هیدرولیک, پمپ هیدرولیک
پمپ هیدرولیک دنده ای
آذر
موتورها و پمپ هیدرولیک دنده ای از اجزای هیدرواستاتیك به شمار می روند. در تمام ماشین های هیدرواستاتیکی ،روش تبدیل گشتاور مکانیکی به فشار روغن و حجم جابه جایی و یا بلعکس، یکسان است. در همه ی این ماشین ها ،حجمی از سیال محبوس و سپس به جلو رانده می شود.
در هیدرولیك ،پمپ ها برای ایجاد جریان سیال ( جابه جایی حجمی سیال )، به کار برده می شوند. پمپ هیدرولیک دنده ای ، سیال را معمیولا از یك مخزن مکش می کند و آن را به خروجی پمپ تحویل می دهد و از آنجا سیال وارد سیستم شده و از طریق هر یک ازاجزای کنترل کننده به عملگرها می رسد.
عملگرها در مقابل سیال مقاومت ایجاد می کنند مثلَا (سیلندر تحت بار). به واسطه این مقاومت ،در سیال فشار به وجود می آید و این فشار آنقدر افزایش می یابد تا بتواند بر نیروی مقاوم غلبه کند.
فشار در یك سیستم هیدرولیك توسط پمپ هیدرولیک دنده ای ایجاد نمی شود ،بلکه به واسطه مقاومت هایی که در خلاف جهت جریان سیال قرار دارند به وجود می آید.
پمپ هیدرولیک دنده ای از نوع پمپ هایی با جابه جایی ثابت هستند و به دو دسته زیر تقسیم می شوند :
الف ) پمپ هیدرولیک دنده ای چرخ دنده داخلی
ب) پمپ هیدرولیک دنده ای چرخ دنده خارجی
الف) پمپ هیدرولیک دنده ای چرخدنده داخلی:
پمپ هیدرولیک دنده ای شامل یك بدنه اصلی است که در آن یك جفت چرخ دنده ( یکی در داخل دیگری ) می چرخند. این پمپ هیدرولیک دنده ای عملَا در مقابل نفوذ روغن ،کامل آب بندی است.
سمت مکش (آبی) به مخزن روغن متصل است و سمت فشار (قرمز) به سیستم هیدرولیك وصل شده است. همانطور که در شکل ملحظه می شود ، پمپ های هیدرولیک چرخ دنده داخلی (2) در جهت فلش می چرخد و با چرخ دنده خارجی (3) درگیر می شود و آن را در همان جهت می چرخاند.
حرکت چرخشی باعث جدایی دندانه ها از هم و ایجاد فضای خالی بین آن ها می گردد .با فاصله گرفتن دندانه ها، فضایی بین آن ها بزرگتر شده و فشار منفی در این ناحیه پدید می آید.این فشار منفی در پمپ و فشار اتمسفر روی سطح مایع درون مخزن، باعث حرکت روغن از تانك به پمپ می گردد .این پدیده در اصطلح عمومی”مکش پمپ” نامیده می شود.
روغن ،فضای خالی شکل گرفته بین چرخ دنده ها و هلالی (4) را پر می کند و به سمت خروجی پمپ هدایت می شود. سپس دندانه ها بار دیگر با هم درگیر می شوند .با نزدیك شدن دندانه ها ،سیال به خط پر فشار رانده می شود .درگیری دندانه ها با هم ،از ورود سیال از سمت پر فشار پمپ های هیدرولیک دنده ای به سمت کم فشار آن ،جلوگیری می کند.
ب)پمپ های هیدرولیک دنده ای چرخ دنده خارجی :
در این حالت ،دو چرخ دنده خارجی با یکدیگر درگیر می شوند .چرخ دنده (2) در جهت فلش می چرخد و چرخ دنده (3) را در جهت عکس می چرخاند .در اینجا نیز مانند آنچه در مورد پمپ چرخ دنده داخلی گفته شد، فرآیند مکش انجام می شود.
سیال در فضاهای محبوس (4) به سمت پر فشار پمپ (قرمز) هدایت می شود.
با توجه به شکل مشاهده می شود که دندانه ها قبل از تخلیه کامل ، فضاها را می بندند. اگر سیال به دام افتاده در این فضاها تخلیه نشود ،ادامه چرخش چرخ دنده ها باعث ایجاد فشار بسیار بالایی می شودکه لرزش شدید پمپ های هیدرولیک دنده ای را در بر خواهد داشت. به همین خاطر ،سوراخ هایی برای تخلیه فضاها در این قسمت، روی بلوك های یاتاقانی تعبیه شده اند که روغن محبوس یا به اصطلح “روغن فشرده ” از طرف آن ها به سمت پرفشار پمپ هدایت می شود.
نکته قابل توجه دیگر که باید مورد نظر قرار گیرد ، لقی بین چرخدنده (5) و بلوك یاتاقان (6) است.
اگر دامنه لقی خیلی زیاد باشد آنگاه اصطکاك کم و نشتی زیاد خواهد شد. بالعکس اگر دامنه لقی خیلی کم باشد آنگاه اصطکاك زیاد و نشتی کم می شود.
اگر در طراحی پمپ ،لقی ثابت باشد ، به مرور زمان به علت ساییدگی ، نشتی افزایش پیدا می کند. همچنین تلفات حجمی نیز با افزایش فشار کاری زیاد می شود. این عوامل راندمان پمپ های هیدرولیک دنده ای را کاهش می دهند.
پمپ های هیدرولیک دنده ای نشان داده شده در شکل به گونه ای طراحی شده است که میزان لقی توسط بادامك (7) تنظیم می شود.این بادامك تحت تاثیر فشار سیستم عمل کرده و لقی را متناسب با آن تنظیم می کند. این نوع طراحی باعث راندمان بالای پمپ های هیدرولیک دنده ای ، مستقل از سرعت و فشار آن می شود.
♣ برای مشاهده و انتخاب پمپ های هیدرولیک کلیک کنید ♣
ملزومات یک پمپ را می توان در یک جمله خلاصه نمود:
پمپ های هیدرولیک باید انرژی مکانیکی (گشتاور، سرعت) را به انرژی هیدرولیک (جریان، فشار) تبدیل کنند. با این حال، در عمل الزامات بسیار متنوع ترند.
هنگام انتخاب یک پمپ، نکات زیر باید مورد توجه قرار گیرد:
محیط عملیاتی
محدوده فشار مورد نیاز
دامنه سرعت مورد انتظار
حداقل و حداکثر دمای کاری
حداکثر و حداقل ویسکوزیته
تاسیسات (لوله کشی، و غیره)
نوع نیروی محرکه (کوپل کردن و غیره)
طول عمر مورد انتظار
حداکثر سطح نویز
سهولت تعمیر
حداکثر هزینه
این لیست را می توان ادامه داد. البته تنوع الزامات نشان می دهد که هر پمپ نمی تواند به طور همزمان واجد تمام معیارها در سطح مطلوب باشد. از این رو، طیف وسیعی از اصول متفاوت طراحی وجود دارد. یکی از مسائل مشترک بین همه انواع پمپ ها این است که پمپ ها بر اساس اصل جابجایی کار می کنند. این شامل وجود محفظه های آب بندی شده در پمپ ها می شود.
در این محفظه، مایع از ورودی پمپ (بخش مکش) به خروجی (بخش فشار) منتقل می شود. از آنجا که ارتباط مستقیم بین این دو بخش وجود ندارد، پمپ ها گزینه بسیار مناسبی برای عملکرد در فشار بالای سیستم هستند. از این رو، برای سیستم های هیدرولیک نیز ایده آل می باشند.
طراحی اولیه
در ادامه به انواع اصلی پمپ های هیدرولیک که بر اساس اصل جابجایی کار می کنند، پرداخته می شود:
پمپ هیدرولیک دنده ای دنده خارجی
حجم بین چرخ دنده و غلاف ایجاد می شود.
(1) V = m × z × b × h × π
m = مدول ها
z = تعداد دنده ها
b = عرض چرخ دنده ها
h = ارتفاع دنده ها
شکل 1
پمپ هیدرولیک دنده ای دنده داخلی
حجم بین چرخ دنده ها، غلاف و اجزای فاصله/آب بندی ایجاد می شود.
(2) V = m × z × b × h × π
m = مدول ها
z = تعداد دنده ها
b = عرض چرخ دنده ها
h = ارتفاع دنده ها
شکل 2
پمپ هیدرولیک دنده ای ، دنده حلقه ای (گوشواره ای)
روتور یک دنده کمتر از استاتور داخلی دارد. حرکت سیاره ای روتور:
(3) V = z × (Amax – Amin) × b
Z = تعداد دنده های روتور
b = عرض چرخ دنده ها
شکل 3
پمپ هیدرولیک دنده ای پیچی
محفظه جابجایی بین قسمت پیچی و غلاف شکل گرفته است.
(4) V=π/4 (D^2-d^2 )×s-D^2 (α/2-sin2α/2)×s
که cos〖2α=(D+d)/2D〗
شکل 4
توصیف عملکرد پمپ های هیدرولیک دنده ای پیچی
پمپ های پیچی در یک ویژگی اصلی مشابه پمپ های دنده ای داخلی هستند و آن ویژگی سطح بسیار پایین صدای تولید شده است. بنابراین، از آنها در سیستم های هیدرولیکی به عنوان مثال، در سالن های تئاتر و اپرا استفاده می شود. پمپ های پیچی دارای دو یا سه چرخ دنده کرمی شکل در یک غلاف هستند.
چرخ دنده کرمی شکل متصل به محور دارای رزوه ساعت گرد بوده و حرکت دوار را به سایر دنده های کرمی که دارای رزوه پاد ساعتگرد می باشند، منتقل می کند.
یک محفظه بسته بین تاب ها و رزوه های چرخ دنده های کرمی شکل تشکیل می شود. این محفظه بدون تغییر در حجم از بخش مکش به بخش فشار پمپ حرکت می کند. این فرایند یک جریان ثابت، یکنواخت و ملایم تولید می کند و در نتیجه عملیات بسیار آرام خواهد بود.
شکل 12 – پمپ پیچی
پارامترهای مهم
حجم جابجایی 15 تا 3500 سانتی متر مکعب
فشار عملیاتی تا 200 بار
محدوده سرعت 1000 تا 3500 دور در دقیقه
پمپ های دنده خارجی
به طور خاص پمپ های دنده خارجی در تعداد بالا و در سیستم های هیدرولیک سیار استفاده می شوند.
دلیل این امر، ویژگی های طراحی آن است:
فشار نسبتا بالا برای وزن کم
هزینه پایین
طیف گسترده سرعت
دامنه وسیع دما / ویسکوزیته
عملکرد
شکل 13- پمپ دنده ای خارجی
چرخ دنده (7) از طریق یک کوپل به محور (موتور الکتریکی، موتور دیزل، و غیره) متصل است. چرخ دنده های (7) و (8) به وسیله بلوک های یاتاقان (4) و (5) به گونه ای آرایش یافته اند که چرخ دنده ها در چرخش با حداقل فاصله قرار می گیرند. محفظه های جابجایی در بین دنده ها، دیواره های داخلی غلاف و سطوح بلوک های یاتاقان (4) و (5) شکل می گیرند.
وقتی سیستم روشن می شود، ابتدا هوایی که در خطوط مکش S وجود دارد در داخل محفظه به سمت فشار P انتقال داده می شود. از این رو یک فشار منفی است در خط مکش ایجاد می شود. با افزایش فشار منفی، سیال از مخزن تا داخل خط مکش و تا بالای پمپ جریان می یابد.
سیال به داخل محفظه چرخ دنده ها و سپس از طریق فشار پمپ به سیستم هیدرولیک تغذیه می شود. از این رو یک پیش شرط ضروری برای عملکرد پمپ این است که محفظه های چرخ دنده ها به گونه آی اب بندی شده باشند که کمترین میزان هوا یا سیال با حداقل تلفات جابجا شود.
پمپ های دنده خارجی دارای آب بندی های فواصل هستند. با توجه به این، میزان تلفات به فشار عملیاتی در قسمت های فشار و مکش بستگی دارد. به طوری که با افزایش فشار تنها مقدار بسیار کمی از سیال می تواند از طریق این فاصله از طرف فشار به طرف مکش نفوذ نماید، بلوک یاتاقان عقب (5) به بخش عقب چرخ دنده ها از طریق یک میدان فشار محوری فشرده می شود.
فشار واقعی موجود سیستم در میدان فشار وجود دارد.
پارامترهای مهم
حجم جابجایی 0.2 تا 200 سانتی متر
حداکثر فشار تا 300 بار (وابسته به اندازه)
محدوده سرعت 500 تا 6000 دور در دقیقه
شکل 14 – پمپ های دنده ای G2 و G4
پمپ های هیدرولیک دنده ای ، دنده داخلی
مهمترین ویژگی پمپ های دنده داخلی سطح صدای بسیار کم آنها است. از این رو، مهمترین کاربرد آنها در درجه اول در صنایع هیدرولیک (دستگاه های پرس، ماشین آلات تولید پلاستیک و ابزار و غیره) و در وسایل نقلیه ای که در فضای محصور استفاده می شوند (بالابرهای الکتریکی و غیره ) می باشد.
شکل 15- پمپ دنده ای داخلی GU
عملکرد
شکل 16- پمپ دنده ای داخلی
روتور چرخ دنده به محور متصل است. هنگامی که روتور و چرخ دنده های داخلی می چرخند، فضای بین دنده ها افزایش می یابد و عمل “مکش” در انجام می شود.
این افزایش فضا در یک زاویه چرخش حدودآ بالاتر از 120 درجه رخ می دهد. از این رو محفظه جابجایی نسبتا آهسته پر می شود.این امر باعث می شود عملیات به شدت آرام انجام گرفته و یک مشخصه مکش بسیار خوب تولید شود. وقتی محفظه پر می شود، سیال بدون تغییر در حجم جابجا می شود تا به وردی فشار وارد شود. با اتصال یک محفظه به ورودی فشار، فضای بین چرخ دنده ها کاهش می یابد و سیال خارج می شود.
هنگامی که چرخ دنده ها در هم گیر می کنند، شکل خاص آنها یک ویژگی مثبت برای عملکرد آنها است، به طوریکه عملا هیچ منطقه مرده ای بین چرخ دنده داخلی و روتور آن وجود ندارد (بر خلاف پمپ های دنده خارجی). حجم روغن در چنین مناطق مرده ای فشرده می شود و از این رو پالس های فشار ایجاد شده و منجر به بروز صدا می شود. پمپ های دنده داخلی همانطور که در توضیح داده شد، عملا هیچ پالس فشاری نداشته و از این رو بسیار بی صدا هستند.
پارامترهای مهم
حجم جابجایی 3 تا 250 سانتی متر مکعب
فشار عملیاتی تا 300 بار (بسته به اندازه)
محدوده سرعت 500 تا 3000 دور در دقیقه (وابسته به اندازه)
همچنین میتوانید در رابطه با پمپ هیدرولیک پیستونی بخوانید.