双增压器增压系统中压力波动的分析

　　1　前言

　　超高压水射流切割技术是近20年来发展起来的一门新技术,其应用日益广泛。所谓“超高压水射流”是以水为介质加压至300~400MPa,利用小孔(0. 2~0. 4mm)喷射原理,将超高压的水能转换为速度为800~1000m/s的“水箭”,这样的水箭可以用于各种软基性物质的切割和对物体表面进行清洗。若在水箭中加入适当的磨料,则可以切割任何硬基性物体。

　　目前,水射流系统通常采用两种形式的超高压发生器:一种是超高压柱塞泵,另外一种是液压增压器。柱塞泵产生的压力稍低,主要用在清洗方面,而液压增压器产生的压力较高,主要用在切割方面。液压增压器主要由低压水回路、液压回路、高压水回路3个回路组成,如图1所示。

　　采用液压增压器的超高压系统工作原理为:液压油通过液压泵增压,流经三位四通电磁换向阀进入增压器右活塞腔,同时增压器的左活塞腔液压油流经换向阀进入油箱,增压器中活塞在压力推动下向左边运动。一方面,增压器内的活塞杆对左边的水进行压缩增压,超高压水经出口单向阀、蓄能器从喷嘴喷出;另一方面,补水泵将低压水经单向阀流入增压器的右活塞杆腔。当活塞左行至行程终点时,电磁换向阀发出换向信号,增压器活塞往反向运动,并对右侧活塞杆腔的水进行增压,高压水流经出口单向阀和蓄能器从喷嘴喷出。如此往复,形成连续的高压水射流^[1] 。

　　2　系统压力波动产生原因及双增压器的优点^[2、3]

　　由增压器的设计特性可以看出,两个高压腔的压力相位始终相差180°。在排水行程的开始阶段,高压腔里面的水压低于高压回路的水压,出口单向阀处于关闭状态,没有水从增压器中流出。由于水在高压下的可压缩性,只有当水被压缩至压力升高到工作压力的时候,出口单向阀才会被打开,高压水流经蓄能器从喷嘴喷出。由此可见,高压水的排出并不是连续的,不可避免地会产生水压的瞬时下降。

　　当采用两个增压器并联时,由于有4个高压出水腔,高压腔的压力相位不一定总是反向的,如图2所示。

　　当增压器1中活塞3向左边运动的时候,增压器2的活塞4亦向左边运动,因活塞3和活塞4之间存在一定的运动时间差,当活塞3运动到行程终点准备换向时,活塞4继续往左边运动,此时高压腔仍有水排出。当活塞4运动到行程终点的时候,活塞3已换向右边运动,此时,高压腔也有水排出。双增压器系统从理论上消除了高压水排出的不连续性,从而消除了水的压力波动。压力波动的降低提高了“水刀”的切割质量,延长了高压系统零部件的使用寿命。同时,由于采用了两个增压器,整个水切割系统的高压水流量相应地也增加了一倍,满足了某些对耗水量有特殊要求的情况。