Axialné piestové čerpadlo: Prehľad štruktúry a výkonu

V väčšine kariér v oblasti hydraulického inžinierstva príde moment, keď sa axiálne piestové čerpadlá prestanú zdať zastrašujúce a začnú dávať úplný zmysel. Ich geometria je v skutočnosti elegantná, akonáhle ju uvidíte v činnosti — viacero piestov sa strieda pri tlačení kvapaliny, naklonená doska ovláda intenzitu ich tlaku a celé zariadenie sa otáča stovky krát za minútu vo vnútri krytu, ktorý by ste mohli držať v dvoch rukách.

Práve táto elegancia je tiež dôvodom, prečo axiálne piestové čerpadlá dominujú náročným hydraulickým aplikáciám, zatiaľ čo jednoduchšie ozubené a lopatkové čerpadlá zvládajú ľahšie úlohy. Prevádzkové tlakové triedy nad 400 bar, objemové účinnosti, ktoré pri menovitých podmienkach zostávajú nad 95 %, skutočné riadenie premenného výtlaku — nič z toho nevychádza z ozubených kolies ani posuvných lopatiek. Všetko to vyplýva z presne riadenej zdvihovej dráhy piestov.

Mechanický obraz

Valcový plášť sa otáča okolo hriadeľa poháňaného motorom. Vnútri neho sa zvyčajne nachádza sedem, deväť alebo jedenásť piestov umiestnených v otvoroch vyvŕtaných rovnobežne s osou hriadeľa. Každý piest má na svojom vonkajšom konci šmykľavý kotník – malú plochú podrážku, ktorá sa opiera o povrch naklonenej dosky. Naklonená doska je pevne upevnená pod uhlom voči osi otáčania valcového plášťa. Keď sa plášť otáča, tento uhol núti každý piest postupne vychádzať a zasúvať sa do svojho otvoru – počas jednej polovice otáčania sa piest vysúva, počas druhej sa zasúva.

Na zadnom povrchu valcového plášťa sa nachádza rozvádzacia doska – presne obrobený kotúč s dvoma obličkovitými otvormi. Jeden otvor je spojený so sacím prípojom, druhý s výtlakovým prípojom. Keď sa každý otvor pre piest počas vysúvacej zdvihovej časti pohybu prechádza cez sací obličkovitý otvor, nasáva sa kvapalina. Keď sa počas zasúvacej zdvihovej časti prechádza cez výtlakový obličkovitý otvor, kvapalina sa vytlačuje pod tlakom. Časovanie je čisto mechanické – prácu vykonáva geometria rozvádzacej dosky.

Premenný výtlak: funkcia, ktorá mení výpočet

Čerpadlá s pevným výtlakom dodávajú prietok, ktorý určujú otáčky hriadeľa a geometria čerpadla. Sú užitočné, ale nepružné. Sklonovacia doska (swashplate) v axiálnom piestovom čerpadle s premenným výtlakom sa dá nakloniť vonkajším ovládaním – hydraulickým, mechanickým alebo elektrohydraulickým. Čím viac sa doska nakloní, tým sa zväčší zdvih piestov; výtlak sa tým zvyšuje. Keď sa doska priblíži k zvislej polohe, zdvih sa skráti; pri nulovom uhle sa piesty takmer nepohybujú a prietok v podstate ustane, aniže by sa zastavil hriadeľ.

Toto je srdce systémov so snímaním zaťaženia a elektrohydraulických čerpadlových obvodov. Čerpadlo neustále upravuje svoj výstup tak, aby zodpovedal skutočnej potrebe obvodu, namiesto toho, aby bežalo pri plnom zdvihu a prebytočný prietok odvádzalo cez uzatvárací ventil. V reálnych priemyselných cykloch – vstrekovanie do foriem, tvárnenie lisovaním, akýkoľvek proces s fázami zotrvania – je rozdiel v spotrebe energie medzi premenným axiálnym piestovým čerpadlom a alternatívou s pevným zdvihom dostatočne výrazný na to, aby sa jasne prejavil v mesačných účtoch za elektrinu.

Prečo je dôležitý nepárny počet piestov

Sedem, deväť, jedenásť — nikdy osem ani desať. Nepárny počet zabezpečuje, že žiadne dva piesty nikdy súčasne neprechádzajú cez hranicu medzi oblasťou vysokého a nízkeho tlaku na rozdeľovacej doske. Pri párnom počte sa protiľahlé piesty dostanú do prechodného bodu v rovnakom okamihu, čo spôsobuje tlakovú vlnu s približne dvojnásobnou amplitúdou v porovnaní s konštrukciami s nepárnym počtom. Nižšia vlnitosť znamená tichší chod, menšie vibrácie prenášané do konštrukcie stroja a dlhšiu únavovú životnosť výstupných potrubí. Ide o malý konštrukčný detail, ktorého dôsledky sa počas tisícov prevádzkových hodín zosilňujú.

Štandardné konfigurácie

Väčšina výrobcov — ako referenčné príklady možno uviesť Rexroth s jeho rodinami A10V a A4V — ponúka štandardné čerpadlá so stĺpikovým pripojením vyrobené podľa montážnych štandardov SAE A, B alebo C. Štandardné čerpadlá so stĺpikovým hriadeľom sú dodávané s výstupmi s ozubením alebo s rovnobežným kľúčom v závislosti od usporiadania pohonnej jednotky. Tieto štandardizované rozhrania znamenajú, že náhradné čerpadlá od rôznych dodávateľov sa dajú namontovať do existujúcich inštalácií bez použitia špeciálnych adaptérov, čo je obzvlášť dôležité v prípade poruchy čerpadla počas výroby, keď musí náhrada doraziť a byť nainštalovaná čo najrýchlejšie.

Tesnenia a presnosť, ktorú chránia

Prevádzkové údaje axiálneho piestového čerpadla, s ktorými je čerpadlo dodávané, závisia výlučne od udržiavania medzier na úrovni mikrónov. Medzery medzi podložkou klzného kotúča a naklonenou doskou, medzi piestom a valcom a medzi povrchom rozvádzacej dosky nie sú nastaviteľné. Vyrábajú sa tak, aby boli presné, a ich presnosť sa udržiava predovšetkým tým, že sa zabráni kontaminácii a zachovajú sa tesnenia.

Zhoršujúca sa tesniaca manžeta hriadeľa súčasne spôsobuje dve veci: umožňuje únik hydraulického oleja von z čerpadla a zároveň umožňuje vstup vzduchu do puzdra na sacom strane. Tento vzduch sa pod tlakom rozpúšťa v oleji a potom pri poklese tlaku explodívo kolabuje na rozdeľovacej doske – kavitáciou vyvolaná erózia, ktorá dokáže poškodiť povrch kalibrovaného rozdeľovacieho kotúča už po niekoľkých hodinách prevádzky. Tesniaca manžeta hriadeľa je naozaj najlacnejšou poisťkovou ochranou v celom čerpadle.

HOVOO / HOUFU má na sklade komplet tesniacich manžiet pre axiálne piestové čerpadlá hlavných výrobných radov Rexroth, Parker a Kawasaki. Komplety značky HOUFU sú rozmerovo overené a dostupné v materiáloch NBR aj FKM. Správny komplet pre vaše čerpadlo nájdete na webovej stránke hovooseal.com.

Zdroj: www.hovooseal.com