33-99Nr. Mufu E Rd. Dystrykt Gulou, Nanjing, Chiny [email protected] | [email protected]
33-99Nr. Mufu E Rd. Dystrykt Gulou, Nanjing, Chiny [email protected] | [email protected]
W przemysłowych układach hydraulicznych pompa jest zazwyczaj montowana na górze zbiornika przechowującego ciecz roboczą układu. Przewód ssawny (nazywany również przewodem wlotowym) łączy wlot pompy z olejem w zbiorniku.
Przepływ cieczy ze zbiornika do pompy można traktować jako osobny układ hydrauliczny. W tym podukładzie ciśnienie poniżej ciśnienia atmosferycznego powstające w pompie stanowi opór przepływu, a energia napędzająca ciecz pochodzi z ciśnienia atmosferycznego. Atmosfera działająca na powierzchnię oleju w zbiorniku działa jak akumulator.
Rysunek 5-1 Standardowa instalacja pompy — pompa umieszczona na górze, przewód ssawny poniżej poziomu oleju. Ciśnienie atmosferyczne działające na powierzchnię oleju powoduje jego podnoszenie się do pompy.
Zazwyczaj zakładamy, że powietrze nie ma wagi, ale otaczająca Ziemię atmosfera rzeczywiście wywiera ciśnienie. Torricelli, wynalazca barometru, udowodnił, że ciśnienie atmosferyczne można mierzyć za pomocą słupa rtęci. Odwracając wypełnioną rtęcią rurkę i zanurzając jej otwarty koniec w naczyniu z rtęcią, stwierdził, że na poziomie morza wysokość słupa rtęci utrzymywanego przez ciśnienie atmosferyczne wynosi 29,92 cala (760 mm). Zatem w warunkach standardowych ciśnienie atmosferyczne na poziomie morza odpowiada (lub jest równoważne) słupowi rtęci o wysokości 29,92 cala (760 mm). Oczywiście w dowolnym miejscu położonym powyżej poziomu morza ciśnienie atmosferyczne będzie niższe.
Ciśnienie hydrauliczne wyraża się zwykle w psi lub barach, natomiast ciśnienie atmosferyczne mierzy się zazwyczaj w in.Hg (calach słupa rtęci) lub mmHg. Przy temperaturze 68 °F (20 °C) i wilgotności względnej 36% ciśnienie atmosferyczne na poziomie morza wynosi 29,92 in.Hg lub 760 mmHg, co odpowiada 14,7 psia lub 1,01 bar. Istotne jest, że jednostka bar nie jest używana do definiowania ciśnienia atmosferycznego; standardowe ciśnienie atmosferyczne wynosi 101 000 N/m².
Przy przeliczaniu wartości między in.Hg a psi należy pamiętać, że 1 psia = 2,04 in.Hg, a 1 bar ≈ 752 mmHg. W przybliżeniu więc: 1 psia ≈ 2 in.Hg lub 1 bar ≈ 750 mmHg.
Do pomiaru ciśnienia w układzie hydraulicznym można stosować zarówno ciśnienie bezwzględne, jak i ciśnienie manometryczne.
Ciśnienie bezwzględne mierzy się od punktu zerowego ciśnienia — czyli od stanu całkowitego braku ciśnienia. Jednostką może być psi (bar) lub in.Hg (mmHg). Ciśnienie bezwzględne oznacza się dodając przyrostek „a”: psia (psi bezwzględne), bara.
Ciśnienie manometryczne jest mierzone względem punktu odniesienia stanowiącego ciśnienie atmosferyczne. Jednostką jest psi (bar). Ciśnienie bezwzględne równe jest sumie ciśnienia manometrycznego i standardowego ciśnienia atmosferycznego. Przykład: jeśli układ wskazuje 100 psig (6,9 bar nadciśnienia) i standardowe ciśnienie atmosferyczne wynosi 14,7 psia (1 bar), to ciśnienie bezwzględne wynosi 114,7 psia (7,9 bar bezwzględne). Aby odróżnić te dwa rodzaje ciśnienia, ciśnienie manometryczne zapisuje się jako psig, a ciśnienie bezwzględne jako psia.
Gdy pompa nie pracuje, strona ssąca układu znajduje się w stanie równowagi — różnica ciśnień między pompą a atmosferą wynosi zero, co oznacza brak przepływu. Aby pompa mogła dostarczać oleju do swojego zespołu wirującego, podczas pracy tworzy ona ciśnienie niższe od ciśnienia atmosferycznego — układ staje się niestabilny — i rozpoczyna się przepływ.
Ciśnienie wywierane przez atmosferę na ciecz pełni dwie funkcje:
Większość ciśnienia atmosferycznego jest wykorzystywana do przyspieszania płynu w kierunku pompy, ale najpierw należy wykonać pierwsze zadanie: dostarczenie płynu do wlotu pompy. Jeśli na tym etapie zużyje się zbyt dużo ciśnienia atmosferycznego, nie pozostanie wystarczająco dużo ciśnienia do przyspieszenia płynu w kierunku obracającego się zespołu. Powoduje to niedobór płynu w pompie, a następnie występuje zjawisko tzw. kawitacji.
Kawitacja to powstawanie i zapadanie się jam parowych w cieczy. Szkodzi pompie na dwa sposoby:
Po stronie wlotu pompy powstają pęcherzyki pary w całej objętości płynu. Spowodowane jest to obniżeniem skuteczności smarowania i przyspieszeniem zużycia. Gdy pęcherzyki te docierają do strefy wysokiego ciśnienia przy wylotie pompy, ich ścianki ulegają ściskaniu i gwałtownemu zapadaniu się, uwalniając ogromną ilość energii, która „odcina” fragmenty powierzchni metalowych — podobnie jak rzeźbiarz używający młotka i dłuta do obróbki kamienia. Jeśli kawitacja będzie trwać dłużej, skróci się żywotność pompy, a jej pozostałości mogą przenosić się do innych części układu i uszkadzać inne komponenty.
Rysunek 5-5: Uszkodzenia kawitacyjne w otworze korpusu pompy. Mikroskopijny wzór punktowego zniszczenia powstaje w wyniku wielokrotnego zapadania się pęcherzyków pary na powierzchni metalowej.
Najbardziej oczywistym objawem kawitacji jest hałas — gdy pęcherzyki ulegają zapadaniu, generują drgania o dużej amplitudzie, które rozprzestrzeniają się przez cały układ, a pompa hydrauliczna wydaje wysokotonowy, przenikliwy dźwięk. Gdy występuje kawitacja, komory pompy nie są w pełni wypełnione cieczą, co powoduje spadek przepływu oraz niestabilność ciśnienia w układzie.
Kawitacja powstaje w cieczy, ponieważ ciecz wrze — jednak to wrzenie nie jest spowodowane ciepłem. Jest ono wywołane osiągnięciem przez ciecz odpowiednio niskiego ciśnienia bezwzględnego.
Wszystkie cząsteczki w cieczy znajdują się w ciągłym ruchu, ale nie wszystkie poruszają się z tą samą prędkością. Cząsteczki poruszające się szybciej w pobliżu powierzchni próbują uciec do przestrzeni nad cieczą, mimo przyciągania ze strony otaczających je cząsteczek. Siła, którą muszą pokonać cząsteczki poruszające się z dużą prędkością, aby uciec do atmosfery, to ciśnienie pary nasycanej cieczy.
Jeśli pojemnik z cieczą jest uszczelniony, szybko poruszające się cząsteczki przechodzą do przestrzeni nad cieczą. Gdy przestrzeń ta osiągnie nasycenie parą, cząsteczki uderzają w siebie i powracają do cieczy. Opuszczenie cieczy przez cząsteczki nazywane jest parowaniem, a ich powrót do cieczy – skraplaniem. Gdy szybkości parowania i skraplania są równe, osiągana jest równowaga, a ciśnienie wywierane przez parę to ciśnienie pary nasyconej danej cieczy. Ciśnienie pary wyrażane jest zwykle w jednostkach ciśnienia bezwzględnego, np. w calach słupa rtęci (in.Hg).
Ciśnienie pary zależy od temperatury. Wraz ze wzrostem temperatury cząsteczki cieczy uzyskują więcej energii i poruszają się szybciej. Ciśnienie pary rośnie. Gdy ciśnienie pary osiągnie wartość ciśnienia atmosferycznego, cząsteczki cieczy mogą swobodnie przechodzić do atmosfery — zjawisko to nazywane jest wrzeniem. Woda na poziomie morza wrze w temperaturze 212 °F (100 °C), ponieważ w tej temperaturze ciśnienie pary wody jest równe ciśnieniu atmosferycznemu.
Płyn można również doprowadzić do wrzenia, obniżając ciśnienie działające na niego. Gdy obniżone ciśnienie osiągnie wartość ciśnienia pary nasycanej danej cieczy, cząsteczki cieczy mogą swobodnie przechodzić do przestrzeni nad jej powierzchnią. Woda w temperaturze 100 °F (37,2 °C) ma ciśnienie pary nasycanej równe 2 in.Hg (0,068 bar). Jeśli połączymy zbiornik zawierający wodę o temperaturze 100 °F z pompą próżniową i ciśnienie bezwzględne wewnątrz zbiornika spadnie do 2 in.Hg (0,068 bar), woda zacznie wrzeć. Pompy przetwarzające ciecze zwykle doświadczają tego typu wrzenia.
Olej hydrauliczny na poziomie morza zawiera około 10% rozpuszczonego powietrza. To powietrze znajduje się w stanie rozpuszczonym w cieczy — jest niewidoczne i nie zwiększa w sposób zauważalny objętości cieczy. Zdolność oleju hydraulicznego lub dowolnej innej cieczy do rozpuszczania powietrza maleje wraz ze spadkiem ciśnienia działającego na tę ciecz. Na przykład, jeśli szklankę oleju hydraulicznego pod ciśnieniem atmosferycznym umieści się w próżni, rozpuszczone powietrze przekształca się w pęcherzyki i uwalnia się z roztworu. Podczas kawitacji rozpuszczone powietrze uwalnia się z oleju i powoduje uszkodzenie pompy hydraulicznej.
Powietrze zawieszone to powietrze obecne w cieczy w stanie nierozpuszczonym — w postaci pęcherzyków. Jeśli pompa czasami ssie olej zawierający powietrze zawieszone, pęcherzyki powietrza wywierają na pompę skutki podobne do kawitacji. Jednak ponieważ zjawisko to nie jest związane z ciśnieniem par cieczy, nazywamy je pseudo-kawitacją.
Jeśli występują wycieki w przewodzie ssawnym lub uszkadza się uszczelka wału pompy, powietrze rozproszone jest praktycznie zawsze obecne w układzie. Ponieważ ciśnienie po stronie ssącej pompy jest często niższe niż ciśnienie atmosferyczne, każde otwarcie w tym miejscu powoduje, że powietrze jest zasysane do oleju i do pompy. Wszelkie pęcherzyki powietrza rozproszonego, które nie mogą ujść z zbiornika, również przedostają się do pompy.
Kawitacja jest wysoce szkodliwa zarówno dla pompy, jak i dla całego układu. Dlatego producenci pomp określają ograniczenia dotyczące warunków pracy po stronie ssącej swoich produktów. Producenti przemysłowych pomp hydraulicznych o stałej objętości przeważnie wymagają, aby ciśnienie po stronie ssącej pompy było niższe niż ciśnienie atmosferyczne, aby umożliwić wprowadzenie cieczy do wirującego zespołu pompy. Jednak to wymagane ciśnienie zwykle nie jest podawane w jednostkach ciśnienia bezwzględnego — podawane jest w postaci wartości podciśnienia.
Podciśnienie to dowolne ciśnienie niższe od ciśnienia atmosferycznego. Pojęcie podciśnienia jest mylące, ponieważ jego punktem odniesienia jest to samo ciśnienie, co w przypadku ciśnienia względego (czyli ciśnienie atmosferyczne), ale wartości są wyrażane w jednostkach malejących w dół – calach słupa rtęci (in.Hg) lub milimetrach słupa rtęci (mmHg).
0 cali (0 mm) podciśnienia = ciśnienie atmosferyczne lub zero ciśnienia względnego. 29,92 in.Hg (760 mmHg) podciśnienia = pełne podciśnienie lub zero ciśnienia bezwzględnego.
Jak pokazano na rysunku, naczynie z rtęcią połączone szklową rurką z pojemnikiem znajdującym się pod ciśnieniem atmosferycznym: ponieważ ciśnienie wewnątrz pojemnika jest równe ciśnieniu atmosferycznemu działającemu na powierzchnię rtęci w naczyniu, poziom rtęci w szklanej rurce nie podnosi się. Zero wysokości słupa rtęci oznacza, że pojemnik nie znajduje się w stanie podciśnienia.
Jeśli pojemnik zostanie opróżniony do momentu, w którym ciśnienie wewnętrzne spadnie o 10 cali Hg (254 mmHg), to ciśnienie atmosferyczne działające na powierzchnię naczynia może utrzymać słup rtęci o wysokości 10 cali (254 mm) — zmierzona wartość próżni wynosi 10 cali Hg (254 mmHg). Jeśli pojemnik zostanie opróżniony do pełnej próżni (zerowe ciśnienie bezwzględne), ciśnienie atmosferyczne może utrzymać słup rtęci o wysokości 29,92 cala (760 mm) — zmierzona wartość próżni wynosi 29,92 cala Hg (760 mm).
0 cali (0 mm) próżni rtęci = ciśnienie atmosferyczne = zerowe ciśnienie względne. 29,92 cala Hg (760 mm) próżni = pełna próżnia = zerowe ciśnienie bezwzględne.
Rysunek 5-9: Pomiar próżni za pomocą manometru rtęciowego. Trzy stany od góry do dołu: ciśnienie atmosferyczne (0 próżni), próżnia częściowa (10 cali Hg) oraz pełna próżnia (29,92 cala Hg = 0 psia).
Manometr próżniowy jest skalibrowany od 0 do 30 in.Hg (0–760 mmHg), przy czym każda podziałka odpowiada 1 in.Hg. Na poziomie morza, aby przeliczyć wskazanie manometru próżniowego na ciśnienie bezwzględne, wystarczy odjąć wskazanie próżni (w in.Hg) od wartości 30 in.Hg (760 mmHg). Na przykład wskazanie próżni równe 7 in.Hg (177 mmHg) odpowiada ciśnieniu bezwzględnemu wynoszącemu 23 in.Hg (583 mmHg).
Producentom pomp stosują jednostki próżni do określenia wymagań dotyczących wejścia, ponieważ są one związane z poziomem morza — w przypadku eksploatacji pompy na wysokościach powyżej poziomu morza należy uwzględnić niższe ciśnienie atmosferyczne panujące na tej wysokości.
Przykład: Jeśli producent określa, że maksymalne podciśnienie na wlocie nie może przekraczać 7 in.Hg (177 mmHg), oznacza to, że producent wymaga co najmniej 23 in.Hg (583 mmHg) ciśnienia bezwzględnego (lub ciśnienia atmosferycznego) na wlocie pompy, aby przyśpieszyć przepływ cieczy do zespołu wirującego. Jeśli ciśnienie bezwzględne na wlocie pompy spadnie poniżej 23 in.Hg (583 mmHg), pompa może ulec uszkodzeniu – choć zależy to od współczynnika zapasu projektowego, jaki producent przyjął dla wartości podciśnienia. Wszystkie opublikowane specyfikacje wlotu pomp zakładają prędkość znamionową oraz olej petroleumowy. Jeśli pompa pracuje z inną prędkością lub z innym medium roboczym, specyfikacje te należy odpowiednio skorygować.
Maksymalne dopuszczalne podciśnienie pompy zależy od rodzaju pompowanej cieczy. Wymagania techniczne po stronie wlotu są obliczane na podstawie ciężaru właściwego i ciśnienia pary oleju napędowego. W przypadku stosowania olejów hydraulicznych odpornych na ogień zmiany ciężaru właściwego i ciśnienia pary wpływają na maksymalne dopuszczalne podciśnienie po stronie wlotu.
Ciężar właściwy to stosunek masy jednej cieczy do masy innej cieczy. Dokładniej jest to stosunek masy określonej objętości cieczy do masy tej samej objętości wody. W temperaturze 60 °F (15,6 °C) 1 ft³ wody waży 62,4 funta (28,3 kg). Dzieląc wagę oleju przez wagę wody, stwierdzamy, że olej waży 90 % wagi wody, czyli stosunek wag wynosi 1 (woda) do 0,90 (olej napędowy) — ciężar właściwy (SG) oleju napędowego wynosi zatem 0,90.
Wymagania dotyczące strony ssącej pompy są obliczane dla oleju naftowego o gęstości względnej 0,87–0,90. W przypadku estrowego płynu ognioodpornego z fosforanów gęstość względna wzrasta o 30%, osiągając wartość około 1,15. Gęstość względna wodnych płynów hydraulicznych mieści się w zakresie od 0,93 (emulsja HFB) do 1,08 (glikolowo-wodny). Aby przyspieszyć te cięższe płyny w kierunku pompy, wymagane jest wyższe ciśnienie na stronie ssącej pompy. Dlatego maksymalny dopuszczalny próżniowy spadek ciśnienia powinien zostać nieznacznie zmniejszony.
Olej naftowy oraz estrowe płyny ognioodporne z fosforanów mają przy normalnych temperaturach pracy układów hydraulicznych bardzo niskie ciśnienia pary nasyconej, natomiast wodne płyny hydrauliczne różnią się od nich. Płyny wodne zawierają wysoki udział wody. Ciśnienie pary nasyconej zarówno emulsji HFB, jak i płynu glikolowo-wodnego może osiągać kilka cali słupa rtęci, podczas gdy ciśnienie pary nasyconej oleju naftowego i syntetycznych płynów hydraulicznych wynosi jedynie ułamek cala słupa rtęci. Dlatego płyny wodne są bardziej podatne na parowanie i kawitację.
Aby zapobiec kawitacji cieczy wodnych, producenci pomp wymagają wystarczającego ciśnienia na wlocie pompy, aby przyspieszyć przepływ roboczy medium do wnętrza pompy. Wymaganie to można spełnić, ograniczając maksymalne dopuszczalne ciśnienie podciśnienia.
Rysunek 5-13 Porównanie ciśnień pary nasyconej. Ciecze wodne mają znacznie wyższe ciśnienie pary nasyconej niż olej mineralny w tej samej temperaturze, co czyni je bardziej narażonymi na kawitację w przypadku zbyt wysokiego podciśnienia na wlocie.
Personel serwisowy najprawdopodobniej wykryje wczesne objawy kawitacji pompy lub jej pobierania powietrza, ponieważ jego znajomość maszyny pozwala mu zauważyć pierwsze oznaki usterki.
Najbardziej oczywistym objawem kawitacji pompy hydraulicznej lub wciągania powietrza jest wysokotonowy dźwięk, jednak istnieją subtelne różnice: pompa ulegająca kawitacji wytwarza stały, wysokotonowy dźwięk — dźwięk ten może być spowodowany zapadaniem się pęcherzyków o podobnej wielkości. Gdy pompa zasysa powietrze, charakter dźwięku znacznie się zmienia: przy niewielkiej ilości powietrza hałas przypomina stukanie lub dźwięk uszkodzonego łożyska; przy dużych ilościach powietrza pojawia się dziwny dźwięk uderzeniowy lub trzaskający.
Wiarygodniejszym sposobem rozróżnienia kawitacji od wciągania powietrza jest zastosowanie manometru próżniowego do określenia ciśnienia bezwzględnego na wlocie pompy. Należy od ciśnienia atmosferycznego odjąć wartość odczytaną na manometrze próżniowym; jeśli uzyskana wartość ciśnienia bezwzględnego jest zbyt niska, może mieć miejsce kawitacja.
Dla nowych układów hydraulicznych: jeśli pompa kawituje, może to wynikać z nieodpowiedniego zaprojektowania przewodu ssącego lub zbyt dużej lepkości oleju. Zastosowanie oleju o odpowiedniej lepkości lub zwiększenie średnicy przewodu ssącego w celu zmniejszenia spadku ciśnienia w przewodzie pomoże ograniczyć kawitację. Dla prawidłowo zaprojektowanego istniejącego układu: jeśli pompa kawituje, może to być spowodowane zablokowaniem przewodu ssącego przez zanieczyszczenia, papier lub drobne zwierzęta — lub nadmiernym zabrudzeniem filtra ssącego bez zaworu obejściowego, albo niewystarczającym otwarciem się zaworu obejściowego.
W przypadku pomp hydraulicznych „napełnianie” oznacza wypełnienie mechanizmu pompującego cieczą roboczą. Niezanapelniona pompa zawiera powietrze lub tzw. „korki powietrzne”. Przed rozpoczęciem działania pompowego powietrze to musi zostać usunięte z przewodu ssącego i komory pompy. Pominięcie tego etapu może spowodować, że pompa hydrauliczna uruchomiona bez uprzedniego napełnienia ulegnie trwałemu uszkodzeniu już po kilku minutach z powodu braku smarowania.
Pompa, której wylot jest połączony bezpośrednio z zbiornikiem poprzez zawór rozdzielający, może zazwyczaj łatwo odprowadzić pozostałe powietrze do zbiornika podczas uruchamiania. Jeśli pompa musi odprowadzać powietrze wewnętrzne przez zawór bezpieczeństwa, ta operacja może być niemożliwa — ponieważ typowa przemysłowa pompa hydrauliczna jest bardzo słabym sprężarką powietrza.
Aby odprowadzić pozostałe powietrze z niezatopionej pompy, należy poluzować połączenie rur na wylotzie pompy, powoli obracać pompę, aż olej zacznie wytryskiwać z tego połączenia, co oznacza, że pompa została zatopiona; następnie należy dokręcić połączenie. Pozostałe powietrze można również odprowadzić, zwalniając zawór bezpieczeństwa.
Pompy hydrauliczne zwykle wymagają zatopienia tylko przy uruchamianiu nowego układu lub po wykonaniu konserwacji na stronie ssącej istniejącego układu.
Poniższe terminy i wzory są stosowane przy analizie warunków na stronie ssącej pompy:
Stan, w którym wlot pompy znajduje się poniżej poziomu cieczy w zbiorniku. W przypadku ssania z zalanej przestrzeni ciśnienie hydrostatyczne (siła grawitacji) zapewnia dodatkową energię potrzebną do wprowadzenia cieczy do pompy.
Ciśnienie na dnie kolumny cieczy. Gdy wlot pompy znajduje się poniżej poziomu cieczy, ciśnienie hydrostatyczne stanowi dodatkowe źródło energii dla pompy. Wzory na ciśnienie hydrostatyczne:
Ciśnienie hydrostatyczne (in.Hg) = Wysokość (in) × 0,036 × Gęstość względna ÷ 0,491
Ciśnienie hydrostatyczne (mmHg) = Wysokość (mm) × 0,0288 × Gęstość względna
Równoważna wysokość kolumny wyrażona w jednostkach długości, mierzona w dół od danego punktu odniesienia. Wzór na ciśnienie podnoszenia (w in.Hg):
Ciśnienie podnoszenia (in.Hg) = Wysokość (in) × 0,036 × Gęstość względna ÷ 0,491
Ciśnienie podnoszenia (mmHg) = Wysokość (mm) × 0,0288 × Gęstość względna
Działanie wykonywane przez pompę hydrauliczną w celu stworzenia różnicy ciśnień pomiędzy nią a atmosferą.
Bezwzględne ciśnienie cieczy na wlocie pompy.
Witamy w HOVOO, chińskiej fabryce pieczęci. Produkcja pieczęci z PU, gumi i PTFE. Pieczęcie obejmują O-ring, pieczęć tłokową, pieczęć wałkową, Gray ring i pieczęć gazową.
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
