Αξονική Αντλία Εμβόλων: Επισκόπηση Δομής και Απόδοσης

Υπάρχει ένα σημείο στην πλειονότητα των καριερών στην υδραυλική μηχανική όπου οι αξονικοί εμβολοφόροι αντλητές παύουν να φαίνονται απειλητικοί και αρχίζουν να γίνονται πλήρως κατανοητοί. Η γεωμετρία τους είναι πραγματικά ευγενική, μόλις τη δει κανείς σε λειτουργία — πολλαπλά εμβολα που εναλλάσσονται στο να ωθούν το υγρό, μια κεκλιμένη πλάκα που ελέγχει το πόσο δυνατά το ωθούν, και ολόκληρη η συναρμολόγηση που περιστρέφεται εκατοντάδες φορές το λεπτό μέσα σε ένα περίβλημα που μπορείτε να κρατήσετε με τα δύο σας χέρια.

Αυτή η ευγένεια είναι επίσης ο λόγος για τον οποίο ο αξονικός εμβολοφόρος αντλητής κυριαρχεί σε απαιτητικές υδραυλικές εφαρμογές, ενώ οι απλούστεροι αντλητές με οδοντωτούς τροχούς και πτερύγια αναλαμβάνουν τις ευκολότερες εργασίες. Βαθμοί πίεσης πάνω από 400 bar, όγκοι απόδοσης που παραμένουν πάνω από 95% στις ονομαστικές συνθήκες, πραγματικός έλεγχος μεταβλητής εκτόπισης — τίποτα από αυτά δεν προέρχεται από οδόντωση ή ολισθαίνοντα πτερύγια. Προέρχεται από την ακριβώς ελεγχόμενη διαδρομή των εμβόλων.

Η Μηχανική Εικόνα

Ένας κύλινδρος περιστρέφεται γύρω από έναν άξονα κίνησης. Μέσα σε αυτόν, συνήθως επτά, εννέα ή έντεκα εμβολα τοποθετούνται σε οπές που έχουν διανοιγεί παράλληλα προς τον άξονα του άξονα κίνησης. Κάθε εμβολο διαθέτει στο εξωτερικό του άκρο ένα προστατευτικό παδ (slipper pad) — μια μικρή, επίπεδη «υποδήματος» επιφάνεια που εργάζεται εναντίον της επιφάνειας της πλάκας κλίσεως (swashplate). Η πλάκα κλίσεως είναι σταθερά τοποθετημένη υπό γωνία ως προς τον άξονα περιστροφής του κυλίνδρου. Καθώς ο κύλινδρος περιστρέφεται, αυτή η γωνία αναγκάζει κάθε εμβολο να κινείται εναλλάξ προς τα μέσα και προς τα έξω στην αντίστοιχη οπή του, κατά σειρά — εκτείνοντας κατά το πρώτο μισό της περιστροφής και συρρικνώνοντας κατά το δεύτερο μισό.

Στην οπίσθια επιφάνεια του κυλίνδρου βρίσκεται η πλάκα βαλβίδας, ένας ακριβώς κατεργασμένος δίσκος με δύο νεφροειδείς οπές. Μία από τις οπές συνδέεται με την εισαγωγική θύρα· η άλλη συνδέεται με την εξαγωγική θύρα. Καθώς κάθε οπή του εμβόλου περνά από τη νεφροειδή οπή εισαγωγής κατά τη φάση εκτάσεως, εισρέει υγρό. Καθώς περνά από τη νεφροειδή οπή εξαγωγής κατά τη φάση συρρίκνωσης, εκτοξεύει υγρό υπό πίεση. Ο χρονισμός είναι αποκλειστικά μηχανικός — η γεωμετρία της πλάκας βαλβίδας εκτελεί το έργο.

Μεταβλητή Μετατόπιση: το χαρακτηριστικό που αλλάζει τον υπολογισμό

Οι αντλίες σταθερής μετατόπισης παρέχουν την παροχή που καθορίζεται από την ταχύτητα περιστροφής του άξονα και τη γεωμετρία τους. Χρήσιμες, αλλά άκαμπτες. Η πλάκα κλίσης (swashplate) σε μια αξονική αντλία πιστονιών μεταβλητής μετατόπισης μπορεί να κλιθεί μέσω εξωτερικού ελέγχου — υδραυλικού, μηχανικού ή ηλεκτροϋδραυλικού. Αν κλιθεί η πλάκα περισσότερο έντονα, αυξάνεται η διαδρομή των πιστονιών· η μετατόπιση αυξάνεται αναλόγως. Αν πλησιάσει η πλάκα προς την κατακόρυφη θέση, η διαδρομή συντομεύει· στη θέση μηδενικής γωνίας, τα πιστόνια σχεδόν δεν κινούνται και η παροχή σταματά ουσιαστικά χωρίς να σταματήσει ο άξονας.

Αυτό είναι η καρδιά των συστημάτων ανίχνευσης φορτίου και των κυκλωμάτων ηλεκτροϋδραυλικών αντλιών. Η αντλία ρυθμίζει συνεχώς τη δική της παροχή για να ταιριάζει με το πραγματικό αίτημα του κυκλώματος, αντί να λειτουργεί σε πλήρη εκτόπισμα και να απορρίπτει περιττή παροχή μέσω βαλβίδας ασφαλείας. Σε πραγματικούς βιομηχανικούς κύκλους λειτουργίας — όπως η χύτευση με έγχυση, η πλαστικοποίηση με πίεση ή οποιαδήποτε διαδικασία με φάσεις στάσης — η διαφορά ενέργειας μεταξύ μιας μεταβλητής αξονικής εμβολοαντλίας και μιας εναλλακτικής σταθερής εκτόπισης είναι τόσο σημαντική, ώστε να φαίνεται ξεκάθαρα στους μηνιαίους λογαριασμούς ηλεκτρικού ρεύματος.

Γιατί έχει σημασία ο περίεργος αριθμός εμβόλων

Επτά, εννέα, έντεκα — ποτέ όχι οκτώ ή δέκα. Οι μονοί αριθμοί διασφαλίζουν ότι κανένα ζεύγος εμβόλων δεν διασχίζει ταυτόχρονα το όριο υψηλής-χαμηλής πίεσης της πλάκας βαλβίδας. Με ζυγούς αριθμούς, αντικριστά εμβόλα φτάνουν στο σημείο μετάβασης ταυτόχρονα, δημιουργώντας μια διακύμανση πίεσης της οποίας το πλάτος είναι περίπου διπλάσιο σε σύγκριση με αυτό που παράγουν οι διατάξεις με μονό αριθμό εμβόλων. Χαμηλότερη διακύμανση σημαίνει ησυχότερη λειτουργία, μικρότερη μετάδοση κραδασμών στην κατασκευή της μηχανής και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής λόγω κόπωσης στον αγωγό εξόδου. Πρόκειται για μια μικρή λεπτομέρεια σχεδιασμού με συνέπειες που ενισχύονται σε χιλιάδες ώρες λειτουργίας.

Τυπικές διαμορφώσεις

Οι περισσότεροι κατασκευαστές — με τις οικογένειες A10V και A4V της Rexroth ως αναφορά — προσφέρουν αντλίες τυποποιημένης πλάκας σύνδεσης, κατασκευασμένες σύμφωνα με τα πρότυπα σύνδεσης SAE A, B ή C. Οι αντλίες τυποποιημένης ατράκτου διαθέτουν εξόδους με εγκοπές (splined) ή με παράλληλο πείρο (parallel keyed), ανάλογα με τη διάταξη του κινητήρα. Αυτές οι τυποποιημένες διεπαφές σημαίνουν ότι αντλίες αντικατάστασης από διαφορετικούς προμηθευτές μπορούν να εγκατασταθούν σε υφιστάμενες εγκαταστάσεις χωρίς εξειδικευμένους προσαρμογείς, γεγονός που έχει ιδιαίτερη σημασία όταν μια αντλία αποτύχει κατά τη διάρκεια της παραγωγής και η αντικατάστασή της πρέπει να φτάσει και να εγκατασταθεί επειγόντως.

Σφραγίδες και η ακρίβεια που προστατεύουν

Οι επιδόσεις που διαθέτει μια αξονική πιστονική αντλία κατά την παράδοσή της εξαρτώνται αποκλειστικά από τη διατήρηση ελάχιστων χωρισμάτων σε μικρομετρικό επίπεδο. Το διάκενο μεταξύ της πλάκας ολίσθησης (slipper pad) και της πλάκας κλίσεως (swashplate), το διάκενο μεταξύ του εμβόλου και του κυλίνδρου (bore), καθώς και η επιφάνεια της πλάκας βαλβίδας (valve plate face) — δεν είναι ρυθμιζόμενα διακενά. Κατασκευάζονται με ακρίβεια και διατηρούνται με την αποφυγή της μόλυνσης και τη διατήρηση της ακεραιότητας των σφραγίδων.

Μια φθείρουσα σφράγιση άξονα προκαλεί δύο πράγματα ταυτόχρονα: επιτρέπει τη διαρροή υδραυλικού υγρού προς τα έξω και επιτρέπει την εισροή αέρα στο περίβλημα από την πλευρά αναρρόφησης. Ο αέρας αυτός διαλύεται στο υγρό υπό πίεση και στη συνέχεια καταρρέει εκρηκτικά στην πλάκα βαλβίδας όταν η πίεση μειώνεται — πρόκειται για ερωσιονική καταστροφή λόγω καβίτησης, η οποία μπορεί να προκαλέσει γρατζουνιές στη σκληρυμένη επιφάνεια της πλάκας βαλβίδας εντός λίγων ωρών λειτουργίας. Η σφράγιση άξονα αποτελεί πραγματικά τη φθηνότερη ασφαλιστική κάλυψη σε ολόκληρη την αντλία.

Η HOVOO / HOUFU διαθέτει σε απόθεμα κιτ σφραγίσεων αξονικών εμβόλων για τις κύριες οικογένειες αντλιών Rexroth, Parker και Kawasaki. Τα κιτ με την επωνυμία HOUFU έχουν επαληθευθεί διαστασιακά και είναι διαθέσιμα σε συνθέσεις NBR και FKM. Βρείτε το κατάλληλο κιτ για την αντλία σας στη διεύθυνση hovooseal.com.

Πηγή: www.hovooseal.com