在轴向柱塞泵中添加航天飞机可以大大提高整体效率。
罗宾Mommers和珀斯Potma•彼得•Achten INNAS BV,布雷达,荷兰
鉴于今天的努力限制全球变暖,拥抱一个碳中性的未来,有一个高度关注提高工业和移动设备的效率及其潜在的流体动力系统。浓厚的兴趣的一个领域包括减少损失液压泵和马达。
![图显示的三个九A4FO28-pump的活塞和气缸。各缸连接到两个航天飞机,作为中间缸的显示。总的来说,修改后的泵有九个航天飞机。](http://www.amiranradtech.com/wp-content/uploads/2023/06/A4FO28-three-cylinders-with-two-shuttles.107.jpg)
图显示的三个九A4FO28-pump的活塞和气缸。各缸连接到两个航天飞机,作为中间缸的显示。总的来说,修改后的泵有九个航天飞机。
液压设备的损失的一部分交换损失,有时被称为压缩损失,而导致的不可避免的和连续的压缩和膨胀过程的位移钱伯斯油泵或电动机。交换损失强烈压力有关,还依赖于其他因素,如类型的油,泵结构,任何压制凹槽的设计和大小。根据操作条件,减刑的损失可达50%的总损失。
研究人员正在调查航天飞机作为一种手段来减少甚至消除这些损失。航天飞机是小个体之间的联系和相邻气缸或位移。每个航天飞机由一个小气缸有两个座位,一个两端,包含一个小的球。航天飞机来回球可以移动内缸,而球移动,石油流动的航天飞机。航天飞机首次引入了液压变压器,在2021年,提出了在泵和马达作为解决方案。
工程师INNAS最近检查航天飞机的影响在效率上固定排量拖鞋从博世力士乐泵型,这是测试,没有航天飞机。结果表明,增加泵的航天飞机大大增加平均和最高效率在一个广泛的速度和压力。
航天飞机的基本知识
水压泵操作两个压力水平:供应方面的压力水平低和高压泵出口侧的水平。例如,nine-piston轴向活塞泵开关18压力从一个水平到另一次革命:从低到高压力下死点(BDC)和上死点从高到低压力(TDC)。在3000 rpm,这相当于每秒900开关。
这个转换过程,称为换向,不仅发生在水压泵也在汽车和在固定和可变排量液压变压器——版本。一些泵使用阀门,以促进和启用开关过程,但绝大多数的静水机器使用一个经销商,类似于函数与刷直流电机换向器的。在轴向活塞装置,阀板或端口板充当经销商。类似的组件发现在径向活塞泵和马达,叶片泵,内齿轮油泵和geroler汽车,甚至在齿轮泵。
在一个理想的机器,例如一个理想的轴向活塞泵,活塞运动压缩和扩展了石油。例如在BDC,活塞和汽缸从低压肾脏(kidney-shape港口加工通过阀板)的高压肾脏。在这两个肾脏之间密封的土地。当桶密封端口是关闭的土地,它(一段时间)没有连接到低或高压泵。在这种情况下,进行活塞运动将导致压缩里面的油缸,自密封桶气缸关闭的端口的土地。
![桶的端口,在港口板块移动,有一个弧长为30.2°。在新阀板设计、密封土地长度为15.1 + 28.1 = 43.2°TDC和15.1 + 37.1 = 52.2°的下死点。这是远远大于桶港口的弧长。区别完全可用于压缩和扩张的石油桶缸,即使在最大压力泵运行。之间的距离的低压肾下死点,和高压的肾脏和TDC是15.1°,一半的弧长桶端口。因此,桶的端口关闭完全TDC和下死点位置的活塞。后立即到达两个死中心之一,活塞运动开始压缩(BDC)或扩张(TDC)的油缸。](http://www.amiranradtech.com/wp-content/uploads/2023/06/Image-2_Innas-Fig.-2-old-and-new-valve-plates-copy.jpg)
桶的端口,在港口板块移动,有一个弧长为30.2°。在新阀板设计、密封土地长度为15.1 + 28.1 = 43.2°TDC和15.1 + 37.1 = 52.2°的下死点。这是远远大于桶港口的弧长。区别完全可用于压缩和扩张的石油桶缸,即使在最大压力泵运行。之间的距离的低压肾下死点,和高压的肾脏和TDC是15.1°,一半的弧长桶端口。因此,桶的端口关闭完全TDC和下死点位置的活塞。后立即到达两个死中心之一,活塞运动开始压缩(BDC)或扩张(TDC)的油缸。
在这个理想的泵,密封周围BDC需要准尺寸,这样压缩停止正是此刻当桶缸的压力水平达到的压力水平高压肾脏。如果密封土地太短,压缩是不够和油缸将开放过早高压肾脏。如果密封的土地太长,高压力峰值。也在TDC的交换区,土地需要密封准尺寸完全正确(即不要太长或太短),以避免短路或空化。
问题是阀板的几何形状和尺寸是固定后生产,而换向的‘理想’时间不能被定义为一个常数。压缩和扩张的数量很大程度上取决于参数的泵压力、体积弹性模量的油,泄漏的数量(以及油温)甚至泵的转速。在目前的泵和马达,制造商接受交换不可能是理想的。作为妥协,相反,大多数整流冲突是软化的沉默凹槽或卸压槽。
阀板的设计和它的沉默凹槽一直是许多研究的主题,因为它决定了噪声、压力脉动转矩的变化,压缩和膨胀损失(变换)。大多数这些概念是为了减少噪音的泵,没有功率损耗。
INNAS在2021年提出了一个更一般的解决方案应用航天飞机在水压泵和马达。理论上,航天飞机可以完全消除整流损失和强烈提高整体效率。解决方案可以应用在任何静压机使用分销商或阀板,适用于固定和可变排量机。
将航天飞机
演示航天飞机对泵效的影响,INNAS专家首先测试标准28 cc博世力士乐A4FO28/32R,固定排量轴向活塞泵没有修改,在宽范围的操作条件。阴谋在不同的速度和效率压力附近的图形所示。
在那之后,泵适应把航天飞机:
- 之间的连接(航天飞机途径)是每一对相邻气缸筒;
- 新的阀板设计和制造,没有沉默凹槽,但大的密封的土地;
- 球面轴承表面的新港口板块和桶叠合在一起来匹配两个表面配置文件。
除了新阀板和适应的桶,所有其他组件都不变。通过这种方式,任何影响测量只能归因于航天飞机和新阀板。
与原始A4FO28不是为航天飞机设计,安装到现有的桶是一个挑战。航天飞机必须定位在桶的端口使用压差,而航天飞机需要足够大的体积为0到400之间的任何泵操作栏。最后,航天飞机必须定位,离心力不会影响航天飞机的运动和定位球。
每桶油缸连接到两个航天飞机:一个主要的方向旋转和一个后。航天飞机的球都是4.5毫米直径陶瓷球的质量0.37通用。航天飞机室有一个4.9毫米直径。航天飞机的球使中风航天飞机汽缸内的6毫米,最后位置,球打入一个锥形阀座和作为一个止回阀。
适应桶也是这样设计航天飞机可以改变,允许改变大小、质量或材料航天飞机的球。这是一个妥协的解决方案中,航天飞机的一端有一个90°的角度连接气缸,从而导致一个更大的流量限制,因此,在更高的压力比更可取的差异。
新阀板
一个新的阀板设计也是必要的。新板不依赖沉默沟槽。相反,在顶部和底部密封土地死中心(TDC和BDC)增加。密封的长度的土地是由最大泵压力,应该至少足够大以允许一个完整的压缩(BDC)和全面扩张(TDC)。密封土地甚至可能更大,只要航天飞机是足以弥补任何差异或不匹配。
在操作中,桶港口跨越港口板块。在新的板设计,密封的土地上有一个长度远远大于桶港口的弧长。区别完全可用于压缩和扩张的石油桶缸,即使在最大压力泵运行。之间的距离低压肾脏和下死点,之间的高压肾脏和TDC是弧长桶港的一半。因此,桶的端口关闭完全TDC和下死点位置的活塞。后立即到达两个死中心之一,活塞运动开始压缩(BDC)或扩张(TDC)油缸的内容。
如果比最大泵运行在一个较低的压力,压缩或膨胀后将停止压力桶缸已达到的压力水平下一个肾脏。在这一点上,航天飞机球领先的航天飞机将开始移动,从而避免任何超压或空化。
与积极的新阀板的重叠,旧的阀板有一个负重叠的沉默凹槽。因此,有某种程度的短路。此外,立即桶端口连接到下一个肾脏,导致一个非常高的快速压缩或膨胀压强变化的利率。沉默沟槽限制这些利率在某种程度上,然而利率非常高,不仅在耗散损失在沉默沟槽,也在强大的压力和流量脉动、噪音,甚至气蚀和磨损。
测试结果
泵在INNAS实验室测试后博世力士乐泵规格。所有测试执行与壳牌忒勒斯石油S2 MX46供应温度50°C (±0.5°C)。为了测量在最大允许转速为3750 rpm,供应压力需要1条高于大气压力。
A4FO28在104年测试了不同的操作点,介于50到400酒吧和10至3750 rpm。在稳定状态下所有操作点测量一段10秒0.05秒单独的计量点之间的时间间隔。这些数据均在后处理。试车过程执行每个测试之前,原始和适应泵。
![航天飞机的表总结了主要影响整体效率和损失。](http://www.amiranradtech.com/wp-content/uploads/2023/06/Image-3_Innas-Table-2-overall-efficiency.jpg)
航天飞机的表总结了主要影响整体效率和损失。
在低转速、泵泄漏会大于泵的流量可以交付。在这些情况下,泵不能够维护所需的压力,和一个额外的供应泵用于维护所需的压力水平。在这种情况下,它不再是可能的衡量和定义总体效率。
结果表明,航天飞机和补充新的阀板显著提高泵的性能。最高效率从91.9%上升到96.4%。范围在500 - 3000年间rpm, 100年和400年的酒吧,平均总体效率从90.8%上升到94.3%。
所示的轮廓图附近的代表A4FO28测量的整体效率,没有和航天飞机。50只在酒吧和速度≥3500 rpm没有改进的整体效率。在所有其他情况下,总体效率增加,尤其是在泵的压力超过200条。这是意料之中的,航天飞机减少换向强烈依赖于压力损失。
![这些情节显示A4FO28的总体效率和没有航天飞机。](http://www.amiranradtech.com/wp-content/uploads/2023/06/Image-4_Innas-Fig.-3-efficiency-plots-copy.jpg)
这些情节显示A4FO28的总体效率和没有航天飞机。
最引人注目的结果是在运营速度低于1000 rpm。在这方面,整体效率增加了30%以上。例如在100 rpm和400酒吧,航天飞机增加了整体效率从49.6%提高到75.3%,增加了33.5%。
实验已经证明了航天飞机大大提高整体效率。总损失平均减少41%,60%在高泵压力和转速低。
改善主要是由于减少流体力学的损失。低变换的改进是一个结果的一部分损失,发展航天飞机方案的原因。但测量表明,在减少代偿损失,航天飞机也减少摩擦损失在泵本身,尤其是在低的旋转速度。航天飞机还能减少56%的体积功率损耗和漏极漏平均约70%。体积的减少损失的原因是不确定的。一个“猜”是拖鞋和减少旋转斜盘之间的泄漏。在吸气冲程活塞和拖鞋被远离旋转斜盘。垫板使拖鞋靠近旋转斜盘,从而限制20µm的差距。活塞通过下死点时,活塞和拖鞋回到旋转斜盘。这需要时间,但由于变换几乎是瞬时的,油在高压泄漏通过滑块之间的差距和旋转斜盘的情况下,在拖鞋回到旋转斜盘和身高的差距又减少到几微米。还需要更多的研究来完全解释结果。但测量数据显示明确的积极的航天飞机对泵效的影响。
应该注意的是,这是第一次测试结果的航天飞机在传统泵。我们希望航天飞机可以进一步改善当航天飞机集成在新泵的设计,而不是采用传统的泵。
根据设计原则,航天飞机还在液压马达工作,和在二象限泵/马达。理论上,航天飞机也可能在可变排量机工作。在这些泵和马达,死体积的不利影响是更重要的比固定位移的机器。因此预计,航天飞机可能导致更高的效率改进固定位移比机器。还需要进一步的开发工作和测试在这个方向。
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