Axialní pístové čerpadlo: přehled konstrukce a výkonu

Většina odborníků zabývajících se hydraulickým inženýrstvím zažije okamžik, kdy axiální pístová čerpadla přestanou být děsivá a začnou dávat naprosto smysl. Jejich geometrie je ve skutečnosti elegantní, jakmile ji uvidíte v akci – několik pístů postupně tlačí kapalinu, nakloněná deska řídí sílu jejich tlaku a celé sestavení se otáčí stovkykrát za minutu uvnitř pouzdra, které byste mohli držet v obou rukou.

Právě tato elegance je také důvodem, proč axiální pístová čerpadla dominují náročným hydraulickým aplikacím, zatímco jednodušší ozubená a lopatková čerpadla zvládají snazší úkoly. Tlakové třídy nad 400 bar, objemové účinnosti, které zůstávají nad 95 % za jmenovitých podmínek, skutečné řízení proměnného výtlaku – žádná z těchto vlastností nevychází z ozubených kol ani klouzajících lopatek. Všechny tyto vlastnosti jsou dány přesně řízenou zdvihovou dráhou pístů.

Mechanický obraz

Válec se otáčí kolem hřídele. Uvnitř něj se obvykle nachází sedm, devět nebo jedenáct pístů umístěných v dírách vyvrtaných rovnoběžně s osou hřídele. Každý píst má na svém vnějším konci klouzavou podložku – malou plochou podrážkou, která se opírá o povrch šikmé desky. Šikmá deska je pevně upevněna pod úhlem k ose rotace válce. Při otáčení válce tento úhel nutí každý píst postupně vysouvat a zasouvat se do svého otvoru – vysouvá se v jedné polovině otáčky a zasouvá se ve druhé.

Na zadní stěně válce je umístěna rozvaděčová deska, přesně obráběný kotouč se dvěma ledvinovitými otvory. Jeden otvor je spojen se sacím přípojkou, druhý s výtlačnou přípojkou. Když každý otvor pro píst při vysouvacím zdvihu prochází sacím ledvinovitým otvorem, nasává kapalinu. Když při zasouvacím zdvihu prochází výtlačným ledvinovitým otvorem, vytlačuje kapalinu pod tlakem. Časování je čistě mechanické – práci vykonává geometrie rozvaděčové desky.

Proměnný výtlak: funkce, která mění výpočet

Čerpadla se stálým výtlakem dodávají průtok, který určují otáčky hřídele a geometrie čerpadla. Jsou užitečná, ale nepružná. Plošina naklápěcího mechanismu (swashplate) u axiálního pístového čerpadla s proměnným výtlakem se dá naklonit pomocí vnějšího řízení — hydraulického, mechanického nebo elektrohydraulického. Čím více je plošina nakloněna, tím se zvětší zdvih pístů; s tím roste i výtlak. Pokud se plošina přibližuje k svislé poloze, zdvih pístů se zkracuje; při nulovém úhlu se písty téměř nepohybují a průtok v podstatě ustane, aniž by se zastavila hřídel.

Toto je srdcem systémů se snímkováním zátěže a elektrohydraulických čerpadlových obvodů. Čerpadlo neustále upravuje svůj vlastní výkon tak, aby odpovídal skutečným potřebám obvodu, místo aby běželo při plném zdvihovém objemu a přebytečný průtok odvádělo přes pojistný ventil. V reálných průmyslových provozních cyklech – například při vstřikování plastů, tváření lisem nebo u jakéhokoli procesu s fázemi zadržení – je rozdíl v energetické náročnosti mezi proměnným axiálním pístovým čerpadlem a alternativou se stálým zdvihovým objemem natolik významný, že se jasně projeví i na měsíčních účtech za elektřinu.

Proč je důležitý lichý počet pístů

Sedm, devět, jedenáct — nikdy osm nebo deset. Lichý počet zajišťuje, že žádné dva písty nikdy současně neprojdou hranicí mezi oblastí vysokého a nízkého tlaku na rozvaděčové desce. U sudého počtu protilehlé písty dorazí do přechodového bodu ve stejném okamžiku, čímž vznikne tlakové pulsování s amplitudou přibližně dvojnásobnou oproti konstrukcím s lichým počtem pístů. Nižší pulzace znamenají tišší provoz, menší vibrace přenášené do konstrukce stroje a delší únavovou životnost výstupních potrubí. Je to malý konstrukční detail, jehož důsledky se v průběhu tisíců provozních hodin kumulují.

Standardní konfigurace

Většina výrobců — jako referenční příklady lze uvést Rexroth s řadami A10V a A4V — nabízí standardní čerpadla s přírubou vyrobená podle montážních vzorů SAE typu A, B nebo C. Standardní čerpadla se hřídelí jsou dodávána s výstupem se zubovým nebo rovnoběžným klíčovým drážkováním v závislosti na uspořádání pohonu. Tyto standardizované rozhraní znamenají, že náhradní čerpadla od různých dodavatelů lze instalovat do stávajících zařízení bez nutnosti použití speciálních adaptérů, což je zásadní zejména v případě poruchy čerpadla během výroby, kdy musí být náhrada dodána a nainstalována co nejrychleji.

Těsnění a přesnost, kterou chrání

Výkonové údaje, se kterými axiální pístové čerpadlo opouští výrobu, zcela závisí na udržování vzdáleností v řádu mikrometrů. Mezery mezi kotoučkem klouzání a nakloněnou deskou, mezi pístem a válcem či mezi čelní plochou rozváděcí desky nejsou nastavitelné. Jsou vyráběny přímo a udržovány tím, že se zabrání vniknutí kontaminantů a zachovají se funkční těsnění.

Poškozené těsnění hřídele zároveň způsobuje dva jevy: umožňuje únik hydraulické kapaliny ven a zároveň umožňuje vstup vzduchu do skříně na sací straně. Tento vzduch se pod tlakem rozpuští v kapalině a poté při poklesu tlaku explodivně kolabuje na sací desce – dochází k kavitaci, jejíž erozní účinek může za několik provozních hodin poškodit tvrdou povrchovou vrstvu sací desky. Těsnění hřídele je opravdu nejlevnější pojistkou celého čerpadla.

HOVOO / HOUFU nabízí těsnicí sady pro axiální pístová čerpadla hlavních výrobců Rexroth, Parker a Kawasaki. Sady značky HOUFU jsou rozměrově ověřené a jsou dostupné v materiálech NBR i FKM. Správnou sadu pro vaše čerpadlo najdete na adrese hovooseal.com.

Zdroj: www.hovooseal.com