33-99No. Mufu E Rd., Gulou District, Nanjing, Čína [email protected] | [email protected]
33-99No. Mufu E Rd., Gulou District, Nanjing, Čína [email protected] | [email protected]
V průmyslových hydraulických systémech je čerpadlo obvykle namontováno na vrcholu nádrže, která obsahuje pracovní kapalinu systému. Sání (též označované jako vstupní potrubí) spojuje vstup čerpadla s olejem v nádrži.
Proudění kapaliny z nádrže k čerpadlu lze považovat za samostatný hydraulický systém. V tomto podsystému zajišťuje podtlak vytvořený čerpadlem odpor proti proudění a energii, která kapalinu uvádí do pohybu, poskytuje atmosférický tlak. Atmosféra působící na povrch oleje v nádrži funguje jako akumulátor.
Obrázek 5-1 Standardní instalace čerpadla – čerpadlo nahoře, sací potrubí pod hladinou oleje. Atmosférický tlak působící na povrch oleje je to, co tlačí olej směrem nahoru do čerpadla.
Obecně se domníváme, že vzduch nemá žádnou hmotnost, avšak atmosféra vzduchu obklopující Zemi skutečně vyvíjí tlak. Torricelli, vynálezce barometru, ukázal, že atmosférický tlak lze měřit pomocí sloupce rtuti. Když obrátil trubici naplněnou rtutí do nádoby s rtutí, zjistil, že na úrovni moře sloupec rtuti, který dokáže atmosférický tlak udržet, dosahuje výšky 29,92 palce (760 mm). Za standardních podmínek tedy atmosférický tlak na úrovni moře odpovídá (nebo je ekvivalentní) sloupci rtuti vysokému 29,92 palce (760 mm). Samozřejmě jakékoli místo nad úrovní moře bude mít nižší atmosférický tlak.
Hydraulický tlak je obvykle vyjadřován v jednotkách psi nebo bar, zatímco atmosférický tlak je obvykle měřen v in.Hg (palcích rtuti) nebo mmHg. Při teplotě 68 °F (20 °C) a relativní vlhkosti 36 % činí atmosférický tlak na úrovni moře 29,92 in.Hg nebo 760 mmHg, což odpovídá 14,7 psia nebo 1,01 bar. Důležité je, že jednotka bar se nepoužívá k definici atmosférického tlaku; namísto toho činí standardní atmosférický tlak 101 000 N/m².
Při převodu mezi in.Hg a psi si uvědomte, že 1 psia = 2,04 in.Hg a 1 bar ≈ 752 mmHg. Přibližně tedy platí: 1 psia ≈ 2 in.Hg nebo 1 bar ≈ 750 mmHg.
K měření tlaku v hydraulickém systému lze použít jak absolutní tlak, tak přetlakový tlak.
Absolutní tlak se měří od nulového tlakového bodu – tedy od bodu, ve kterém je tlak zcela nepřítomen. Jednotkou může být psi (bar) nebo in.Hg (mmHg). Absolutní tlak je označen přidaným indexem „a“: psia (absolutní psi), bara.
Měření přetlaku se provádí vzhledem k referenčnímu bodu atmosférického tlaku. Jednotkou je psi (bar). Absolutní tlak se rovná součtu přetlaku a standardního atmosférického tlaku. Příklad: Pokud systém ukazuje 100 psig (6,9 bar přetlaku) a standardní atmosférický tlak činí 14,7 psia (1 bar), pak je absolutní tlak 114,7 psia (7,9 bar absolutního tlaku). Aby bylo možné oba typy tlaku od sebe odlišit, je přetlak uváděn jako psig a absolutní tlak jako psia.
Když čerpadlo nefunguje, je sací strana systému v rovnováze – rozdíl tlaku mezi čerpadlem a atmosférou je nulový, což znamená, že nedochází k proudění. Aby čerpadlo dodávalo olej do své rotační sestavy, musí běžící čerpadlo vytvořit tlak nižší než atmosférický – systém se tak stane nerovnovážným – a proudění začne.
Tlak, který atmosférický tlak vyvíjí na kapalinu, plní dvě funkce:
Většina atmosférického tlaku se používá k urychlení kapaliny do čerpadla, avšak první úkol musí být splněn předem: dodání kapaliny do vstupu čerpadla. Pokud je na tomto stupni spotřebováno příliš mnoho atmosférického tlaku, nezůstane již dostatek tlaku k urychlení kapaliny do rotačního uspořádání. To způsobuje hladovění čerpadla a vznik tzv. kavitace.
Kavitační je vznik a zhroucení parních dutin v kapalině. Poškozuje čerpadlo dvěma způsoby:
Na straně vstupu čerpadla se v celém kapalinovém prostředí tvoří parní dutiny. To snižuje účinnost mazání a urychluje opotřebení. Když tyto dutiny dosáhnou oblasti vysokého tlaku na výstupu z čerpadla, stěny dutin se stlačí a násilně zhroutí, čímž uvolní obrovské množství energie, která „odštípává“ kovové povrchy – podobně jako sochař, který používá kladivo a dláto na kámen. Pokud se kavitace nechá pokračovat, zkrátí se životnost čerpadla a kavitační částice se mohou šířit do jiných částí systému a poškodit další komponenty.
Obrázek 5-5 Poškození kavitací v ložiskové dutině tělesa čerpadla. Mikroskopický vzor pittingu je způsoben opakovaným implozivním zhroucením parních dutin na kovovém povrchu.
Nejzřetelnějším znakem kavitace je hluk – při kolapsu dutin vznikají vibrace vysoké amplitudy, které se šíří celým systémem, a hydraulické čerpadlo vyprodukuje vysokofrekvenční, pronikavý zvuk. Když dojde ke kavitaci, komory čerpadla nejsou zcela naplněny kapalinou, čímž klesá průtok a tlak v systému se stává nestabilním.
Kavitace vzniká v kapalině, protože kapalina vaří – avšak toto vaření není způsobeno teplem. Je způsobeno tím, že kapalina dosáhne dostatečně nízkého absolutního tlaku.
Všechny molekuly v kapalině jsou v neustálém pohybu, avšak ne všechny stejnou rychlostí. Rychleji se pohybující molekuly v blízkosti povrchu se snaží uniknout do prostoru nad povrchem, navzdory přitažlivé síle okolních molekul. Síla, kterou musí rychle se pohybující molekuly překonat, aby unikly do atmosféry, je tlak nasycených par dané kapaliny.
Pokud je nádoba s kapalinou uzavřená, rychle se pohybující molekuly vstupují do prostoru nad kapalinou. Když tento prostor dosáhne nasycení párou, molekuly se srážejí a vrací se zpět do kapaliny. Molekuly opouštějící kapalinu se nazývají výpar; molekuly se vracející zpět do kapaliny se nazývají kondenzace. Když jsou rychlosti výparu a kondenzace stejné, nastane rovnováha a tlak vyvolaný párou je tzv. parní tlak dané kapaliny. Parní tlak se obvykle vyjadřuje v jednotkách absolutního tlaku, např. in.Hg.
Parní tlak je ovlivněn teplotou. S rostoucí teplotou získávají molekuly kapaliny více energie a pohybují se rychleji. Parní tlak tedy stoupá. Když se parní tlak rovná atmosférickému tlaku, mohou molekuly kapaliny volně vstupovat do atmosféry — tomuto jevu se říká var. Voda na hladině moře vře při teplotě 212 °F (100 °C), protože při této teplotě je parní tlak vody rovný atmosférickému tlaku.
Kapalinu lze rovněž uvést do varu snížením tlaku působícího na ni. Když klesne tlak na hodnotu párového tlaku kapaliny, mohou molekuly kapaliny volně vstupovat do prostoru nad kapalinou. Voda o teplotě 100 °F (37,2 °C) má párový tlak 2 in.Hg (0,068 baru). Pokud je nádoba s vodou o teplotě 100 °F připojena k vývěvě a absolutní tlak uvnitř klesne na 2 in.Hg (0,068 baru), voda začne vařit. Čerpadla zpracovávající kapalinu obvykle zažívají tento typ varu.
Hydraulický olej na úrovni moře obsahuje přibližně 10 % rozpuštěného vzduchu. Tento vzduch je v kapalině rozpuštěn – je neviditelný a nepatrně nezvyšuje objem kapaliny. Schopnost hydraulického oleje či jakékoli jiné kapaliny rozpouštět vzduch klesá s klesajícím tlakem působícím na kapalinu. Například pokud se sklenice hydraulického oleje za atmosférického tlaku umístí do vakua, rozpuštěný vzduch se přemění na bubliny a unikne z roztoku. Během kavitace se rozpuštěný vzduch uvolňuje z oleje a poškozuje hydraulické čerpadlo.
Zachycený vzduch je vzduch v kapalině v nerozpuštěném stavu – ve formě bublin. Pokud čerpadlo občas nasává olej obsahující zachycený vzduch, mají bubliny podobný účinek na čerpadlo jako kavitace. Avšak protože tento jev není spojen s nasyceným párovým tlakem kapaliny, označujeme ho jako pseudokavitaci.
Pokud dochází k únikům v sacím potrubí nebo selže těsnění hřídele čerpadla, je ve většině případů ve systému téměř vždy přítomen vzduch zamíchaný do kapaliny. Protože tlak na sací straně čerpadla je často nižší než atmosférický, jakékoli otevření na této straně způsobí nasátí vzduchu do oleje a do čerpadla. Jakékoli bubliny vzduchu zamíchaného do kapaliny, které se nemohou uvolnit v nádrži, se také dostanou do čerpadla.
Kavitace je čerpadlu i celému systému značně škodlivá. Výrobci čerpadel proto pro své výrobky stanovují limity na sací straně. Výrobci průmyslových hydraulických čerpadel s objemovým výtlakem obecně uvádějí, že tlak na sací straně čerpadla musí být nižší než atmosférický tlak, aby mohla kapalina proudit do rotačního uspořádání čerpadla. Tato specifikace tlaku je však obvykle udávána ne v jednotkách absolutního tlaku, nýbrž v jednotkách podtlaku.
Podtlak je jakýkoli tlak nižší než atmosférický. Pojem podtlak je matoucí, protože jeho výchozím bodem je stejný jako u manometrického tlaku (tj. atmosférický tlak), avšak hodnoty se udávají sestupně v jednotkách in.Hg (mmHg).
0 in (0 mm) podtlaku = atmosférický tlak nebo nulový manometrický tlak. 29,92 in.Hg (760 mmHg) podtlaku = úplný podtlak nebo nulový absolutní tlak.
Jak je znázorněno na obrázku, rtuťová nádoba spojená skleněnou trubicí s nádobou, ve které panoval atmosférický tlak: protože tlak uvnitř nádoby odpovídá atmosférickému tlaku působícímu na rtuťovou nádobu, rtuť ve skleněné trubici nestoupá. Nulová výška rtuťového sloupce ukazuje, že nádoba není ve stavu podtlaku.
Pokud je nádoba vyčerpána tak, že klesne vnitřní tlak o 10 palců rtuťového sloupce (254 mm Hg), může atmosférický tlak působící na povrch misky udržet sloupec rtuti výšky 10 palců (254 mm) — naměřený vakuum činí 10 palců rtuťového sloupce (254 mm Hg). Pokud je nádoba vyčerpána do úplného vakua (nulový absolutní tlak), může atmosférický tlak udržet sloupec rtuti výšky 29,92 palce (760 mm) — naměřený vakuum činí 29,92 palce rtuťového sloupce (760 mm).
0 palců (0 mm) rtuťového sloupce vakua = atmosférický tlak = nulový přetlak. 29,92 palce rtuťového sloupce (760 mm) vakua = úplné vakuum = nulový absolutní tlak.
Obrázek 5-9: Měření vakua rtuťovým manometrem. Tři stavy shora dolů: atmosférický (0 vakua), částečné vakuum (10 palců rtuťového sloupce) a úplné vakuum (29,92 palce rtuťového sloupce = 0 psia).
Vacuometr je kalibrován v rozmezí od 0 do 30 in.Hg (0–760 mmHg), přičemž každé dílčí dělení odpovídá 1 in.Hg. Na úrovni moře se pro převod údaje vacuometru na absolutní tlak jednoduše odečte naměřená hodnota podtlaku (v in.Hg) od hodnoty 30 in.Hg (760 mmHg). Například údaj podtlaku 7 in.Hg (177 mmHg) odpovídá absolutnímu tlaku 23 in.Hg (583 mmHg).
Výrobci čerpadel používají jednotky podtlaku pro požadavky na sací stranu, protože tyto požadavky souvisí s úrovní moře – při provozu čerpadla ve výškách nad úrovní moře je nutné vzít v úvahu nižší atmosférický tlak dané nadmořské výšky.
Příklad: Pokud výrobce stanoví, že maximální sací podtlak nesmí překročit 7 in.Hg (177 mmHg), znamená to, že výrobce vyžaduje alespoň 23 in.Hg (583 mmHg) absolutního tlaku (nebo atmosférického tlaku) na sacím hrdle čerpadla, aby se kapalina urychlila do rotačního uspořádání. Pokud klesne absolutní tlak na sacím hrdle čerpadla pod 23 in.Hg (583 mmHg), může dojít k poškození čerpadla, avšak to závisí na bezpečnostním faktoru, který výrobce pro hodnotu podtlaku stanovil. Všechny uveřejněné specifikace sacího hrdla čerpadla předpokládají jmenovitou otáčkovou frekvenci a použití petrolejového oleje. Pokud čerpadlo pracuje při jiné otáčkové frekvenci nebo s jinou kapalinou, musí být specifikace upraveny.
Maximální přípustný vakuum čerpadla závisí na tom, kterou kapalinu čerpadlo přečerpává. Technické požadavky na sací stranu se vypočítají na základě měrné hmotnosti a tlaku nasycených par petrolejového oleje. Pokud se používají hydraulické kapaliny odolné proti hoření, změny měrné hmotnosti a tlaku nasycených par ovlivní maximální přípustný sací vakuum.
Měrná hmotnost je poměr hmotnosti jedné kapaliny k hmotnosti jiné kapaliny. Přesněji řečeno je to poměr hmotnosti určitého objemu kapaliny k hmotnosti stejného objemu vody. Při teplotě 60 °F (15,6 °C) váží 1 ft³ (kubická stopa) vody 62,4 lb (28,3 kg). Pokud vydělíme hmotnost oleje hmotností vody, zjistíme, že olej má 90 % hmotnosti vody, nebo jinými slovy je poměr hmotností 1 (voda) ku 0,90 (petrolejový olej) — měrná hmotnost (SG) petrolejového oleje je tedy 0,90.
Požadavky na sací stranu čerpadla jsou vypočteny pro petrolejový olej se specifickou hmotností (SG) 0,87–0,90. U fosfátových esterů jako protipožární kapaliny se specifická hmotnost zvýší o 30 %, a to přibližně na 1,15. U vodních hydraulických kapalin se specifická hmotnost pohybuje v rozmezí od 0,93 (emulze HFB) do 1,08 (vodný glykol). Aby bylo možné tyto těžší kapaliny urychlit do čerpadla, je nutný vyšší tlak na sací straně čerpadla. Proto by měl být maximální povolený podtlak mírně snížen.
Petrolejový olej a fosfátové estery jako protipožární kapaliny mají při běžných provozních teplotách hydraulických systémů velmi nízký tlak nasycených par, avšak u vodních hydraulických kapalin je tomu jinak. Vodní kapaliny obsahují vysoký podíl vody. Tlak nasycených par jak emulze HFB, tak vodného glykolu může dosáhnout několika palců rtuti, zatímco u petrolejového oleje a syntetických kapalin činí pouze zlomek palce rtuti. Vodní kapaliny jsou proto více náchylné k vypařování a kavitaci.
Aby se zabránilo kavitaci kapalin na vodní bázi, výrobci čerpadel vyžadují dostatečný tlak na vstupu do čerpadla, aby se pracovní kapalina zrychlila při vstupu do čerpadla.
Obrázek 5-13 Porovnání tlaku nasycených par. Kapaliny na vodní bázi mají při stejné teplotě mnohem vyšší tlak nasycených par než minerální olej, což je činí náchylnějšími ke kavitaci, pokud je vstupní vakuum příliš vysoké.
Údržbáři nejspíše nejdříve zaznamenají vznikající kavitaci čerpadla nebo nasávání vzduchu, protože jejich obeznámenost se strojem jim umožňuje včas postřihnout první příznaky poruchy.
Nejzřetelnějším znakem kavitace hydraulického čerpadla nebo nasávání vzduchu je vysokofrekvenční zvuk, avšak existují jemné rozdíly: čerpadlo postižené kavitací vyvolává stálý vysokofrekvenční zvuk – tento zvuk může být způsoben kolapsu bublinek podobné velikosti. Při nasávání vzduchu se zvuk čerpadla výrazně mění: při vstupu malého množství vzduchu je hluk podobný cvakání nebo poruše ložiska; při vstupu velkého množství vzduchu vzniká podivný kovový úder nebo praskání.
Spolehlivější metodou, jak odlišit kavitaci od nasávání vzduchu, je použít vakuumetr k určení absolutního tlaku na vstupu čerpadla. Od atmosférického tlaku odečtěte naměřenou hodnotu podtlaku; pokud je výsledná hodnota absolutního tlaku nedostatečná, může docházet ke kavitaci.
Pro nové hydraulické systémy: pokud dochází u čerpadla k kavitaci, může to být způsobeno špatným návrhem sacího potrubí nebo příliš vysokou viskozitou oleje. Použití oleje správné viskozity nebo zvětšení průměru sacího potrubí za účelem snížení tlakové ztráty v potrubí pomůže k potlačení kavitace. U správně navrženého stávajícího systému: pokud dochází u čerpadla ke kavitaci, může to být způsobeno ucpaním sacího potrubí nečistotami, papírem nebo malými zvířaty – nebo může být sací filtr příliš zašpiněný a nemít bypass, případně bypass se nedostatečně otevírá.
U hydraulických čerpadel znamená „naplňování“ naplnění čerpacího mechanismu kapalinou. Neplněné čerpadlo obsahuje vzduch nebo „vzduchové uzávěry“. Před zahájením čerpacího procesu musí být tento vzduch odstraněn ze sacího potrubí a čerpací komory. Pokud je tento krok vynechán, může být hydraulické čerpadlo po spuštění bez předchozího naplnění trvale poškozeno již během několika minut kvůli nedostatku mazání.
Čerpadlo, jehož výstup je přímo připojen k nádrži prostřednictvím řídicího ventilu, se obvykle snadno zbaví zbytkového plynu do nádrže při spuštění. Pokud čerpadlo musí vypouštět vnitřní vzduch přes pojistný ventil, tato operace nemusí být možná — protože typické průmyslové hydraulické čerpadlo je velmi neefektivní kompresorem vzduchu.
Chcete-li odstranit zbytkový vzduch z nepředplněného čerpadla, uvolněte potrubní spoj na výstupu čerpadla, pomalu otáčejte čerpadlem, dokud z tohoto spoje nezačne vytékat olej, což indikuje, že je čerpadlo předplněno; poté spoj dotáhněte. Zbytkový vzduch lze také odvést uvolněním pojistného ventilu.
Hydraulická čerpadla obvykle vyžadují předplnění pouze při uvedení nového systému do provozu nebo po údržbě na straně sání stávajícího systému.
Následující termíny a vzorce se používají při práci s podmínkami na vstupu čerpadla:
Stav, kdy je vstup čerpadla umístěn pod úrovní kapaliny v nádrži. Při zaplaveném sacím přípoji poskytuje hydrostatický tlak (gravitace) dodatečnou energii pro vtlačení kapaliny do čerpadla.
Tlak na dně sloupce kapaliny. Pokud je vstup čerpadla umístěn pod úrovní kapaliny, hydrostatický tlak poskytuje čerpadlu dodatečný zdroj energie. Vzorce pro hydrostatický tlak:
Hydrostatický tlak (v in.Hg) = Výška (v palcích) × 0,036 × Měrná hmotnost ÷ 0,491
Hydrostatický tlak (v mmHg) = Výška (v mm) × 0,0288 × Měrná hmotnost
Ekvivalentní výška sloupce vyjádřená v délkových jednotkách pod daným referenčním bodem. Vzorec pro sací tlak (v in.Hg):
Sací tlak (v in.Hg) = Výška (v palcích) × 0,036 × Měrná hmotnost ÷ 0,491
Sací tlak (v mmHg) = Výška (v mm) × 0,0288 × Měrná hmotnost
Činnost hydraulického čerpadla spočívající ve vytvoření rozdílu tlaku mezi čerpadlem a atmosférou.
Absolutní tlak kapaliny na vstupu čerpadla.
Vítejte v HOVOO, čínské továrně na pečlivky. Výroba PU, gumiakových a PTFE pečlivek. Pečlivky zahrnují O-ring, pístovou pečlivku, válcovou pečlivku, Gray ring a plynovou pečlivku.
EN
AR
CS
DA
NL
FI
FR
DE
EL
IT
JA
KO
NO
PL
PT
RO
RU
ES
SV
TL
IW
ID
LV
SR
SK
VI
HU
MT
TH
TR
FA
MS
GA
CY
IS
KA
UR
LA
TA
MY
