Issuu on Google+

СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ 1’2014

1(101)2014

СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ

ТЕХНИКА

ШАГАЮЩИЕ ЭКСКАВАТОРЫ

ИЗДАТЕЛЬСКИЙ ДОМ «СТТ»

ТЕХНИКА

ВИБРОПЛИТЫ КОМПЛЕКТУЮЩИЕ

ОБУЧЕНИЕ

ИСТОРИЯ

çÄëéëçõÖ ëíÄçñàà

éëçéÇçõÖ ëÇéâëíÇÄ êÄÅéóàï ÜàÑäéëíÖâ

äéëíêéåëäéâ ùäëäÄÇÄíéêçõâ áÄÇéÑ

18+


НОВОСТИ/СОБЫТИЯ АНАЛИТИКА ТЕХНИКА ОБЪЕКТ ОПЫТ КОМПЛЕКТУЮЩИЕ ОБУЧЕНИЕ

48

НАСОСНЫЕ СТАНЦИИ Насосные станции – это модульные установки, предназначенные для подачи рабочей жидкости в гидросистемы различного стационарного оборудования и отдельные контуры самоходных машин. Модуль насосной станции содержит практически все компоненты гидропривода, кроме исполнительных гидроцилиндров или гидромоторов.

ç

асосные станции (НС) широко используются для привода домкратов, ручного инструмента статического и динамического принципов действия, всевозможных агрегатов, металлорежущих и деревообрабатывающих станков, целевого гидравлического оборудования, применяемого в различных областях промышленности, испытательных и технологических стендах. На рис. 1 показаны типовые НС. Специальные исполнения НС применяются в системах для принудительной подачи смазки (жидкой и консистентной) в подшипники и шарниры тяжелого силового оборудования и мощной мобильной техники. В наземных самоходных машинах мало места, поэтому блоки питания не могут состоять из одного компактного модуля. Насосная группа устанавливается на валу дизельного двигателя, а гидрокомпоненты для очистки, хранения, охлаждения рабочей жидкости (РЖ), нагнетания ее к гидродвигателям и управления движением рассредоточены по всей машине. Вместе с тем у некоторых машин гидравлическая жидкость используется также для смазки редукторов и других узлов. Однако отдельные виды мобильной техники оснащаются компактными модульными насосными станциями для привода оборудования с коротким временем работы (небольшие самосвалы, бортовые подъемники грузовиков и т.п.) или обеспечения безопасного завершения работы машины в нештатных ситуациях (опускание стрелы крана, рабочей люльки коленчатого подъемника и т.п.). Малогабаритные НС широко применяются и в стационарном оборудовании для автоматического открывания ворот, дверей, привода противопожарных устройств, небольших станков, прессов и т.п. В зависимости от требований министанции питаются от бортовой электро-

>>> Рис. 1. Насосные станции «Энерпром» а) для инструмента; б) для станков

ИСТОРИЯ

а

СТТ 1’2014

б

сети машины постоянного тока (12 или 24 В) или переменным током (одно/трехфазным). На рис. 2 показаны насосные мини-станции с различными видами электродвигателей. НС обеспечивают расход РЖ от самых минимальных зна-чений до нескольких сотен литров в минуту. Развиваемое давление может достигать от 1,0 до 80,0 МПа, а в станциях специального назначения от 100,0 до 500,0 МПа. НC могут выполняться многопоточными, а каждый контур – иметь различные гидравлические параметры. В настоящее время многие специализированные компании проектируют НС с помощью гибкого программного обеспечения, разработанного для удовлетворения технических требований различных систем. Все НС состоят из следующих основных блоков: рама, гидравлический бак, первичный двигатель, насос или насосная группа, клапанно-регулирующая аппаратура, фильтры, манометры, теплообменник, электрическая система. В некоторых НС используются элементы пневматики.

ê‡Ï‡ Существуют рамные и безрамные конструкции НС. Рамные конструкции в основном применяют в переносных, мобильных, передвижных НС, т.е. когда они постоянно меняют место проведения работ. В целях защиты от пыли, абразива, атмосферных осадков и т.п. рамные конструкции часто облицовывают панелями, поэтому они имеют вид бокса. Рама является элементом защиты НС от внешних случайных механических воздействий. На раме устанавливают гидробак, насосный агрегат, гидрокомпоненты и другие комплектующие изделия. В безрамных конструкциях основанием является гидравлический бак, к которому жестко крепятся ножные опоры. Часто их закрепляют на полу цехов или фундаменте. Комплектующие изделия крепят к верхней крышке гидробака, а некоторые – к его боковым стенкам. Рамы изготавливаются из нержавеющих или конструкционных сталей обыкновенного качества. Рамы переносных и небольших подвижных НС выполняют из легких алюминиевых сплавов.

Корнюшенко С.И., доктор наук, профессор РАЕН

PUMPING STATIONS Kornyushenko S.I., RANS professor

In the article is given a determination of pumping stations, their purpose, various types, principle structures are shown, their main hydraulic components are listed. Here is considered a structure of hydraulic tanks, recommendations on their design, a layout of hydraulic components and the most important elements, a volume choice are given, an algorithm of thermal calculation is cited. Main types of prime movers for pump drives are described, used stationary and remote control systems are shown, their classification is given.

а

б >>> Рис. 2. Насосные мини-станции: а) с электродвигателем постоянного тока; б) с электродвигателем переменного тока На рис. 3 показаны примеры рамных и безрамной конструкций НС.

ÉˉÓ·‡Í Гидробаки являются частью группы компонентов в конструкциях НС. Хотя на гидробаки не распространяются никакие стандарты, каждый производитель изготавливает их на основании общих технических требований, предъявляемых к оборудованию, работающему от НС. Гидробаки не только являются резервуаром для хранения РЖ, они также обеспечивают ее охлаждение и в определенной степени осаждение примесей. Хотя их конструкция и комплектация гидрокомпонентами зависят от типа гидросистемы, гидробаки имеют общие особенности. Остановимся на них. Гидробаки обычно имеют форму параллелепипеда и изготавливаются из окра-


>>> Рис. 5. Схема движения слоев жидкости в простых и оснащенных сепараторами гидробаках Разделитель состоит из стального листа, его высота равна величине максимального уровня жидкости. В нижней части выполнено окно размером в 2/3 его высоты. В окне устанавливается металлическая сетка с площадью ячеек 5 мм2. При течении слоев жидкости через сетку из нее выделяются пузырьки нерастворенного воздуха, которые поднимаясь на поверхность, образуют масляную пену. Если сетка окажется на уровне или выше поверхности гидравлического масла, образующаяся на поверхности пена начнет поглощаться рабочей жидкостью. Если же в верхней части (1/3 высоты листа) находится сплошной лист, сама жидкость будет обеспечивать гашение пены. Не устанавливают сепараторы вблизи отвода воздуха. Сливные и всасывающие патрубки устанавливают на верхней горизонтальной крышке гидробака. В некоторых исполнениях допускается располагать их на боковых стенках. Патрубки крепятся к крышке резьбовым соединением с использованием упругих прокладок, которые помимо уплотнения снижают вибрации, вызываемые работой насоса. Сварка категорически не рекомендуется. Всасывающий патрубок располагается на максимально возможном расстоянии от сливного и дренажного, предпочтительно у противоположной стенки. На рис. 7 показана схема рекомендуемых размеров и расположения патрубков. Если всасывающий патрубок не содержит фильтра или расположен на погруженном в РЖ насосе, его конец должен находиться на глубине 80-100 мм ниже уровня гидравлического масла. Вместе с тем расстояние от дна бака до конца всасывающего патрубка не должно быть меньше 1-1,5 его внешнего диаметра.

>>> Рис. 6. Разделитель для удаления избыточного воздуха из рабочей жидкости: 1– металлическая сетка; 2 – стальной лист; 3 – уровень жидкости

Такая глубина погружения исключает всасывание воздуха, а нижний зазор между патрубком и дном предотвращает втягивание осевших загрязнений. Конец всасывающего патрубка должен иметь скос под острым углом не более 45° и ориентирован поверхностью среза к стенке бака. Острый угол патрубка образует эллипс и увеличивает площадь всасывания, что приводит к постепенному росту ускорения неподвижной РЖ, которая достигает максимальной скорости в его уменьшенном круглом сечении. В результате снижается перепад давления при всасывании. При наличии фильтра на конце всасывающего патрубка действуют те же рекомендации (100 мм ниже уровня жидкости и 1-1,5 диаметра фильтра над дном бака). Если фильтр расположен под прямым углом к всасывающей трубе (в горизонтальной плоскости), его входное отверстие должно быть ориентировано к стенке бака для предотвращения засорения. Если конец сливного патрубка находится выше уровня РЖ в баке, падающий поток вызывает большую турбулентность, насыщая масло излишним количеством нерастворенного воздуха. Конец сливного патрубка должен также иметь скос не

>>> Рис. 7. Схема предпочтительных размеров и расположения патрубков

СТТ 1’2014

НОВОСТИ/СОБЫТИЯ АНАЛИТИКА ТЕХНИКА

шенной листовой стали. Небольшие баки, емкостью до 50-70 литров, часто изготавливаются из легких сплавов и различных пластмасс. Материал и краски, используемые для изготовления гидробаков, должны быть химически совместимы с рабочей жидкостью. В безрамных конструкциях многих НС боковые листы баков имеют продолжение со сгибами на угол 90° вовнутрь или наружу и служат в качестве опор. Во избежание внешних утечек целесообразно под баком установить поддон. Дно бака должно быть наклонным или выпуклым. В самой нижней точке дна устанавливается кран или быстросъемная заглушка для слива образовавшейся воды, удаления загрязнений или РЖ при ее полной замене. Между полом и дном бака необходимо оставлять свободное пространство для обеспечения вентиляции. В боковых стенках гидробаков большой емкости выполняют квадратные или круглые люки для осмотра и очистки внутренних поверхностей при выполнении технического обслуживания или ремонта НС. Они крепятся к стенке болтами с обязательной уплотнительной прокладкой (рис. 4). Внутри гидробаков большой емкости целесообразно размещать сепараторы (разделители). Они изготавливаются из стального листа и устанавливаются в поперечном положении между сливным и всасывающим патрубком. Высота сепараторов должна быть на 1/3 короче нормального уровня жидкости. При движении от сливного патрубка до всасывающего жидкость вынуждена огибать сепараторы, увеличивая длину своего пути. Этот процесс уменьшает турбулентность жидкости в области всасывания, способствует лучшему теплообмену со стенками бака, более интенсивному оседанию механических загрязнений на дно. Схема движения слоев жидкости в простых и оснащенных сепараторами гидробаках показана на рис. 5. Если, несмотря на все принятые предосторожности, относительно большое количество воздуха по-прежнему находится в РЖ, в гидробак следует установить специальный разделитель, который легко можно изготовить в каждой мастерской. Такая схема показана на рис. 6.

>>> Рис. 4. Люки на баках насосных станций

ОБЪЕКТ

>>> Рис. 3. Рамные и безрамная конструкции насосных станций: а) рамная; б) рамно-боксовая; в) безрамная

ОПЫТ

в

КОМПЛЕКТУЮЩИЕ

б

ОБУЧЕНИЕ

а

ИСТОРИЯ

49


НОВОСТИ/СОБЫТИЯ ОБУЧЕНИЕ

КОМПЛЕКТУЮЩИЕ

ОПЫТ

ОБЪЕКТ

ТЕХНИКА

АНАЛИТИКА

50

<<< Рис. 8. Типовое расположение гидрокомпонентов насосных станций общего назначения 1 – технологический люк; 2 – уплотнение; 3 – минимальный и максимальный уровни жидкости; 4 – верхняя отбортовка (поддон) для сбора проливаемой жидкости; 5 – сепаратор; 6 – заливная горловина; 7 – сапун; 8 – дренажная труба; 9 – сливной фильтр; 10 – термометр; 11 – индикатор уровня жидкости; 12 – сливная пробка; 13 – нижнее корыто для сбора проливаемой жидкости более 45°, быть ориентированным к стенке бака и погруженным на 50-100 мм ниже минимального уровня РЖ. Многие исполнения гидробаков комплектуются сливным фильтром, расположенным на верхней крышке или боковой стенке. Патрубки дренажных и сливных управляющих линий должны заканчиваться над свободной поверхностью РЖ, выше ее максимального уровня. В противном случае столб жидкости создает хоть и небольшое, но дополнительное сопротивление, которое негативно влияет на чувствительные контуры гидросистемы. Крышка гидробака немного утоплена относительно верхних концов боковых стенок. Они образуют поддон для сбора РЖ, попадающей туда в результате непредвиденных утечек, розлива масла при техническом обслуживании или его пополнения. На верхней крышке бака, рядом с всасывающим патрубком, сливными и дренажными трубами, устанавливаются основные гидрокомпоненты. На рис. 8 показано типовое расположение гидрокомпонентов для небольших и средних НС общего назначения. В некоторых насосных установках баки дополнительно оснащаются: термостатом; краном, установленным на определенном уровне боковой стенки для слива осажденной воды и других загрязняющих жидкостей, плотность которых выше плотности гидравлического масла; дополнительным фильтром; другими устройствами.

ИСТОРИЯ

é·˙ÂÏ „ˉÓ·‡Í‡ Объем РЖ в гидробаке должен быть в 2-3 раза больше максимальной минутной производительности насоса. В отдельных гидросистемах он может быть в 5 раз СТТ 1’2014

выше. Например, при максимальной производительности насоса 50 дм3/мин гидробак в нерабочем режиме насосной установки должен содержать 100-150 литров РЖ. Эти требования распространяются на обычные НС, работающие в прерывистых режимах в условиях средних температур окружающего воздуха. При непрерывных режимах работы объем РЖ должен быть увеличен в 2-3 раза, в нашем примере он составит 200-300 литров. Однако количество РЖ не определяет полный объем гидробака. Необходимо учитывать ее расширение во время работы гидропривода, а также факторы использования в системе одноштоковых гидроцилиндров, когда при работе штоковой полости уровень в баке повышается, а при работе поршневой – понижается. Поэтому необходимо обеспечить достаточный воздушный зазор между максимально возможным уровнем РЖ и верхней крышкой бака. Важно отметить, что в ряде случаев потребители НС заказывают гидробак с большим объемом РЖ, часто превышающим расчетные значения и рекомендации. Первоначальная стоимость гидравлического масла, конечно, увеличивается, но сокращаются эксплуатационные расходы. Рабочая жидкость медленнее загрязняется, изнашивается, при прерывистых режимах работы она лучше охлаждается, и в таких случаях часто не требуется теплообменник. Величину расширения РЖ всегда можно легко определить из таблиц или соответствующих коэффициентов, предоставляемых производителями масел. Отвод тепла поверхностью бака рассчитывается по нижеприведенной формуле. Она справедлива только для параллелепипедов с пропорциональными сторонами от 1:1:1 до 1:2:3.

Здесь: Vб – полный объем гидробака (л); кДж – количество теплоты, рассеиваемое гидробаком; 4,1868 – коэффициент перевода кДж в ккал (1 ккал = 4,1868 кДж); t1 – температура РЖ (OС); t2 – температура окружающей среды (OС). Эмпирически показано, что 1 м2 поверхности бака при перепаде температур в 40OС (между рабочей жидкостью и окружающей средой) рассеивает тепловой поток, равный 400 Вт. Напомним, что 1 Вт = 0,86 ккал/ч.

é˜ËÒÚ͇ ÓÚ Á‡„flÁÌÂÌËÈ Твердые и жидкие загрязнения, растворенные в РЖ, удаляются вместе с ней при замене масла. Для слива отработанной жидкости необходимо открыть пробку в самой нижней точке дна гидробака. Слив масла производится в закрытые емкости, которые затем утилизируются специальными службами. Открыв технологические люки, вручную, с помощью шпателей, удаляют загрязнения с боковых стенок и дна бака. Затем внутренние поверхности моются и обезжириваются раствором, химически совместимым с краской бака. Заливка новой жидкости производится насосом через фильтр с рекомендуемой степенью фильтрации 10 мкм.

燉‰Û‚ Наддув в гидробак производят в двух случаях: – устранение кавитационных явлений; – блокирование попадания загрязнений из внешней среды. Некоторые насосы не обладают самовсасывающими свойствами. Если насос расположен выше уровня РЖ в гидробаке, в его всасывающей линии может возникать кавитация – выделение из жидкости пузырьков воздуха, пагубно влияющее на металлические поверхности насоса. Для исключения этого явления необходимо создать положительный перепад давления РЖ на всасывании. С этой целью в герметичный гидробак нагнетают воздух под избыточным давлением, рассчитанным из условий всасывания насоса и обычно составляющим 0,3-0,5 МПа. Воздух нагнетается компрессором или другим устройством. Предохранительный клапан обычно устанавливается на боковой стенке бака значительно выше максимального уровня РЖ. Во избежание чрезмерного окисления РЖ воздух может быть заменен инертным газом (азотом).


>>> Рис. 10. Переносные насосные станции с бензиновым и дизельным двигателями

СТТ 1’2014

ОБЪЕКТ

Управление технологическими процессами осуществляется с пульта, расположенного непосредственно на НС, или с выносного устройства (рис. 12). Выносные пульты для дистанционного управления гидрораспределителями НС в зависимости от предъявляемых технических требований могут иметь различные функции и конструкции. Например, пульты педального управления предназначены для работы с оборудованием, требующим выполнения оператором определенных технологических процессов руками. По специальным требованиям НС оснащаются многокнопочными пультами дистанционного управления любой конфигурации, а также блоком радиоэлектронного беспроводного управления. Системы управления НС можно классифицировать следующим образом. СУЭ – Система управления электрическая: – управление в ручном режиме с пульта оператора; – визуальная индикация режимов (лампы, контрольно-измерительные приборы). СЭМ – Система электронного мониторинга: – управление в ручном режиме с пульта оператора; – визуальный контроль всех параметров оборудования на графическом дисплее с мнемосхемой объекта испытаний. СЭР – Система электронной регистрации: – СЭМ с дополнительной возможностью ведения архива испытаний с выводом на ПК или USB накопитель (флешка). КСУ – Компьютеризированная система управления: – СЭР с дополнительной возможностью автоматизированного управления процессами испытаний и вводом параметров с тактильной панели оператора.

ОПЫТ

>>> Рис. 12. Стационарный и выносной пульты насосных станций

Выше было отмечено, что привод насосов в станциях, как правило, осуществляется электродвигателями постоянного (в мини-станциях) или переменного тока. Однако в полевых условиях или на строительных площадках и объектах, на которых отсутствует система электроснабжения, используются НС с двигателями внутреннего сгора��ия (бензиновыми или дизельными). Часто такие НС служат

ëËÒÚÂÏ˚ ÛÔ‡‚ÎÂÌËfl

КОМПЛЕКТУЮЩИЕ

>>> Рис. 11. Насосная станция с пневмоприводом

èÂ‚˘Ì˚ ‰‚Ë„‡ÚÂÎË

для привода специального оборудования и ручного гидравлического инструмента. На рис. 10 показаны переносные НС с бензиновым и дизельным двигателями. Для работы гидравлического инструмента и оборудования на взрыво- и пожароопасных предприятиях или объектах используют НС с пневмоприводом. В них насос приводится пневмодвигателем, питающимся от компрессора или пневмосети предприятия. На рис. 11 показана насосная станция с пневмоприводом.

ОБУЧЕНИЕ

Степень подогрева РЖ зависит от ее теплопроводности. Высокая температура гидравлического масла ухудшает его физические свойства. Чтобы не перегревать рабочую жидкость в локальной области вблизи расположения ТЭНов, в баке необходимо установить мешалку. Она обеспечивает циркуляцию и равномерное распределение температуры во всем объеме гидравлического масла, препятствуя отдаче тепла свыше 0,6 Вт/см3 (плотность теплового потока). Для подогрева РЖ не требуется большой энергии. В гидробаке с хорошей теплоизоляцией ТЭН мощностью 0,5 кВт, погруженный в 100 кг гидравлического масла, нагревает этот объем на 10OС в течение одного часа. Хотя гидравлические баки НС обладают большой площадью поверхности, они часто не в состоянии охладить рабочую жидкость до требуемых температур. Это прежде всего относится к гидросистемам с интенсивной эксплуатацией. Для охлаждения РЖ НС оснащают водомасляными или воздушномасляными теплообменниками, которые сохраняют тепловой режим неизменным и, следовательно, обеспечивают постоянной эффективность гидросистемы. Обычно теплообменники устанавливаются вне бака.

ИСТОРИЯ

НС для гидравлического оборудования цементных, кирпичных заводов и других производств, землеройно-транспортные, строительные, сельскохозяйственные машины работают в пыльной среде. В таких условиях воздушные фильтры-сапуны быстро засоряются. Чтобы защитить гидробак от попаданий в него внешних загрязнений, необходимо использовать мощные дыхательные фильтры или применить наддув. Расход поступающего воздуха должен обеспечить избыточное давление в баке при самом низком уровне масла, т.е. когда исполнительные гидродвигатели потребляют максимальный объем РЖ. Вместо воздуха часто используется азот. При запуске и работе НС в условиях низких, особенно отрицательных температур вязкость РЖ высокая. Она ухудшает работу всех гидрокомпо-нентов и даже может повредить насос. Чтобы обеспечить приемлемую вязкость РЖ в этих условиях, ее необходимо подогреть. С этой целью в гидробак устанавливают один или несколько электрических нагревательных элементов (ТЭН). Они состоят из протяженной нагревательной трубки, внутри которой установлена спираль с большим электрическим сопротивлением. С целью уменьшения габаритов нагревательная трубка несколько раз согнута на угол 180O таким образом, чтобы ее фрагменты располагались параллельно друг другу. Концы трубки крепятся к небольшой металлической коробке, в которой электроспираль соединяется с подводящими клеммами. Коробка через герметичное уплотнение крепится к стенке гидробака ( рис. 9). Чтобы включать или отключать ТЭН при достижении установленных температур, на стенке гидробака устанавливают термостат (рис. 9).

ТЕХНИКА

АНАЛИТИКА

>>> Рис. 9. Установка ТЭНа и термостата в гидробаке

НОВОСТИ/СОБЫТИЯ

51


Pumping stations