Назад в библиотеку

---

Исследование морского поршневого гидронасоса с обратным клапаном для подводных работ

Автор превода: Малюкова П.А.
Источник: http://pia.sagepub.com/content/226/1/151.full.pdf+html

Школа технической науки и техники, Хуажонге университет науки и технологии, Ухань, Китайская Народная Республика

Школа механики, материалов и мехатронной инженерии, университет Вуллонгонга, Новый Южный Уэльс, Австралия

Рукопись получена 24 июля 2010 года и была принята после пересмотра для публикации на 20 января 2011г.

Аннотация:

целью данного исследования является разработка гидравлического поршневого насоса для силового всасывания морской воды из системы подводного инструмента. Насос с обратным клапаном и нефте-водо-разделенной структурой был выбран с целью улучшения его терпимости к частицам, при применении в разомкнутой цепи системы. Структура новой сборки антиослабления была введена для поршня/башмака. Для того, чтобы улучшить противоизносные и антикоррозионные выступы поршня и втулки в морской воде, вводили в качестве паров смазку, через армированный углеродным волокном полиэфирэфиркетона рукав и синтезированные WC, была сформирована улучшенная поверхность на поршне. Проблема дисбаланса узла вала была решена на базе программного обеспечения Solidworks, регулирует центр масс вала к его оси вращения и делает все продукты инерции вблизи равные нулю, для произвольного дана система координат, в которой одна из осей находится на оси вращения. Основные действия для надежности экспериментов насоса проводились на испытательном стенде. Сборка вала была проверена экспериментально, необходимо было достичь желаемого соотношения эффекта. Насос имеет относительное высокую эффективность при 10 МПа номинальное давление и 14 МПа максимальное давление. Через 300 ч прочность теста, не чрезмерный износ может быть найден на поршне / муфтовой паре, а также других частях насоса, не очевидное снижение производительности произошло с насосом. Динамический баланс метод, представленный в этой статье, обеспечивает простой и эффективный способ решить проблему дисбаланса для вала с особой структурой и может быть широко использован в других вращающихся машинах. Новая конструкция гидравлического насоса для морской воды была первоначально подтверждена, что это возможно, хотя дальнейшие исследования должны быть проведены. Насос был успешно применен в подводной морской гидравлической системе инструмента.

Ключевые слова:

морская гидравлика, поршневой насос, дизайн, динамическое равновесие, надежность

Введение

Хотя масло управляемой гидравлической системы было ведущим источником питания для всех видов устройств, которые работают под водой в последние несколько десятилетий, использование морской воды вместо нефтяного масла как давление среды гидравлической системы стало тенденцией с продвижением гидравлической технологии. Морская вода в гидравлических системах может предложить ряд преимуществ по сравнению с использованием обычных нефтяных масел [1].

1. Внедрение морской воды в гидравлическую систему не будет разрушать точность деталей механизма или причинять ухудшения их работы.

2. Утечка из гидравлической системы не приведет к загрязнению окружающей среды.

3. Ликвидация обратного шланга позволит снизить не только потери давления вдоль линии, но и силы сопротивления от подводного течения и импульсных перенапряжений, которые помогают увеличить глубину эксплуатации и эффективность системы.

4. Агент легко доступен, он позволит исключить плату за хранение, приобретение, пересылку или отправку гидравлических жидкостей. Кроме того, обработка отходов жидкости больше не потребуется.

В 2008 году Хуажонге университет науки и техники, стал проводить развитие системы подводного инструмента обусловленного возможностью морской водой. В данном исследовании, гидравлическая станция будет сделана на корабле палубе или берегу моря, морская вода под давлением подается в различные виды инструментов через один шланг. Основные требования для блока питания в том, что его номинальное рабочее давление 10 МПа, максимальное давление 14 МПа, номинальный расход 20 л / мин, а среднее время между сбоями не менее 300 часов. Вне всякого сомнения, что морская вода в гидравлическом насосе является одним из ключевых компонентов в блоке питания.

По отношению к морскому гидравлическому насосу, предыдущие исследования были направлены больше на тип пластины с каналами.

Национальная лаборатория инженерного университета Халла (Великобритания) [2] разработали морской гидравлический насос с пластиной и фиксированными каналами, сохранив окружность, как показано на рис. 1. Насос может работать при давление до 14 МПа, фильтрация только со 120 мм без существенного ухудшения производительности, с использованием передовых технологий керамики скользя по волоконно-армированных полимеров для всех движущихся взаимодействующих разделов в насосе, и была использована автономная подводная системы управления для газовых скважин. Однако скорость износа полиэфирэфиркетона (PEEK) отверстий в пластине в морской воде считалось слишком высокой после почти 300 испытаний ч, хотя циферблат счетчика из нержавеющей стали была модифицирована керамическими пластинами.

Компания Danfoss (Финляндия) [3] разработала серию водяных насосов APP, как показано на рис. 2, который можно использовать в морской воде в качестве рабочей среды. Максимальное давление насоса с непрерывными условиями труда 8 МПа. Его технические данные приведены в таблице 1. Это один из самых маленьких и легких насосов на рынке с длительным сроком службы и высокой эффективностью. Все части насоса изготовлены из неагрессивных материалов, например, Дуплекс (SAF 2205/EN1.4462) и Супер-дуплекс (SAF 2507/EN1.4410) из нержавеющей и углеродистой стали, армированного PEEK (углепластик), но вода на входе должна быть отфильтрована до 10мм, чтобы минимизировать износ насоса.

В 1994 году с технологическим университетом Тампере и Hytar Oy Water hydraulic (Финляндия) [4] стали разрабатывать комплекс гидравлических деталей для морской воды и блок питания для использования в приложении для подводной ЭВРИКА-программы. Рис.3 показана структура развитых морской гидравлический насос с пластиной каналами, в которой пары ключей трения изготовлены из армированного полимерного композита и твердосплавного, или керамики. Его номинальное давление составляет 21 МПа, номинальный расход является 30 л / мин, и объемный КПД 92 процента.

Komatsu Limited [5] разработали морской гидравлический насос для подводного манипулятора, как показано на Рис. 4. Все подшипники и фрикционные детали строятся из углепластика и керамики. Кроме того, под статическим воздействием морской воды смазка механизма наносится на эти детали для того, чтобы защитить их от износа и застревания.

На рисунке 5 показана морской гидравлический насос разработанный Mitsubishi Heavy Industries Limited [5]. Основная конструкция идентична конструкции насоса с осевой наклонной шайбой. Тем не менее, все подшипники внутри являются подшипниками скольжения и смазываются водой.

Kayaba Industry Company Limited [5] разработали гидравлический насос с наклонным блоком. Раздвижные детали насоса принимают смолы и керамические материалы. Керамические подшипники скольжения используются для обеспечения радиальных нагрузок вместо подшипников скольжения, которые больше используются обычно в других морских гидравлических насосах.

В таблице 2 приведены основные характеристики трех видов морских гидравлических насосов от японских компаний.

Стоит отметить, что все вышеупомянутые морские гидравлические насосы являются типами пластин с каналами и обычно имеют преимущества компактной конструкции и легкими. Однако, с другой стороны, они обычно имеют более низкую относительную антизагрязненительную способность по сравнению с другими типами обратных клапанов. Как упоминалось в литературе [1] недостатком этого типа насоса заключается в чрезмерном износе пластины с каналами / цилиндр блок взаимодействия, особенно при применении в "грязной" водной среде без тонкой фильтрации. Для этого рассмотрения, морской гидравлический насос с обратным клапаном стал окончательным выбором для проекта, и предпологалось, для достижения высокой надежности.

В данной статье представлены некоторые работы по развитию морского гидравлического насоса с обратным клапаном. Во-первых, структура и характеристика насоса проиллюстрированы, в котором представлены новая структура поршень и муфтовая пара, а также связан выбор материалов. Затем методом Solidworks с использованием программного обеспечения для решения задачи динамической балансировки, узел вала собран, описан и проверен на опыте. Наконец, тесты на основные характеристики и надежность насоса проведены и некоторые выводы впоследствии получены.

Список источников

1. 1 Black, S. A. and Kuehler, W. D. Jr. The development of a seawater hydraulic vane motor. In Proceedings of the National Conference on Fluid power: 37th annual meeting, Chicago, USA, 21–23 October 1981, vol. 35, pp. 111–118.
2. 2 Brookes, C. A., Fagan, M. J., James, R. D., Kerry, P., and McConnachie, J. The development of water hydraulic pumps using advanced engineering ceramics. In Proceedings of the 4th Scandinavian International Conference on Fluid power, Tampere, Finland, 26–29 September 1995, pp. 965–977.
3. Drabls, L. S. Testing of DanfossAPP1.0-2.2 with APP pumps as water hydraulic motors for energy recovery. Desalination, 2005, 183, 41–54.
4. 4 Terava, J., Kuikko, T., and Vilenius, M. Development of seawater hydraulic power pack. In Proceedings of the 4th Scandinavian International Conference on Fluid power, Tampere, Finland, 26–29 September 1995, pp. 978–991.
5. 5 Kitagawa, A. Co-operation between universities and water hydraulic companies in Japan. In Proceedings of the 6th Scandinavian International Conference on Fluid power, Tampere, Finland, 26–28 May 1999, vol. 2, pp. 35–50.