pompy, Mechatronika, Semestr V, Napędy hydrauliczne i pneumatyczne, lab 1 - pompa wyporowa
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
2. POMPYWYPOROWE
SPIS TRE�CI
2. Pompy wyporowe ...................................................................................................
19
2.1. Zasada dzia�ania i klasyfikacja .....................................................................
19
2.2. Okre�lenia podstawowe i charakterystyki statyczne ....................................
20
2.2.1. Wydajno�� nominalna .........................................................................
20
2.2.2. Ci�nienie nominalne ............................................................................
21
2.2.3. Nominalne zapotrzebowanie mocy .....................................................
21
2.2.4. Wydajno�ci jednostkowe .....................................................................
22
2.2.5. Charakterystyki statyczne ....................................................................
26
2.3. Opisy dzia�ania i przyk�ady rozwi�za� konstrukcyjnych ..............................
28
2.3.1. Pompy z�bate o zaz�bieniu zewn�trznym ...........................................
28
2.3.2. Pompy �opatkowe ................................................................................
28
2.3.3. Pompy wielot�oczkowe promieniowe .................................................
32
2.3.4. Pompy wielot�oczkowe osiowe ...........................................................
32
2.4. Symbole graficzne .........................................................................................
38
2.5. Pytania kontrolne II …………….………......................................................
38
B
2. POMPYWYPOROWE
2.1. Zasada dzia�ania i klasyfikacja [7]
Podstawowym elementem ka�dego uk�adu hydrostatycznego jest pompa wyporowa. Jej
zadaniem jest zamiana energii mechanicznej dostarczonej z zewn�trz na energi� ci�nienia cie-
czy roboczej. Zasada dzia�ania pompy wyporowej polega na przet�aczaniu dawek cieczy z
przestrzeni ssawnej do t�ocznej za pomoc� elementów wyporowych. Wielko�� dawki okre�lo-
na jest wymiarami komory wyporowej. Warunkiem koniecznym dzia�ania pomp wyporowych
jest szczelne oddzielenie przestrzeni ssawnej i t�ocznej oraz szczelno�� mi�dzy komor� a
elementem wyporowym.
Pompy mo�na klasyfikowa� w ró�norodny sposób, na przyk�ad ze wzgl�du na: rodzaj ru-
chu elementów wyporowych, mo�liwo�� zmiany wydajno�ci, wed�ug liczby niezale�nych
strumieni cieczy roboczej.
W zale�no�ci od rodzaju ruchu elementów wyporowych mo�na pompy sklasyfikowa� w
nast�puj�cy sposób:
1. Pompy o ruchu obrotowym elementów wyporowych (rotacyjne).
1.1. Pompy z�bate.
� o zaz�bieniu zewn�trznym,
� o zaz�bieniu wewn�trznym.
1.2. Pompy �rubowe.
1.3. Pompy �opatkowe.
� z �opatkami wiruj�cymi,
� z �opatkami nie wiruj�cymi.
2. Pompy o ruchu posuwisto-zwrotnym elementów wyporowych (wielot�oczkowe).
2.1. Pompy promieniowe.
� z t�oczkami wiruj�cymi,
� z t�oczkami nie wiruj�cymi.
2.2. Pompy osiowe.
� z wychylnym wirnikiem,
� z wychyln� tarcz�.
W zale�no�ci od mo�liwo�ci zmiany wydajno�ci podczas pracy, mo�emy dokona� nast�pu-
j�cego podzia�u pomp
1. Pompy o sta�ej wydajno�ci.
2. Pompy o zmiennej (nastawialnej) wydajno�ci.
Mo�liwo�� zmiany wydajno�ci podczas pracy pompy zwi�zana jest z koncepcj� jej roz-
wi�zania konstrukcyjnego i rozpatrywana jest wy��cznie przy sta�ej pr�dko�ci obrotowej wa�-
ka nap�dowego. Tak wi�c pompy z�bate i �rubowe budowane s� wy��cznie jako jednostki o
sta�ej wydajno�ci, natomiast pozosta�e typy pomp mog� by� budowane w obu wariantach, a
wi�c o sta�ej lub o zmiennej (nastawialnej) wydajno�ci.
19
Na zagadnienie zmiany wydajno�ci mo�na spojrze� tak�e z innego punktu widzenia do-
puszczaj�c zmian� pr�dko�ci obrotowej silnika nap�dzaj�cego pomp�. Bior�c pod uwag� sto-
sunkowo �atw� zmian� pr�dko�ci obrotowej silników elektrycznych sterowanych falownika-
mi, z ka�dej pompy mo�emy w praktyce uczyni� jednostk� o zmiennej wydajno�ci. Jest to
dopuszczalne pod warunkiem, �e zmiana pr�dko�ci obrotowej b�dzie si� odbywa�a w zakresie
okre�lonym przez producenta i podawanym w katalogu firmowym.
Przyjmuj�c jako kryterium podzia�u liczb� niezale�nych strumieni cieczy, pompy mo�emy
podzieli� na dwie grupy
1. Pompy jednostrumieniowe.
2. Pompy wielostrumieniowe.
Pompy wielostrumieniowe s�u�� do niezale�nego zasilania ró�nych obwodów hydraulicz-
nych lub do zasilania tego samego obwodu w celu uzyskania stopniowanej zmiany pr�dko�ci
roboczych silnika hydraulicznego lub si�ownika. Wydajno�ci poszczególnych sekcji mog� by�
jednakowe lub zró�nicowane. Pompy wielostrumieniowe zestawia si� z jednostek z�batych,
�opatkowych lub wielot�oczkowych promieniowych, mo�liwe s� tak�e ró�ne kombinacje w
zestawianiu wymienionych jednostek. Charakterystyczn� cech� pomp wielostrumieniowych
jest ich nap�d za pomoc� jednego silnika i przekazywanie tego nap�du mi�dzy jednostkami.
2.2. Okre�lenia podstawowe i charakterystyki statyczne [1], [7]
Ka�da pompa wyporowa ma trzy podstawowe parametry ruchowe, decyduj�ce o przydat-
no�ci w konkretnym uk�adzie hydrostatycznym, mianowicie:
� wydajno�� nominalna,
� ci�nienie nominalne,
� nominalne zapotrzebowanie mocy.
2.2.1. Wydajno�� nominalna
Wydajno�ci� pompy nazywamy ilo�� cieczy roboczej dostarczonej do przewodu t�ocznego
w jednostce czasu. Wydajno�� teoretycznie nie zale�y od ci�nienia i wynika jedynie z wymia-
rów geometrycznych pompy oraz pr�dko�ci obrotowej z jak� jest nap�dzana. W praktyce,
wskutek przecieków cieczy przez szczeliny mi�dzy cz��ciami pompy, wydajno�� maleje ze
wzrostem ci�nienia. Wydajno�ci� nominaln� nazywamy wydajno�� przy nominalnej pr�dko-
�ci obrotowej i nominalnym ci�nieniu. Wydajno�� pompy wyporowej mo�na obliczy� ze wzo-
ru
(2.1)
Q
�
�
q
n
�
p
p
p
p
vp
gdzie
wydajno�� pompy, podstawow� jednostk� miary w uk�adzie SI jest [m
3
/s], w
praktyce jest to jednostka zbyt du�a i najcz��ciej stosuje si� jednostk� mniejsz�
[dm
3
/s],
Q
p
-
-
wspó�czynnik nastawialno�ci wydajno�ci, dla pomp o sta�ej wydajno�ci wynosi
on �
p
= 1, dla pomp o zmiennej wydajno�ci wynosi on
�
p
0 �
� � ,
1
q
p
-
wydajno�� jednostkowa, czyli maksymalna mo�liwa do osi�gni�cia ilo�� cieczy
20
podana do przewodu t�ocznego w trakcie jednego obrotu wa�ka nap�dowego
przy ci�nieniu t�oczenia równym ci�nieniu ssania [m
3
/obr], [dm
3
/obr]; wydajno��
jednostkowa nazywana jest równie� wydajno�ci� w�a�ciw� lub geometryczn�
obj�to�ci� robocz�
n
p
-
pr�dko�� obrotowa wa�ka nap�dowego pompy [obr/s],
-
sprawno�� obj�to�ciowa, inaczej wolumetryczna, czyli wspó�czynnik uwzgl�d-
niaj�cy straty cieczy w pompie; sprawno�� ta naleje ze wzrostem obci��enia
pompy i jest zwykle wyznaczana eksperymentalnie w funkcji tego obci��enia,
które zapisujemy wzorem
�
vp
�
p
p
=p
t�
-p
ss
(2.2)
gdzie
p
t�
� ci�nienie w przewodzie t�ocznym pompy,
p
ss
� ci�nienie w przewodzie ssawnym pompy.
2.2.2. Ci�nienie nominalne
Ci�nieniem nominalnym nazywamy najwy�sz� warto�� ci�nienia d�ugotrwa�ej pracy pom-
py. Nie oznacza to wcale, �e pompa musi zawsze pracowa� przy ci�nieniu nominalnym. Je�eli
w uk�adzie hydrostatycznym b�dzie wymagane ci�nienie ni�sze, to pompa b�dzie równie�
pracowa� poprawnie. Nale�y jednak pami�ta�, �e przy zbyt niskim ci�nieniu roboczym w sto-
sunku do nominalnego sprawno�� ogólna pompy b�dzie bardzo ma�a. Ponadto istnieje mo�li-
wo�� przeci��enia pompy ci�nieniem wy�szym od nominalnego, jednak takie przeci��enie
mo�e odbywa� si� wy��cznie w sposób podany przez producenta w katalogu firmowym.
Rozpatruj�c zagadnienie ci�nienia w uk�adzie hydrostatycznym nale�y mie� na uwadze, �e
jakkolwiek ci�nienie jest wytwarzane przez pomp�, to jego warto�� zale�y od obci��enia sil-
nika lub si�ownika, koncepcji jego rozwi�zania konstrukcyjnego i wymiarów, sprawno�ci hy-
drauliczno-mechanicznej oraz strat ci�nienia w przewodach i elementach uk�adu.
2.2.3. Nominalne zapotrzebowanie mocy
Zapotrzebowaniem mocy nazywamy moc, jak� nale�y dostarczy� do pompy w celu wy-
tworzenia wydajno�ci
Q
p
przy obci��eniu �
p
p
, b�d�cym ró�nic� ci�nie� mi�dzy przewodem
t�ocznym i ssawnym. Zapotrzebowanie mocy mo�na obliczy� ze wzoru:
Q
�
p
p
p
N
�
(2.3)
p
�
p
gdzie
N
p
- zapotrzebowanie mocy, podstawow� jednostk� miary w uk�adzie SI jest [W],
jest to jednostka zbyt ma�a i zwykle stosuje si� jednostk� wi�ksz� na przyk�ad
[kW],
�
p
p
-
obci��enie pompy, podstawow� jednostk� miary w uk�adzie SI jest [Pa], jest to
jednostka zbyt ma�a i zwykle stosuje si� jednostk� wi�ksz�, mianowicie [MPa],
-
sprawno�� ogólna pompy, nazywana równie� sprawno�ci� ca�kowit�, czyli
wspó�czynnik uwzgl�dniaj�cy nast�puj�ce straty w pompie: obj�to�ciowe (wo-
lumetryczne), hydrauliczne (ci�nienia) i mechaniczne (tarcia); dla celów obli-
�
p
21
czeniowych mo�na zastosowa� wzór
�
�
�
�
�
�
�
�
(2.4)
p
vp
hp
mp
vp
hm
gdzie
�
hp
� sprawno�� hydrauliczna pompy,
�
mp
� sprawno�� mechaniczna pompy,
�
hm
� sprawno�� hydrauliczno-mechaniczna pompy.
W praktyce mo�na eksperymentalnie wyznaczy� sprawno�� ogóln� i obj�to-
�ciow� w funkcji obci��enia pompy, natomiast sprawno�� hydrauliczno-
mechaniczn� oblicza si� ze wzoru (2.4).
Nominalnym zapotrzebowaniem mocy nazywamy zapotrzebowanie dla nominalnej wydaj-
no�ci i nominalnego obci��enia pompy.
2.2.4. Wydajno�ci jednostkowe
Wydajno�� jednostkowa pompy zwi�zana jest z koncepcj� jej rozwi�zania konstrukcyjne-
go. Warto�� wydajno�ci jednostkowej wyznacza si� zwykle na drodze eksperymentalnej.
Orientacyjnie dla poszczególnych rozwi�za� otrzymamy podane ni�ej wzory wynikaj�ce z
[3].
Pompa z�bata o zaz�bieniu zewn�trznym (rys. 2.1)
(2.5)
q
p
�
�
m
z
b
h
�
�
1
(2.6)
gdzie
m
-
modu�,
z
-
liczba z�bów ko�a z�batego,
b
-
szeroko�� ko�a z�batego (mierzona prostopadle do p�aszczyzny rysunku),
h
-
wysoko�� z�ba.
Pompa z�bata o zaz�bieniu wewn�trznym z wk�adk� sierpow� (rys. 2.2)
(2.7)
q
p
�
�
m
z
b
h
�
�
1
(2.8)
gdzie
m
-
modu�,
z
-
liczba z�bów ko�a z�batego,
b
-
szeroko�� ko�a z�batego (mierzona prostopadle do p�aszczyzny rysunku),
h
-
wysoko�� z�ba.
22
[ Pobierz całość w formacie PDF ]