерянное в производстве, конструкторы завода «ТЕХПРИБОР» использовали целый ряд технических решений, направленных на снижение времени вынужденного простоя оборудования. Именно поэтому, героторный насос «Сосна-4.6/7-200/500 М» комплектуется героторными парами от ведущего мирового производителя фирмы Wilhelm Kaechele GmbH (Германия), а в качестве привода использованы мотор — редукторы фирмы SITI spa (Италия), отлично зарекомендовавшие себя в самых различных условиях эксплуатации.
Героторные насосы
Героторный насос Обзор
Героторные насосы
насосы с внутренним зацеплением без
полумесяц. Ротор — это внутренняя (ведущая) шестерня, показанная ниже серым цветом, и
холостое колесо — это внешняя (ведомая) шестерня, показанная ниже оранжевым цветом. Они есть
в первую очередь подходит для чистых применений при низком давлении, таких как смазка
системы или системы фильтрации горячего масла, но также можно найти
гидравлические системы с умеренным давлением.
Как работают героторные насосы
1. Жидкость попадает во всасывающий патрубок. между зубьями ротора (серая шестерня) и промежуточным (оранжевая шестерня).
2. Жидкость проходит через насос между зубьями Принцип «шестерня в шестерне». Точная терпимость между шестерни действует в качестве уплотнения между всасывающим и напорным патрубками.
3. Зубья ротора и промежуточного колеса полностью зацепляются, образуя уплотнение на равном расстоянии от нагнетания и всасывающие порты.Это уплотнение вытесняет жидкость из выпускного отверстия.
Преимущества
| Недостатки
|
Приложения
Общие применения героторных насосов включают, но не ограничиваются:
- Мазут легкие
- Смазочное масло
- Кулинарные масла
- Гидравлическая жидкость
Материалы Варианты конструкции / конфигурации
- Внешний вид (головка, кожух) — Чугун
- Внутреннее устройство (ротор, натяжной ролик) — Сталь
- Втулка — Углеродистый графит, бронза и другие материалы по мере необходимости
- Уплотнение вала — Манжетные уплотнения, механические уплотнения компонентов
- Упаковка — Обычно не используется для героторные насосы
Производители
© 2021, Школа насосов ®
Школьная политика
При поддержке Viking Pump, Inc.
Героторы »Героторы и технологии IGR • Cascon Pumps
Героторный насосный элемент
Героторный насосный элемент представляет собой прочное и надежное поршневое насосное устройство с превосходными кавитационными характеристиками. Он состоит всего из двух компонентов: один известен как внутренний элемент, а другой — как внешний элемент. Каждый элемент геротора поддерживается конструкцией насоса, а их центры расположены эксцентрично друг относительно друга.Внутренний элемент имеет четыре или более зубца (можно изготовить действующий трехзубый геротор, но, как правило, это непрактично). Внешний героторный элемент имеет на один «зуб» или выступ больше, чем внутренний, и поэтому вращается со скоростью N / (N + 1) об / мин относительно внутреннего элемента. Для обеспечения плавного вращения профили внутренних и внешних элементов всех героторов, независимо от количества зубьев, сопряжены друг с другом и удовлетворяют основному закону действия зубчатого колеса. Это означает, что общая нормаль во всех точках контакта между двумя элементами проходит через фиксированную точку, тем самым поддерживая постоянную угловую скорость.Многие принципы, используемые для определения и понимания героторной технологии, являются общими для других зубчатых передач.
Профиль внутреннего элемента ГеротораРанняя история Gerotors
История геротора восходит к концу 19 века, и к 1900 году усилия по пониманию и совершенствованию героторного механизма были в полном разгаре. Майрон Хилл был одним из первых исследователей, и после многих лет исследований и экспериментов он опубликовал буклет Kinematics of Gerotors в 1927 г., который часто считается первым исчерпывающим описанием полезной героторной геометрии и, вероятно, там, где термин «геротор» был придуман как сокращение от слов GEnerated ROTOR.
Коммерциализация геротора началась в конце 1920-х годов. Уильям Х. Николс, основатель W.H. Компания Nichols и опытный инструментальщик в сотрудничестве с Майроном Хиллом разработали необходимое оборудование для производства точных героторных наборов. Первое коммерческое применение геротора было в линейке насосов для сжигания жидкого топлива, выпущенных в 1930-х годах. К началу 1940-х годов подразделение General Electric Aviation в Линн, штат Массачусетс, обратилось к компании Nichols с просьбой разработать многоэлементный героторный насос для первого реактивного двигателя GE, тем самым представив героторную технологию в авиационной промышленности и положив начало долгой истории успеха в области авиационных двигателей. смазки и продувки.В конце 1940-х годов Артур Николс, сын WH, сотрудничал с «Баком» Чарльтоном, чтобы разработать героторы для низкоскоростных двигателей с высоким крутящим моментом, также известных как орбитальные двигатели. Последующая компания, известная как Char-Lynn, была в конечном итоге приобретена Eaton в 1960-х годах. Начав свою деятельность с небольшого механического цеха в Уолтеме, штат Массачусетс, W.H. Компания Nichols росла в последующие десятилетия и к 1980-м годам стала крупнейшим производителем героторов в мире.
Основатель Cascon Эдвард Х.Жерве II начал свою карьеру в W.H. Nichols Company в 1960-х годах, где он и инженер Карл Миддлкауфф сыграли важную роль в усовершенствовании конструкции героторов с целью повышения производительности и улучшения производства.
Героторные устройства
Героторы могут быть скомпонованы различными способами в соответствии с конкретными требованиями к характеристикам и комплектации приложения. Как и набор шестерен, один элемент героторного набора приводит в движение другой. Чаще всего внутренний элемент крепится к приводному валу насоса с помощью шпонки или шлицевого соединения и приводит в действие внешний элемент в качестве натяжного ролика.Однако приложения с внешним приводом обычно используются в системах смазки зубчатых передач (например, трансмиссии, оси и т. Д.) Для упаковки и снижения стоимости. Ниже показаны несколько примеров конструкции геротора Cascon с внутренним и внешним приводом. Героторы можно размещать в штабелях, что обеспечивает компактное многоконтурное и многофункциональное насосное решение.
Cascon Gerotors, Внутренний привод Cascon Gerotors, Внешний приводВнутренний ротор (IGR)
В 1971 году Эд Жерве и Джон Шоу были названы изобретателями на сайте U.Патент S. 3623829, описывающий внутреннюю зубчатую передачу, которая при использовании в насосах и двигателях станет известна как внутренне генерируемый ротор или IGR. Патент был переуступлен W.H. Компания Nichols и устройство заложили основу для выхода компании на рынок низкоскоростных двигателей с высоким крутящим моментом (LSHT).
Внутренне генерируемый ротор (IGR) имеет геометрию, основанную на наборе генерирующих уравнений, очень похожих на уравнения геротора, но с одним или двумя обратными членами. Обратите внимание, что внешний героторный элемент состоит из серии полукруглых форм, в то время как внутренний элемент имеет непрерывно изменяющийся радиус кривизны для образования сопряженного элемента.По сути, IGR меняет это расположение на противоположное: внешний элемент имеет постоянно изменяющийся радиус кривизны, а внутренний имеет круглые формы. В IGR эти круглые формы заменены цилиндрическими роликами, установленными на внутреннем элементе.
Низкоскоростной гидравлический двигатель с высоким крутящим моментом, серия IGR 110AГ-да Жерве и Миддлкауфф развили технологию IGR в линейку продуктов с гидравлическими двигателями, которые будут производиться на заводе, которым руководил г-н Жерве в Грей, штат Мэн, в конце 1970-х — начале 1980-х годов.Двигатели были успешно проданы на сельскохозяйственный, мобильный и промышленный рынки, где они стали известны своей долговечностью и эффективностью.
Cascon основывается на этих знаниях и дорабатывает IGR специально для сложных задач измерения химикатов, топлива и гидроэнергетики.
Принципы работы
Будь то героторная форма или форма IGR, принцип работы очень прост и понятен с помощью анимации, показанной ниже.При вращении двух элементов образуется расширяющийся «карман» для втягивания жидкости через впускное отверстие насоса. Жидкость вытесняется через выпускное отверстие насоса, когда карман сжимается. Отверстия, содержащиеся в соседних корпусах, обеспечивают синхронизацию входа и выхода, необходимую для того, чтобы они были изолированы друг от друга.
Геротор и производство IGR
Героторное производство до недавнего времени в основном использовало шлифовку и протяжку из кованой стали или использование процессов порошковой металлургии с использованием спеченных металлических порошков на основе железа.Усовершенствования в оборудовании для электроэрозионной обработки (EDM) проволочного типа и фрезерных станках проложили путь к этим более гибким методам производства и использованию более широкого спектра материалов, включая нержавеющую сталь, стеллит, ультра износостойкие стали, керамику и даже композиты.
Cascon производит высокоточные героторы на собственном заводе с использованием различных материалов и процессов, но также закупает стальные и порошковые элементы у других производителей, таких как Nichols Portland и Metal Powder Products (ранее NetShape).
Насколько нам известно, Cascon в настоящее время является единственным производителем IGR. Для их производства используются запатентованные методы, обеспечивающие точность, необходимую для реализации преимуществ этой технологии.
Переходная отрасль и Cascon
В 1984 г. Компания Nichols была приобретена Parker Hannifin для расширения своего портфолио гидравлических устройств и компонентов. В то время как героторный дизайн и героторное производство оставались в Портленде, штат Мэн, производство моторных продуктов было поглощено другими производственными предприятиями Parker, и завод в Грей был закрыт.В 2016 году завод в Портленде был продан компании Altus Capital, и сегодня устройства продаются на автомобильном и промышленном рынках под брендом Nichols Portland. Моторные продукты на основе IGR были в конечном итоге прекращены Parker и больше не доступны.
Эд покинул W.H. Nichols Company вскоре после ее приобретения и в 1988 году основала Cascon в партнерстве с Chamberlain Machine. Основное внимание новой компании уделялось поставке индивидуализированных героторных насосов, насосов IGR и шестеренчатых насосов для производителей оригинального оборудования для мобильных, промышленных и аэрокосмических рынков.Компания представила своим клиентам инновационные героторные конструкции и разработала IGR для использования в качестве насосного элемента, особенно подходящего для применений с низкой вязкостью и низкой смазывающей способностью. По мере взросления компании ее возможности расширялись. Сегодня Cascon разрабатывает продукты, которые могут включать в себя компоненты аддитивного производства, специальные керамические и легированные материалы, интегрированные электрические приводы переменного, постоянного и бесщеточного постоянного тока, а также различные варианты электронного управления.
Книга Джона Дж. Пиппенджера под названием Fluid Power: The Hidden Giant — хороший ресурс для получения дополнительной информации по истории гидравлической промышленности.
Выберите патенты Cascon
станков | Бесплатный полнотекстовый | Оптимизация героторных насосов с асимметричными профилями с помощью алгоритма эволюционной стратегии
1. Введение
Героторные насосы получают за счет использования двух цилиндрических шестерен с внутренним цилиндром. Внешний ротор имеет N лепестков, а внутренний только N − 1 лепестков. Изменение объема N изолированных камер при полном вращении внешнего ротора обеспечивает всасывание и подачу жидкости, как показано на Рисунке 1.Эта специфическая конфигурация позволяет получать чрезвычайно компактные и надежные устройства, которые, следовательно, стали одним из предпочтительных вариантов для систем низкого давления в мобильных приложениях [1,2,3,4]. Первое исследование по использованию двух сопряженных шестерни для перекачивания жидкости можно найти в работе, опубликованной Дж. Р. Колборном в 1974 г. [5]. Почти 20 лет спустя работы Берда [6,7,8] и Шунга [9], посвященные математическому описанию профилей и компромиссу между несколькими геометрическими решениями, вызвали огромные исследовательские усилия, направленные на автоматизацию. процесса проектирования и улучшения характеристик насоса.Что касается первого предмета, важно подчеркнуть исследования Литвина, который применил теорию зацепления [10] к циклоидальным героторам в [11], предоставив общую математическую основу, которая способна описать любой вид профиля ротора, и для описания геометрических условий, которые могут вызвать разрывы в профилях зубчатых колес. Другие формулировки той же проблемы, включая оригинальную геометрическую интерпретацию Мимми, можно найти в [12,13,14], в то время как динамика насоса была исследована Ивановичем и его коллегами [15,16,17].Зависимость производительности насоса от геометрии роторов впервые была рассмотрена Хси [18,19,20]. Несколько геометрий лепестков, такие как эллиптическая, синусоидальная, поликруглая и параболическая, были изучены Манко [1] и Мимми [21], в то время как Бонандрини [22,23] и Деменего [24] сосредоточились на исследованиях новых профилей ротора. , чтобы ограничить скорость износа. Для достижения аналогичных целей Hsieh недавно опубликовал оригинальное решение, в котором используются конструкции с переменным зазором [25]. Значительное количество исследований геометрии нескольких профилей для оптимизации угла давления в течение всего цикла контакта можно найти в [26,27,28,29,30,31,32,33], в то время как другой подход к конструкции ротора, основанный на по прямолинейно-сопряженным профилям можно найти в [33,34,35,36].Другой значительный вклад в эту область исследований можно найти в [37], в то время как особенно интересная разработка геротора с магнитным приводом предложена в [38]. Чтобы преодолеть некоторые из традиционных проблем героторных насосов [39], авторы недавно предложили новое решение, основанное на асимметричных зубцах и радиальных отверстиях, которое дает некоторые значительные преимущества в системах, где насос приводится в движение в одном направлении для наиболее значительную часть его оперативной жизни [40].Настоящая статья расширяет эту концепцию и формулирует ее следующим образом. Сначала дается общий обзор героторных насосов и математическое описание профиля их роторов; следовательно, основные конструктивные ограничения представлены и связаны с геометрией профиля. Также представлена динамическая модель насоса, использованного в исследовании. Для оценки достоинств асимметричных профилей используются три показателя производительности: неравномерность расхода, оценка скорости износа с помощью коэффициента пропорциональности скорости износа (WRPF) и масса роторов.Сначала выполняется несколько циклов оптимизации с помощью предоставленного метода для каждого показателя производительности по традиционному циклоидальному профилю. Таким образом, получается несколько циклоидальных профилей, каждый из которых оптимизирует один показатель производительности для выбранной опорной скорости. С помощью этого первого анализа показано, что геометрические параметры, позволяющие оптимизировать данный показатель производительности (т.е.неравномерность расхода), часто сильно отличаются от параметров, оптимизирующих другие показатели производительности (т.е., масса роторов). Полученные здесь оптимальные значения используются в качестве справочных.Авторы должны продемонстрировать, что геометрия асимметричных лопастей может быть использована для разработки героторных насосов, способных обеспечить хорошие результаты при сочетании двух или более показателей производительности (например, скорости износа и массы роторов, всех трех показателей и т. Д.) . Для этого было выполнено несколько циклов многоцелевой оптимизации. Затем соответствующие показатели производительности сравниваются с теми, которые получены для традиционного профиля.
2. Общая теория проектирования профилей героторных насосов
Для определения геометрии роторов наиболее эффективные методы используют уравнения замкнутой формы, характерные для определенного типа профиля [1,21]. Хотя их легко реализовать в автоматических процедурах, не требуя больших вычислительных затрат, эти методы имеют ограниченную применимость, поскольку не всегда возможно описать профиль внутренней шестерни с помощью неявных функций [21]. Таким образом, предлагаемая структура представляет собой более общий подход, основанный на теории зацепления [10] и сообщенный несколькими авторами за его гибкость при описании некруглых профилей [11,12].Следуя этому подходу и глядя на рисунок 2, вводятся три системы отсчета: (x, y) ext и (x, y) in — пары оси, которые связаны с внешней и внутренней шестернями, а (x , y) f — неподвижная система отсчета внешнего наблюдателя. Внешняя рамка (x, y) и фиксированная ось имеют начало O ext на оси вращения внешнего зубчатого колеса, в то время как начало координат O int (x, y) in находится на оси вращения внутреннего механизм. Таким образом, героторный эксцентриситет e можно определить как расстояние между O ext и O int .Кинематика двух идеально зацепляющихся шестерен может быть описана через постоянное передаточное отношение τie, равное отношению между двумя размерами шага r ext и r в , и, следовательно, строго зависящее от эксцентриситета e, как показано уравнением ( 1).τie = ωinωext = rextrin = rextrext − e = NN − 1
(1)
Как показано на рисунке 3, можно добавить местную систему отсчета (χ, ψ), для которой начало координат C связано с геометрией ротора через его расстояние с O ext (COext¯) и эксцентриситетом e.Определив векторы Γ в и Γ ext как профиль внутреннего ротора в (x, y) в системе отсчета и геометрию внешнего ротора в его (x, y) ext кадре, должны выполняться следующие условия быть проверенным:{max (‖Γin‖) = COext¯ − ρχ + emin (‖Γin‖) = COext¯ − ρχ − emax (‖Γext‖) = rlim, ext = COext¯ − ρχ + 2emin (‖Γext‖) = COext¯ −ρχ
(2)
Отношение между COext¯ и ρχ часто обозначается как λ, и оно имеет решающее значение для проектирования профиля [1]. Согласно Мимми [21] и как уже сообщалось авторами в [40], наиболее удобный способ определения геометрии лепестка — использование параметрических уравнений, выраженных в локальной системе отсчета (χ, ψ).Принимая во внимание профили зубьев, определяемые одной или несколькими дугами эллипса, можно принять во внимание следующее выражение, которое зависит от коэффициента k.{χ = ρχcos (ξ) ψ = kρχsin (ξ)
(3)
{tan (ϑ) = k tan (ξ) 0≤ξ≤π
(4)
rk = CKi¯ = ρχcos2 (ξ) + k2sin2 (ξ)
(5)
Окончательное выражение внешнего профиля Γ ext в его системе отсчета может быть найдено повторением вокруг оси симметрии ротора с учетом углового шага ∆α = (2π) / N [11].Γextext = [xextyext] = [cos (iΔα) −sin (iΔα) sin (iΔα) cos (iΔα)] [COext¯ − rkcos (ϑ) rksin (ϑ)]
(6)
где i = 0, 1,…, N−1. Для получения профиля внутреннего ротора авторы используют общий метод, который впервые был введен Литвином [10]. Этот подход использует однородные координаты для выражения внешнего профиля Γ ext в кадре (x, y) с помощью матрицы преобразования M in, ext [11]:Γextin = Min, ext [xextyext1]
(7)
Мин, ext = [cos (ϕin − ϕext) sin (ϕin − ϕext) −e cos (ϕin) −sin (ϕin − ϕext) cos (ϕin − ϕext) e sin (ϕin) 001]
(8)
Применяя уравнение (1), мы получаем ϕin = τieϕext для идеального зацепления.Согласно [29] известно, что нормаль к профилям зубьев зацепления в точках контакта проходит через центр вращения P 0 , который координирует (X0, Y0) в системе отсчета, (x, y) ext можно выразить как:{X0 = rextcos (ϕext) Y0 = −rextsin (ϕext)
(9)
Нормаль к выступам внешнего ротора может быть описана уравнением (10) при условии, что вектор Γ ext и его первая производная непрерывны во всей своей области, и что ∂Γext / ∂ξ ≠ 0 [10]:Далее = [NXNY1] = ∂Γextext∂ξ × kext
(10)
где k ext — единичный вектор, направленный вдоль оси z ext .Для получения правильного зацепления нормаль к точке контакта и линия, проходящая через точку контакта и P 0 , должны совпадать, что приводит к следующему условию [11]:f (ξ, Φext) = X0 − XextY0 − Yext − NXNY = 0
(11)
Таким образом, обеспечивается параметрическое выражение профиля внутреннего ротора Γ в , объединяющее уравнения (8) и (12):Γinin: {Γextin (ξ, Φext) = Min, extΓextextf (ξ, Φext) = 0
(12)
Непрерывность профиля может быть проверена одним из методов из избранного списка надежных алгоритмов общего применения, который можно найти в литературе [11,12,14].Помимо геометрических проблем, описанных до сих пор, конструкция профилей роторов также определяется условиями работы насоса. Чтобы избежать кавитации, фактически необходимо поддерживать скорость жидкости ниже предельного значения, которое можно найти из первого приближения, определенного как [41]:vlim = ks2 (pin − pv) ρ
(13)
Это значение в основном зависит от давления жидкости на впускном отверстии p в , натяжения пара жидкости при рабочей температуре p v и ее плотности ρ; коэффициент безопасности ks≤1 часто добавляют, чтобы ограничить или предотвратить возникновение кавитации в непредсказуемых нестандартных условиях.В героторных насосах зоны с наибольшей скоростью жидкости находятся в непосредственной близости от максимальных радиальных размеров роторов, и, поскольку скорость жидкости в первом приближении можно считать равной линейной скорости шестерен насоса, максимальный радиус для внутреннего ротор r lim, в и внешняя шестерня r lim, ext при опорной скорости ω в могут быть вычислены как:{rlim, in = 2 (pin-pv) ρωin2rlim, ext = 2 (pin-pv) ρ (ωinτie) 2
(14)
Комбинируя уравнения (2), (3) и (14), можно найти важное конструктивное ограничение, связывающее геометрию насоса с его рабочими условиями:rlim, in + e≤rlim, ext≤2 (pin − pv) ρ (ωinτie) 2
(15)
Низкое давление на входе также является причиной другого конструктивного ограничения, связанного с возникновением неполного заполнения камер.Это явление можно наблюдать всякий раз, когда перепад давления на впускном отверстии недостаточно высок, чтобы полностью заполнить камеру переменного объема во время фазы всасывания, что приводит к снижению производительности насоса и возникновению кавитации [20]. Немного изменив выражение, представленное Сингхом [42], можно получить оценку правильного значения отношения между героторной осевой длиной H и площадью порта, которое способно предотвратить возникновение этой проблемы при номинальной скорости ω в :HAr = K ′ (pin − pv) ρ1ωind Achd ϕin
(16)
где A r — площадь входного отверстия, A ch — фронтальная площадь рассматриваемой камеры, а ϕin — угловое положение вала.K ‘- коэффициент пропорциональности, зависящий от конфигурации порта и гидродинамических условий. Обратите внимание, что для героторов с осевым портом максимально возможное значение A r равно A ch .3. Динамическая модель геротора
Хотя уравнения, представленные в разделе 2, полностью определяют геометрию насоса, для моделирования героторного поведения требуется динамическая модель системы. Как показано на рисунке 4, можно выделить три скорости потока, влияющие на общую i-ю камеру объема V и .Q p, i — это расход, обмениваемый с внешней средой, а Q i − 1, i и Q i, i + 1 — утечки между i-й камерой и соседними камерами. расход через i-й порт Q p, i зависит от разницы давлений между внешней средой и камерой, а также от размеров порта и свойств жидкости согласно следующему выражению [43].Qp, i = знак (pP − pi) CdAp2 | pP − pi | ρ
(17)
где p p и p i — давление окружающей среды и давление в камере, ρ — плотность жидкости, а A p — площадь порта, которую видит i-я камера, со значением, определяемым положения ротора.Коэффициент расхода C d вместо этого зависит от числа Рейнольдса жидкости, которое вычисляется в секции порта; его значения получены с помощью выражений, предложенных в [44], и уже использовались авторами для стационарного анализа в [40]. Утечки между соседними камерами моделируются с использованием закона Хагена – Пуазейля для зазоров с прямоугольным сечением [45].Qi − 1, i = (pi − 1 − pi) Hhg312μlg
(18)
где H — осевой размер геротора, h g — высота зазора, l g — длина зазора в направлении утечки, а μ — динамическая вязкость жидкости.Следовательно, чистый расход через одну камеру Q и можно вычислить с помощью уравнения (19), где принятое соглашение о знаках генерирует положительные значения во время заполнения объема и отрицательные значения во время выпуска жидкости.Qi = Qp, i + Qi − 1, i − Qi, i + 1
(19)
Применяя уравнение неразрывности к исследуемому контрольному объему, можно связать чистый расход Q и с изменением геометрии камеры и последующими изменениями давления жидкости p и через модуль объемной упругости β.Qi − HdAchdt = Viβdpidt
(20)
где фронтальная площадь камеры A ch является функцией положения внутреннего ротора. Мгновенный расход, который подает насос, можно вычислить, суммируя только отрицательные вклады Q i , обращая внимание на то, чтобы в конечном итоге вычесть квоту из-за утечки между внешним ротором и его дорожками Q s, r :Q = −∑i = 1NQi | Qi <0 − Qs, г
(21)
Утечки между вращающимися частями насоса и его статором снова оцениваются в соответствии с законом Хагена – Пуазейля, где p в и p на выходе — это давления на входе и выходе [45].Qs, r = (надув-штифт) Hhgrs312μlgrs
(22)
Чистый крутящий момент, действующий на ведущую шестерню T, можно просто получить, применив принцип энергосбережения:T (ϕin) = Q (надув-штифт) ωin
(23)
Обратите внимание, что результаты, полученные с помощью уравнения (23), действительны только в том случае, если героторный насос находится в движении. Учитывая результаты моделирования, выполняется быстрая проверка для обнаружения любых признаков возникновения кавитации; Обращаясь с помощью pi (t) к моделированному давлению в i-й камере во время моделирования t, необходимо проверить следующее выражение:{pi (t)> pv∀i 1≤i≤N∀t t0≤t≤tend
(24)
где t 0 и t end — время моделирования, относящееся к началу и концу сбора данных.Динамическая модель была реализована с использованием программного обеспечения Matlab / Simulink, но предоставленные уравнения имеют общую применимость и могут использоваться на любом другом языке программирования.4. Оценка контактного напряжения
Определение контактных напряжений в профилях ротора затруднено несколькими факторами, связанными с природой процесса зацепления и наличием перекачиваемой жидкости. Первая проблема связана с количеством контактных зон, которое изменяется в пределах одного цикла насоса и, возможно, зависит от неравномерного распределения зазоров.Более того, перераспределение нагрузки неизвестно априори, что делает невозможным прямой расчет контактных сил. Кроме того, режим смазки зависит от условий эксплуатации, поэтому фактическое распределение контактного давления не является постоянным во времени. Чтобы получить анализ в первом приближении при сохранении времени вычислений в разумных пределах, применяется итерационный подход, аналогичный предложенному в [46]. Описанный метод применим для идеально изготовленных роторов, работающих без зазоров и без смазки в зонах контакта.Кроме того, опоры шестерен и вал считаются бесконечно жесткими по отношению к зубьям ротора: как таковые деформации из-за контактных сил применяются только к кулачкам шестерни. Ожидается, что эти допущения вызовут завышение контактных напряжений, поскольку эффекты крутильных деформаций вала не рассчитываются. Следуя этому подходу, предполагается, что обмен усилием между сопряженными зубьями происходит только вдоль всасывающей стороны насоса, как показано на рисунке 5. Вместо этого считается, что зубчатая передача в той части устройства, которая соединена с рабочей средой, включает только геометрические формы. связь.Приложение небольшого произвольного вращения δϕin к внутреннему ротору вызывает взаимное проникновение w i между зубьями двух шестерен. Согласно теории Герца [47], тогда можно определить вектор контактной силы F c как:Fc = πh5 (1 — νin2Ein + 1 — νext2Eext) w
(25)
где H — осевая длина ротора, а E и ν — модуль Юнга и коэффициент Пуассона для двух шестерен. Вектор w = [w1w2… wN] T содержит расстояние взаимного проникновения для каждой точки контакта.Его элемент w i отличен от нуля только при измерении в активной зоне. Рассматривая контакты без трения, можно выразить крутящий момент сопротивления, действующий на ведущий вал, через вклад каждой контактной силы F c, i .T (ϕin) = ∑i = 1NdiFc, isin γ
(26)
Поскольку общий крутящий момент сопротивления был вычислен с помощью динамической модели с помощью уравнения (23), тогда можно оценить контактные силы F c, I с помощью итерационной процедуры.Для произвольного δϕin фактически возможно вычислить через переходы (25) и (26) соответствующее T (δϕin). Таким образом, это значение крутящего момента сравнивается с опорным сигналом, полученным посредством моделирования динамической модели: если разница падает ниже настраиваемого порога, результаты принимаются, а значение контактного усилия сохраняется. В противном случае к δϕin применяется соответствующее изменение, и процедура повторяется.
Контактное давление для каждого зуба, следовательно, можно оценить с помощью классической теории Герца [47]: где характеристический размер площади контакта a и определяется с учетом имеющихся в литературе формул для контакта цилиндр-цилиндр:ai = 4Fc, i (1 − νin2Ein + 1 − νext2Eext) πH (ρint, i + ρext, i)
(28)
Внешняя и внутренняя кривизны профиля для i-й точки контакта ρext, i и ρint, i могут быть легко получены с учетом геометрических свойств эллиптических лепестков.Затем максимальные значения контактного напряжения сравниваются с пределом материала для статического и повторяющегося контакта Герца. Метод оценки контактного напряжения и эффект использования связанной динамической модели были проверены с помощью анализа методом конечных элементов, выполненного на эталонном героторе с радиальным портом; FEM-анализ был выполнен в Ansys 14.0 с использованием более 250 000 тетраэдальных ячеек; Сходимость результатов была обеспечена за счет постепенного уточнения сетки в соответствии с точками контакта и отслеживания поведения контактного напряжения.Эталонный корпус был разработан для входного давления 1 бар и скорости 5000 об / мин для ведущей шестерни.
Давление в рабочей среде должно быть фиксированным и равным 39,6 бар, в то время как геометрические параметры, используемые для примера, равны e = 3,5 мм и λ = 1,8; упрощенное изображение насоса можно найти на рисунке 6. Осевая длина геротора была увеличена как H = 0,4 Rext. Анализ проводился с использованием более 200 000 тетраэдрических ячеек с применением нескольких одинаковых вращений внутреннего и внешнего роторов.Для каждого углового положения давление в камерах и входной крутящий момент были импортированы из результатов моделирования динамической модели, представленных на рисунках 7 и 8. Результаты алгоритма показаны на рисунке 9, в то время как сравнение с анализом МКЭ для одной точки контакта показано на рисунке 10; тенденция моделирования соответствовала данным МКЭ, даже несмотря на то, что было замечено некоторое отклонение в численных значениях. Сосредоточившись на поведении контактного давления, можно было заметить два основных пика.Первый произошел в начале зацепления шестерен и был связан с изменением знака кривизны внутреннего ротора; второй пик был связан с изменением количества зубьев в зацеплении.5. Алгоритмы стохастической оптимизации
Оптимизация с помощью стохастического алгоритма широко использовалась в течение последних нескольких десятилетий для решения инженерных задач, в то время как трудно предоставить априорную гипотезу области, содержащей оптимальное решение, в то время как целевая функция не должна продолжаются по всей его власти [48].Этот класс алгоритмов фактически ищет оптимальное применение определенной степени случайности, и это вращается только вокруг оценки самой целевой функции, без необходимости вычислять градиенты функции. Стохастические методы в основном используют три альтернативных подхода; генетические алгоритмы [49] и эволюционные стратегии [50] имитируют эволюционное поведение природы, а моделируемый отжиг имитирует поведение охлаждающих жидкостей [51]. Стохастические алгоритмы уже применялись для оптимизации накачки в [52] и, в частности, для героторных профилей в [53] и [54].В литературе имеется несколько отклонений от эволюционной стратегии одноцелевой оптимизации [48], но все они разделяют одну и ту же философию, основанную на четырех основных принципах процесса органической эволюции: воспроизводство, мутации, конкуренция и отбор [ 55]. Блок-схема наиболее общего метода, стратегии (μ / ρ; λ), представлена на рисунке 11 [56]. Начиная с начальной популяции, l элементов выбираются в качестве родителей, давая рождение r потомкам; Самый простой способ выполнить этот шаг — использовать арифметический кроссовер; то есть линейная комбинация векторов, содержащих параметры оптимизации родителей [57].Для сценария «два родителя — двое потомков» это можно перевести как:{dunmut1k + 1 = αdp1k + (1 − α) dp2kdunmut2k + 1 = αdp2k + (1 − α) dp1k
(29)
где dunmut1k + 1 и dunmut2k + 1 — векторы параметров потомка, dp1k и dp2k — родители, а α — оператор кроссовера. Потомки мутируют путем применения случайного фактора, выбранного из стандартного распределения v с центром в 0 со стандартным отклонением σ (α), которое делится или умножается на коэффициент α в начале каждой итерации [52]:dmutk + 1 = dunmutk + 1 + v [0, σ (α)]
(30)
Этот документ является исчерпывающим и для родителей и, следовательно, ранжируется, и выбираются первые μ-элементы, а остальные отбрасываются.Наконец, добавляются несколько критериев остановки, чтобы остановить цикл оптимизации. В этой статье рассматриваются четыре альтернативы: если одна из них выполняется, результат выходит из цикла. Первый связан со сходимостью алгоритма и вычисляется через квадратичную норму совокупности по отношению к ее среднему значению, как сообщается в [58]. Второй критерий — это количество последовательных циклов, в которых изменение параметров оптимизации остается ниже определенного порога.Это связано с тем, что каждый рассматриваемый параметр является геометрической величиной, которая используется для описания физического объекта; как таковые вариации, которые остаются ниже геометрических допусков возможного производственного процесса, бесполезны. Если это условие повторяется для каждого параметра более трех циклов, алгоритм останавливает цикл. Последнее условие, связанное с требуемым вычислительным временем, — максимальное количество итераций. Эволюционные стратегии можно расширить до многоцелевой оптимизации, слегка изменив блок-схему, представленную на рисунке 11, и уделив особое внимание этапу конкуренции [59].В литературе описано несколько методов [60,61,62,63,64,65,66,67,68,69,70,71,72]. В этой статье соответствие r каждого возможного решения задачи оптимизации определяется с помощью версии Фонсека [61] критерия Голдберга, основанной на числе доминирующих решений [73]: где nq (di, K) — количество решений, доминирующих над di в K-м поколении. Одной из наиболее значительных трудностей в многоцелевой оптимизации является предотвращение формирования кластерных решений, что приводит к чрезмерному представлению частей пространства переменных за счет остальной части доминиона и может привести к неверным результатам.Чтобы ограничить эту проблему, в данной статье был использован подход совместного использования фитнеса, предложенный Фонсека и Флемингом [61]. Этот метод основан на вычислении евклидова расстояния D K между каждой парой решений (di, dj) в целевом пространстве, нормализованного между 0 и 1 во время K-й итерации алгоритма оптимизации [61]:DK (di, dj) = ∑m = 1no (fmK (di) −fmK (dj) maxk = 1… Kfm − mink = 1… Kfm) 2
(32)
Следовательно, с учетом этих расстояний количество решений, попадающих в нишу размера σniche, можно рассчитать как:nc (di, K) = ∑j = 1… (ρ + λ) r (di) = r (dj) max (σniche − DK (di, dj) σniche, 0)
(33)
Наконец, соответствие r (di, K) каждого решения для K-го поколения корректируется следующим образом [61]:r ′ (di, K) = r (di, K) nc (di, K)
.(34)
Таким образом, общее ранжирование кластеризованного решения в процессе минимизации ухудшается, следовательно, снижается вероятность того, что оно будет выбрано для размножения, при одновременном расширении исследования пространства параметров оптимизации.
Мы подошли к проблеме оптимизации как к двухэтапной многоцелевой оптимизации, чтобы подчеркнуть преимущества, связанные с использованием асимметричных профилей для получения лучших результатов, чем оптимальные характеристики, обеспечиваемые традиционной геометрией. Другие подходы к проблемам оптимизации можно найти в [62,63]; в частности, авторы [62] использовали метод Танигучи, чтобы найти оптимальную комбинацию параметров, чтобы максимизировать скорость потока насосов и минимизировать неравномерность потока.Несмотря на то, что он работает для простых задач оптимизации, метод Танигучи в основном используется для оценки устойчивости предлагаемого проекта путем изучения влияния небольших изменений одного или нескольких параметров проекта на характеристики системы.6. Оптимизация профиля
Согласно предыдущим разделам, мы можем определить несколько параметров оптимизации, которые являются значимыми геометрическими величинами, которые определяют форму и производительность ротора. Процесс оптимизации был проведен для героторов с пятью зубьями на внешнем зубчатом колесе, так как это решение позволяет получить возможности более высокого расхода при заданной опорной скорости [40].Для учета асимметричных зубцов на основе объединения эллиптических дуг уравнение (4) модифицируется следующим образом:{tan (ϑ) = ktan (ξ) k = k1⇔0≤ξ≤π2k = k2⇔π2≤ξ≤π
(35)
Вводя безразмерный расчетный параметр λ = a / rext, общий вектор параметров оптимизации d может быть определен как: Для оценки производительности насоса и выполнения процедуры оптимизации используются три индекса: неравномерность расхода ε, скорость износа коэффициент пропорциональности (WRPF) и расчетная масса роторов m.Неравномерность расхода используется для измерения пульсаций потока, возникающих из-за неоднородности подачи жидкости. Обычно ее выражают как отношение амплитуды пульсаций к средней скорости потока Q м при постоянной опорной скорости ведущей шестерни [74]:ε = макс (Q) −min (Q) Qm
(37)
Коэффициент пропорциональности скорости износа, предложенный Квоном [75], используется для ранжирования скорости износа согласно гипотезе несмазываемого контакта и определяется следующим образом: где σi — контактное напряжение, vs — относительная скорость между двумя роторами в точке контакта, а ω — эталонная скорость внутреннего зубчатого колеса.Оценка массы роторов производится путем умножения объема шестерни на плотность используемого материала. Для каждого вектора параметров соответствующий героторный насос спроектирован и испытан в интегрированной среде с использованием уравнений, представленных в предыдущих разделах. Его блок-схема представлена на рисунке 12: начиная с исходных данных проекта, фиксированных для процесса оптимизации, и вектора геометрических параметров, профили ротора определяются, проверяются и вставляются в высокоточную динамическую модель насоса.Таким образом, выходные данные моделирования используются для расчета показателей производительности насоса; цикл проектирования в конечном итоге сбрасывается, если одно или несколько геометрических ограничений или требований к производительности не выполняются.6.1. Оптимизация циклоидальных шестерен
Первым шагом для оценки возможностей асимметричного профиля является определение надлежащего набора эталонных значений для каждой из трех целей оптимизации. Для этого были выполнены три серии одноцелевых циклов оптимизации для традиционных эфитрокоидальных профилей.Эталонная скорость ведущего ротора варьируется от 5000 до 10 000 об / мин для мобильных приложений, в то время как давление на впускном отверстии составляет примерно 1 бар. Требуемый расход установлен на 100 л / мин. Для каждой эталонной скорости геометрия насоса была оптимизирована с учетом каждого показателя производительности, что привело к определению трех наборов героторных профилей, каждый из которых способен минимизировать неравномерность потока, скорость износа и массу ротора. Вектор параметров оптимизации получается, упрощая тот, который представлен в уравнении (21), пренебрегая k 1 и k 2 .Исходя из этих параметров, алгоритм проектирует и тестирует геротор через автоматическую структуру. Коэффициент безопасности против кавитации изначально установлен на 1.
Число родителей в эволюционном алгоритме установлено на λopt = 4, а количество потомков — на ρopt = 6. Размер популяции, которая сохраняется после каждого цикла оптимизации, составляет μopt = 8. Чтобы добиться более быстрой сходимости, родители не отбрасываются априори, и они участвуют в рейтинге; как таковые, они могут выжить более чем в одном цикле оптимизации.Чтобы отслеживать поведение алгоритма, коэффициент успешных мутаций для k-го цикла оптимизации был рассчитан как:pmk = | Dρk⋂Dμk || Dμk |
(39)
где Dρ и Dμ — соответственно множества мутировавших потомков и популяции, выжившей после k-го цикла. Максимальное количество итераций, разрешенных для алгоритма, составляет N max = 50. Результаты процесса оптимизации представлены на рисунке 13. Скорость износа и массы ротора имеют тенденцию к постепенному уменьшению, при этом эталонная скорость имеет тенденцию к достижению плато в направлении конец исследуемого диапазона скоростей.Это можно объяснить, если учесть, что требования к скорости потока остаются неизменными для всего диапазона скоростей; как таковые преимущества уменьшения радиального размера геротора постепенно уменьшаются за счет увеличения длины насоса. По той же причине не наблюдается заметного изменения неравномерности оптимального расхода. Исчерпывающее описание пары λ-e для каждого случая представлено на рисунке 14а, а соответствующие геометрические формы роторов представлены на рисунке 15. В частности, Можно сделать некоторые интересные соображения: можно отметить, как минимизация массы ротора использует максимальное значение эксцентриситета и самые низкие параметры λ, в то время как противоположное происходит для неравномерности потока.Оптимизация износа находится посередине двух других случаев. С точки зрения многоцелевой оптимизации это, кажется, предполагает, что минимизация пар (ε; WRPF) и (масса; WRPF) может быть достигнута более легко, чем минимизация пары (ε; масса). 14b, можно заметить непосредственные последствия различных наборов (λ, e). Профили, оптимизирующие массу роторов, имели более высокие зубья, что приводило к созданию камер с более высокими лобовыми площадями и более короткими насосами.С другой стороны, геометрия, оптимизирующая неравномерность расхода, имела небольшие зубцы, которые могли обеспечивать более регулярный вывод расхода за счет более длинных и, следовательно, более тяжелых устройств. Глядя на профили, изображенные на рисунке 15, можно заметить, что их формы кажутся почти независимыми от опорной скорости и меняются только в зависимости от цели оптимизации. Объяснение такого поведения можно найти, посмотрев на рисунок 14а и заметив, что эксцентриситет оптимизированных профилей имеет тенденцию линейно уменьшаться со скоростью.Из уравнения (14) известно, что радиальный размер героторного насоса обратно пропорционален скорости ведущей шестерни; следовательно, соотношение между эксцентриситетом каждого оптимального решения и радиальным размером устройства должно быть постоянным, учитывая давление на входе, свойства жидкости и цели оптимизации. Соответствующие результаты для изученных профилей представлены на рисунке 16.6.2. Оптимизация второго порядка с помощью асимметричных лепестков
Асимметричная конструкция лепестков также может использоваться в качестве оптимизации второго порядка на оптимизированном круглом профиле лепестков.В этой ситуации параметр оптимизации d уменьшается до: в то время как пара (λ, e) определяется оптимизацией традиционного профиля. Оптимизация второго порядка была проведена по комбинированному поведению неравномерности расхода, масс ротора и WRPF. Оптимизированные параметры представлены в таблице 1. Оптимизация второго порядка, как показано на рисунках 17 и 18, позволяет достичь заметных преимуществ по показателям производительности. Начиная с пары, оптимизированной для неравномерности расхода, использование асимметричных зубцов позволяет значительно уменьшить массы ротора (−5.68%), в то время как ожидаемая неравномерность расхода (+ 0,29%) и скорость износа (+ 0,03%) остаются почти постоянными. Аналогичным образом оптимизация второго порядка позволяет получить некоторые преимущества при применении к профилям, оптимизированным для WRPF, достигая небольшого снижения ожидаемого (-0,66%), скорости износа (-1,31%) и массы ротора (- 0,24%) .Более значимыми являются результаты, относящиеся к оптимизации второго порядка традиционных профилей, которые сначала оптимизируются по расчетной массе.В этом случае использование асимметричных зубцов позволяет получить среднее уменьшение неравномерности потока, рассчитанное как 1,40%, в то время как расчетная масса роторов имеет среднее отклонение, равное -3,23%; что еще более важно, можно отметить значительное снижение (-14,61%) оценочной скорости износа. Пример эффектов оптимизации второго порядка по геометрии насосов показан на рисунке 19. Шестеренчатые / героторные насосы| Централизованные смазочные насосы
Шестеренчатые насосы для однолинейных и циркуляционных систем смазки
Шестеренчатые насосы, подобные моделям серии MFE, подходят для подачи смазочного материала в однолинейных и циркуляционных системах смазки с централизованной подачей смазочного материала.
Смазочные системы с однолинейными насосами работают с перебоями, что означает, что смазочный материал транспортируется к назначенным точкам смазки в зависимости от цикла машины или через определенные промежутки времени. С помощью одного героторного насоса можно заполнить большое количество точек смазки свежей смазкой или маслом, чтобы компенсировать постоянные потери из-за испарения и старения. С другой стороны, шестеренчатые насосы, которые используются в циркуляционных системах смазки, обеспечивают постоянный объемный расход смазочного материала, например, для смазывания направляющих станины станков.
В дополнение к шестеренчатому насосу, который является сердцем системы смазки, центральная система смазки по существу состоит из дозирующего устройства для точного дозирования и распределения смазочного материала, а также трубок. Кроме того, обычно используются блоки управления и контрольные устройства для проверки системы и других технических компонентов.
Героторные насосы, такие как модель MFE5-2000 + 299, предназначены для использования в однолинейных системах смазки и могут быть оснащены различными резервуарами для смазки в зависимости от поставляемой системы.Кроме того, доступны многочисленные дополнительные компоненты для оснащения смазочных узлов.
Технические основы шестеренчатого насоса
Шестеренчатые насосы, такие как модель MFE5-2000 + 299, относятся к группе поршневых насосов прямого вытеснения и в основном используются для перекачки жидкостей в смазочных системах. В корпусе шестеренчатого насоса вращаются два зубчатых колеса, чтобы равномерно транспортировать среду, текущую от входа к выходу. В героторном насосе, который является подвидом шестеренчатого насоса, ведомая шестерня вращается по эксцентрической траектории в зубчатом зацеплении кольца.Из-за эксцентрического движения в среде может создаваться очень высокое давление. Героторный насос типа MFE5-2000 + 299 может использоваться, например, в однолинейных системах смазки с противодавлением до 28 бар при расходе 0,5 литра в минуту.
Преимущества систем смазки с шестеренчатыми насосами
Шестеренчатые насосы используются как в однолинейных системах смазки, так и при циркуляционной смазке. При циркуляционной смазке с одним контуром потребность в масле постоянно высока, поэтому героторные насосы особенно хорошо подходят для этой системы благодаря своим характеристикам подачи.Основным преимуществом здесь является то, что объемный расход может быть индивидуально задан и измерен без каких-либо проблем. Кроме того, система проста в обслуживании, ее можно легко модифицировать и комбинировать по модульному принципу. Шестеренные насосы также используются в многоконтурных системах, главные преимущества здесь — беззазорный монтаж, низкий уровень шума при работе и плавность хода.
Шестеренчатые насосы, такие как MFE5-2000 + 299, также очень популярны в однолинейных системах. Несложное планирование и установка, а также точное дозирование смазочного материала на каждую точку смазки говорят в пользу этой системы.Однолинейная система используется в основном в машинах малого и среднего размера с расходом до 0,5 литра в минуту.
Подход к многодоменному моделированию
Образец цитирования: Швайгер В., Шёфманн В. и Вакка А., «Героторные насосы для автомобильных трансмиссий: подход к моделированию в нескольких областях», SAE Int. J. Passeng. Машины — мех. Syst. 4 (3): 1358-1376, 2011 г., https://doi.org/10.4271/2011-01-2272.Загрузить Citation
Автор (ы): Вольфганг Швайгер, Вернер Шёфманн, Андреа Вакка
Филиал: Magna Powertrain, Университет Пердью
Страниц: 19
Событие: Конгресс инженеров коммерческого транспорта
ISSN: 1946–3995
e-ISSN: 1946-4002
Также в: Международный журнал SAE по легковым автомобилям — Механические системы-V120-6EJ, Международный журнал SAE по легковым автомобилям — Механические системы-V120-6
(PDF) Оптимизация героторных насосов с асимметричными профилями с помощью алгоритма эволюционной стратегии
Машины 2019,7, 17 22 из 23
46.
Gamez-Montero, P.J .; Castilla, R .; Khamashta, M .; Кодина, Е. Контактные проблемы трохоидально-шестеренчатого насоса.
Внутр. J. Mech. Sci. 2006, 48, 1471–1480. [CrossRef]
47. Johnson, K.L. Контактная механика; Издательство Кембриджского университета: Кембридж, Великобритания, 1985.
48.
Alotto, P.G .; Eranda, C .; Brandtatter, B .; Furnrtratt, G .; Magele, C .; Molinari, G .; Nervi, M .; Preis, K .;
Repetto, M .; Рихтер, К. Стохастические алгоритмы в электромагнитной оптимизации.IEEE Trans. Magn.
1998
, 34,
3674–3684. [CrossRef]
49. Rechenberg, I. Evolutionsstrategie 94; Frommann-Holzboog: Штутгарт, Германия, 1994.
50. Голландия, J.H. Адаптация в естественных и искусственных системах; MIT Press: Кембридж, Массачусетс, США, 1992.
51.
Metropolis, N .; Rosenbluth, A.W .; Rosenbluth, M.N .; Teller, A.H .; Теллер, Э. Вычисление уравнений состояний на быстрых вычислительных машинах
. J. Chem. Phys. 1955,21, 1087–1092.[CrossRef]
52.
Kelner, V .; Леонар, О. Применение генетических алгоритмов для проектирования укладки смазочного насоса. J. Comput.
Прил. Математика. 2004, 168, 255–265. [CrossRef]
53.
Kim, J.H .; Kim, C .; Чанг, Ю.Дж. Оптимальная конструкция лопастей героторного масляного насоса. J. Mech. Sci. Technol.
2006,20, 1390–1398. [CrossRef]
54.
Kwon, S .; Kim, C .; Шин, Дж. Расчет оптимального износа ротора в гипотрохоидальном шестеренчатом насосе с использованием генетического алгоритма.
J. Cent. South Univ. Technol. 2011,18, 718–725. [CrossRef]
55. Fogel, D.B. Эволюционные вычисления; IEEE Press: New York, NY, USA, 1995.
56.
Schwefel, H.P. Numerische Optimierung von Computer-Modellen Mittels der Evolutionsstrategie; Birkhaeuser:
Базель, Швейцария, 1977 г.
57.
Janikow, C.J .; Михалевич, З. Экспериментальное сравнение двоичного представления и представления с плавающей точкой в
генетических алгоритмах.В материалах 4-й Международной конференции по генетическим алгоритмам, Лос-Альтос, Калифорния,
США, 13–16 июля 1991 г .; С. 31–36.
58.
Оборотная, Т .; Швефель, Х. Обзор эволюционных алгоритмов оптимизации параметров, эволюционные вычисления
; MIT Press: Кембридж, Массачусетс, США, 1993.
59.
Konak, A .; Coit, D.W .; Смит, А.Е.Многоцелевая оптимизация с использованием генетических алгоритмов: учебное пособие. Надежный.
англ. Syst. Saf. 2006,91, 992–1007.[CrossRef]
60.
Шаффер, Дж. Д. Оптимизация с множеством объектов с помощью генетических алгоритмов с векторной оценкой. В материалах Международной конференции
по генетическим алгоритмам и их приложениям, Питтсбург, Пенсильвания, США, 24–26 июля 1985 г.
61.
Fonseca, C.M .; Флеминг П.Дж.Многообъективные генетические алгоритмы. В коллоквиуме IEE по генетическим алгоритмам для проектирования систем управления
; IET: Лондон, Великобритания, 1993.
62.
Иванович, Л.; Стоянович, Б .; Blagojevic, J .; Bogdanovic, G .; Маринкович, А. Анализ расхода и объемного КПД
трохоидального насоса с применением метода Тагучи. Tehniˇcki Vjesnik
2017
, 24,
265–270.
63.
Robinson, A .; Вакка, А. Многоцелевая оптимизация героторов с круглыми зубьями для кинематики и износа с помощью генетического алгоритма
. Мех. Мах. Теория 2018, 128, 150–168. [CrossRef]
64.
Horn, J .; Nafpliotis, N .; Гольдберг, Д. Нишевый генетический алгоритм Парето для многокритериальной оптимизации.
В материалах первой конференции IEEE по эволюционным вычислениям. IEEE World Congress on
Computational Intelligence, Орландо, Флорида, США, 27–29 июня 1994 г.
65.
Hajela, P .; Lin, C.-Y. Стратегии генетического поиска в многокритериальном оптимальном дизайне. Struct. Оптим.
1992
, 4, 99–107.
[CrossRef]
66.
Мурата, Т .; Исибучи, Х. МОГА, многоцелевые генетические алгоритмы. In Proceedings of the 1995 IEEE
International Conference on Evolutionary Computing, Perth, WA, Australia, 29 ноября — 1 декабря
1995.
67.
Srinivas, N .; Деб К. Многоцелевая оптимизация с использованием недоминирующей сортировки в генетических алгоритмах. J. Evol.
Вычисл. 1994,2, 221–248. [CrossRef]
68.
Zitzler, E .; Тиле, Л. Многоцелевые эволюционные алгоритмы: сравнительный пример и сила подхода Парето
.IEEE Trans. Evol. Comput. 1999,3, 257–271. [CrossRef]
69.
Corne, D.W .; Ноулз, J.D .; Оутс, М.Дж. Алгоритм выбора на основе огибающей Парето для многокритериальной оптимизации
. В материалах Шестой Международной конференции по параллельному решению задач с помощью натуры,
Париж, Франция, 18–20 сентября 2000 г.
70.
Lu, H .; Йен, Г. Многокритериальный генетический алгоритм на основе ранговой плотности и исследование тестовой функции.
IEEE Trans.Evol. Comput. 2003,7, 325–343.
Героторный насос — среда высокой мощности
В прошлом месяце мы очень кратко рассмотрели шестеренчатые насосы, в частности насосы с внешним зацеплением, когда две шестерни расположены рядом. Тем не менее, конкретное происхождение шестеренчатого насоса, иногда называемого шестеренчатым насосом с внутренним или внешним зацеплением, заключается в том, что одна внешняя шестерня входит в ротор, состоящий из шестерни с внутренним зацеплением. Благодаря смещению центров каждой шестерни друг относительно друга и разному количеству зубьев на каждой шестерне, как и у ее внешнего аналога, образующиеся полости могут быть использованы для перекачивания жидкостей.Специализированной формой этой конструкции, в которой вместо эвольвентного профиля зуба используется более простой, является героторный насос.
«Героторный» насос — это более недавнее изобретение автомобильного мира. Хотя его основная концепция дизайна восходит к началу 19 века, принцип «GeRotor» (образованный от объединения слов GEnerating и ROTOR) состоит в основном из двух элементов; внутренний и внешний ротор. Разработанный с использованием трохоидального внутреннего ротора, из которого разработан внешний ротор, внутренний имеет на один зубец меньше, чем соответствующий внешний, и в то же время центральные линии каждого прохода имеют фиксированный эксцентриситет.При вращении вокруг соответствующих осей объем камеры между двумя роторами увеличивается, а затем уменьшается, что при соединении с отверстиями в форме полумесяца может использоваться для перекачивания жидкостей. Проработав довольно долго, автомобильный бизнес не осознавал в полной мере его преимущества до начала 1980-х, так что сегодня это, пожалуй, наиболее часто встречающийся тип масляных насосов.
В отличие от упомянутых в начале шестеренчатых насосов с внутренним зацеплением, героторный насос не имеет делителя в форме полумесяца.Форма лепестков такова, что поверхности каждого всегда касаются и почти соприкасаются с поверхностью выступа, противостоящего ему, и находятся в скользящем контакте с ним. Это, как утверждается, сохраняет масляное уплотнение между двумя элементами и предотвращает обратное проскальзывание при прохождении масла через насос. Основным преимуществом этого типа насоса по сравнению с предыдущими конструкциями масляных насосов является упаковка и снижение колебаний давления в нагнетательном патрубке. Поскольку двигатели движутся к воспламенению от коленчатого вала и больше не требуют распределителя, масляные насосы, работающие непосредственно от передней части коленчатого вала, были более желательными.Гибкость конструкции и снижение стоимости производства (с использованием методов формирования сеток) также оказались очень привлекательными. Кроме того, открытие и закрытие впускного и нагнетательного отверстий в течение гораздо более длительных периодов, чем конструкции шестеренчатого насоса, с меньшей вероятностью приведет к турбулентности и кавитации при более высоких оборотах двигателя. По этой причине героторные насосы часто более популярны в высокоскоростных двигателях.