33-99 Nr. Strada Mufu, Districțul Gulou, Nanjing, China [email protected] | [email protected]
33-99 Nr. Strada Mufu, Districțul Gulou, Nanjing, China [email protected] | [email protected]
În sistemele hidraulice industriale, pompa este de obicei montată în partea superioară a rezervorului care conține lichidul sistemului. Conducta de aspirație (denumită și conductă de intrare) conectează intrarea pompei cu uleiul din rezervor.
Fluxul de lichid din rezervor către pompă poate fi considerat un sistem hidraulic separat. În acest sub-sistem, presiunea sub cea atmosferică creată de pompă reprezintă rezistența la curgere, iar energia care deplasează lichidul provine din presiunea atmosferică. Atmosfera, acționând asupra suprafeței uleiului din rezervor, funcționează ca un acumulator.
Figura 5-1 Instalare standard a pompei — pompa este plasată în partea superioară, iar conducta de aspirație se află sub nivelul uleiului. Presiunea atmosferică care acționează asupra suprafeței uleiului este cea care împinge uleiul în sus, către pompă.
În mod obișnuit, considerăm aerul ca având greutate nulă, dar atmosfera de aer care înconjoară Pământul exercită, de fapt, o presiune. Torricelli, inventatorul barometrului, a demonstrat că presiunea atmosferică poate fi măsurată cu ajutorul unei coloane de mercur. Prin inversarea unui tub umplut cu mercur într-un bazin cu mercur, el a constatat că, la nivelul mării, înălțimea coloanei de mercur pe care presiunea atmosferică o poate susține este de 29,92 in (760 mm). Astfel, în condiții standard, presiunea atmosferică la nivelul mării este egală (sau echivalentă) cu o coloană de mercur de 29,92 in (760 mm). Desigur, în orice locație situată deasupra nivelului mării, presiunea atmosferică va fi mai mică.
Presiunea hidraulică este exprimată, de obicei, în psi sau bar, dar presiunea atmosferică este măsurată, de obicei, în in.Hg (inch de mercur) sau mmHg. La 68°F (20°C) și o umiditate relativă de 36%, presiunea atmosferică la nivelul mării este de 29,92 in.Hg sau 760 mmHg, echivalentă cu 14,7 psia sau 1,01 bar. Este important de menționat că unitatea bar nu este utilizată pentru definirea presiunii atmosferice; în schimb, presiunea atmosferică standard este de 101.000 N/m².
La conversia între in.Hg și psi, rețineți că 1 psia = 2,04 in.Hg, iar 1 bar ≈ 752 mmHg. Astfel, aproximativ: 1 psia ≈ 2 in.Hg, sau 1 bar ≈ 750 mmHg.
Atât presiunea absolută, cât și cea relativă pot fi utilizate pentru măsurarea presiunii într-un sistem hidraulic.
Presiunea absolută este măsurată pornind de la punctul zero de presiune — adică punctul în care presiunea este complet absentă. Unitatea de măsură poate fi psi (bar) sau in.Hg (mmHg). Presiunea absolută este indicată prin adăugarea sufixului „a”: psia (psi absolut), bara.
Presiunea relativă este măsurată față de punctul de referință al presiunii atmosferice. Unitatea de măsură este psi (bar). Presiunea absolută este egală cu presiunea relativă plus presiunea atmosferică standard. Exemplu: dacă un sistem indică 100 psig (6,9 bar relativ) și presiunea atmosferică standard este de 14,7 psia (1 bar), presiunea absolută este de 114,7 psia (7,9 bar absolut). Pentru a distinge cele două tipuri de presiune, presiunea relativă se notează ca „psig”, iar cea absolută ca „psia”.
Când pompa nu funcționează, partea de intrare a sistemului se află în echilibru — diferența de presiune dintre pompă și atmosferă este zero, ceea ce înseamnă că nu există curgere. Pentru ca pompa să furnizeze ulei către ansamblul său rotativ în timpul funcționării, aceasta creează o presiune sub cea atmosferică — sistemul devine neechilibrat — și începe curgerea.
Presiunea pe care o exercită atmosfera asupra fluidului îndeplinește două funcții:
Majoritatea presiunii atmosferice este utilizată pentru a accelera fluidul către pompă, dar prima sarcină trebuie îndeplinită mai întâi: alimentarea intrării pompei cu fluid. Dacă în această etapă se consumă prea multă presiune atmosferică, nu va mai rămâne suficientă presiune pentru a accelera fluidul către ansamblul rotativ. Acest lucru determină lipsa de alimentare a pompei („starvation”) și apare fenomenul cunoscut sub denumirea de cavitatie.
Cavitația este formarea și colapsul cavitaților de vapori într-un lichid. Aceasta afectează pompa în două moduri:
Pe partea de intrare a pompei, se formează cavități de vapori în întreaga masă de fluid. Aceasta reduce eficacitatea lubrifierii și accelerează uzurarea. Când aceste cavități ajung în zona de înaltă presiune de la ieșirea pompei, pereții cavităților sunt comprimați și colapsează violent, eliberând o energie enormă care „sfărâmă” suprafețele metalice — asemănător cu un sculptor care lucrează cu ciocanul și burghiul pe piatră. Dacă cavitația este lăsată să continue, durata de viață a pompei se scurtează, iar deșeurile rezultate din cavitație pot călători către alte părți ale sistemului și pot deteriora alte componente.
Figura 5-5: Deteriorare cauzată de cavitație pe alezajul carcasei pompei. Modelul microscopic de pitting este provocat de implozia repetată a cavităților de vapori la suprafața metalică.
Cel mai evident semn al cavității este zgomotul — atunci când cavitațiile colapsează, ele generează vibrații de amplitudine ridicată care se răspândesc prin întregul sistem, iar pompa hidraulică emite un sunet ascuțit și pătrunzător. Când apare cavitarea, deoarece camerele pompei nu sunt complet umplute cu fluid, debitul scade, iar presiunea din sistem devine instabilă.
Cavitarea se formează într-un lichid deoarece acesta fierbe — dar această fierbere nu este provocată de căldură. Ea este cauzată de atingerea de către lichid a unei presiuni absolute suficient de scăzute.
Toate moleculele dintr-un lichid sunt în mișcare constantă, dar nu toate cu aceeași viteză. Moleculele care se deplasează mai rapid, aflate în apropierea suprafeței, încearcă să iasă în spațiul de deasupra, în ciuda atracției exercitate de moleculele învecinate. Forța pe care moleculele care se deplasează mai rapid trebuie să o depășească pentru a părăsi lichidul și a intra în atmosferă este presiunea de vapori a lichidului.
Dacă recipientul cu lichid este etanș, moleculele care se deplasează rapid pătrund în spațiul de deasupra lichidului. Când acest spațiu atinge saturația cu vapori, moleculele se ciocnesc și revin în lichid. Plecarea moleculelor se numește evaporare; revenirea moleculelor se numește lichefiere. Atunci când ratele de evaporare și lichefiere sunt egale, se atinge echilibrul, iar presiunea generată de vapori este presiunea de vapori a acelui lichid. Presiunea de vapori este exprimată, de obicei, în unități de presiune absolută, in.Hg.
Presiunea de vapori este influențată de temperatură. Pe măsură ce temperatura crește, moleculele lichidului dobândesc mai multă energie și se mișcă mai repede. Presiunea de vapori crește. Când presiunea de vapori devine egală cu presiunea atmosferică, moleculele lichidului pot pătrunde liber în atmosferă — acest fenomen se numește fierbere. Apa la nivelul mării fierbe la 212°F (100°C), deoarece, la această temperatură, presiunea de vapori a apei este egală cu presiunea atmosferică.
Un lichid poate fi adus și la fierbere prin reducerea presiunii care acționează asupra lui. Când presiunea redusă devine egală cu presiunea de vapori a lichidului, moleculele lichidului pot pătrunde liber în spațiul de deasupra lichidului. Apa la 100°F (37,2°C) are o presiune de vapori de 2 in.Hg (0,068 bar). Dacă un recipient cu apă la 100°F este conectat la o pompă de vid și presiunea absolută internă scade la 2 in.Hg (0,068 bar), apa fierbe. Pompele care manipulează un lichid întâlnesc, în general, acest tip de fierbere.
Uleiul hidraulic la nivelul mării conține aproximativ 10% aer dizolvat. Acest aer există dizolvat în lichid — este invizibil și nu crește în mod semnificativ volumul lichidului. Capacitatea uleiului hidraulic sau a oricărui lichid de a dizolva aerul scade pe măsură ce presiunea care acționează asupra lichidului scade. De exemplu, dacă o cană cu ulei hidraulic aflat la presiune atmosferică este plasată în vid, aerul dizolvat se transformă în bule și iese din soluție. În timpul cavității, aerul dizolvat iese din ulei și provoacă deteriorarea pompei hidraulice.
Aerul antrenat este aerul aflat în lichid în stare nedizolvată — sub formă de bule. Dacă o pompă absoarbe periodic ulei care conține aer antrenat, bulele de aer au efecte similare cu cele ale cavității asupra pompei. Totuși, deoarece acest fenomen nu este legat de presiunea de vapori a lichidului, îl numim pseudo-cavitație.
Dacă există scurgeri în conducta de aspirație sau dacă etanșeitatea arborelui pompei cedează, aerul antrenat este aproape întotdeauna prezent în sistem. Deoarece presiunea de la intrarea în pompă este adesea sub presiunea atmosferică, orice deschidere în această zonă va determina aspirarea aerului în ulei și în pompă. De asemenea, orice bule de aer antrenat care nu pot fi eliminate din rezervor vor pătrunde în pompă.
Cavitația este extrem de dăunătoare atât pentru pompă, cât și pentru sistem. Din acest motiv, producătorii de pompe specifică limitele pentru partea de intrare ale produselor lor. Producătorii industriali de pompe hidraulice cu deplasare pozitivă specifică, în general, faptul că presiunea la intrarea în pompă trebuie să fie sub presiunea atmosferică, astfel încât fluidul să poată fi injectat în ansamblul rotitor al pompei. Totuși, această specificație de presiune nu este de obicei exprimată în unități de presiune absolută, ci în termeni de vid.
Un vid este orice presiune mai mică decât presiunea atmosferică. Vidul este un concept confuz, deoarece punctul său de plecare este același ca și cel al presiunii relative (presiunea atmosferică), dar valorile sunt numărate în sens descrescător, în unități de in.Hg (mmHg).
0 in (0 mm) vid = presiune atmosferică sau presiune relativă zero. 29,92 in.Hg (760 mmHg) vid = vid complet sau presiune absolută zero.
Așa cum se arată în diagramă, o cuvă cu mercur conectată printr-un tub de sticlă la un recipient aflat la presiune atmosferică: deoarece presiunea din interiorul recipientului este egală cu presiunea atmosferică care acționează asupra cuvei, mercurul nu urcă în tubul de sticlă. Înălțimea zero a coloanei de mercur indică faptul că recipientul nu se află în vid.
Dacă recipientul este evacuat până când presiunea internă scade cu 10 in.Hg (254 mmHg), atunci presiunea atmosferică care acționează asupra suprafeței vasului poate susține 10 in. (254 mm) coloană de mercur — vidul măsurat este de 10 in.Hg (254 mmHg). Dacă recipientul este evacuat până la vid complet (presiune absolută zero), presiunea atmosferică poate susține 29,92 in. (760 mm) coloană de mercur — vidul măsurat este de 29,92 in.Hg (760 mm).
0 in. (0 mm) vid de mercur = presiune atmosferică = presiune relativă zero. 29,92 in.Hg (760 mm) vid = vid complet = presiune absolută zero.
Figura 5-9 Măsurarea vidului cu un manometru cu mercur. Cele trei stări, de sus în jos: atmosferică (0 vid), vid parțial (10 in.Hg) și vid complet (29,92 in.Hg = 0 psia).
Un manometru de vid este calibrat de la 0 la 30 in.Hg (0–760 mmHg), fiecare diviziune reprezentând 1 in.Hg. La nivelul mării, pentru a converti indicația unui manometru de vid în presiune absolută, se scade pur și simplu valoarea vidului (în in.Hg) din 30 in.Hg (760 mmHg). De exemplu, o indicație de vid de 7 in.Hg (177 mmHg) corespunde unei presiuni absolute de 23 in.Hg (583 mmHg).
Producătorii de pompe folosesc unități de vid pentru cerințele de intrare, deoarece acestea sunt legate de nivelul mării — atunci când pompa este utilizată la altitudini superioare nivelului mării, trebuie luată în considerare presiunea atmosferică mai scăzută de la acea altitudine.
Exemplu: Dacă un producător specifică faptul că vacuumul maxim la intrare nu trebuie să depășească 7 in.Hg (177 mmHg), aceasta înseamnă că producătorul dorește cel puțin 23 in.Hg (583 mmHg) presiune absolută (sau presiune atmosferică) la intrarea pompei pentru a accelera fluidul către ansamblul rotativ. Dacă presiunea absolută la intrarea pompei scade sub 23 in.Hg (583 mmHg), pompa poate suferi deteriorări, deși acest lucru depinde de factorul de proiectare pe care producătorul îl admite pentru ratingul de vacuum. Toate specificațiile publicate privind intrarea pompei presupun viteza nominală și ulei petrolier. Dacă pompa funcționează la o viteză diferită sau utilizează un alt tip de fluid, specificațiile trebuie ajustate.
Vacuumul maxim admisibil al pompei depinde de fluidul care este pompat. Cerințele tehnice pentru partea de intrare sunt calculate pe baza greutății specifice și a presiunii de vapori a uleiului petrolier. Dacă se folosesc fluide hidraulice rezistente la foc, modificările greutății specifice și ale presiunii de vapori vor influența vacuumul maxim admisibil la intrare.
Greutatea specifică este raportul dintre greutatea unui lichid și greutatea altui lichid. Mai precis, este raportul dintre greutatea unui volum fix de lichid și greutatea aceluiași volum de apă. La 60°F (15,6°C), 1 ft³ de apă cântărește 62,4 lbs (28,3 kg). Împărțind greutatea uleiului la greutatea apei, constatăm că uleiul cântărește 90 % din greutatea apei, adică raportul de greutate este 1 (apă) la 0,90 (ulei petrolier) — greutatea specifică (GS) a uleiului petrolier este, prin urmare, 0,90.
Cerințele pentru partea de intrare a pompei sunt calculate pentru uleiul petrolier cu greutate specifică (GS) între 0,87 și 0,90. Pentru lichidele ignifuge pe bază de esteri fosfatici, greutatea specifică crește cu 30 %, ajungând la aproximativ 1,15. Greutatea specifică a lichidelor hidraulice pe bază de apă variază între 0,93 (emulsie HFB) și 1,08 (glicol-ape). Pentru a accelera aceste lichide mai dense în interiorul pompei, este necesară o presiune mai mare la intrarea în pompă. Prin urmare, vidul maxim admisibil trebuie redus ușor.
Uleiul petrolier și lichidele ignifuge pe bază de esteri fosfatici au, la temperaturile normale de funcționare hidraulică, presiuni de vapori foarte scăzute, dar lichidele hidraulice pe bază de apă sunt diferite. Acestea conțin o proporție ridicată de apă. Presiunea de vapori atât a emulsiei HFB, cât și a amestecului glicol-ape poate atinge câțiva inch de mercur, în timp ce presiunea de vapori a uleiurilor petroliere și a fluidelor sintetice este doar o fracțiune dintr-un inch de mercur. Prin urmare, lichidele pe bază de apă sunt mai predispuse la evaporare și cavitare.
Pentru a preveni cavitarea lichidelor pe bază de apă, producătorii de pompe cer o presiune suficientă la intrarea în pompă pentru a accelera fluidul de lucru în interiorul pompei. Această cerință poate fi îndeplinită prin reducerea vidului maxim admisibil.
Figura 5-13 Compararea presiunii de vapori. Lichidele pe bază de apă au o presiune de vapori mult mai mare decât uleiul mineral la aceeași temperatură, făcându-le mai predispuse la cavitare dacă vidul la intrare este prea ridicat.
Personalul de întreținere are cel mai mare risc să observe, în stadiu incipient, apariția cavității la o pompă sau aspirarea de aer, deoarece familiaritatea lor cu mașina le permite să observe primele semne ale unei defecțiuni.
Cel mai evident semn al cavității sau al aspirării aerului de către o pompă hidraulică este un sunet ascuțit, dar există diferențe subtile: o pompă care suferă de cavitare produce un sunet ascuțit constant — acest sunet poate fi cauzat de colapsul bulelor de dimensiuni similare. Când pompa aspiră aer, sunetul variază în mod semnificativ: atunci când intră o cantitate mică de aer, zgomotul seamănă cu un clic sau cu un defect de rulment; dacă intră cantități mari de aer, se produce un sunet ciudat de bătaie sau de pocnitură.
Un mod mai sigur de a distinge cavitarea de aspirarea aerului este utilizarea unui manometru de vid pentru a determina presiunea absolută la intrarea în pompă. Se scade valoarea citită pe manometrul de vid din presiunea atmosferică; dacă valoarea presiunii absolute este insuficientă, este posibil să apară cavitarea.
Pentru sistemele hidraulice noi: dacă pompa cavităționează, acest lucru se poate datora unei proiectări necorespunzătoare a conductei de aspirație sau unei vâscozități prea mari a uleiului. Utilizarea unui ulei cu vâscozitatea corectă sau mărirea diametrului conductei de aspirație pentru a reduce căderea de presiune în conductă va contribui la îmbunătățirea fenomenului de cavitare. Pentru un sistem existent, corect proiectat: dacă pompa cavităționează, acest lucru se poate datora blocării conductei de aspirație de către deșeuri, hârtie sau animale mici — sau filtrul de intrare poate fi prea murdar, fără supapă de by-pass, sau supapa de by-pass nu se deschide suficient.
Pentru pompele hidraulice, «umplerea» înseamnă umplerea mecanismului de pompare cu fluid. O pompă neumplută conține aer sau «blocări cu aer». Înainte ca acțiunea de pompare să înceapă, acest aer trebuie eliminat din conducta de aspirație și din camera pompei. Dacă această etapă este omisă, pornirea pompei hidraulice fără umplere anterioară poate provoca deteriorare permanentă în câteva minute, datorită lipsei de lubrifiere.
O pompă a cărei ieșire este conectată direct la rezervor printr-o supapă de direcționare poate, în general, evacua ușor gazul rezidual în rezervor la pornire. Dacă pompa trebuie să evacueze aerul interior prin supapa de siguranță, această operațiune poate fi imposibil de realizat — deoarece o pompă hidraulică industrială tipică este un compresor de aer foarte slab.
Pentru a evacua aerul rezidual dintr-o pompă nepregătită (nepornită), slăbiți racordul de conductă de la ieșirea pompei, rotiți încet pompa până când uleiul începe să iescă sub presiune din racord, ceea ce indică faptul că pompa este pregătită (primed), apoi strângeți racordul. Aerul rezidual poate fi, de asemenea, evacuat prin descărcarea supapei de siguranță.
Pompele hidraulice necesită, de obicei, pregătire (priming) doar la punerea în funcțiune a unui sistem nou sau atunci când s-au efectuat lucrări de întreținere pe partea de aspirație a unui sistem existent.
Următorii termeni și formule sunt utilizați în lucrul cu condițiile de intrare ale pompei:
Starea în care intrarea pompei se află sub nivelul lichidului din rezervor. În cazul aspirației inundate, înălțimea coloanei de lichid (forța gravitațională) furnizează energie suplimentară pentru a împinge lichidul în pompă.
Presiunea de la baza unei coloane de lichid. Când intrarea pompei se află sub nivelul lichidului, presiunea datorată înălțimii coloanei (head pressure) furnizează o sursă suplimentară de energie pentru pompă. Formulele pentru presiunea datorată înălțimii coloanei:
Presiunea datorată înălțimii coloanei (in.Hg) = Înălțimea (in) × 0,036 × Greutatea specifică ∕ 0,491
Presiunea datorată înălțimii coloanei (mmHg) = Înălțimea (mm) × 0,0288 × Greutatea specifică
Înălțimea echivalentă a coloanei exprimată în unități de lungime, situată sub un punct de referință dat. Formula pentru presiunea de ridicare (în in.Hg):
Presiunea de ridicare (in.Hg) = Înălțimea (in) × 0,036 × Greutatea specifică ∕ 0,491
Presiunea de ridicare (mmHg) = Înălțimea (mm) × 0,0288 × Greutatea specifică
Acțiunea pe care o efectuează o pompă hidraulică pentru a crea o diferență de presiune între ea și atmosferă.
Presiunea absolută a lichidului la intrarea în pompă.
Bine aţi venit la Hovoo, o fabrică chineză de sigilii. Producerea sigiliilor PU, cauciuc şi PTFE. Sigiliile includ inelul O, sigiliul de piston, sigiliul de bară, inelul gri şi sigiliul de gaz.
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
