Преобразователь давления

 

Использование: в машиностроении, в частности в гидросистемах, работающих при высоких и сверхвысоких давлениях. Сущность изобретения: в преобразователе давления, состоящем из двухступенчатых гидроцилиндров, соединенных с напорной и сливной магистралями через распределитель, установленный на входе в преобразователь и выполненный в виде неподвижного корпуса с возможностью вращения относительно него золотника с секторами напора и слива, привода вращения распределителя, напорных и обратных клапанов, привод вращения золотника распределителя выполнен в виде объемного роторного гидродвигателя, соединенного с распределителем последовательно и установленного в сливной магистрали между распределителем и источником гидравлической энергии. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к гидравлическим преобразователям давления (мультипликаторам) и может быть использовано в гидросистемах, работающих при высоких и сверхвысоких давлениях, например применяемых в устройствах для разрушения горных пород, резания различных материалов и очистки поверхностей.

Известны преобразователи давления, состоящие из двухступенчатых гидроцилиндров и распределительных золотников, обеспечивающих их непрерывную работу [1] В известных преобразователях давления в качестве распределителей используются золотники с возвратно-поступательным движением или поворотные золотники.

Такие распределители требуют механической связи между штоком гидроцилиндра и золотником управления, а также золотника-пилота для обеспечения четкого и надежного переключения при минимальном времени переключения. При этом такие преобразователи давления не обеспечивают стабильной работы гидросистемы, поскольку из-за значительной сжимаемости при давлениях 100 МПа и выше в подобных гидросистемах проявляется неравномерность подачи жидкости высокого давления.

Известен преобразователь, принятый за прототип [2] в котором используется вращающийся распределитель, обеспечивающий непрерывную работу нескольких гидроцилиндров и фазовый сдвиг при их работе. При этом в качестве привода вращения применен асинхронный электродвигатель с постоянной скоростью вращения. Такое исполнение приводит к резкому снижению коэффициента полезного действия и возрастанию неравномерности подачи рабочей жидкости на выходе при уменьшении производительности преобразователя (уменьшении расхода подаваемого в преобразователь энергоносителя).

Поставленной задачей является устранение указанных недостатков.

Поставленной задачей является применение в качестве привода вращения преобразователя роторного объемного гидродвигателя, выполнение соединения гидродвигателя и распределителя последовательным, и подключение гидродвигателя в сливную магистраль после распределителя.

Предлагается также выполнение в распределителе секторов напора и слива различной угловой величины, причем угловая величина сектора напора выбирается в соответствии с зависимостью α° ≅ где α^o угловая величина сектора напора в градусах, а n количество гидроцилиндров.

При таком исполнении изменение производительности питающего преобразователь потока рабочей жидкости как в большую от номинала, так и в меньшую сторону, приводит к изменению потока жидкости высокого давления на выходе из преобразователя и соответствующему изменению скорости вращения гидродвигателя и распределителя. При этом КПД преобразователя остается в рабочем диапазоне достаточно высоким, так как при его работе полностью используются рабочие ходы гидроцилиндров, колебания производительности преобразователя, вызванные сжимаемостью рабочей жидкости, минимальны и не меняются с изменением расхода, а выполнение угловой величины напорного сектора в соответствии с указанной выше зависимостью обеспечивает снижение средних скоростей перемещения штоков гидроцилиндров и, следовательно, увеличение ресурса преобразователя.

На фиг. 1 показана гидравлическая схема предлагаемого преобразователя давления с питанием штоковых полостей гидроцилиндров от отдельного источника и вращающимся цапфовым распределителем с одинаковыми угловыми размерами напорного и сливного секторов; на фиг.2 конструктивное исполнение предлагаемого преобразователя (продольный разрез) с распределителем торцового типа в виде плоского диска; на фиг.3 разрез А-А гидродвигателя и распределителя с разными угловыми размерами напорного и сливного секторов.

Предлагаемый преобразователь давления (фиг.1) состоит из распределителя 1, объемного гидромотора 2 и нескольких гидроцилиндров 3, 4 и 5. Каждый из гидроцилиндров 3, 4, 5 состоит из корпуса 6, внутри которого установлен двухступенчатый поршень 7, который образует в корпусе 6 мультипликатора поршневую полость 8, полость 9 и штоковую полость высокого давления 10, уплотненную манжетой 11. Полость высокого давления 10 посредством каналов 12 в корпусе 6 через напорный клапан 13 соединена с выходным каналом высокого давления 14, а через обратный клапан 15 с входным каналом низкого давления 16.

Поршневые полости 8 гидроцилиндров 3, 4 и 5 посредством каналов 17, 18, 19 и распределителя соединены с входным 20 и выходным 21 каналами.

Распределитель 1 состоит из неподвижного цилиндрического корпуса 22, выполненного с выходными каналами 17, 18, 19, расположенными по окружности, внутри которого установлен вращающийся золотник 23, выполненный с двумя секторами напорным 24 и сливным 25, которые посредством каналов в золотнике 23 через двухканальный гидросъемник 26 соединены соответственно с напорным 20 и сливным 21 каналами гидросъемника 16. Напорный 20 канал гидросъемника 26 соединен с напорной магистралью приводной насосной станции (не показана), а сливной 21 канал гидросъемника 26 с входом в гидромотор 2, слив которого 27 соединен с приводной насосной станцией (не показана). Вал гидромотора 2 соединен поводком 28 с вращающимся золотником 23. Полости 9 гидроцилиндров 3, 4 и 5 объединены посредством дренажного канала 29.

Преобразователь давления (фиг.2) состоит из корпуса 30, на котором закреплены гидроцилиндры 3, 4 и 5 (последний на чертеже не показан), состоящие из корпуса 6, внутри которого установлен двухступенчатый поршень 7, который образует в корпусе 6 гидроцилиндра поршневую полость 8, полость 9 и штоковую полость высокого давления 10, уплотненную манжетой 11. Полость высокого давления 10 посредством каналов 12 в крышке гидроцилиндра через напорный клапан 13 соединена с выходным каналом высокого давления 14, а через обратный клапан 15 с входным каналом низкого давления 16. Поршневые полости 8 гидроцилиндров 3, 4 и 5 посредством каналов 17, 18 в корпусе 30 соединены с выходными каналами распределителя, установленного в полости 31, образованной статорным кольцом 32 и крышкой 33.

Распределитель состоит из закрепленного неподвижно в корпусе 30 посредством штифта 34 диска 35, распределительного диска 36, выполненного с напорным секторным пазом 37 и сливным пазом 38 (фиг.3), а также поджимного диска 39 с осевым сквозным каналом и цилиндрическим хвостовиком, размещенным в проточке крышки 33. Поджимной диск 39 посредством штифта 40 закреплен от проворачивания.

Напорный сектор 37 (фиг.3) распределительного диска 36 посредством канала 41, осевого канала в поджимном диске 39 соединен с входным отверстием 42 в крышке 33, а сливной сектор 38 (фиг.3) распределительного диска 36 соединен посредством канала 43 с полостью 31.

В полости 31 концентрично распределительному диску 36 с опорой на перемычки, образованные на внутренней поверхности статорного кольца 32 (фиг. 3), установлен ротор 43 лопастного гидромотора с лопатками 44, взаимодействующими с профильной внутренней поверхностью статора 32. Рабочие полости 45 гидромотора 43 посредством отверстий 46 в крышке 33 (фиг.2) соединены с полостью 31, а через отверстия 47, объединенные кольцевым каналом 48 (фиг. 2), соединены с выходным штуцером 49. Распределительный диск 36 посредством поводка 50 соединен с роторным кольцом 43 гидромотора.

Преобразователь давления работает следующим образом. Рабочая жидкость по напорному каналу 20 (фиг. 1) через напорный канал гидросъемника 26, через распределитель 23, напорный сектор 24, канал 17 попадает в поршневую полость 8 гидроцилиндра 3 и, воздействуя на большой диаметр поршня 7, заставляет его перемещаться вправо. Перемещаясь, поршень 7 своим малым диаметром сжимает жидкость в полости высокого давления 10. Всасывающий клапан 15 при этом под действием давления закрывается, а рабочая жидкость под высоким давлением через напорный клапан 13 и выходной канал 14 подается к потребителю.

Одновременно через входной канал низкого давления 16 и обратные клапаны 15 гидроцилиндров 4 и 5 рабочая жидкость попадает в полости высокого давления 10 и, воздействуя на малые диаметры поршней 7 гидроцилиндров 4 и 5, заставляет их перемещаться влево. Перемещаясь, поршни 7 большим диаметром через каналы 18 и 19, сливной сектор 25 распределителя 1, сливной канал гидросъемника 26 и через канал 21 подают жидкость на вход гидромотора 2. При этом вал гидромотора 2, вращаясь через поводок 28, приводит во вращение распределитель 23, а жидкость по каналу 27 направляется на слив. Вращаясь таким образом по часовой стрелке, распределитель 23 подает последовательно жидкость в полости гидроцилиндров 3; 3,4; 4; 4,5; 5; 5,3, соединяя одновременно со сливом соответственно полости 8 гидроцилиндров 5, 4; 5; 5,3; 3; 3,4; 4 и т. д. При этом обеспечивается постоянная, равномерная подача жидкости высокого давления через выходной канал 4.

Преобразователь давления (фиг.2 и 3) работает следующим образом. Через входное отверстие 43 в крышке 33, через осевой канал в поджимном диске 39, канал 41, напорный секторный паз 37 (фиг.3) распределительного диска 36, канал 17 (фиг. 2) рабочая жидкость попадает в поршневую полость 8 гидроцилиндров 3 и 5 (не показан) и, воздействуя на большой диаметр двухступенчатых поршней 7, перемещает их влево. Перемещаясь, поршни 7 малыми диаметрами сжимают жидкость в полости высокого давления 10, при этом обратные клапаны 15 закрываются, а жидкость под высоким давлением через напорные клапаны 13 и выходной канал высокого давления 14 направляется к потребителю.

Одновременно через входной канал низкого давления 16 и обратные каналы 15 гидроцилиндра 4 рабочая жидкость подается в полость высокого давления 10 и, воздействуя на малый диаметр двухступенчатого поршня 7, заставляет его перемещаться влево. Перемещаясь, поршень 7 в корпусе 6 большим диаметром через канал 8, сливной сектор 38 (фиг.3) и канал 43 в распределительном диске 26, вытесняет рабочую жидкость в полость 31 и далее через каналы 46 (фиг. 3) в рабочие полости гидромотора 45. При этом жидкость, воздействуя на лопатки 44 лопастного гидромотора, приводит во вращение по часовой стрелке его роторное кольцо 45, через поводок 50 распределительный диск 26.

В процессе вращения роторного кольца 45 с лопатками 44 жидкость (фиг.3) через отверстия 47, кольцевой канал 48 (фиг.2) в крышке 33 и выходной штуцер 49 направляется на слив. Вращаясь таким образом, распределительный диск 26, благодаря тому, что угловая величина напорного сектора больше угловой величины сектора слива и связана с количеством гидроцилиндров зависимостью α° ≅ где α^o угловая величина напорного сектора в градусах, а n количество гидроцилиндров, подает последовательно жидкость в полости низкого давления 8 гидроцилиндров 3, 4; 4,5; 5,3; соединяя одновременно со сливом соответственно полости 8 гидроцилиндров 5, 3, 4. Далее рабочий цикл повторяется. При этом обеспечивается постоянная равномерная подача жидкости высокого давления и при максимально возможном количестве одновременно работающих гидроцилиндров обеспечиваются минимальные скорости скольжения в манжетах высокого давления 11, что значительно увеличивает ресурс работы преобразователя.

Таким образом сущность изобретения заключается в том, что предлагаемый преобразователь давления, состоящий из двухступенчатых гидроцилиндров, соединенных с напорной и сливной магистралями источника гидравлической энергии посредством установленного на входе в преобразователь распределителя с секторами напора и слива, привода вращения распределителя, напорных и обратных клапанов на выходе, причем привод вращения распределителя выполнен гидравлическим посредством объемного роторного гидродвигателя, соединение гидродвигателя и распределителя выполнено последовательным, а гидродвигатель установлен в сливной магистрали между распределителем и источником гидравлической энергии.

Кроме того, предлагается выполнение секторов напора в распределителе с угловой шириной α (в градусах), связанной с количеством гидроцилиндров n зависимостью α° ≅ а распределитель преобразователя установлен в центральном отверстии гидродвигателя, причем золотник распределителя соединен с ротором гидродвигателя поводком.

Предлагаемая конструкция обеспечивает компактность, простоту устройства, значительное расширение диапазона изменения расхода жидкости высокого давления на выходе без снижения КПД устройства и увеличенный ресурс работы преобразователя.

Формула изобретения

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ, состоящий из двухступенчатых гидроцилиндров, соединенных с напорной и сливной магистралями источника гидравлической энергии посредством установленного на входе в преобразователь распределителя, выполненного в виде неподвижного корпуса и установленного с возможностью вращения относительно него золотника с секторами напора и слива, привода вращения распределителя, напорных и обратных клапанов на выходе, отличающийся тем, что привод вращения золотника распределителя выполнен гидравлическим посредством объемного роторного гидродвигателя, соединение гидродвигателя и распределителя выполнено последовательным, а гидродвигатель установлен в сливной магистрали между распределителем и источником гидравлической энергии.

2. Преобразователь давления по п.1, отличающийся тем, что угловую величину сектора напора в золотнике распределителя выбирают в зависимости от количества гидроцилиндров в соответствии с зависимостью где α° угловая величина сектора напора в распределителе, град.

n количество гидроцилиндров.

3. Преобразователь давления по п.1, отличающийся тем, что гидродвигатель выполнен с центральным отверстием и установленным в нем распределителем преобразователя, а золотник распределителя соединен с ротором гидродвигателя поводком.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3