中高压海水液压泵_马达_试验台的研制.docx

中高压海水液压泵(马达)试验台的研制朱碧海,张铁华,贺小峰,杨曙东,李壮云TheResearchofTest-rigforSeawaterHydraulicPump(Motor)ZhuBi2hai,ZhangTie2hua,HeXiao2feng,YangShu2dong,LiZhuang2yun(华中科技大学机械学院液压与气动技术研究中心,湖北省武汉市430074)摘要:介绍了中高压海水液压泵马达试验台的工作原理、各类阀件的研制情况和水压辅件的选择以及试验台的数据采集测试系统等方面的内容。关键词:水压传动;海水泵马达;水压试验台;水压阀;水压辅件;数据采集中图分类号:TH13715文献标识码:B文章编号:100024858(2002)0320012203近年来,在流体传动领域里水压传动的研究又引起了人们的重视。水压传动技术所展现出的技术优势有利于环境保护和可持续性发展,其应用前景也是前所未有的。特别是应用在有卫生、环保和消防要求的产业部门和技术领域,其效益显著1。华中科技大学研制的中高压海(淡)水液压泵(马达)试验台目前能够满足最高工作压力14MPa,最大流量为100L/min的泵(马达)的试验要求;试验所用介质通常为人工海水或自来水;试验台所用的阀件都是自行研制的。该试验台的研制不仅为泵马达和阀类元件的研制创造了条件,而且还为对水压系统特性进行研究和水压传动系统的应用开发提供实物模型。1试验台的系统原理介绍试验台的系统原理如图1所示。系统中用2台压力控制阀来分别承担系统的调压和限压,手动换向阀作系统卸载用,2个节流阀分别用作旁路节流和背压阀。该试验台中对海水马达加载一般是通过油压系统来实现的,负载大小可通过调节油压系统的系统压力改变,这样负载产生的热量不影响水压系统的温度。水的气化压力随温度的升高而升高很快,减少系统的发热和控制试验温度有利于减轻气蚀,因此试验台还设置了机械反馈式功率回收装置。功率回收不仅可以减少系统的发热,而且还可以减少试验成本和缩短试验周期,特别是对高压大流量的水压元件的寿命试验尤为有利。试验过程中的压力、流量、温度、转矩、转速等数据由计算机自动采集并及时处理和记录有关试验结果。11箱内吸水过滤器21吸入真空调节阀41压力管路过滤器5、61压力调节阀31海水液压泵7、101节流阀81手动换向阀91海水马达111涡轮流量计121回水管路过滤器131冷却器141油压加载泵151油压调节阀图1海水泵马达试验台系统原理图2试验台中各类水压控制阀的研制研制水压试验台的关键问题之一是水压压力阀和流量调节阀的研制。水压阀阀口中水流动的高雷诺数、空化等特征不仅带来了射流冲蚀、气蚀,而且加剧了阀的噪声和阀芯的振动。阀芯和阀套之间的摩擦副的设计也是关系到阀性能的关键因素。本试验台研制的水压控制阀不仅较多地采用了先进的工程陶瓷材料收稿日期:2001207209作者简介:朱碧海(1967—),男,湖北罗田人,在读博士生,主要从事水压传动的基础理论和水压元件的工程应用技术的研究工作。2002年第3期液压与气动13和高分子材料,而且在结构上采用了多级节流的结构形式,对于阀芯的振动问题也采用了专门减振缓冲装置加以解决。图2为应用新型工程材料设计的水压换向阀的结构示意图。该阀阀芯用不锈钢制作,阀套采用工程塑料。为了减轻阀芯台肩对阀套内孔的刮擦,阀套上通流截面不采用环形沉割槽而用周向均布的小孔代替。阀芯和阀套之间用组合密封圈来密封。图3为压力阀主阀芯的结构示意图。该阀阀芯采用工程陶瓷,与阀芯配对的阀套采用工程塑料。适当地比阀座的锥角大有利于减轻气蚀。此外,该压力阀还采用了特殊的气液减振装置来减轻阀芯的振动。11平衡压力腔21二级减压腔31初级减压腔41压力腔51阀芯61阀套71阀座图4新型水压节流阀的结构示意图11P腔21O腔31泄漏口41阀套51组合密封圈61阀芯图2手动换向阀的结构示意图11压力腔21回水腔31阀芯41减振腔图5直动式水压压力阀结构示意图3试验台中水压附件的选择在试验系统中管道的设计除了按布拉修斯(Blasius)的管道湍流阻力公式计算管道的压力损失外,还要考虑“水锤”压力以保证管道有足够的强度。单从水的黏度带来的压力损失来说,管道中的水流速度可以比油压系统的高,但过高的水流速度会导致在阀关闭或打开时引起过高的水锤压力。一般压力管道的流速为3～8m/s,吸水管道为015～1m/s,回水管道为2～5m/s。另外,由于脉动压力和“水锤”压力的激励作用,系统管道的振动也是必须注意的。本试验台采用蓄能器抑制压力脉动,有利于阀的正常工作。试验台中可采用的管接头形式如图6所示。图6a为卡套式接头,卡套式接头具有耐压压力高,不用密封件,装拆方便等优点。但耐腐蚀的卡套制造工艺要求高且成本高。卡套用沉淀硬化不锈钢机械加工而成,热处理后