Способ компенсации пульсаций расхода объемного насоса и насосная установка для его осуществления

 

Использование: в насосостроении, в частности для компенсации пульсаций расхода как во всасывающем, так и в напорном каналах регулируемых и нерегулируемых объемных насосов при любом количестве рабочих камер. Сущность изобретения: одновременно с насосом 1 через приводное устройство 8, связанное с приводным валом 10 насоса 1 посредством синхронизирующей кинематической связи 9, приводятся в движение вытеснительные элементы 5 устройства 4 для компенсации пульсаций расхода насоса 1. Передаточные отношения приводного устройства 8 для каждого из вытеснительных элементов 5 в функции угла поворота приводного вала 10 насоса 1 выполнены в зависимости от варианта осуществления способа в соответствии с результатами расчетов. Перемещение вытеснительных элементов 5 в компенсационных камерах 6, синхронизированное с работой насоса 1, обеспечивает формирование пульсирующих потоков жидкости в каналах 7 компенсационных камер 6, создаваемых периодическим отбором жидкости из напорного канала 3 насоса 1 и возвращением ее в тот же канал 3 и образующих в совокупности поток с корректирующим расходом, изменяющимся в противофазе по отношению к пульсационной составляющей расхода на выходе насоса 1. В соответствии с установленным передаточным отношением, реализуемым приводным устройством 3, величина корректирующего расхода в каждый момент времени (при каждом угле поворота приводного вала 10 насоса 1) с допустимой погрешностью формируется равной разности между расчетными величинами среднего и мгновенного расходов насоса 1, а в частном случае осуществления способа - равной сумме характеризующихся наибольшими значениями амплитуд гармонических составляющих разложения в ряд зависимости разности между расчетными величинами среднего и мгновенного расходов насоса 1 от угла поворота приводного вала 10 насоса 1. В результате на участке канала 3 после присоединения к нему каналов 7 устройства 4 достигается снижение пульсаций расхода жидкости до заданного допустимого уровня (возможно практически полное их исключение) при сохранении величины скорректированного расхода насосной установки на уровне среднего расхода насоса 1. 2 c. и 22 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к насосостроению, в частности к способу компенсации пульсаций расхода объемного насосам вызванных несовершенством кинематики качающего узла насоса, и к конструкции насосной установки для осуществления способа, и может найти применение для компенсации пульсаций расхода как во всасывающем, так и в напорном каналах регулируемых и нерегулируемых объемных насосов, имеющих любое количество рабочих камер.

Известен способ снижения пульсаций расхода (подачи) в напорном канале многокамерного поршневого насоса с общей приводной частью и общими магистральными трубопроводами путем взаимного смещения рабочих циклов вытеснительных элементов насоса по фазе [1].

Данный способ позволяет исключить паузы в движении рабочей жидкости на входе и выходе насоса и в определенной степени уменьшить неравномерность расхода (подачи) насоса, особенно при применении нечетного количества рабочих камер насоса и увеличении кратности их действия. Однако, этот способ применим лишь для многокамерных насосов, но и для них он не всегда обеспечивает достаточное снижение пульсаций расхода, поскольку количество рабочих камер насоса и кратность их действия, как правило, ограничены из конструктивных соображений.

Известна многокамерная поршневая насосная установка с общей приводной частью и общими магистральными трубопроводами [1].

Недостатком такой насосной установки является значительная неравномерность расхода (подачи), обусловленная особенностями кинематики качающего узла насоса, а именно: переменной скоростью движения вытеснительных элементов насоса. Наличие пульсаций расхода, то есть чередование его нарастания и уменьшения, вызывает пульсации давления в присоединенных к насосу трубах и гидроаппаратах, что ведет к появлению шума, вибраций и сокращению срока службы как самой насосной установки, так и других элементов гидросистемы вследствие накопления усталостных повреждений материалов конструкций, связанных с их циклическим нагружением.

Известен способ компенсации пульсаций расхода объемного насоса, включающий корректирование расхода насоса путем формирования пульсирующего потока жидкости, создаваемого за счет использования энергии пульсаций перекачиваемой среды в канале насоса периодическим отбором жидкости из канала насоса и возвратом ее в тот же канал в противофазе с колебаниями расхода жидкости в канале насоса, если канал напорный, и в фазе, если канал всасывающий, согласно которому величину корректирующего расхода пульсирующего потока жидкости формируют как функцию текущего значения скорости изменения давления в канале насоса посредством пневмогидравлического аккумулятора, присоединенного своей жидкостной полостью к каналу насоса [1].

При использовании рассматриваемого способа величина корректирующего расхода в каждый момент времени формируется самопроизвольно, как функция текущих значений давления в канале насоса и скорости изменения давления. Колебания же давления в канале насоса в процессе его работы вызываются не только неравномерностью расхода насоса, но и изменением режима работы гидросистемы, в состав которой входит насос, в частности, изменением нагрузки, на которую работает гидросистема. Таким образом, известный способ предназначен, в сущности, для компенсации пульсаций давления в канале насоса, вызванных не только колебаниями расхода насоса, но и внешними причинами, никак не связанными с несовершенством кинематики качающего узла насоса.

Эффективная компенсация пульсаций расхода насоса при использовании данного способа может быть достигнута лишь в том идеальном случае, когда частота собственных колебаний пневмогидравлического аккумулятора, определяемая его динамическими и геометрическими параметрами (в частности, параметрами, характеризующими его жесткость, инерционные и демпфирующие свойства), совпадает с частотой пульсаций расхода насоса.

Частота собственных колебаний пневмогидравлического аккумулятора в значительной степени зависит от его жесткости, определяемой конструктивным объемом аккумулятора, давлением его зарядки газом и текущим значением абсолютного давления находящегося в аккумуляторе газа, величина которого тесно взаимосвязана с величиной давления в жидкостной полости аккумулятора и, естественно, изменяется в процессе работы гидросистемы. Прочие параметры аккумулятора являются неизменными. С увеличением давления газа жесткость аккумулятора и, соответственно, частота его собственных колебаний при прочих равных условиях увеличиваются. В результате, при эксплуатации пневмогидравлического аккумулятора, имеющего фиксированные параметры и рассчитанного на определенную частоту подлежащих гашению пульсаций давления, не обеспечивается автоматическое согласование частоты собственных колебаний аккумулятора с частотой пульсации расхода насоса при отклонении режима работы насоса от расчетного (например, из-за изменения нагрузки, на которую работает гидросистема, подключенная к насосу). Более того, если при увеличении нагрузки и, соответственно, давления в канале насоса частота собственных колебаний пневмогидравлического аккумулятора увеличивается (так как происходят сжатие газа в аккумуляторе и рост жесткости последнего), то угловая скорость вращения вала приводящего двигателя насоса и пропорциональная ей частота пульсаций расхода насоса уменьшаются, то есть указанные частоты обоюдно расходятся.

Кроме того, следует отметить, что пульсации расхода насоса и обусловленные ими пульсации давления представляют собой полигармонический процесс, а пневмогидравлический аккумулятор обеспечивает эффективное гашение только той гармонической составляющей разложения в ряд пульсаций давления, частота которой совпадает с частотой его собственных колебаний. Следовательно, даже в условиях резонанса эффективная компенсация пульсаций давления (и соответственно пульсаций расхода насоса) возможна лишь в узком диапазоне частот, близких к частоте собственных колебаний пневмогидравлического аккумулятора. В случае же существенных изменений угловой скорости вращения приводного вала насоса и пропорциональной ей частоты пульсаций расхода насоса возможно такое расхождение частоты пульсаций расхода (давления) с частотой собственных колебаний пневмогидравлического аккумулятора, что эффект от его применения будет отсутствовать. Отсутствие эффекта возможно и при постоянной угловой скорости вращения приводного вала насоса в случае вызванного изменением режима работы гидросистемы существенного изменения давления в канале насоса. Таким образом, самопроизвольно формирующаяся в функции текущих значений скорости изменения давления в канале насоса и непосредственно самого давления величина корректирующего расхода жидкости в общем случае неизбежно отличается от необходимой для компенсации пульсаций расхода насоса до приемлемого уровня.

Следует отметить также, что формирование пульсирующего потока жидкости с корректирующим расходом в функции скорости изменения давления в канале насоса путем использования энергии пульсаций жидкости посредством пневмогидравлического аккумулятора не может обеспечить получение полностью равномерного потока в канале насоса, поскольку в соответствии с принципом своего действия аккумулятор реагирует только на изменения давления.

Следовательно, известный способ не обеспечивает стабильной компенсации пульсаций расхода объемного насоса при переменных режимах его эксплуатации.

Известна насосная установка, содержащая объемный насос с всасывающим и напорным каналами, устройство для компенсации пульсаций расхода насоса, выполненное в виде пневмогидравлического аккумулятора, жидкостная полость которого гидравлически соединена с каналом насоса [1].

Данная насосная установка не обеспечивает стабильной компенсации пульсаций расхода объемного насоса, что объясняется неизменными конструктивными параметрами пневмогидравлического аккумулятора (рассчитанными на вполне определенный режим работы насоса), которые предопределяют ограниченные возможности аккумулятора в отношении формирования потребного корректирующего расхода жидкости при переменных режимах работы насоса.

Даже в том случае, когда собственная частота колебаний пневмогидравлического аккумулятора совпадает с коммутационной частотой объемного насоса, аккумулятор эффективно гасит только одну соответствующую гармоническую составляющую пульсаций расхода насосам имеющих полигармонический характер, и практически не снижает амплитуды высокочастотных гармонических составляющих.

Изменение давления в напорном канале насоса приводит к изменениям давления и объема газа, заполняющего газовую полость пневмогидравлического аккумулятора, и, как следствие этого, к изменению жесткости и частоты собственных колебаний аккумулятора, что существенно уменьшает эффект от его использования. В конструкции пневмогидравлического аккумулятора не предусмотрено средств, позволяющих поддерживать его жесткость неизменной вне зависимости от величины давления в канале насоса.

Полное исключение колебаний расхода в канале насоса рассматриваемой насосной установки при ее работе не может быть достигнуто, поскольку при приближении потока к равномерному снижаются пульсации давления, обусловленные пульсациями расхода, и, соответственно, уменьшается перепад давления в канале насоса и газовой полости аккумулятора, предопределяющий движение жидкости из канала насоса в аккумулятор и наоборот. При малых же перепадах давления указанное движение жидкости (вследствие которого собственно и происходит компенсация пульсаций расхода в канале насоса) не может обеспечить компенсацию колебаний расхода в канале насоса.

Таким образом, формирование корректирующего расхода жидкости в функции текущих значений скорости изменения давления в канале насоса и непосредственно самого давления посредством применения пневмогидравлического аккумулятора в известной установке характеризуется постоянным расхождением пульсационной составляющей расхода насоса и формируемого корректирующего расхода, так как пневмогидравлический аккумулятор, как колебательная система, имеет ограниченные возможности по согласованию с параметрами насосной установки с целью компенсации пульсаций расхода (давления).

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности является взятый в качестве прототипа способ компенсации пульсаций расхода объемного насоса, включающий корректирование расхода насоса путем формирования пульсирующих потоков жидкости, создаваемых за счет использования энергии внешнего источника (энергии, подводимой к приводному валу насоса) периодическим отбором жидкости из канала насоса и направлением ее в канал, при этом величину корректирующего расхода жидкости в каждый момент времени принудительно задают как функцию текущих значений угла поворота и угловой скорости вращения приводного вала насоса, согласно которому жидкость отбирают из напорного канала насоса, а возвращают во всасывающий канал, причем величину корректирующего расхода отбираемой жидкости в каждый момент времени принудительно задают разной величине пульсаций [2].

Формирование пульсирующих потоков жидкости для создания корректирующего расхода жидкости путем использования энергии внешнего источника вместо энергии пульсаций перекачиваемой среды обеспечивает принудительное, а не самопроизвольное формирование корректирующего расхода жидкости в каждый момент времени, не зависящее от текущих значений величины давления в канале насоса и скорости его изменения, и делает возможным согласование величины корректирующего расхода жидкости с углом поворота и угловой скоростью вращения приводного вала насоса, текущие значения которых определяют величину мгновенного расхода насоса и соответственно формируемого корректирующего расхода жидкости. В результате создаются условия для снижения уровня пульсаций скорректированного расхода жидкости в канале насоса, Однако, для получения по данному способу равномерного или близкого к равномерному потока жидкости необходимо, чтобы величина расхода жидкости, отбираемой из напорного канала насоса и направляемой во всасывающий канал, имела значение, определяемое разностью текущего значения расхода насоса и мгновенного минимального расхода насоса или близкого к минимальному. В результате скорректированный расход, получаемый в канале насоса, принимает значение на уровне мгновенного минимального расхода или близкого к нему, то есть значение, всегда меньшее величины среднего расхода насоса. Таким образом, известный способ приводит к уменьшению расхода (подачи) насоса по сравнению с его потенциально возможным значением при прочих равных условиях.

Кроме того, получение равномерного потока данным способом возможно только для многокамерных насосов, у которых величина мгновенного минимального расхода всегда выше нуля. Получение же равномерного потока при использовании двухкамерных и однокамерных насосов, у которых величина мгновенного минимального расхода равна нулю, этим способом невозможно, поскольку требует снижения скорректированного расхода насоса до нуля. Данное обстоятельство снижает универсальность способа и ограничивает область его применения только многокамерными насосами, для которых проблема снижения пульсаций расхода стоит менее остро.

Следует отметить также, что в известном способе не установлено определение величины корректирующего расхода жидкости в каждый момент времени (для каждого значения угла поворота приводного вала насоса).

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому устройству для осуществления способа является взятая в качестве прототипа насосная установка, содержащая объемный насос с всасывающим и напорным каналами, устройство для компенсации пульсаций расхода насоса, выполненное в виде регулируемой многокамерной гидромашины с входной и выходной магистралями, при этом входная магистраль соединена с напорным каналом насоса, а выходная магистраль - со всасывающим каналом насоса. Многокамерная гидромашина содержит вытеснительные элементы с компенсационными камерами, выполненными с возможностью гидравлического соединения попеременно с входной и выходной магистралями гидромашины, причем вытеснительные элементы связаны с приводным устройством гидромашины, снабженным связанным синхронизирующей кинематической связью с приводным валом насоса по крайней мере одним корректирующим механизмом [2].

В известной насосной установке устройство для компенсации пульсаций расхода насоса выполнено в виде многокамерной гидромашины с входной и выходной магистралями, при этом конструкция гидромашины не раскрыта. Снабжение многокамерной гидромашины синхронизирующей кинематической связью с приводным валом насоса создает условия для согласования мгновенной величины корректирующего расхода жидкости с углом поворота и угловой скоростью вращения приводного вала насоса. Однако, для реализации закона изменения величины корректирующего расхода в соответствии с известным способом требуется дополнительная проработка конструкции указанной гидромашины, в частности корректирующего механизма приводного устройства вытеснительных элементов, для обеспечения движения вытеснительных элементов гидромашины в функции угла поворота приводного вала насоса по закону, необходимому для реализации требуемого закона изменения величины корректирующего расхода, что не обеспечивается при использовании стандартных гидромашин.

Если предположить, что указанная насосная установка реализует закон движения вытеснительных элементов, обеспечивающий компенсацию пульсаций расхода насоса, то скорректированный расход, получаемый на выходе насосной установки, имеет значение на уровне мгновенного минимального расхода насоса или близком к указанному уровню, то есть меньшее величины среднего расхода насоса. Это связано с тем, что жидкость, отбираемую из напорного канала насоса через входную магистраль гидромашины, возвращают во всасывающий канал насоса через выходную магистраль в объеме величины пульсации. В результате расход на выходе насосной установки имеет значение, меньшее потенциально возможного при прочих равных условиях.

Вместе с тем наличие входной и выходной магистралей многокамерной гидромашины предполагает периодическое сообщение компенсационных камер на такте всасывания с напорным каналом насоса, а на такте нагнетания - с всасывающим каналом насоса, что может быть осуществлено только при наличии с составе гидромашины специального узла распределения, усложняющего конструкцию гидромашины и насосной установки в целом.

Следует отметить также, что для рассматриваемой насосной установки не установлена величина передаточного отношения приводного устройства вытеснительных элементов.

Кроме того, известная установка не содержит средств для автоматического согласования параметров многокамерной гидромашины с изменениями характерного объема регулируемого насоса, несмотря на то, что она выполнена регулируемой. Это приводит к необходимости вручную производить регулировку гидромашины в соответствии с изменениями характерного объема насоса, что может привести к нерациональному использованию гидромашины и, в конечном итоге, к повышению уровня пульсаций расхода при изменении характерного объема насоса, снижая эффективность применения данной установки в целом.

Основной технической задачей, решаемой изобретением, является создание способа компенсации пульсаций расхода как регулируемого так и нерегулируемого объемного насоса, характеризующегося увеличением расхода насоса по сравнению с прототипом до уровня, обеспечиваемого параметрами насоса, за счет того, что отбираемую жидкость возвращают в тот же канал насоса, откуда производят ее отбор, а величину корректирующего расхода в каждый момент времени формируют с допустимой погрешностью, равной разности между расчетными величинами среднего и мгновенного расходов насоса, если канал напорный, и наоборот, если канал всасывающий, что дополнительно повышает универсальность способа, благодаря возможности его применения не только для многокамерных, но и для одной и двухкамерных насосов.

Следующей задачей изобретения является создание способа компенсации пульсаций расхода объемного насоса, характеризующегося упрощением его реализации (при обеспечении пониженного уровня пульсаций расхода насоса) за счет формирования величины корректирующего расхода жидкости, равной сумме характеризующихся наибольшими значениями амплитуд гармонических составляющих разложения в ряд зависимости (взятой с противоположным знаком для напорного канала и со своим знаком для всасывающего канала) расчетной величины пульсационной составляющей расхода насоса (относительно среднего значения расхода насоса) от угла поворота приводного вала насоса и достаточной для компенсации пульсаций расхода насоса до требуемого уровня.

Следующей основной технической задачей изобретения является создание устройства для реализации способа, обеспечивающего реализацию закона изменения величины корректирующего расхода в соответствии со способом.

Задачей изобретения, относящегося к устройству, является также создание устройства для реализации способа, обеспечивающего автоматическое согласование параметров устройства для компенсации пульсаций расхода с текущим значением характерного объема регулируемого насоса, что позволяет получить одинаково низкий уровень пульсаций скорректированного расхода при любом режиме работы регулируемого насоса и, соответственно, повышает эффективность применения способа и универсальность устройства.

Для решения поставленной задачи в известном способе компенсации пульсаций расхода объемного насоса, включающем корректирование расхода насоса путем формирования по крайней мере одного пульсирующего потока жидкости, создаваемого за счет использования энергии внешнего источника периодическим отбором жидкости из канала насоса и направлением ее в канал, при этом величину корректирующего расхода жидкости в каждый момент времени принудительно задают как функцию текущих значений угла поворота и угловой скорости вращения приводного вала насоса, согласно изобретению отбираемую жидкость возвращают в тот же канал насоса, из которого осуществляют отбор, а величину корректирующего расхода в каждый момент времени формируют с допустимой погрешностью равной разности между расчетными величинами среднего и мгновенного расходов насоса, если канал напорный, и наоборот, если канал всасывающий, в соответствии с формулой: Q_к= L[(Q_ср-Q_м)±ε_Q]=L{ω[q_ср-q_м(ϕ)]η_o±ε_Q}, (1) где Q_к - величина корректирующего расхода жидкости; L - знаковый коэффициент, Q_cp - расчетная величина среднего расхода насоса; Q_м - расчетная величина мгновенного расхода насоса; ε_Q - максимальное допустимое отличие по абсолютной величине расчетного значения мгновенного расхода скорректированного потока в канале насоса от расчетной величины среднего расхода насоса; ω - текущее значение угловой скорости вращения приводного вала насоса;
q_ср - коэффициент пропорциональности расчетной величины идеального среднего расхода насоса значению угловой скорости вращения приводного вала насоса (характерный объем насоса);
ϕ - текущее значение угла поворота приводного вала насоса;
q_м(ϕ) - коэффициент пропорциональности расчетной величины идеального мгновенного расхода насоса при текущем значении угла поворота ϕ приводного вала насоса значению угловой скорости вращения приводного вала насоса (мгновенный характерный объем насоса);
n_o - объемный КПД насоса.

Кроме того, в частном случае выполнения способа техническая задача достигается за счет следующих признаков.

Согласно изобретению величину корректирующего расхода жидкости в каждый момент времени формируют равной сумме характеризующихся наибольшими значениями амплитуд гармонических составляющих разложения в ряд зависимости разности расчетных величин среднего и мгновенного расходов насоса от угла поворота приводного вала насоса в соответствии с формулой:

где j - порядковый номер гармонической составляющей разложения в ряд коэффициента пропорциональности зависимости разности между расчетными величинами среднего и мгновенного расходов насоса от угла поворота приводного вала насоса значению угловой скорости вращения приводного вала насоса;
a_j - амплитуда j-й гармонической составляющей (из ряда характеризующихся наибольшими значениями амплитуд) разложения в ряд коэффициента пропорциональности зависимости разности между расчетными величинами среднего и мгновенного расходов насоса от угла поворота приводного вала насоса значению угловой скорости вращения приводного вала насоса;
z - количество идентичных рабочих камер насоса;
n - кратность действия рабочих камер насоса.

В соответствии с изобретением, относящимся к устройству для реализации способа, в известной насосной установке, содержащей объемный насос с всасывающим и напорным каналами, устройство для компенсации пульсаций расхода насоса, выполненное в виде по крайней мере одного вытеснительного элемента с компенсационной камерой, гидравлически соединенной с каналом насоса, связанного с приводным устройством, снабженным связанным синхронизирующей связью с приводным валом насоса по крайней мере одним корректирующим механизмом, согласно изобретению гидравлическое соединение компенсационной камеры с каналом насоса выполнено постоянным, а передаточное отношение приводного устройства для каждого угла поворота приводного вала насоса определяется на основании уравнения:

где k - порядковый номер вытеснительного элемента устройства для компенсации пульсаций расхода (k = 1, ..., N);
N - количество вытеснительных элементов устройства для компенсации пульсаций расхода;
i_k(ϕ) - передаточное отношение приводного устройства для k-гo вытеснительного элемента устройства для компенсации пульсаций расхода, представляющее собой отношение скорости движения этого вытеснительного элемента к угловой скорости вращения приводного вала насоса, при текущем значении угла поворота фи приводного вала насоса;
A_k - характерный геометрический размер k-го вытеснительного элемента со стороны рабочей полости компенсационной камеры;
δ - коэффициент пропорциональности максимально допустимого отличия по абсолютной величине расчетного значения мгновенного расхода скорректированного потока в канале насоса от расчетной величины среднего расхода насоса значению угловой скорости вращения приводного вала насоса.

В частных случаях исполнения поставленная техническая задача, достигается за счет следующих признаков устройства.

Согласно изобретению передаточное отношение приводного устройства для каждого угла поворота приводного вала насоса определяется на основании уравнения:

Согласно изобретению передаточное отношение приводного устройства для каждого вытеснительного элемента выполнено с обеспечением совершения этим элементом полного цикла движения при изменении угла поворота приводного вала насоса на величину, определяемую по формуле:
Ψ_k= 2π/(z·n·m_k), (5)
где Ψ_k - величина изменения угла поворота приводного вала насоса, которой соответствует совершение полного цикла движения k-м вытеснительным элементом устройства для компенсации пульсаций расхода;
m_k - целое положительное число.

Согласно изобретению при двух и более корректирующих механизмах по крайней мере один из них выполнен с индивидуальной синхронизирующей связью с приводным валом насоса.

Согласно изобретению вытеснительные элементы устройства для компенсации пульсаций расхода имеют общую компенсационную камеру.

Согласно изобретению общая компенсационная камера выполнена в виде участка канала насоса.

Согласно изобретению связь вытеснительных элементов через приводное устройство с приводным валом насоса выполнена размыкаемой.

Согласно изобретению в гидравлическом соединении между компенсационной камерой устройства для компенсации пульсаций расхода и каналом насоса установлен индивидуальный кран.

Согласно изобретению приводное устройство вытеснительных элементов устройства для компенсации пульсаций расхода выполнено в виде электрогидравлического привода, снабженного датчиком угла поворота приводного вала насоса.

Согласно изобретению электрогидравлический привод выполнен следящим.

Согласно изобретению электрогидравлический привод связан с регулирующим органом насоса посредством датчика положения регулирующего органа.

Согласно изобретению корректирующий механизм вытеснительных элементов выполнен в виде механической передачи.

Согласно изобретению механическая передача приводного устройства вытеснительных элементов выполнена в виде кулачкового механизма с кулачком переменной кривизны в поперечном сечении.

Согласно изобретению кулачок выполнен с идентичными профилями в трех его поперечных сечениях с обеспечением взаимодействия каждого профиля с одним из вытеснительных элементов, при этом два крайних профиля расположены на равных расстояниях от среднего профиля и сдвинуты относительно его по фазе на 180^o, а каждый из крайних вытеснительных элементов имеет характерный геометрический размер, вдвое меньший характерного размера среднего вытеснительного элемента, и установлен относительно среднего вытеснительного элемента со сдвигом по углу на 180^o.

Согласно изобретению кулачок выполнен с периодически повторяющимся профилем в его поперечном сечении, соответствующим полному циклу движения вытеснительного элемента, для взаимодействия с которым предназначен указанный профиль.

Согласно изобретению количество идентичных вытеснительных элементов устройства для компенсации пульсаций расхода, установленных с возможностью взаимодействия с профилем кулачка в его поперечном сечении, равно количеству повторений профиля в поперечном сечении кулачка, при этом указанные вытеснительные элементы размещены друг относительно друга в поперечном сечении кулачка вокруг его оси вращения на равных угловых расстояниях.

Согласно изобретению кулачок приводного устройства вытеснительного элемента выполнен переменного профиля в осевом направлении, установлен с возможностью перемещения в осевом направлении и связан с регулирующим органом насоса с обеспечением пропорциональности перемещения кулачка в его осевом направлении перемещению регулирующего органа насоса.

Согласно изобретению кулачок приводного устройства вытеснительного элемента связан с регулирующим органом насоса кинематически.

Согласно изобретению кулачок приводного устройства вытеснительного элемента связан с регулирующим органом насоса посредством сельсинов.

Согласно изобретению кулачок приводного устройства вытеснительного элемента связан с регулирующим органом насоса посредством электрогидравлического устройства.

Согласно изобретению механическая передача приводного устройства вытеснительного элемента выполнена в виде рычажно-кулачкового механизма.

Согласно изобретению механическая передача приводного устройства вытеснительного элемента выполнена в виде рычажного механизма с одной степенью свободы.

Формирование величины корректирующего расхода жидкости, в каждый момент времени с допустимой погрешностью равной ровности между расчетными величинами среднего и мгновенного расходов насоса, если канал напорный, и наоборот, если канал всасывающий (при этом корректирующий расход жидкости, отбираемой из канала, является отрицательным, а подаваемой в канал - положительным), в соответствии с формулой 1, при условии, что отбираемую жидкость возвращают в тот же канал насоса, из которого осуществляют отбор, обеспечивает увеличение скорректированного расхода насоса по сравнению с прототипом до уровня, определяемого при прочих равных условиях параметрами насоса, а именно: до величины среднего расхода насоса, с погрешностью, не превышающей наперед заданную допустимую величину, при снижении пульсаций скорректированного расхода до уровня указанной погрешности. Так, для напорного канала насоса (при этом L = 1) величина скорректированного мгновенного расхода Q_мскн (расхода жидкости, подаваемой в гидросистему) равна:
Q_мскн= Q_м+[(Q_ср-Q_м)±ε_Q] = Q_ср±ε_Q, -
а для всасывающего канала насоса (при этом L = -1) величина скорректированного мгновенного расхода Q_мскв (расхода жидкости во всасывающем трубопроводе) составляет:
Q_мскв= Q_м-{-[(Q_ср-Q_м)±ε_Q] = Q_ср±ε_Q.
Очевидно, что в случае: ε_Q= 0 - то есть при формировании величины корректирующего расхода жидкости, в каждый момент времени равной разности между расчетными величинами среднего и мгновенного расходов насоса, если канал напорный, и наоборот, если канал всасывающий, достигается практически полное отсутствие пульсаций скорректированного расхода в канале насоса, так как эта разность по модулю (абсолютной величине) равна расчетной величине пульсационной составляющей расхода насоса (относительно среднего значения расхода насоса) и противоположна ей по знаку, если канал напорный, и одного с ней знака, если канал всасывающий.

В соответствии с формулой 1 расчетные величины среднего и мгновенного расходов насоса определяются через коэффициенты пропорциональности их идеальных значений (равные соответственно характерному и мгновенному характерному объемам насоса) величине угловой скорости вращения приводного вода насоса, умноженные на величину объемного КПД насоса и угловую скорость вращения его приводного вала. Упомянутые коэффициенты пропорциональности идеальных значений среднего и мгновенного расходов насоса величине угловой скорости вращения приводного вала насоса в совокупности с объемным КПД насоса определяются конструктивными параметрами насоса и (при допущении о постоянстве объемного КПД насоса) не зависят от текущего значения угловой скорости вращения его приводного вода. Величина разности характерного и мгновенного характерного объемов насоса, которой при фиксированной частоте вращения приводного вала насоса с учетом объемного КПД пропорционально изменение текущего значения расхода насоса (формула 1), то есть пропорциональна величина пульсационной составляющей расхода, насоса (относительно среднего значения расхода насоса), может быть заложена при проектировании в конструктивные параметры устройства для осуществления способа с целью обеспечения формирования корректирующего расхода, адекватного по абсолютной величине пульсационной составляющей расхода насоса (относительно среднего расхода насоса) и противоположного ей по знаку, если канал напорный, и одного с ней знака, если канал всасывающий.

При использовании предлагаемого способа становится возможным повышение равномерности потока жидкости не только для многокамерных, но и для двухкамерных и даже однокамерных насосов (для которых величина минимального мгновенного расхода равна нулю), поскольку для снижения уровня пульсаций расхода согласно ладному способу (в отличие от прототипа) не требуется снижения скорректированного расхода насоса до величины минимального мгновенного расхода насоса. Это повышает универсальность способа и расширяет область его применения.

В частном случае исполнения способа формирование величины корректирующего расхода жидкости, в каждый момент времени (для каждого значения угла поворота приводного вала насоса) равной сумме характеризующихся наибольшими значениями амплитуд гармонических составляющих разложения в ряд зависимости разности расчетных величин среднего и мгновенного расходов насоса от угла поворота, приводного вала насоса в соответствии с формулой 2, обеспечивает пониженный уровень пульсаций скорректированного расхода при упрощении реализации способа. Данное техническое решение связано с тем, что для компенсации пульсаций расхода насоса до требуемого уровня во многих случаях достаточно создания корректирующего расхода, равного не всей расчетной величине пудьсационной составляющей расхода насоса (с противоположным ей знаком, если канал напорный, и одного с ней знака, если канал всасывающий), а лишь - сумме характеризующихся наибольшими значениями амплитуд гармонических составляющих разложения в ряд зависимости расчетной величины упомянутой пульсационной составляющей расхода насоса от угла поворота приводного вала насоса (взятой с противоположным знаком для напорного канала и без изменения знака для всасывающего канала). В этом случае посредством каждого из формируемых пульсирующих потоков жидкости реализуют в каждый момент времени лишь одну или несколько из упомянутых гармонических составляющих с соответствующим знаком (то есть относительно простой закон изменения расхода), что обеспечивает упрощение реализации способа в целом. Представление корректирующего расхода, являющегося функцией угла, поворота приводного вала насоса, в виде суммы отдельных гармонических составляющих также позволяет рассчитать необходимые конструктивные параметры устройства, обеспечивающего реализацию рассматриваемого частного случая выполнения способа. Реализация закона изменения величины корректирующего расхода, в соответствии с изобретением становится возможной за счет введения в насосную установку для осуществления способа постоянного гидравлического соединения компенсационной камеры с каналом насоса, которое обеспечивает возврат отбираемой жидкости в тот же канал насоса, из которого осуществляется ее отбор, при согласовании параметров корректирующего расхода жидкости (с допустимой погрешностью) с текущим значением разности между расчетными величинами среднего и мгновенного расходов насоса, что достигается выбором передаточного отношения приводного устройства для каждого из вытеснительных элементов в функции угла поворота приводного вала насоса на основании уравнения 3. Уравнение 3 является результатом математического преобразования формулы 1 и получается в результате деления последней на величину ω угловой скорости вращения приводного вала насоса с учетом того, что
δ = ε_Q/ω,
а корректирующий расход представляет собой сумму расходов, обеспечиваемых отдельными вытеснительными элементами

и величина v_k(ϕ) текущей скорости движения k-го вытеснительного элемента (линейная, если вытеснительный элемент выполнен в виде плунжера или поршня и совершает возвратно-поступательное движение, или угловая, если вытеснительный элемент выполнен в виде лопасти и совершает возвратно-поворотное движение) связана с текущим значением м угловой скорости вращения приводного вала насоса соотношением
ω.

Таким образом, при выборе передаточного отношения приводного устройства для каждого вытеснительного элемента в соответствии с уравнением 3 автоматически выполняется равенство 1 и величина корректирующего расхода жидкости в каждый момент времени по модулю формируется равной (с допустимой погрешностью) расчетной величине пульсационной составляющей расхода насоса (относительно среднего расхода насоса) и противоположной ей по знаку, если канал напорный, и одного с ней знака, если канал всасывающий. В результате, величина скорректированного расхода жидкости в канале насосной установки получается на уровне расчетного среднего расхода насоса при одновременном снижении пульсаций расхода (или их практически полном исключении), и появляется возможность применения способа для объемных насосов с любым количеством рабочих камер.

Следует отметить, что в случае выполнения k-го вытеснительного элемента в виде плунжера иди поршня величина A_k представляет собой эффективную площадь плунжера или поршня, а в случае выполнения вытеснительного элемента в виде поворотной лопасти - произведение эффективной площади этой лопасти на расстояние от ее оси вращения до нормали к поверхности лопасти, проходящей через центр масс площади поверхности лопасти.

В другом варианте исполнения насосной установки передаточное отношение приводного устройства для каждого из вытеснительных элементов в функции угла поворота приводного вала насоса выбирается на основании уравнения 4, как и в предыдущем случае через совокупность определенных параметров насосной установки, и позволяет реализовать закон изменения величины корректирующего расхода жидкости для второго случая осуществления способа, характеризующегося упрощением его реализации при обеспечении пониженного уровня пульсаций расхода в канале насосной установки, когда величина корректирующего расхода жидкости формируется в виде суммы характеризующихся наибольшими значениями амплитуд гармонических составляющих разложения в ряд зависимости расчетной величины пульсационной составляющей расхода насоса от угла поворота приводного вода насоса (взятой с противоположным знаком для напорного канала и без изменения знака для всасывающего канала) из условия обеспечения компенсации пульсаций расхода насоса до требуемого уровня. Упрощение реализации способа в данном случае связано с тем, что закон движения вытеснительных элементов, каждый из которых реализует изменение составной части корректирующего расхода жидкости в соответствии с одной или несколькими из указанных гармонических составляющих, имеет простой вид. Это, в свою очередь, приводит к упрощению корректирующих механизмов, параметры которых, главным образом, и определяют характер изменения корректирующего расхода в функции угла поворота приводного вода насоса. Уравнение 4 получается в результате деления формулы 2 на величину v_k(ϕ) = i_k(ϕ)·ω.ω угловой скорости вращения приводного вала насоса (и, таким образом, при выборе передаточного отношения приводного устройства для каждого вытеснительного элемента в соответствии с уравнением 4 автоматически выполняется равенство 2).

Выполнение передаточного отношения приводного устройства для каждого вытеснительного элемента с обеспечением совершения этим элементом полного цикла движения при изменении угла поворота приводного вода насоса на величину, определяемую по формуле 5, то есть за промежуток времени, разный периоду одного цикла пульсаций расхода насоса или меньший этого периода в целое число раз, позволяет решить задачу обеспечения равномерного или близкого к равномерному скорректированного потока в канале насосной установки с расходом на уровне расчетного значения среднего расхода насоса при минимальном количестве вытеснительных элементов. Так, при m₁ = 1, то есть при Ψ₁= 2π/(z·n), данная задача может быть решена при использовании всего одного вытеснительного элемента. При использовании нескольких вытеснительных элементов (с целью упрощения реализации способа, благодаря снижению требований к корректирующему механизму приводного устройства), выполнение передаточного отношения приводного устройства для каждого вытеснительного элемента с обеспечением совершения этим элементом полного цикла движения при изменении угла поворота приводного вала насоса на величину, определяемую по формуле 5, позволяет свести до минимума непроизводительные перемещения жидкости от одного вытеснительного элемента к другому.

Выполнение при двух и более корректирующих механизмах по крайней мере одного из них с индивидуальной синхронизирующей связью с приводным валом насоса целесообразно с точки зрения упрощения реализации потребного передаточного отношения приводного устройства для каждого вытеснительного элемента без усложнения конструкции корректирующего механизма.

В случае, когда вытеснительные элементы устройства для компенсации пульсаций расхода насоса имеют общую компенсационную камеру, уменьшаются габаритные размеры данного устройства.

При выполнении общей компенсационной камеры в виде участка канала насоса (при этом компенсационная камера является проточной и вытеснительные элементы установлены фактически непосредственно в канале насоса) сводятся к минимуму гидравлические потери, связанные с движением жидкости при корректирующем расходе из канала насоса в компенсационную камеру и обратно, что приводит к повышению КПД установки.

Выполнение связи вытеснительных элементов через приводное устройство с приводным валом насоса размыкаемой повышает универсальность предлагаемой конструкции за счет обеспечения возможности реализации требуемого закона изменения корректирующего расхода путем варьирования набором вытеснительных элементов, участвующих в формировании корректирующего расхода жидкости.

Установка в гидравлическом соединении между компенсационной камерой устройства для компенсации пульсаций расхода и каналом насоса индивидуального крана позволяет отключать компенсационные камеры неиспользующихся вытеснительных элементов от канала насоса, повышая тем самым гидравлическую жесткость соответствующего участка гидросистемы. Указанное техническое решение в совокупности с выполнением связи вытеснительных элементов через приводное устройство с приводным валом насоса размыкаемой делает возможной эксплуатацию насосной установки при вышедшем из строя устройстве для компенсации пульсаций расхода, которое путем размыкания связей всех вытеснительных элементов с приводным валом насоса и перекрытия всех кранов в гидравлическом соединении компенсационных камер с каналом насоса изолируется от насоса без проведения каких-либо дополнительных монтажных работ.

Исполнение приводного устройства вытеснительных элементов устройства для компенсации пульсаций расхода в виде электрогидравлического привода, в том числе следящего, снабженного датчиком угла поворота приводного вода насоса, является одним из частных случаев исполнения насосной установки, в котором функцию синхронизирующей связи выполняет датчик угла поворота приводного вала насоса, а потребный закон движения вытеснительных элементов устройства для компенсации пульсаций расхода насоса задается посредством электронного блока управления (контроллера) электрогидравлического привода, на вход которого поступает сигнал от упомянутого датчика. Такое исполнение приводного устройства снижает механический износ корректирующего механизма, в частности, по сравнению со случаем выполнения его кулачковым, что делает устройство более долговечным. При выполнении электрогидравлического привода следящим (по скорости движения его выходного звена, взаимодействующего с вытеснительным элементом) повышается точность работы привода и, соответственно, достигается повышение степени снижения пульсаций расхода насосной установки. Задание потребного закона движения вытеснительных элементов устройства для компенсации пульсаций расхода (в функции угла поворота приводного вода насоса и производной от угла поворота по времени, которая определяется с помощью дифференциатора) посредством электронного блока управления (контроллера) позволяет очень легко производить изменение упомянутого закона (например, путем внесения соответствующих изменений в управляющую программу), необходимость в чем может возникнуть, в частности, при замене используемого в насосной установке насоса,
Наличие связи электрогидравлического привода с регулирующим органом насоса в виде датчика положения регулирующего органам сигнал с которого поступает на соответствующий вход электронного блока (контроллера) электрогидравлического привода, необходимо для автоматического согласования режима работы электрогидравлического привода, выполняющего функции приводного устройства вытеснительных элементов, с текущим значением рабочего объема регулируемого насоса, что позволяет получить одинаково низкий уровень пульсаций расхода при любом режиме работы регулируемого насоса и, соответственно, повышает эффективность применения способа и универсальность устройства.

В другом частном случае исполнения насосной установки корректирующий механизм вытеснительного элемента может быть выполнен в виде механической передачи, в частности, в виде кулачкового механизма с кулачком переменной кривизны в поперечном сечении, рычажно-кулачкового иди рычажного механизма с одной степенью свободы.

Наиболее предпочтительным является выполнение механической передачи в виде кулачкового механизма, позволяющего наиболее просто реализовать требуемую величину передаточного отношения приводного устройства как в соответствии с уравнением 3, так и в соответствии с уравнением 4, с применением как одного, так и нескольких вытеснительных элементов, и, тем самым, обеспечить закон изменения корректирующего расхода жидкости или в соответствии с уравнением 1, иди в соответствии с уравнением 2.

При выполнении передаточного отношения приводного устройства в соответствии с уравнением 3 и использовании всего одного вытеснительного элемента профиль кулачка имеет наиболее сложную форму. При выполнении передаточного отношения приводного устройства в соответствии с уравнением 4 и использовании тоже одного вытеснительного элемента профиль кулачка упрощается и является тем проще, чем меньше характеризующихся наибольшими значениями амплитуд гармонических составляющих разложения в ряд зависимости расчетной величины пульсационной составляющей расхода насоса (относительно среднего значения расхода) от угла поворота приводного вала реализуется при формировании корректирующего расхода жидкости. При использовании нескольких вытеснительных элементов, каждый из которых обеспечивает формирование определенной составляющей корректирующего расхода и взаимодействует с соответствующим оригинальным профилем кулачкам форма профилей кулачка еще более упрощается. Упрощение профиля кулачка способствует упрощению реализации способам. При упрощении профиля кулачка одновременно уменьшается нанос кулачка в процессе работы (так как исключаются участки профиля с большими углами давления), что, в свою очередь, повышает долговечность корректирующего механизма.

Выполнение кулачка с идентичными профилями в трех его поперечных сечениях с обеспечением взаимодействия каждого профиля с одним из вытеснительных элементов при соблюдении условия, что два крайних профиля расположены на равных расстояниях от среднего профиля и сдвинуты относительно его по фазе на 180^o, а каждый ив крайних вытеснительных элементов имеет характерный геометрический размер, вдвое меньший характерного размера среднего вытеснительного элемента, и установлен относительно среднего вытеснительного элемента со сдвигом по углу на 180^o, обеспечивает полную разгрузку опор кулачка в поперечном оси вращения кулачка направлении, что способствует повышению долговечности корректирующего механизма. Так, поперечная сила R_п, передающаяся со стороны вытеснительных элементов на опоры кулачка, в данном случае равна:
R_п = K(A_ср - 2A_кр)p = 0,
а вращающий (выворачивающий) момент М_п от сил, передающихся на кулачок со стороны вытеснительных элементов, в продольной плоскости кулачка относительно любой из его опор составляет:
М_п=K[b·A_ср-(b-с)А_кр-(b+c)A_kp] p=Kb(A_ср-2А_кр)р = 0,
где А_ср, А_кр - характерные геометрические размеры соответственно среднего (взаимодействующего со средним профилем кулачка) и крайнего (взаимодействующего с крайним профилем кулачка) вытеснительных элементов со стороны рабочей полости компенсационной камеры,
А_кр = А_ср/2;
K - коэффициент пропорциональности;
p - давление рабочей жидкости в компенсационной камере (если вытеснительные элементы имеют индивидуальные компенсационные камеры, то различием давлений в этих камерах в силу ожидаемой малости можно пренебречь);
b - расстояние от среднего профиля кулачка до его соответствующей опоры;
с - расстояние от крайнего профиля кулачка до среднего профиля.

Выполнение кулачка с периодически повторяющимся профилем в его поперечном сечении, соответствующим полному циклу движения вытеснительного элемента, для взаимодействия с которым предназначен указанный профиль, целесообразно, с одной стороны, когда синхронизирующая связь с приводным валом насоса выполнена общей (например, с целью уменьшения габаритных размеров устройства для компенсации пульсаций расхода) для группы вытеснительных элементов, полный цикл движения которых должен совершаться при изменении поворота приводного вала насоса на отличающиеся в целое число раз углы. Периодически повторяющийся профиль кулачка в этом случае частично выполняет функцию синхронизирующей связи приводного устройства.

С другой стороны, такое выполнение создает условия для разгрузки опор кулачка от усилий в поперечном оси вращения кулачка направлении. В том случае, когда количество идентичных вытеснительных элементов устройства для компенсации пульсаций расхода, установленных с возможностью взаимодействия с профилем кулачка в его поперечном сечении, равно количеству повторений профиля в поперечном сечении кулачка, а указанные вытеснительные элементы размещены друг относительно друга в поперечном сечении кулачка вокруг его оси вращения на равных угловых расстояниях, обеспечивается нулевое результирующее усилие, передающееся на опоры кулачка в поперечном оси вращения кулачка направлении, в то же время каждый из упомянутых вытеснительных элементов в текущий момент времени (при текущем значении угла поворота приводного вода насоса) движется по одному и тому же закону.

Выполнение кулачка приводного устройства вытеснительного элемента с переменным профилем в осевом направлении, его установка с возможностью перемещения в осевом направлении и связь с регулирующим органом насоса с обеспечением пропорциональности перемещении кулачков его осевом направлении перемещению регулирующего органа, насоса обеспечивают автоматическое согласование режима работы приводного устройства вытеснительных элементов с текущим значением характерного объема регулируемого насоса (с текущим положением регулирующего органам насоса), что позволяет подучить одинаково низкий уровень пульсаций расхода при любом режиме работы регулируемого насосами, соответственно, повышает эффективность применения способа и универсальность устройства. При этом кулачок приводного устройства вытеснительного элемента может быть связан с регулирующим органом насоса кинематически, посредством сельсинов, посредством электрогидравлического устройства.

Таким образом, насосная установка обеспечивает реализацию потребного закона изменения корректирующего расхода жидкости во всех частных случаях исполнения способа и связана с ним единым изобретательским замыслом.

На фиг. 1 представлена конструктивная схема насосной установки; на фиг. 2 - то же, сечение А-А на фиг. 1.

Способ компенсации пульсаций расхода объемного насоса включает следующую последовательность операций:
корректирование расхода насоса путем формирования по крайней мере одного пульсирующего потока жидкости, создаваемого за счет использования энергии внешнего источника периодическим отбором жидкости ив канала насоса и возвращением ее в тот же канал насоса, из которого осуществляют отбор, при этом величину корректирующего расхода, жидкости в каждый момент времени формируют с допустимой погрешностью равной ровности между расчетными величинами среднего и мгновенного расходов насоса, если канал напорный, и наоборот, если канал всасывающий;
в частном случае осуществления способа величину корректирующего расхода жидкости в каждый момент времени формируют равной сумме характеризующихся наибольшими значениями амплитуд гармонических составляющих разложения в ряд зависимости разности расчетных величин среднего и мгновенного расходов насоса от угла поворота приводного вала насоса, взятой со своим знаком, если канал напорный, и с противоположным знаком, если канал всасывающий.

Насосная установка для осуществления способа (фиг. 1) содержит объемный насос 1 с всасывающим и напорным каналами 2 и 3, устройство 4 для компенсации пульсаций расхода насоса 1, выполненное в виде вытеснительных элементов б, имеющих вид плунжеров, каждый из которых установлен в компенсационной камере 6. Компенсационные камеры 6 постоянно гидравлически соединены посредством каналов 7 с напорным каналом 3 насоса 1. Такое соединение используется, если необходима компенсация пульсаций расхода на выходе насоса 1. В случае, когда необходима компенсация пульсаций расхода на входе насоса 1, компенсационные камеры 6 постоянно гидравлически соединены со всасывающим каналом 2 насоса 1 (соединение со всасывающим каналом 2 на чертеже не показано). Насосная установка может иметь одновременно два устройства 4 для компенсации пульсаций расхода насоса 1, одно из которых предназначено для компенсации пульсаций расхода на выходе насоса 1, другое - для компенсации пульсаций расхода на входе насоса 1 (на чертеже не показано).

Устройство 4 для компенсации пульсаций расхода насоса 1 может иметь один вытеснительный элемент 5 (не показано).

Вытеснительные элементы 5 могут иметь общую компенсационную камеру (на чертеже не показано), причем она может быть выполнена, в виде участка напорного канала 3 или всасывающего канала 2 в зависимости от того, для какого из каналов 2 и 3 насоса 1 необходима, компенсация пульсаций расхода.

Вытеснительные элементы 5 связаны с приводным устройством 8, снабженным синхронизирующей кинематической связью 9 с приводным валом 10 насоса 1. Приводное устройство 8 для взаимодействия с вытеснительными элементами 5 снабжено корректирующими механизмами 11, связанными с общей синхронизирующей кинематической связью 9. Корректирующие механизмы 11 вытеснительных элементов 5 могут иметь каждый индивидуальную синхронизирующую связь с приводным валом 10 насоса 1 (на чертеже не показано).

Связь каждого из вытеснительных элементов 5 черев приводное устройство 8 с приводным валом 10 насоса 1 выполнена размыкаемой (например, посредством специальных упоров, позволяющих зафиксировать каждый из вытеснительный элементов 5 по отдельности в положении, при котором его контакт с соответствующим корректирующим механизмом 11 при любом рабочем положении последнего отсутствует) (на чертеже не показано), а в каналах 7, посредством которых осуществляется гидравлическое соединение компенсационных камер 6 с каналом 3 насоса 1, установлены краны 12.

Корректирующий механизм 11 вытеснительного элемента 5 выполнен в виде механической передачи, в частном случае, в виде кулачкового механизма с кулачком 13 переменной кривизны в поперечном сечении. Механическая передача может быть выполнена также в виде рычажно-кулачкового механизма или рычажного механизма с одной степенью свободы (на чертеже не показано).

Кулачок 13 выполнен с периодически повторяющимся профилем в его поперечном сечении, соответствующим полному циклу движения вытеснительного элемента 5, для взаимодействия с которым предназначен указанный профиль (фиг. 2). При этом количество идентичных вытеснительных элементов 5, установленных с возможностью взаимодействия с профилем кулачка 13 в его поперечном сечении, равно количеству повторений профиля в поперечном сечении кулачка 13, и указанные вытеснительные элементы 5 размещены друг относительно друга в поперечном сечении кулачка 13 вокруг его оси вращения на равных угловых расстояниях (на фиг. 1 показан только один ив этих вытеснительных элементов 5 в совокупности с его компенсационной камерой 6, каналом 7 и установленным в нем краном 12).

В одном из вариантов исполнения кулачок 13 может быть выполнен с идентичными профилями в трех его поперечных сечениях с обеспечением взаимодействия каждого профиля с одним из вытеснительных элементов 5, при этом два крайних профиля расположены на равных расстояниях от среднего профиля и сдвинуты относительно его по фазе на 180^o (относительно оси вращения кулачка 13), а каждый из крайних вытеснительных элементов имеет характерный геометрический размер, вдвое меньший характерного размера среднего вытеснительного элемента, и установлен относительно среднего вытеснительного элемента со сдвигом по углу на 180^o относительно оси вращения кулачка 13 в проекции на плоскость, ортогональную оси кулачка 13 (на чертеже не показано).

Кулачок 13 имеет переменный профиль в осевом направлении, установлен с возможностью перемещения в осевом направлении и кинематически связан с регулирующим органом 14 насоса 1 посредством рычага 15 (фиг. 1) с обеспечением пропорциональности перемещения кулачка 13 в его осевом направлении "перемещению регулирующего органа 14 насоса 1. Кулачок 13 приводного устройства 8 может быть связан с регулирующим органом 14 насоса 1 также посредством сельсинов иди электрогидравлического устройства (на чертеже не показано). Геометрия профиля и количество повторений профиля на поверхности каждого кулачка 13 в каждом его поперечном сечении рассчитываются в зависимости от того, какое передаточное отношение должно быть реализовано приводным устройством 8 для каждого вытеснительного элемента 5 в функции угла поворота приводного вала 10 насоса 1 при всех возможных положениях регулирующего органам 14 насоса 1.

В одном из вариантов исполнения приводное устройство 8 вытеснительных элементов б может быть выполнено в виде эдектрогидравлического привода иди следящего (например, по скорости движения вытеснительного элемента 5) электрогидравлического привода, снабженного датчиком угла поворота приводного вала 10 насоса 1, при этом электрогидравлический привод связан с регулирующим органом 14 насоса 1 посредством датчика положения регулирующего органа, (на чертеже не показано). Передаточные отношения приводного устройства 8 для каждого из вытеснительных элементов 5 в функции угла поворота приводного вала 10 насоса 1 для всех возможных положений регулирующего органа 14 насоса 1 (и соответственно передаточное отношение синхронизирующей связи 9 и профили кулачков 13) выполнены в зависимости от варианта исполнения насосной установки в соответствии с результатами расчетов по уравнению соответственно 3 или 4.

Способ компенсации пульсаций расхода при работе насосной установки реализуется следующим образом, жидкость, нагнетаемая объемным насосом 1 в напорный канал 3, на участке до места подключения к этому каналу каналов 7 устройства 4 имеет пульсации расхода относительно его среднего значения, обусловленные несовершенством кинематики качающего узла насоса. Одновременно с насосом 1 через приводное устройство 8, связанное с приводным валом 10 насоса 1 посредством синхронизирующей кинематической связи 9, приводятся в движение вытеснительные элементы 5 устройства 4 для компенсации пульсаций расхода насоса 1. Передаточное отношение приводного устройства 8 для каждого из вытеснительных элементов 5 в функции угла поворота приводного вала 10 насоса 1 для всех положений регулирующего органа 14 насоса 1 изменяется в соответствии с уравнением 3 или 4 в зависимости от того, какое исполнение имеет насосная установка. Перемещение вытеснительных элементов 5 в компенсационных камерах 6, синхронизированное с работой насоса 1, обеспечивает формирование пульсирующих потоков жидкости в каналах 7 компенсационных камер 6, создаваемых периодическим отбором жидкости из напорного канала 3 насоса 1 и возвращением ее в тот же канал 3 и образующих в совокупности поток с корректирующим расходом, изменяющимся в противофазе по отношению к пульсационной составляющей расхода на выходе насоса 1. В соответствии с установленным передаточным отношением, реализуемым приводным устройством 8, величина корректирующего расхода в каждый момент времени (при каждом угле поворота приводного вала 10 насоса 1) с допустимой погрешностью формируется равной ровности между расчетными величинами среднего и мгновенного расходов насоса 1, а в частном случае осуществления способа - равной сумме характеризующихся наибольшими значениями амплитуд гармонических составляющих разложения в ряд зависимости ровности между расчетными величинами среднего и мгновенного расходов насоса 1 от угла поворота приводного вала 10 насоса 1. В результате на участке канала 3 после присоединения к нему каналов 7 устройства 4 достигается снижение пульсаций расхода жидкости до заданного допустимого уровня (возможно практически полное их исключение) при сохранении величины скорректированного расхода насосной установки на уровне среднего расхода насоса 1.

Таким образом, изобретение обеспечивает снижение пульсаций расхода насосной установки до приемлемого уровня или практически полное их исключение при увеличении расхода насосной установки по сравнению с прототипом до значения, обеспечиваемого параметрами насоса (до уровня среднего расхода насоса. Изобретение обеспечивает также упрощение реализации способа компенсации пульсаций расхода при компенсации пульсаций расхода насоса до требуемого уровня. Кроме того, при реализации способа предусмотрено автоматическое согласование режима работы устройства для компенсации пульсаций расхода с текущим значением характерного объема регулируемого насоса (с текущим положением регулирующего органа насоса), что позволяет получить одинаково низкий уровень пульсаций расхода насосной установки при любом режиме работы регулируемого насоса и, соответственно, повышает эффективность применения способа и универсальность устройства для его осуществления. Применение изобретений возможно для компенсации пульсаций расхода как в напорных, так и во всасывающих каналах одно-, двух и многокамерных регулируемых и нерегулируемых объемных насосов.

Литература:
1. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов /Башта Т.М., Руднев С.С., Некрасов Б.Б.и др. - 2-е изд., перевод. - М.: Машиностроение, 1982, с. 284-288.

2. Авторское свитедельство СССР N 954598, кл. F 04 В 1/00. Способ компенсации пульсации подачи жидкости насоса и устройство для его осуществления (Заявл. 19.01.81, опубл. 30.08.82).

Формула изобретения

1. Способ компенсации пульсаций расхода объемного насоса, включающий корректирование расхода насоса путем формирования по крайней мере одного пульсирующего потока жидкости, создаваемого за счет использования энергии внешнего источника периодическим отбором жидкости из канала насоса и направлением ее в канал, при этом величину корректирующего расхода жидкости в каждый момент времени принудительно задают как функцию текущих значений угла поворота и угловой скорости вращения приводного вала насоса, отличающийся тем, что отбираемую жидкость возвращают в тот же канал насоса, из которого осуществляют отбор, а величину корректирующего расхода в каждый момент времени формируют с допустимой погрешностью, равной разности расчетных величин среднего и мгновенного расхода насоса, если канал напорный, и наоборот, если канал всасывающий, в соответствии с формулой
Q_к= L[(Q_ср-Q_м)±ε_Q]=L{ω[q_ср-q_м(ϕ)]η_o±ε_Q},
где Q_к величина корректирующего расхода жидкости;
L знаковый коэффициент: L 1 для напорного канала насоса, L -1 - для всасывающего канала насоса;
Q_ср расчетная величина среднего расхода насоса;
Q_м расчетная величина мгновенного расхода насоса;
ε_Q - максимальное допустимое отличие по абсолютной величине расчетного значения мгновенного расхода скорректированного потока в канале насоса от расчетной величины среднего расхода насоса;
ω - текущее значение угловой скорости вращения приводного вала насоса;
q_ср коэффициент пропорциональности расчетной величины идеального среднего расхода насоса значению угловой скорости вращения приводного вала насоса (характерный объем насоса);
ϕ - текущее значение угла поворота приводного вала насоса
q_м(ϕ) - коэффициент пропорциональности расчетной величины идеального мгновенного расхода насоса при текущем значении угла поворота ϕ приводного вала насоса значению угловой скорости вращения приводного вала насоса (мгновенный характерный объем насоса);
h_o- объемный КПД насоса.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину корректирующего расхода жидкости в каждый момент времени формируют равной сумме характеризующихся наибольшими значениями амплитуд гармонических составляющих разложения в ряд зависимости разности расчетных величин среднего и мгновенного расходов насоса от угла поворота приводного вала насоса в соответствии с формулой

где j порядковый номер гармонической составляющей разложения в ряд коэффициентов пропорциональности зависимости разности расчетных величин среднего и мгновенного расходов насоса от угла поворота приводного вала насоса значению угловой скорости вращения приводного вала насоса;
a_j амплитуда j-й гармонической составляющей (из ряда характризующихся наибольшими значениями амплитуд) разложения в ряд коэффициента пропорциональности зависимости разности расчетных величин среднего и мгновенного расходов насоса от угла поворота приводного вала насоса значению угловой скорости вращения приводного вала насоса;
z количество идентичных рабочих камер насоса;
n кратность действия рабочих камер насоса.

3. Насосная установка, содержащая объемный насос с всасывающим и напорным каналами, устройство для компенсации пульсаций расхода насоса, выполненное в виде по крайней мере одного вытеснительного элемента с компенсационной камерой, гидравлически соединенной с каналом насоса, связанного с приводным устройством, снабженным связанным синхронизирующей связью с приводным валом насоса по крайней мере одним корректирующим механизмом, отличающаяся тем, что гидравлическое соединение компенсационной камеры с каналом насоса выполнено постоянным, а передаточное отношение приводного устройства для каждого угла поворота приводного вала насоса определяется на основании уравнения

где k порядковый номер вытеснительного элемента устройства для компенсации пульсаций расхода (k 1, N);
N количество вытеснительных элементов устройства для компенсации пульсаций расхода;
ϕ - текущее значение угла поворота приводного вала насоса;
i_k(ϕ) - передаточное отношение приводного устройства для k-го вытеснительного элемента устройства для компенсации пульсаций расхода, представляющее собой отношение скорости движения этого вытеснительного элемента к угловой скорости вращения приводного вала насоса, при текущем значении угла поворота приводного вала насоса;
A_k характерный геометрический размер k-го вытеснительного элемента со стороны рабочей полости компенсационной камеры;
L знаковый коэффициент, L 1 для напорного канала насоса, L -1 - для всасывающего канала насоса;
q_ср коэффициент пропорциональности расчетной величины идеального среднего расхода насоса значению угловой скорости вращения приводного вала насоса (характерный объем насоса);
q_м(ϕ) - коэффициент пропорциональности расчетной величины идеального мгновенного расхода насоса при текущем значении угла поворота ϕ приводного вала насоса значению угловой скорости вращения приводного вала насоса (мгновенный характерный объем насоса);
h_o - объемный КПД насоса;
δ - коэффициент пропорциональности максимально допустимого отличия по абсолютной величине расчетного значения мгновенного расхода скорректированного потока в канале насоса от расчетной величины среднего расхода насоса значению угловой скорости вращения приводного вала насоса.

4. Установка по п.3, отличающаяся тем, что передаточное отношение приводного устройства для каждого угла поворота приводного вала насоса определяется на основании уравнения

где k порядковый номер вытяснительного элемента устройства для компенсации пульсаций расхода (k 1, N);
N количество вытеснительных элементов устройства для компенсации пульсаций расхода;
ϕ - текущее значение угла поворота приводного вала насоса;
i_k(ϕ) - передаточное отношение приводного устройства для k-го вытеснительного элемента устройства для компенсации пульсаций расхода, представляющее собой отношение скорости движения этого вытеснительного элемента к угловой скорости вращения приводного вала насоса, при текущем значении угла поворота ϕ приводного вала насоса;
A_k характерный геометрический размер k-го вытеснительного элемента со стороны рабочей полости компенсационной камеры;
L знаковый коэффициент, L 1 для напорного канала насоса, L -1 - для всасывающего канала насоса;
j порядковый номер гармонической составляющей разложения в ряд коэффициента пропорциональности зависимости разности расчетных величин среднего и мгновенного расходов насоса от угла поворота приводного вала насоса значению угловой скорости вращения приводного вала насоса;
a_j амплитуда j-й гармонической составляющей (из ряда характеризующихся наибольшими значениями амплитуд) разложения в ряд коэффициента пропорциональности зависимости разности расчетных величин среднего и мгновенного расходов насоса от угла поворота приводного вала насоса значению угловой скорости вращения приводного вала насоса.

5. Установка по пп.3 и 4, отличающаяся тем, что передаточное отношение приводного устройства для каждого вытеснительного элемента выполнено с обеспечением совершения этим элементом полного цикла движения при изменении угла поворота приводного вала насоса на величину, определяемую по формуле
j_k= 2π/(z·n·m_k),
где Ψ_k - величина изменения угла поворота приводного вала насоса, которой соответствует совершение полного цикла движения k-м вытеснительным элементом устройства для компенсации пульсаций расхода;
z количество идентичных рабочих камер насоса;
n кратность действия рабочих камер насоса;
m_к целое положительное число.

6. Установка по пп.3 5, отличающаяся тем, что при двух и более корректирующих механизмах по крайней мере один из них выполнен с индивидуальной синхронизирующей связью с приводным валом насоса.

7. Установка по пп.3 6, отличающаяся тем, что вытеснительные элементы устройства для компенсации пульсаций расхода имеют общую компенсационную камеру.

8. Установка по п.7, отличающаяся тем, что общая компенсационная камера выполнена в виде участка канала насоса.

9. Установка по пп.3 7, отличающаяся тем, что связь вытеснительных элементов через приводное устройство с приводным валом насоса выполнена размыкаемой.

10. Установка по п.9, отличающаяся тем, что в гидравлическом соединении между компенсационной камерой устройства для компенсации пульсаций расхода и каналом насоса установлен индивидуальный кран.

11. Установка по пп. 3 10, отличающаяся тем, что приводное устройство вытеснительных элементов устройства для компенсации пульсаций расхода выполнено в виде электрогидравлического привода, снабженного датчиком угла поворота приводного вала насоса.

12. Установка по п. 11, отличающаяся тем, что электрогидравлический привод выполнен следящим.

13. Установка по пп.11 и 12, отличающаяся тем, что электрогидравлический привод связан с регулирующим органом насоса посредством датчика положения регулирующего органа.

14. Установка по пп.3 10, отличающаяся тем, что корректирующий механизм вытеснительных элементов выполнен в виде механической передачи.

15. Установка по п. 14, отличающаяся тем, что механическая передача приводного устройства вытеснительных элементов выполнена в виде кулачкового механизма с кулачком переменной кривизны в поперечном сечении.

16. Установка по п.15, отличающаяся тем, что кулачок выполнен с идентичными профилями в трех его поперечных сечениях с обеспечением взаимодействия каждого профиля с одним из вытеснительных элементов, при этом два крайних профиля расположены на равных расстояниях от среднего профиля и сдвинуты относительно его по фазе на 180^o, а каждый из крайних вытеснительных элементов имеет характерный геометрический размер, вдвое меньший характерного размера среднего вытеснительного элемента, и установлен относительно среднего вытеснительного элемента со сдвигом по углу на 180^o.

17. Установка по п.15, отличающаяся тем, что кулачок выполнен с периодически повторяющимся профилем в поперечном сечении, соответствующим полному циклу движения вытеснительного элемента, для взаимодействия с которым предназначен указанный профиль.

18. Установка по п.17, отличающаяся тем, что количество идентичных вытеснительных элементов устройства для компенсации пульсаций расхода, установленных с возможностью взаимодействия с профилем кулачка в его поперечном сечении, равно количеству повторений профиля в поперечном сечении кулачка, при этом вытеснительные элементы размещены относительно друг друга в поперечном сечении кулачка вокруг его оси вращения на равных угловых расстояниях.

19. Установка по пп. 15 18, отличающаяся тем, что кулачок приводного устройства вытеснительного элемента выполнен переменного профиля в осевом направлении, установлен с возможностью перемещения в осевом направлении и связан с регулирующим органом насоса с обеспечением пропорциональности перемещения кулачка в его осевом направлении перемещению регулирующего органа насоса.

20. Установка по п.19, отличающаяся тем, что кулачок приводного устройства вытеснительного элемента связан с регулирующим органом насоса кинематически.

21. Установка по п.19, отличающаяся тем, что кулачок приводного устройства вытеснительного элемента связан с регулирующим органом насоса посредством сельсинов.

22. Установка по п.19, отличающаяся тем, что кулачок приводного устройства вытеснительного элемента связан с регулирующим органом насоса посредством электрогидравлического устройства.

23. Установка по п.14, отличающаяся тем, что механическая передача приводного устройства вытеснительного элемента выполнена в виде рычажно-кулачкового механизма.

24. Установка по п. 14, отличающаяся тем, что механическая передача приводного устройства вытеснительного элемента выполнена в виде рычажного механизма с одной степенью свободы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2