способ снижения массы гидросистемы

Формула изобретения

Способ снижения массы гидросистемы путем уменьшения диаметров трубопроводов, отличающийся тем, что уменьшают диаметры трубопроводов за счет использования насоса переменной подачи, статическая расходная характеристика которого удовлетворяет следующему соотношению:



где давление на выходе из насоса на режимах с Q = Q_max;

давление на выходе из насоса на режимах с Q = 0;

Q_max - максимальная подача насоса;

Q - подача насоса;

P - суммарная величина потерь давления на участках магистрального трубопровода от насоса до потребителя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам снижения масс гидросистем и может быть использовано в авиационных и ракетных гидросистемах, а также в гидросистемах строительных и дорожных машин, в горном гидромашиностроении.

Известны способы снижения масс самолетных ГС, сводящиеся к

снижению масс агрегатов, комплектующих систему,

росту величин рабочих давлений в ГС,

снижению масс трубопроводных магистралей.

Практика создания современных гидроагрегатов показала, что в настоящее время массовые и энергетические характеристики гидроагрегатов, комплектующих систему, достаточно высоки. Поэтому при использовании первого способа существенного выигрыша в массе в этом случае достичь весьма трудно. Второй способ - повышение величин рабочих давлений - позволяет снизить массу исполнительных механизмов - силовых цилиндров и примерно, как показали результаты исследований, снизить массу трубопроводов напорной магистрали при росте давления с 200 до 350 - 400 кгс/см² на 10 - 15% (Матвеенко А.М. Аналитическое проектирование гидравлических систем летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1977, с. 80-84, рис. 2.23). Однако практика перехода к таким давлениям и дальнейшее форсирование давления до 560 кгс/см² приводят к резкому росту контактных нагрузок в паре поршень-блок насосов, увеличению пульсирующих нагрузок и к соответственному снижению долговечности и надежности гидросистем.

Возможен способ снижения масс гидросистем за счет уменьшения диаметров трубопроводных магистралей. Однако при этом существенно возрастают потери давления, особенно на режимах работы с максимальными потребными расходами, и в результате на этих режимах существенно снижается быстродействие рулевых приводов.

Анализ режимов работы потребителей в самолетных гидросистемах показал, что примерно 95% времени, кроме режимов взлета и посадки, насосы работают на режимах с малыми и нулевыми расходами жидкости в систему (восполнение утечек по различным элементам ГС).

Технический результат, который может быть достигнут от использования данного технического решения, заключается в сохранении быстродействия исполнительных механизмов при снижении массы гидросистем за счет уменьшения диаметров трубопроводов.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе снижения массы гидросистемы, включающей источник питания в виде насоса переменной подачи, потребители и связывающие их магистральные трубопроводы, массу гидросистемы снижают за счет уменьшении диаметров трубопроводов, для чего в качестве источника питания используют насос переменной подачи, статическая расходная характеристика которого удовлетворяет следующему соотношению:

,

где

давление на выходе из насоса на режимах с Q = Q_max;

давление на выходе из насоса на режимах с Q = 0;

Q_max - максимальная подача насоса;

Q - подача насоса;

P- суммарная величина потерь давления на участках магистрального трубопровода от насоса до потребителя; т.е. на режимах работы с максимальными потребными расходами источник питания (насос) развивает давление, большее чем давление нулевой подачи на величину потерь давления по длине магистрали от насоса до потребителя.

На фиг. 1 представлена схема гидросистемы.

На фиг. 2 показан один из возможных вариантов характеристики насоса. Q = f(P).

Гидросистема содержит насос переменной подачи 1, предохранительный клапан 2, аккумулятор 3, фильтр 4 и обратный клапан 5, установленные в магистрали нагнетания 6 на участке от насоса до потребителей 7 и 8, а также магистраль слива 9, в которой установлен теплообменник 10, и бак 11.

Работа гидросистемы.

При запуске насоса переменной подачи 1 рабочая жидкость из бака 11 поступает во входную полость насоса 1, переносится в магистраль нагнетания 6 и через обратный клапан 5, фильтр 4 поступает к потребителям 7 и 8. В случае, когда потребителю не требуется расход, система регулирования подачи выводит насос 1 на режим с Q = 0, обеспечивая при этом величину давления в системе , определяемую настройкой регулятора подачи (см. фиг. 2). В случае, когда потребителю необходимо совершить работу (переместить орган управления) по внешнему управляющему сигналу, одна из его полостей сообщается с магистралью нагнетания 6, а вторая - с магистралью слива 9, и насос 1 начинает подавать жидкость в соответствующую полость потребителя. При этом в зависимости от величины потребляемого расхода давление на выходе из насоса возрастает в соответствии с характеристикой, показанной на фиг. 2 (наклонная часть характеристики), и при этом обеспечивается стабильность величины давления у потребителя и таким образом поддерживается быстродействие системы, которое при выбранных агрегатах ГС зависит от величин перепада давления между давлением у потребителя и давлением в полости его исполнительного органа. На практике расход насоса 1 - Q выбирается таким, чтобы на всех возможных режимах работы насоса по расходу последний обеспечивал бы в гидросистеме давление на ниже (см. фиг. 2).

Пример конкретного выполнения.

Для оценки эффективности снижения масс трубопроводных магистралей рассмотрим случай, когда длина трубопровода магистрали нагнетания равна 25 м. В этом случае при диаметре магистрали d = 18 мм масса стального трубопровода, заполненного жидкостью АМг-10 с удельным весом _ж= 0,9 гс/см³, находится из соотношения:



где

D - наружный диаметр трубопровода,

d - внутренний диаметр трубопровода,

_ст,_ж- соответственно удельный вес стали и рабочей жидкости.

Отсюда при D = 20 мм и _ст= 7,8 гс/см³ масса трубопровода G_тр равна 17,3 кг. Потери давления P в магистрали при расходе Q = 60 л/мин определяется из соотношения



где

- коэффициент потерь давления, равен 0,04, скорость потока:

В этом случае величина P получается равной P= 22 кгс/см².

Таким образом, при величине P на выходе из насоса, равной 210 ¹₇⁰ кгс/см², наименьшая величина давления у потребителей может быть равна 181 кгс/см². Если теперь изменить (уменьшить) диаметр трубопроводной магистрали с d = 18 на d = 16, т.е. перейти в соответствии с ОСТом 103524-71 на следующий типоразмер трубопровода, то потери давления составят 37 кгс/см², а масса магистрали снизится на 14% и составит 14,9 кгс. Поэтому, если изменить характеристику насоса так, что настройка величины давления нулевой подачи составит 180 - 183 кгс/см², то величина давления на выходе из насоса не превысит 220 кгс/см².

Таким образом, предложенный способ позволяет значительно снизить массу гидросистемы без существенного повышения давления в ГС и с сохранением ее надежности и быстродействия.