當前位置：超高壓增壓器系統[高壓柱塞泵]
為了形成一個超聲速(600~900m/s)的流體連續工況,必須在執行機構(如噴嘴)創造出300~400MPa的超高壓條件,雙作用式增壓器正是將相對低壓的液壓壓力轉變成超高壓水壓的設備。圖4-17為雙作用式(對置式)超高壓增壓器系統圖。
超高壓增壓器是一種強制流體的正排量泵,其輸人能量通過活塞、柱塞機構由工作流體轉變成系統流體。工作流體如液壓油,在壓力下進入動力缸,推動液壓活塞自上死點向下死點運動。與此同時,與之相連接的柱塞使系統液體如高壓缸內的水增壓。水壓與油壓之比同液壓活塞面積與高壓柱塞面積之比一致,這就是所謂的“增壓”或“倍加"。
也就是說,水壓的增加是通過作用于大面積活塞上的低壓油與作用在小面積上的高壓水之間的力平衡實現的。其面積比(增壓比)決定了最大油壓下的最大排出壓力,此時水流量為零。由于增壓器只是轉換固定功率的變換器,因此其輸出流量隨壓力的增加而減少,其梯度同壓力增加值相同。
增壓器的最簡單型式是單作用式,即它有一個液壓活塞和與之相聯的柱塞。系統流體經過低壓進水閥進入高壓腔,再在很高壓力工況下經出水閥排出高壓腔,兩者壓力比也就是增壓器的增壓比。這種單作用增壓器在其每次往復運動中包括各自分開的排出行程和吸入行程,因此其動力形成是非連續的。為了改進輸出動力的連續性,在液壓活塞的另一端再連接第二個柱塞,這就形成了雙作用增壓器。(見圖4-18)。憑借這兩個反向柱塞,當一個處于吸入行程時，另一個正好是排出行程，這樣便在每次往復運動周期中形成了兩次排出行程。在增壓器中,排出動力的連續性以壓力的波動或脈動所表現。
由于種種因素,盡管有了兩個柱塞,雙作用式增壓器仍然在高壓工況下表現出排出壓力的脈動。因素之一是當液壓油自液壓活塞的一側換向到另一側時,柱塞聯動運行的反向引起了死點現象;另一因素是系統流體的初始增壓沒有在排出壓力反映。柱塞運動的死點效應可以通過非常靈敏的止回閥和油換向閥極大地限制,油換向閥的極度靈敏可以使進入增壓器的油液保持連續。系統流體的初始增壓卻不能避免。只能指望在流體壓力達到平衡后,排出止回閥迅速打開,由此盡量縮短系統流體的增壓時間。
在超高壓系統中,由于高壓發生裝置的行程是固定的,因此,必然存在一個換向過程,在換向的瞬間,兩側高壓缸體及低壓單向閥中高壓水流道的承壓情況將產生由零至工作壓力(例如300MPa)或者由工作壓力到零的壓力變化過程,而增壓器換向時間一般為1s左右,具有這種大壓力波動引起的高壓水射流是不具實際應用價值的,為提高超高壓水射流的切割效能,必須設法緩解乃至消除這種壓力波動。因此通常在超高壓系統中我們引入超高壓蓄能器裝置,該裝置是一個容積為1.5L左右的儲水筒體,將其串聯在高壓水路中。與通常采用惰性氣體或氮氣作為蓄能緩沖介質的油壓蓄能器不同的是,超高壓蓄能器采用超高壓水本身作為儲能介質。由于水切割機用增壓器流量一般不大于(2~3L/min),故采用超高壓蓄能器可以很好地緩解超高壓水的壓力波動,實踐證明,超高壓蓄能器裝置可以將超高壓水的壓力波動控制在5%左右,所以高壓單向閥體以及超高壓蓄能器承受的交變應力較小,通常可以按恒壓情形來處理。這樣,在增壓器系統中,高壓缸和低壓單向閥體成為主要承受交變應力的零件,其壽命與其他零件相比要短得多,這種大幅度交變應力的頻率在1Hz左右,所以超高壓零件的失效通常可認為是低周疲勞破壞情形。通常裂紋由材料表面的微觀缺陷開始,一旦裂紋形成,將會快速擴展,直至零件失效。
增壓器是一種定量的置換泵,因此必須設法排放多余的高壓水。
實現低壓控制高壓,通常采用流量可調的壓力補償泵來供應進入增壓器的液壓油。該泵控制的流量與給定尺寸的噴嘴產生所要求排出壓力的流量指標相匹配,因此沒有多余的流量產生。另外,這種液壓泵提供了一種自動補償噴嘴磨損的方法,如同給定壓力下增加工作流量一樣。
當然,這種補償受泵最大流量的限制。再者,如果噴嘴被堵塞,液壓泵立即處于零流量狀態,從而保護系統不會超壓。如果不這樣,而如同高壓泵依靠溢流閥來突然釋放400MPa左右的流體會因溢流的高速度(同噴嘴流速接近)而損壞閥本身。
圖4-19所示為6臺增壓器并聯共用一個旋轉控制閥的系統。
它解決了一臺液壓泵依次供應并控制數臺增壓器動力端油壓的問題當給定扭矩驅動呈“工”字形的旋轉閥旋轉時,閥板上片的孔依次進油,下片的孔依次出油,以此實現多油缸活塞有規律的往復運動。該液壓泵活塞一側為油,驅動活塞排程;一側為氣,驅動活塞吸程。液壓泵功率為30kW,旋轉閥最大轉速150r/min,活塞直徑30mm,柱塞直徑8mm,面積比為14 :1,油壓35MPa,水壓則為420MPa,壓縮氮氣壓力為10MPa,這樣,連續的油壓和水壓基本消除了排出段的壓力脈動。
圖4-20是一種典型增壓器的通用產品結構,1~7是高壓單向閥部件,8~15是低壓單向閥部件,16是高壓缸, 17~20是高壓密封組件,21~38是換向機構,39~42是低壓密封部件,43~49是活塞一活塞桿部件,51是低壓缸體。
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