Pompa tłoczkowa osiowa: przegląd budowy i parametrów wydajności

W większości karier w dziedzinie inżynierii hydraulicznej nadechodzi moment, w którym pompy tłoczkowe osiowe przestają być zniechęcające i zaczynają mieć pełny sens. Ich geometria jest w rzeczywistości elegancka, gdy tylko zobaczy się, jak działają — wiele tłoczków naprzemiennie wypycha ciecz, nachylona płyta kontroluje siłę ich wypychania, a cała zespół wiruje setki razy na minutę w obudowie, którą można trzymać w dwóch rękach.

Ta elegancja jest również powodem, dla którego pompa tłoczkowa osiowa dominuje w wymagających zastosowaniach hydraulicznych, podczas gdy prostsze pompy zębate i łopatkowe obsługują łatwiejsze zadania. Klasyfikacje ciśnienia powyżej 400 bar, sprawności objętościowe utrzymujące się powyżej 95% w warunkach znamionowych oraz prawdziwa regulacja przemieszczenia roboczego — żadna z tych cech nie wynika z zazębienia kół zębatych ani ślizgających się łopatek. Wynikają one z precyzyjnie kontrolowanej długości skoku tłoczka.

Obraz mechaniczny

Tłoczysko cylindra obraca się wokół wału napędowego. Wewnątrz znajduje się zwykle siedem, dziewięć lub jedenaście tłoczków umieszczonych w otworach wierconych równolegle do osi wału. Każdy tłoczek ma na zewnętrznym końcu tzw. płytkę ślizgową — małą, płaską „butkę”, która porusza się po powierzchni płyty nachylonej. Płyta nachylona jest zamocowana pod kątem względem osi obrotu tłoczyska cylindra. Podczas obrotu tłoczyska kąt ten zmusza każdy tłoczek do naprzemiennego wysuwania się i wciskania się w swoim otworze — wysuwa się w pierwszej połowie obrotu, a wciska się w drugiej połowie.

Na tylnej powierzchni tłoczyska cylindra znajduje się płyta rozdzielająca — precyzyjnie obrobiona tarcza z dwoma otworami w kształcie nerek. Jeden z otworów łączy się z portem ssawnym, drugi — z portem tłocznym. Gdy otwór każdego tłoczka przechodzi nad ssawnym otworem w kształcie nerki podczas jego ruchu wysuwania, pobiera on płyn. Gdy przechodzi nad tłocznym otworem w kształcie nerki podczas ruchu wciskania, wypycha płyn pod ciśnieniem. Czasowanie jest czysto mechaniczne — geometria płyty rozdzielającej zapewnia odpowiednią pracę.

Zmienna pojemność robocza: cecha zmieniająca sposób obliczeń

Pompy o stałej pojemności roboczej dostarczają przepływu określonego przez prędkość wału i geometrię pompy. Są one przydatne, ale nieelastyczne. Płytka nachylona w pompie osiowej tłoczkowej o zmiennej pojemności roboczej może być nachylana za pomocą zewnętrznego sterowania — hydraulicznego, mechanicznego lub elektrohydraulicznego. Im bardziej stromo jest nachylona płytka, tym większy staje się skok tłoczków; pojemność robocza rośnie wraz z nim. Przybliżenie płytki do pozycji pionowej skraca skok tłoczków; przy kącie zerowym tłoczki poruszają się ledwo widocznie, a przepływ praktycznie ustaje, bez zatrzymywania wału.

To jest serce systemów czujnikowych obciążenia i obwodów pomp elektrohydraulicznych. Pompa ciągle dostosowuje własne wydajność do rzeczywistych potrzeb obwodu, zamiast pracować przy pełnym przesunięciu roboczym i odprowadzać nadmiarowy przepływ przez zawór bezpieczeństwa. W rzeczywistych cyklach pracy przemysłowej — takich jak wtrysk tworzyw sztucznych, kształtowanie na prasie czy dowolne procesy zawierające fazy postoju — różnica w zużyciu energii pomiędzy zmiennoprzepływową pompą tłoczkową osiową a alternatywną pompą o stałym przesunięciu roboczym jest na tyle znaczna, że wyraźnie odzwierciedla się w miesięcznych rachunkach za energię elektryczną.

Dlaczego nieparzysta liczba tłoczków ma znaczenie

Siedem, dziewięć, jedenaście — nigdy osiem ani dziesięć. Liczba nieparzysta zapewnia, że żadne dwa tłoczki nie przekraczają jednocześnie granicy od wysokiego do niskiego ciśnienia na tarczy zaworowej. W przypadku liczb parzystych przeciwległe tłoczki docierają w tym samym momencie do punktu przejścia, co powoduje falę ciśnienia o amplitudzie mniej więcej dwukrotnie większej niż w konstrukcjach z nieparzystą liczbą tłoczków. Mniejsza fala ciśnienia oznacza cichszą pracę, mniejsze drgania przekazywane do konstrukcji maszyny oraz dłuższą żywotność zmęczeniową rurociągów wylotowych. Jest to drobny szczegół projektowy, którego skutki kumulują się przez tysiące godzin pracy.

Konfiguracje standardowe

Większość producentów — przykładowo Rexroth z seriami pomp A10V i A4V — oferuje standardowe pompy z kołnierzem wykonane zgodnie z wzorcami montażowymi SAE typu A, B lub C. Standardowe pompy z wałem dostarczane są z wyjściami zębaczonymi lub z rowkami klucza równoległego w zależności od układu napędu. Te ustandaryzowane interfejsy oznaczają, że pompy zastępcze pochodzące od różnych dostawców mogą być montowane w istniejących instalacjach bez konieczności stosowania niestandardowych adapterów — co ma szczególne znaczenie w przypadku awarii pompy podczas produkcji, gdy wymieniona pompa musi zostać dostarczona i zamontowana jak najszybciej.

Uszczelki i precyzja, którą chronią

Wartości wydajnościowe, z jakimi dostarczana jest pompa tłoczkowa osiowa, zależą całkowicie od utrzymania luzów na poziomie mikrometrów. Łożysko ślizgowe względem płyty nachylonej, tłoczek względem gniazda oraz powierzchnia płyty rozdzielczej — to nie są luzy regulowane. Są one realizowane podczas produkcji i utrzymywane poprzez zapobieganie przedostawaniu się zanieczyszczeń oraz zachowanie integralności uszczelki.

Zanikająca uszczelka wału powoduje jednocześnie dwa zjawiska: ucieknięcie cieczy hydraulicznej na zewnątrz oraz dopływ powietrza do obudowy po stronie ssącej. Powietrze to rozpuszcza się w cieczy pod ciśnieniem, a następnie gwałtownie koliduje na tarczy zaworowej w momencie spadku ciśnienia — powstaje kawitacja, której erozyjne działanie może uszkodzić hartowaną powierzchnię tarczy zaworowej już po kilku godzinach pracy pompy. Uszczelka wału stanowi rzeczywiście najtańszą formę ubezpieczenia całej pompy.

HOVOO / HOUFU oferuje zestawy uszczelek pomp tłoczkowych osiowych przeznaczone dla głównych rodzin pomp Rexroth, Parker i Kawasaki. Zestawy marki HOUFU są zweryfikowane pod względem wymiarowym i dostępne są w wersjach z tworzywem NBR oraz FKM. Znajdź odpowiedni zestaw dla swojej pompy na stronie hovooseal.com.

Źródło: www.hovooseal.com