NO811979L - Hydraulisk kretsanordning. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en hydraulisk kretsanordning som omfatter en flerhet av drivanordninger koplet i parallell med hverandre og til høytrykksledningen som kommer fra en hovedpumpe som har regulerbart fortrengningsvolum, forsynt med en regulator som styrer utløpshastigheten mens trykket holdes konstant.

I alminnelighet er hydrauliske kretser av denne ut-førelse (for enkelthets skyld kalt "en parallell multippelkrets" i det følgende) kjent som "hovedringsystem" og anvendes særlig som arbeidskrets for hydraulisk maskineri til maritimt bruk og liknende, og det er velkjent at parallelle multippelkretser i stor utstrekning bidrar til integrering av den hydraulise kilde og til forenkling av røropplegget.

Fig. 1 viser et eksempel på et i og for seg kjent røropplegg for den parallelle multippelkrets som er nevnt tidligere, der en pumpe 1 med regulerbart fortrengningsvolum er utstyrt med en regulator 2 for regulering av utløpshastig-heten når trykket holdes konstant. Regulatoren 2 er forsynt med et pilotkammer 3 og tjener til å regulere utløpshastig-heten fra hovedpumpen avhengig av balansen mellom pilottrykket som skapes i pilotkammeret 3,gjennom rørledningen 4

og kraften av en fjær 5. Olje som leveres av hovedpumpen 1 føres til en flerhet av drivanordninger 7 gjennom høytrykks-ledningen 6, og olje som kommer fra drivanordningene føres tilbake til tanken 9, gjennom returledningen 8 for utmatet olje. En trykkstyrt ventil 10 er koplet med sitt innløp til høytrykksledningen 6, og med utløpet til et reservoar gjennom en strupning 11. Pilotkammeret 3 for regulatoren 2 er koplet til en ledning som finnes mellom den trykkstyrte ventil 10

og reservoaret.

Drivanordningene som skal koples til multippelkretsen

er normalt utført slik at de arbeider uavhengig sålenge den maksimale kapasitet av hovedpumpen 1 vil tillate dette, og det er disse egenskaper som har ført til at parallelle multippelkretser er høyt ansett. Alt etter formålet med anvendelsen av drivanordningene vil man imidlertid få tilfeller der de ovennevnte egenskaper ved parallelle multippelkretser ikke

kan ventes oppnådd når det arbeides i forbindelse med vanlige anordninger. Hvis f.eks. kretsen anvendes for drift av dekks-maskineri til maritimt bruk vil drivanordningene tilsvare vanlige vinsjer og/fortøyningsvinsjer, og i et fortøynings-system for skip vil de tider de respektive maskiner eller utstyr skal stå "stand by" være lange, og i mange tilfelle vil "stand by" tiden være vesentlig lenger enn "driftstiden". Dette betyr at hovedpumpen 1 fortsetter å løpe også under "stand by" tiden og da vil pilottrykket som arbeider mot pilotkammeret i regulatoren 2, gjennom den trykkstyrte ventil 10, komme til å regulere utmatningen fra hovedpumpen 1 til et minimum, mens utmatningstrykket som overføres til høyt-trykksledningen 6 holdes på et høyt trykk som reguleres av den trykkstyrte ventil 10. På denne måte vil, selv om drivanordningene JL-0 ikke er i driftstilstand i det hele tatt, høytrykksledningen 6 og det tilhørende system til enhver tid stå under høyt trykk, noe som kan føre til uønskede problemer i form av støy, vibrasjoner og nedsatt levetid for hovedpumpen. Dette problem kan utvikle seg i en så alvorlig retning at det ikke kan være uløst, særlig når den parallelle multippelkrets anvendes for et fortøyningssystem som, som beskrevet ovenfor, har lange "stand by" tider.

Hvis drivanordningene skulle ha behov for å arbeide i en overbelastet tilstand, dvs. at det er behov for høyere trykk i høytrykksledningen 6 enn det trykk som reguleres av den trykkstyrte ventil 10, vil man videre ha tilstander der utmatningstrykket fra hovedpumpen ikke kan tilfredsstille kravet om høyere trykk.

Fig. 2 viser et eksempel på en foranstaltning som tidligere er tatt ved parallelle multippelkretser for å unngå

de ovennevnte problemer,der den trykkstyrte ventil 12 som er stilt inn på et lavere trykk, er anbrakt i tillegg til og i parallell med den trykkstyrte ventil 10, og en manuell retningsregulerende ventil 13 er anordnet for omkopling av strømningsretningene mellom de trykkstyrte ventiler 10 og 12. Når drivanordningene er i "stand by" tilstand, er nemlig retningsreguleringsventilen 13 stillet som vist, der rørled-

ningene for den trykkstyrte ventil 10 er stengt og deretter, ved reduksjon av matningstrykket fra hovedpumpen 1 til det lavere trykknivå som reguleres av den trykkstyrte ventil 12 og ved manuell omstilling av retningsreguleringsventilen 13 på det tidspunkt da drivanordningene skal være i driftstilstand, kan matetrykket fra hovedpumpen 1 bringes opp på et høyt trykk som —reguleres av den trykkstyrte ventil 10. På denne måten b-l-i-r problemet med å opprettholde det høye trykk med anordningen på fig. 1, i tiden da man har "stand by" overvinnes og løses, men det vil imidlertid være komplisert å føre til praktiske vanskeligheter i praksis ved fortøynings-system ved manuell omkopling av retningsreguleringsventilen 13 avhengig av om flerheten av drivanordningene skal være i enten "drifts"- eller "stand by"-tilstander.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å overvinne de vanskeligheter som ligger i tidligere' kjente hydrauliske kretsanordninger og å komme frem til en hydraulisk kretsanordning der den:trykkstyrte ventil for regulering av hovedpumpene automatisk kan styres i avhengighet av om drivanordningene står "stand by" eller er i drift.

De karakteristiske trekk ved foreliggende oppfinnelse er at en hjelpepumpe med en mateledning koplet til høytrykks-ledningen for hovedpumpen på en trykkavlastningsventil som står mellom mateledningen og reservoaret er slik innrettet og trykkutlikningsventilen er slik stilt inn at man får et trykk som er høyere enn det som skal reguleres av den trykkstyrte ventil.

Ved foreliggende oppfinnelse kan en ytterligere trykkavlastningsventil koples mellom høytrykksledningen for hovedpumpen og reservoaret parallelt med den trykkstyrte ventil, og en retningsreguleringsventil er koplet til en grenledning som er forbundet med et pilotkammer i den annen trykkutlikningsventil og reservoaret. Ved denne utførelse kan hoved-punktet stilles i en ubelastet tilstand når drivanordningene er i "stand by" tilstand og kan koples om til belastet tilstand når drivanordningene er i driftstilstand.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved de i kravene gjengitte trekk og vil i det følgende bli forklart nærmere under hen-visning til tegningene der: Fig. 1 viser et koplingsskjerna for en hydraulisk kretsanordning som er tidligere kjent,

fig. 2 viser et koplingsskjerna for et annet eksempel

på en anordning som er tidligere kjent,

fig. 3 viser koplingsskjerna for den hydrauliske kretsanordning i henhold til oppfinnelsen,

fig. 4 viser et koplingsskjerna for en annen utførelses-form av anordningen i henhold til oppfinnelsen,

fig. 5 viser et strømningsdiagram som er et eksempel på anvendelse av den parallelle multippelkrets i henhold til teknikkens stand, og

fig. 6 viser et strømningsdiagram som et eksempel på anvendelse av den parallelle multippelkrets i henhold til oppfinnelsen.

På fig. 3 er oppbygningen i overensstemmelse med den som er vist på fig. 1 ved at matevolumet fra hovedpumpen 1 reguleres med regulatoren 2,og olje som kommer fra hovedpumpen 1 føres til drivanordningene 7 gjennom høytrykksledningen 6. En tilbakeslagsventil 14 er innskutt i høytrykksledningen 6 fra hovedpumpen 1. Høytrykksledningen 6 er delt i to deler, nemlig en øvre strømledning 6' og en nedre strømledning 6" ved tilbakeslagsventilen 14.

En trykkstyrt ventil 10 er innskutt i en ledning 21 koplet til den nedre strømledning 6<1>ved den ene ende av dette og til reservoaret 9, ved den annen ende, på samme måte som på fig. 1. I ledningen 21 finnes en strupning 11 mellom den trykkstyrte ventil 10 og reservoaret. Et pilotkammer 3 for regulatoren 2 er koplet til ledningen 21 i et punkt mellom ventilen 10 og strupningen 11, gjennom en pilotledning 4. Av den grunn blir pilottrykket innført i pilotkammeret 3 fra den trykkstyrte ventil 10 under påvirkning av strupningen 11.

En hjelpepumpe 15 er koplet til den nedre strømnings-ledning 6" i høytrykksledningen 6 gjennom en mateledning 16.

I mateledningen 16 er en tilbakeslagsventil 17 innskutt og mateledningen 16 er delt i to deler, nemlig en øvre strømnings-ledning 16' og en nedre strømningsledning 16" ved tilbakeslagsventilen 17. Henvisningstallet 18 betegner en trykk-a^vjjajrtnjmgsve^^ som tjener til å regulere ma±£iings^trykket fra hjelpepumpen 15 og er innskutt i en ledning 29 som sitter mellom den øvre strømningsledning 16' i mateledningen 16 og reservoaret. Det trykk som skal reguleres av trykkavlastningsventilen 18 stilles på et høyere nivå enn det trykk som skal reguleres ved den trykkstyrte ventil 10. Matningen Q fra hjelpepumpen 15 er valgt slik at den tilfredsstiller de følg-ende krav når matetrykket skal reguleres av trykkavlastningsventilen 18,

Q- > [.(Strømningshastighet for fluidum fra

strupningen 11) + (lekkasje av fluidum fra de respektive anordninger)J.

Driften og virkemåten for anordningen i henhold til oppfinnelsen vil i det følgende bli forklart mer i detalj.

Ved å sette igang hjelpepumpen 15 og ved å holde denne i drift vil hovedpumpen 1 bli satt i drift. I denne tilstand når det gjelder trykket i pilotkammeret 3, bli det høye trykk som reguleres av avlastningsventilen 18 allerede innført til kammeret, og som et resultat av dette vil matningen fra hovedpumpen 1 nu være omtrent null, slik at startstrømmen for hovedpumpen 1 kan reduseres. Når så drivanordningene 7 skal tre i virksomhet, kan trykket i den nedre strømningsledning 6"

av høytrykksledningen 6 reguleres av den trykkstyrte-ventil 10, og trykket vil bli redusert til det på forhånd bestemte trykk. Samtidig vil matet fluidum fra hjelpepumpen 15 komme som tillegg fra fluidet som mates fra hovedpumpen 1 og til-føres drivanordningene 7, slik at man får en understøttelse til funksjonen av hovedpumpen. Hvis drivanordningene 7 skulle behøve å arbeide i en overbelastet tilstand må man ha høyere trykk i den nedre strømningsledning 6" i høytrykksledningen 6 enn det trykk som reguleres av den trykkstyrte ventil 10,

og med hjelpepumpen 15 blir det også mulig å kjøre drivanordningene med lav hastighet innenfor trykkområdet som reguleres

med trykkutlikningsventilen 18 og under forutsetning av at det effektive matevolum Qe vil forbli ved: Qe = Q-[(Strømning fra strupningen 11) +

(lekkasje fra de respektive anordninger)].

På fig. 4 er høytrykksledningen 6 fra hovedpumpen 1 regulert med regulatoren 2, og den er koplet til drivanordningene 7 som på sin side er parallellkoplet med hverandre,

og utløpsledningen 8 fra drivanordningen er koplet til reservoaret 9 på samme måte som i utførelsesformen på fig. 3.

En tilbakeslagsventil 14 er innskutt i høytrykksledningen 6

fra hovedpumpen 1. Høytrykksledningen 6 er delt i to deler, nemlig en øvre strømningsledning 6' og en nedre strømnings-ledning 6", der delingen^er ved tilbakeslagsventilen 14.

En trykkstyrt ventil 10 er innskutt i en ledning 21

som er koplet til den nedre strømningsledning 6" ved sin ene ende og til reservoaret 9 ved sin annen ende på samme måte som på fig. 1. I ledningen 21 er en strupning 11 innskutt mellom den trykkstyrte ventil 10 og reservoaret. Et pilotkammer 3 for regulatoren 2 er koplet til ledningen 21 i et punkt mellom den trykkstyrte ventil 10 og strupningen 11 gjennom en pilotledning 4. Av den grunn blir pilottrykket overført til pilotkammeret 3' fra den trykkstyrte ventil 10 under påvirkning av strupningen 11.

En hjelpepumpe 15 er koplet til den nedre strømnings-ledning N5^" av høytrykksledningen 6 gjennom en mateledning 16. I mateledningen 16 finnes det en tilbakeslagsventil og ledningen 16 er delt i to deler, nemlig en øvre strømnings-ledning 16' og en nedre strømningsledning 16" der delingen er ved tilbakeslagsventilen 17.

En andre trykkutlikningsventil 22 er innskrudd i en ledning 30 som er forbundet med den øvre strømningsledning 6' og reservoaret parallelt med ledningen 21 som er koplet til den trykkstyrte ventil 10. En retoin^sregul eringsventil 19 er innskutt i en grenledning som er koplet til et pilot- / kammer 40, den andre trykkutlikningsventil 22 og reservoaret. Pilotkammeret for den retningsregulerende ventil 19 er koplet til ledningen 21 mellom den trykkstyrte ventil og strupningen 11 og pilottrykket for omkopling av den retningsregulerende ventil 19 innføres fra den trykkstyrte ventil 10 til pilotkammeret for den retningsregulerende ventil 19.

Det skal nå antas at det innstilte trykk på trykkutlikningsventilen 22 er P22'at det innstilte trykk for den trykkstyrte ventil 18 er P-^g/det innstilte trykk for den trykkstyrte ventil 10 er P-^q/det innstilte trykk for pilottrykket som kreves for omkopling av den retningsregulerende ventil 19 er P, a og at trykket som er tilstrekkelig til å trykke sammen fjæren 5 i regulatoren 2 til stoppstilling er P-3og man må da ha følgende forhold:

]?10 > /"(Det trykk som kreves på den ene siden av drivanordningen 1) 2.

Videre blir det trykket P-^g matevolumet Q for hjelpepumpen 15 valgt slik det er forklart i det følgende, og hjelpepumpen kan være en pumpe med lavt støynivå og lang levetid, f.eks. en skruepumpe.

£{ Strømming fra strupningen 11 under trykket P-|_g) +

(lekkasje fra den respektive anordning)_7.

I det følgende skal virkemåten for den parallelle

• multipulkretsanordning som er beskrevet ovenfor omhandles. Når drivanordningene 7 er i "stand-by"-tilstand krever drivanordningene 7 ikke noe volum av fluidum, slik at det hydrauliske trykk i den øvre strømningsretning 16' og den nedre strømningsledning 16" i mateledningen 16 og i høy-trykksledningen 6' vil holdes på trykket P,Q på grunn av hjelpepumpen 15 den trykkstyrte ventil 10 vil naturligvis åpne i henhold til den ovenfor gjengitte likning og som resultat av dette vil det hydrauliske trykk i rørledningen 21 og pilotledningen 4 også holdes på trykket P-^g • I henhold til dette vil den retningsregulerende ventil 19 være kastet om til stilling A som vist på fig. 3, der det hydrauliske trykk i høytrykksledningen 6 på matesiden av hovedpumpen 1 vil bli holdt på omkring 0 og fjæren i regulatoren 2 vil bli trykket sammen til den stilling som tilsvarer den minste matning, på grunn av det hydrauliske trykk P-^ i pilot-

ledningen 4, slik at hovedpumpen 1 kan arbeide med minimum mating og ved omtrent 0 trykk.

Når drivanordningene 7 er i driftstilstand kan hjelpepumpen 15 ikke levere det fluidumvolum som drivanordningene forbruker. På grunn av denne mangel av fluidumvolum vil det hydrauliske trykket i mateledningen 16 og høytrykksledningen 6 bli redusert, slik at den trykkstyrte ventil 10 vil lukke og det hydrauliske trykk i rørledningen 21 vil falle for å senke nivået for pilottrykket p^ til omkastning av ventilen 19 slik at denne retningsregulerende ventil kopler over til stilling B. Som et resultat av dette stilles trykkutlikningsventilen 22 på trykket ^ 22' S^LÉB-'tL_gjSHjJ :e fremgå avjden ovenfor gjengitte formel blir alle trykk som vil arbeide i alle ledninger___f ra_ hovedpumpen 1 gjennom høytrykksledningen 6^i_forbindelse. med drivanordningen 7 bli bestemt av den trykkstyrte ventil 10. Med andre ord blir i dette tilfellet trykket i høytrykks ledningene 6 regulert til P^q og en liten mengde av fluidum vil flyte fra den trykkstyrete ventil 10 til rørledningen 21. Deretter vil trykk bli frembragt i ledningen 21 og pilotledningen med pilotkammeret ved strupningen 11 og trykket vil arbeide mot fjæren 5 i regulatoren. På denne måte vil matevolumet fra hovedpumpen bli slik regulert at det totale volum av fluidet fra hovedpumpen 1 og hjelpepumpen 15 kombineres til det samlede fluidumvolum som kreves for drift av drivanordningene, strømningen gjennom strupningen og den indre lekkasje i de respektive anordninger.

Kretsen i henhold til oppfinnelsen er slik utført

som forklart ovenfor at når drivanordningene er i "stand-by" tilstand, kan hovedpumpen koples om til ubelastet tilstand og når drivanordningene er idrifttilstand koples hovedpumpen om til belastet tilstand. På denne måte har man løst de forskjellige problemer som er knyttet til støy og vibrasjoner som hovedpumpen skaper ved sin drift ved høyt trykk såvel som forkortelse av hovedpumpens levetid, i løpet av den tid da drivanordningene står i "stand-by" tilstand. I tillegg kan omkoplingen av hovedpumpene utføres automatisk samtidig med at den effektive funksjon av multipulkretsanordningen forbedres og ytterligere resultater oppnås.

I den ovenfor beskrevne utførelsesform er den retningsregulerende ventil 19 beskrevet som en hydraulisk retningsregulerende ventil. Det er imidlertid klart at ventilen 19 godt kan erstattes av en kombinasjon av en trykkbryter og en solenoidstyrt retningsventil.

Når anordningen i henhold til oppfinnelsen anvendes

på arbeidskretser for hydraulsik maskineri til maritimt bruk oppnår man gode resultater når anvendelsen gjelder automatiske strammeanordninger. Når det gjelder dette vil den følgende beskrivelse angå en slik anvendelse. Fig. 5 viser den parallelle multipulkrets i henhold til oppfinnelsen der drivanordningene anvendes som drivanordninger for fortøyningsvinsjen med automatisk strammeanordning. På tegningen er den parallelle pultipulkrets på fig. 2 benyttet. Henvisningstallet 23 betegner fortøyningsvinsjen, tallet 24 betegner den retningsregulerende ventil for fortøyningsvinsjen og henvisningstallet 25 betegner ventilenheten for automatisk stramning. Henvisningstallet 26 er den retningsregulerende ventil som svarer til den retningsregulerende ventil 13 på fig. 2. Ved omkastning av ventilen 26 vil reguleringen av pilottrykket som innføres i pilotkammeret 3 gjennom pilotledningen 4 bli omkoplet fra trykket som bestemmes av den trykkstyrte ventil 10 over til det trykk som frembringes av en andre trykkstyrt ventil 10'. Henvisningstallet 27 betegner trykkavlastningsventilen som setter opp trykket for utløps-fluidumledningen 8. Henvsiningstallet 28 betegner avløps-ledningen. På tegningen angir pilene i heltrukne linjer strømningsretningen når det gjelder innhivning med vinsjen mens pilene med stiplede linjer angir fluidumstrømmen ved firing med vinsjen.

I den automatiske strømanordning som er tidligere kjent vil hovedpumpen 1 levere fluidum bare når vinsjen hiver inn og pumpen 1 vil bare avgi den fluidummengde som er nødvendig for å supplementere fluidumstrømmen gjennom strupningen 11 og lekkasjen i de respektive anordninger når det gjelder uthivning eller stans av vinsjen. Av den grunn til man ha liten fluidumstrøm ved stillstand. Ved denne ut-førelse av den tidligere kjente anordning kan man si at krets en er god nok ved at den minste fluidummengde man må ha er den som avgis av hovedpumpen 1, men det er uhensiktsmessig å ufordelaktig at hovedpumpen alltid må være i drift kontinu-erlig. I tillegg til disse betraktninger vil pumpen av den art som benyttes som hovedpumper på dette felt normalt ha et høyt støynivå og store svingninger i pumpetrykket, slik at man får enda mer støy. Når det gjelder de hydrauliske kretser som har maritum anvendelse ligger dessuten høytrykks-ledningene i mange tilfeller i nærheten av lugarer og opp-holdsrom ombord. I tillegg til dette vil de perioder da anordningen står i en automatisk strammetilstand, nemlig ved automatisk fortøyning være meget lengre enn periodene i manuell betjening. Av disse årsaker vil problemene som er knyttet til høyt støynivå, bli stadig mer alvorlige.

Utførelsesformen for anordningen til automatisk stramning der foreliggende oppfinnelse anvendes som løsning på de ovennevnte problemer, er fist på fig. 6. På tegningen viser pilene som er stiplet f1uidumstrømmens retning under stillstand. På fig. 3 er den parallelle multipelanordning på fig. 3 benyttet. Fortøyningsvinsjen 23 som er en av drivanordningene 7 er koplet til den nedre strømningsledning 6" for høytrykksledningen 6 og til full fluidumutløpsledningen 8 gjennom den retningsregulerende ventil 24. Et automatisk strammeapparat 25 er forbundet med fortøyningsvinsjen (hydraulsik drivkrets) 23. En trykkavlastningsventil 27 er koplet mellom fluidumutløpsledningen 8 og trykkavlastningsventilen 18 for hjelpepumpen 11 og understøtter trykket i fluidumutløpsledningen 8. På fig. 6 er de komponenter som svarer til komponentene på fig. 3 forsynt med samme henvisningstall som på denne figur og detaljert forklaring er ute-latt. Et henvisningstall 28 angir utløpsledningen for vinsjen 23.

I anordningen som er vist på fig. 6 vil under automatisk fortøyning hovedpumpen 1 være stanset og bare hjelpepumpen 15 være i drift, slik at fluidum vil strømme i kretsen henholdsvis i de retninger som er angitt med pilene avhengig av de respektive tilstander med innhivning , firing og stillstand av fortøyningsvinsjen 23, slik at man får den ønskede virkning og funksjon som automatisk strammeanordning. I motsetning til for hovedpumpen 1 kan det for hjelpepumpen 15 benyttes pumper som har lavere støynivå

og mindre svingning i pumpetrykket. I henhold til dette kan anordningen resultere i en markert reduksjon av støynivået ved automatisk fortøyning sammenliknet med den krets som er tidligere kjent og som er vist på fig. 5.

Claims (2)

1. Hydraulisk kretsanordning omfattende en hovedpumpe ( I) med variabel fortrengning, en flerhet av drivanordinger ( 7) koplet til parallell med hovedpumpens høytrykksledning, en regulator° 7*som regulerer fortrengingen i hovedpumpen og hold-er konstant trykk, karakterisert ved at høy-trykksledningen^for hovedpumpen er sammenkoplet gjennom en trykkstyrt ventil'f mens en tilbakesla <g> sventi <l> ^er innskutt i høytrykksledningen6og en omledning er ført til et reservoar' gjennom en strupning på nedstrømssiden av den trykkstyrte ventil, mens en hjelpepumpe *har en mateledning"'koplet til høy-

trykks ledningen^f or hovedpumpen1''og en trykkavlastningsventil/ er innskutt mellom mateledningen for hjelpepumpen og reservoaret idet det trykk som skal reguleres av trykkavlastningsventilen er stilt på en høyere^ jiivå enn det trykk som skal reguleres av den trykkstyrte ventil.'^

2. Hydraulsik kretsanordning som angitt i krav 1, karakterisert ved en andre try kkavlastnings-ventil koplet mellom høytrykksledningen for hovedpumpen og reservoaret parallelt med den trykkstyrte ventil og en retningsregulerende ventil 19'koplet til nedstrømssiden av den nevnte andre trykkavlastningsventil og et pilotkammer^for den andre trykkavlastningsventil hvilket pilotkammer Aer koplet til nedstrømssiden av den trykkstyrete ventil <få> for omkastning av den retningsregulerende ventil hvorved hovedpumpen kan koples til ubelastet tilstand når drivanordningene er i "stand-by" tilstand og hvoedpumpen kan koples til belastet tilstand når drivanordningene er i driftsstilling.