Способи регулювання параметрів роботи гідросистем. Основні критерії та межі застосування способів регулювання параметрів роботи гідроси

Трубопроводи нагнітання, слива і всмоктування гідросистеми, встановлені в пожежонебезпечних  зонах і зонах розльоту пневматиків  шасі, виконані з нержавіючої сталі. В інших зонах трубопроводи нагнітання виконані з нержавіючої сталі, а трубопроводи зливу і всмоктування - з алюмінієвих сплавів.

Монтаж трубопроводів  на конструкції літака виконується  за допомогою хомутів і колодок, що забезпечують також металізацію гідросистеми.

Трубопроводи і рукави, розташовані на двигуні і мотогондолах виконані вогнестійкими для забезпечення пожежного захисту двигуна.

Основними компонентами гідравлічної системи є:

• привід-поршень
• гідророзподільник
• масляний фільтр
• аварійний клапан скидання тиску (запобіжний)
• насос
• резервуар

Найбільш важливим компонентом будь гідравлічної системи є рідина, яку містить система. Властивості, які вимагаються від гідравлічних рідин, розглянемо нижче. В основі будь-гідравлічної системи знаходиться насос. Найбільш часто використовується один з трьох типів насосів: шестеренні, пластинчасті або поршневі насоси. Принципи роботи насосів цих типів наводяться нижче.

Привід або гідравлічний мотор є основним компонентом  системи, в якому механічна робота виконується за допомогою руху гідравлічної рідини. Найпростішими двигунами  є лінійні приводи, в яких рідина чинить тиск на поршень циліндра. Лінійні  приводи можуть використовуватися  для створення руху тільки в одному або двох напрямках. Обертальний  рух можна отримати за допомогою  гідравлічних моторів, які аналогічні насосам, але принцип їх дії протилежний. Рідина подається в пристрій під  тиском і виконує механічну роботу, повертаючи вал.

Клапани використовуються в  гідравлічних контурах для регулювання  робочого тиску (яке визначає навантаження для переміщення), напрямок потоку (б  напрям руху) і витрата (визначає швидкість  перенесення навантаження).

 Іншими важливими компонентами  є резервуар (або бак) і фільтри.

Шестеренні і пластинчасті гідравлічні насоси. Шестеренні насоси компактні, механічно прості і відносно дешеві. Вони часто використовуються в пристроях низького тиску (500 фунтів на квадратний дюйм / 34 бар) невеликих пересувних пристроїв, наприклад в землерийних машинах або екскаваторах. Шестерневий насос зовнішнього зачеплення складається з пари зубчастих коліс, що обертаються всередині щільно приганяє корпусу.

Зовнішній вал приводить  в дію одне зубчасте колесо, яке, в свою чергу, приводить в дію  інше зубчасте колесо пари і обертає  його в протилежному напрямку. При  обертанні зубчастих коліс рідина всмоктується з одного боку, переноситься по окружності корпуса в западинах  між зубами зубчастих коліс і, в кінцевому підсумку, виштовхується  з іншого боку. (Синім кольором зображена  всмоктується рідина, червоним - виштовхується)

Пластинчасті насоси широко поширені, так як компактні і при  однаковому тиску можуть нагнітати  більшу кількість рідини в порівнянні з шестеренними насосами. Ці насоси часто використовуються в промисловому устаткуванні при тиску до 1000 фунтів на квадратний дюйм / 68 бар.

Найпростіший пластинчастий  насос має циліндричний ротор, який встановлюється в циліндричному  корпусі зі зміщенням відносно центру. У роторі встановлено ряд пластин, які можуть входити і виходити з пазів при обертанні. Коли ротор  обертається, обсяг між суміжними  пластинами поперемінно то збільшується, то зменшується. Рідина всмоктується насосом  в те місце, де відстань між ротором  і корпусом збільшено, потім переноситься по окружності корпуса і виштовхується  там, де це відстань мінімально.

Пластинчасті насоси висувають  підвищені вимоги до мастильних властивостям гідравлічної рідини. Це відбувається через контакт сталевих поверхонь  пластин, що ковзають по поверхні стопорного (статорного) кільця.

Поршневий гідравлічний насос. Поршневі насоси можуть створювати набагато більш високий тиск (3000 фунтів на квадратний дюйм / 206 бар і вище), а також забезпечувати вищу швидкість потоку в порівнянні з шестеренними і пластинчастими насосами.

Поршневі насоси часто  використовуються в стаціонарних та великих за величиною пересувних пристроях.

Тут розглядається часто  використовуваний тип поршневого насоса, а саме аксіально-поршневий насос, який має ряд поршнів, устанавленних  навколо осі блоку циліндрів. Поршні сполучені з диском, який встановив під кутом до блоку таким чином, щоб при обертанні диска поршні вдвигаться в свої циліндри і висувалися з них, відповідно всмоктуючи і виштовхуючи рідина.

 

Типові проблеми гідросистем

 

70% відмов гідравлічних  систем виникає через стан  масла. 40% таких відмов має безпосереднє  відношення до експлуатаційних  якостей масла, 60% пов'язані з чистотою  масла. (Знос - метали, розкладання масла  - загальне кислотне число, в'язкість,  ІЧ-спектр, піноутворення та іржавіння,  забруднення - повітря, вода, бруд, шлами, інші рідини і т.д.)

5 найважливіших проблем  гідравлічних систем і робочих  рідин:

• стійкість гідравлічного масла до окислення - забезпечує більш тривалий експлуатаційний ресурс робочої рідини і і вузлів / компонентів системи
• висока температура - термічна стабільність - забезпечує підвищену чистоту і більш тривалий експлуатаційний ресурс робочої рідини і устаткування при високих робочих температурах
• обводнення - гідролітична стабільність - забезпечує збереження експлуатаційних характеристик при наявності в системі води, захист деталей системи від хімічного впливу і корозії
• захист від зношування - забезпечує захист деталей системи, збільшуючи термін їх служби
• тонко дисперсні забруднення - фільтрованість - дозволяє використовувати ультра тонкі фільтри навіть за наявності води і хімічних забруднювачів, що сприяє роботі системи в умовах підвищеної чистоти.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РОЗДІЛ 2. ОСНОВНІ  КРИТЕРІЇ ТА МЕЖІ ЗАСТОСУВАННЯ СПОСОБІВ РЕГУЛЮВАННЯ ПАРАМЕТРІВ РОБОТИ ГІДРОСИСТЕМ.

 

2.1. Класифікація технічних гідравлічних систем

 

В даний час не існує  якоїсь єдиної класифікації технічних  гідравлічних систем. Пов'язано це як з проблемами об'єднання величезного  різноманіття ТГС, так і з відсутністю  єдиного підходу до аналізу гідравлічних систем в різних галузях науки  і промисловості. Проблеми об'єднання  зусиль вчених у дослідженні загальних  завдань функціонування складних систем і складових їх елементів позначилися  і на результатах в аналітиці  ТГС.

На даному етапі розвитку аналізу гідросистем підхід до окремих  системам або їх варіацій домінує  над універсальним аналізом усієї  маси ТГС і складових їх елементів. Наприклад, системи водопостачання, як найбільш часто використовувані  в життєдіяльності людини, не могли  залишитися непоміченими в плані  аналізу і моделювання. Однак  їх аналіз має, як правило, абстрагований  математичний характер. Причиною тому став відрив досліджень від реальних фізичних об'єктів, що становлять гідросистеми, і перенесення уваги на системні закони, що мають в ТГС явну спільність з теорією електричних ланцюгів. Доказом такого положення можуть служити показники багатьох вітчизняних моделей систем тепло-, газо-і водопостачання ([4,5,9,12,50,113], а також зарубіжних CAD систем:

- Моделювання насосів  і компресорів допомогою завдання  фіксованих числових значень  «активних напорів» у вузлах  схеми, що не відповідає реальному  впливу таких об'єктів на потік текучого середовища;

- Приведення структурних  схем гідросистем до зацикленість (замкнутому) увазі, що призводить  до далеко не завжди адекватного  сходству ТГС з електричними колами;

- Запровадження поняття  «джерел» і «приймачів» текучого  середовища з фіксованими величинами  витрати, які задаються перед  моделюванням і відводять результати  імітації від головної мети  «передбачення поведінки системи»  з огляду на те, що ці витрати  явно залежать і від внутрішніх  параметрів моделюється гідросистеми;

- Розгляд схем ТГС в  двовимірної сітці без урахування  ділянок безнапірного течії рідини;

- Облік регуляторів витрати  і тиску тільки з позиції  нереального ідеалізованого випадку сталості регульованих величин;

- Неможливість обліку  об'єктів з довільною гідравлічної  характеристикою (позаробочих режимів насосів, свердловин і т.п.);

- Необхідність знання  режиму хоча б в одному об'єкті  ТГС, що також веде моделювання від головної мети - імітації.

Конструкції і властивості  ТГС вельми різноманітні. Так, розглядаючи  два гідросистеми водопостачання в  різних галузях, ми бачимо, з одного боку, величезну подібність в елементах, складових їх, а з іншого - відмінності  в структурі, типорозмірах об'єктів, режимах та на інших показниках.

Такі приклади можна знайти серед усього безлічі як галузевих, так і локалізованих гідросистем, що є частиною одного технологічного модуля. Візьмемо дві ТГС:

1) охолодження двигуна  внутрішнього згоряння, що складається  з насоса, патрубків, двигуна - нагрівача, радіатора - охолоджувача;

2) охолодження ядерного  реактора, що складається також  з насосів, труб, нагрівача і охолоджувача.

Як видно, ці ТГС подібні  і служать одним і тим же цілям, проте вони різні за складністю, структурі і параметрам складових елементів.

Класифікувати гідросистеми можна по безлічі формальних і  базових критеріїв, таких, як характер і тип структури, має штабність, певні властивості елементів, цілить і завдання функціонування і т. д. Вибираючи формальні критерії поділу, ми маємо на увазі приватну (допоміжну) класифікацію, наприклад, за ступенем складності структури або по робочому тиску текучого середовища. Допоміжні класифікації необхідні для інженерних завдань, однак вони не дають уявлення про основні подібності і розходження представників класифікації. Найбільш цікавим з точки зору наукового аналізу є пошук базових (природних) критеріїв поділу класифікації об'єкта.

Тут автором була зроблена спроба знайти деякі критерії поділу гідросистем, які дозволили б  отримати структуру класифікації, близьку до природної.

Багато ТГС включають  в себе величезну кількість гідравлічних підсистем, службовців різним цілям: очищенню текучого середовища, змішуванню текучих  середовищ, нагріванню / охолодженню  і т.п, а значить, будуть мати величезне  безліч формальних ознак, що характеризують їх властивості.

Розглядаючи кожну ТГС  як ізольовану в ієрархії систем, можна  помітити, що одним з важливих властивостей ТГС є характер вирішуваних нею  завдань. Наприклад, такими завданнями можуть бути транспортування текучих  середовищ, перенесення (передача) енергії  за допомогою текучої середовища, поділ на фракції чи зворотне тому - змішування середовищ. Дійсно, гідравлічні  системи необхідні для вирішення  вузького кола завдань, проте в поєднанні  з іншими системами (технологічним  обладнанням) ними досягаються певні  цілі або вирішуються більш складні  задачі.

Тут важливо чітко відокремити  завдання, які вирішуються ТГС, від  цілей, яким вони служать. В якості прикладу розглянемо ТГС буріння свердловин. Відомо, що метою цієї системи в разі роторного буріння є винос шламу з бурового забою. Якщо розглянути вплив бурового розчину на шлам в процесі його підйому на поверхню, то стає ясно, що цей процес є транспортуванням текучого середовища спільно із зруйнованою породою. Як видно, тут завданням ТГС є змішування текучої і твердої середовищ і їх спільна транспортування до місця очищення. Якщо ж розглядати буріння з застосуванням турбобуров, то тут завдання ТГС ускладнюється передачею гідравлічної енергії турбобура.

Метою функціонування ТГС  міського водопостачання є доставка води до кожного споживача, а завданням - транспортування текучого середовища.

У ТГС ППД основною метою  є підтримка пластового тиску  за допомогою заміщення відібраної текучого середовища водою. В даному випадку видимої завданням є передача енергії засобом текучого середовища пластової системі. У процесі нагнітання води в пласт спостерігається не тільки компенсація падіння тиску і трансформація енергії нагнітається води в енергію пружності пластової системи, але і спільна фільтрація води і нафти до дреніруемих зонам пласта, а потім до вибоїв видобувних свердловин. Інакше кажучи, вода, крім передачі енергії пластової системі, бере участь і в фільтрації, що свідчить про те, що завданням ТГС ППД є транспортування текучого середовища з одночасною передачею енергії.

Наступним важливим чинником відмінності ТГС є характер використовуваної робочої текучого середовища. Тут  можна виділити, принаймні, два типи текучого середовища: однофазних і  багатофазних. Так, в ТГС буріння  робоча середу є багатофазної зважаючи на вміст у ній твердих домішок, які мають великий вплив на її експлуатаційні показники. У ТГС  ППД, водопостачання, охолодження і  т.п. робочі рідини є однофазними. Умови  експлуатації ТГС з однофазними  текучими середовищами є більш м'якими  порівняно з гідросистемами, що використовують багатофазні середовища. Склад текучого середовища також важливий для моделювання  течії. Багатофазні текучого середовища істотно ускладнює як математичні, так і гідравлічні основи моделювання  ТГС.