33-99 č. Mufu E cesta, okres Gulou, Nanjing, Čína [email protected] | [email protected]
33-99 č. Mufu E cesta, okres Gulou, Nanjing, Čína [email protected] | [email protected]
V priemyselných hydraulických systémoch je čerpadlo zvyčajne namontované na vrchu nádrže, ktorá obsahuje pracovnú kvapalinu systému. Sávacia linka (nazývaná tiež vstupná linka) spája vstup čerpadla s olejom v nádrži.
Prietok kvapaliny z nádrže k čerpadlu možno považovať za samostatný hydraulický systém. V tomto pod-systéme poskytuje podtlak vytvorený čerpadlom odpor prietoku a energiu, ktorá premiestňuje kvapalinu, dodáva atmosférický tlak. Atmosféra pôsobiaca na povrch oleja v nádrži funguje ako akumulátor.
Obrázok 5-1 Štandardná inštalácia čerpadla – čerpadlo je umiestnené na vrchu, sávacia linka je pod hladinou oleja. Atmosférický tlak pôsobiaci na povrch oleja je to, čo tlačí olej do čerpadla.
Všeobecne sa domnievame, že vzduch nemá žiadnu hmotnosť, avšak atmosféra vzduchu obklopujúca Zem skutočne vyvíja tlak. Torricelli, vynálezca barometra, ukázal, že atmosférický tlak je možné merať pomocou stĺpca ortuti. Keď prevrátil trubicu naplnenú ortuťou do nádoby s ortuťou, zistil, že na úrovni mora stĺpec ortuti, ktorý môže udržať atmosférický tlak, dosahuje výšku 29,92 palca (760 mm). Preto za štandardných podmienok zodpovedá atmosférický tlak na úrovni mora (alebo je ekvivalentný) stĺpcu ortuti výšky 29,92 palca (760 mm). Samozrejme, v akejkoľvek lokalite nad úrovňou mora bude atmosférický tlak nižší.
Hydraulický tlak sa zvyčajne vyjadruje v jednotkách psi alebo bar, avšak atmosférický tlak sa zvyčajne meria v in.Hg (palcoch ortuti) alebo mmHg. Pri teplote 68 °F (20 °C) a relatívnej vlhkosti 36 % zodpovedá atmosférický tlak na úrovni mora hodnote 29,92 in.Hg alebo 760 mmHg, čo je ekvivalentné 14,7 psia alebo 1,01 bar. Dôležité je, že jednotka bar sa nepoužíva na definovanie atmosférického tlaku; namiesto toho štandardný atmosférický tlak je 101 000 N/m².
Pri prevode medzi in.Hg a psi si treba uvedomiť, že 1 psia = 2,04 in.Hg a 1 bar ≈ 752 mmHg. Takže približne platí: 1 psia ≈ 2 in.Hg alebo 1 bar ≈ 750 mmHg.
Na meranie tlaku v hydraulickom systéme možno použiť buď absolútny tlak, alebo manometrický tlak.
Absolútny tlak sa meria od nulového tlaku – teda od bodu úplnej neprítomnosti tlaku. Jednotkou môže byť psi (bar) alebo in.Hg (mmHg). Absolútny tlak sa označuje príponou „a“: psia (absolútne psi), bara.
Manometrický tlak sa meria od referenčného bodu atmosférického tlaku. Jednotkou je psi (bar). Absolútny tlak sa rovná manometrickému tlaku plus štandardný atmosférický tlak. Príklad: ak systém ukazuje 100 psig (6,9 bar manometrického tlaku) a štandardný atmosférický tlak je 14,7 psia (1 bar), absolútny tlak je 114,7 psia (7,9 bar absolútneho tlaku). Na rozlíšenie týchto dvoch veličín sa manometrický tlak označuje ako psig a absolútny tlak ako psia.
Keď čerpadlo neprebieha, vstupná strana systému je v rovnováhe – rozdiel tlaku medzi čerpadlom a atmosférou je nulový, čo znamená, že nevzniká žiadny prietok. Aby čerpadlo dodávalo olej do svojho rotujúceho zariadenia, pri prevádzke čerpadla vzniká tlak nižší než atmosférický – systém sa stáva nerovnovážnym – a prietok začína.
Tlak, ktorý atmosférický tlak vyvíja na kvapalinu, plní dve funkcie:
Na zrýchlenie kvapaliny do čerpadla sa využíva väčšina atmosferického tlaku, avšak najprv je potrebné vykonať prvú úlohu: priviesť kvapalinu na vstup čerpadla. Ak sa na tomto stupni spotrebuje príliš veľa atmosferického tlaku, nezostane dostatok tlaku na zrýchlenie kvapaliny do rotujúcej súpravy. To spôsobuje hladovanie čerpadla a vznik javu známeho ako kavitácia.
Kavitácia je vznik a kolaps parných dutín v kvapaline. Poškodzuje čerpadlo dvoma spôsobmi:
Na strane vstupu do čerpadla sa v celom kvapalnom prostredí tvoria parné dutiny. To zníži účinnosť mazania a zrýchli opotrebovanie. Keď tieto dutiny dosiahnu oblasť vysokého tlaku na výstupe z čerpadla, steny dutín sa stlačia a násilne zrúbia, pričom uvoľnia obrovské množstvo energie, ktorá „odštiepva“ kovové povrchy – podobne ako sochár, ktorý používa kladivo a dláto na kameň. Ak sa kavitácia nezastaví, životnosť čerpadla sa skráti a kavitáciou vzniknuté nečistoty sa môžu šíriť do iných častí systému a poškodiť ďalšie komponenty.
Obrázok 5-5 Poškodenie kavitáciou v otvore telesa čerpadla. Mikroskopický vzor bodového poškodenia je spôsobený opakovaným implozívnym zrútením parných dutín na kovovom povrchu.
Najzrečitejším príznakom kavitácie je hluk – keď sa dutiny zrúbia, vznikne vibrácia vysokého rozkmitu, ktorá sa šíri celým systémom, a hydraulické čerpadlo vyprodukuje vysokofrekvenčný, prenikavý zvuk. Keď dôjde ku kavitácii, komory čerpadla nie sú úplne naplnené kvapalinou, čo spôsobuje zníženie prietoku a nestabilitu tlaku v systéme.
Kavitácia v kvapaline vzniká preto, lebo kvapalina vrie – avšak toto vrie nie je spôsobené teplom. Je spôsobené tým, že kvapalina dosiahne dostatočne nízky absolútny tlak.
Všetky molekuly v kvapaline sa neustále pohybujú, avšak nie všetky rovnakou rýchlosťou. Rýchlejšie sa pohybujúce molekuly v blízkosti povrchu sa snažia uniknúť do priestoru nad povrchom napriek pritažlivosti okolitých molekúl. Sila, ktorú musia rýchle molekuly prekonať, aby unikli do atmosféry, je parný tlak kvapaliny.
Ak je nádoba s kvapalinou uzavretá, rýchlo sa pohybujúce molekuly vstupujú do priestoru nad kvapalinou. Keď sa tento priestor nasýti parou, molekuly sa zrazia a vrátia sa späť do kvapaliny. Výstup molekúl sa nazýva vyparovanie; návrat molekúl je kondenzácia. Keď sa rýchlosti vyparovania a kondenzácie vyrovnajú, dosiahne sa rovnováha a tlak vyvolaný parou je tzv. parný tlak danej kvapaliny. Parný tlak sa zvyčajne vyjadruje v jednotkách absolútneho tlaku, v palcoch ortuťového stĺpca (in.Hg).
Parný tlak je ovplyvnený teplotou. So zvyšovaním teploty získavajú molekuly kvapaliny viac energie a pohybujú sa rýchlejšie. Parný tlak stúpa. Keď sa parný tlak rovná atmosférickému tlaku, molekuly kvapaliny môžu voľne vstúpiť do atmosféry – tomuto javu sa hovorí var. Voda na úrovni mora vrie pri 212 °F (100 °C), pretože pri tejto teplote sa parný tlak vody rovná atmosférickému tlaku.
Tekutinu je možné priviesť k varu aj znížením tlaku pôsobiaceho na ňu. Keď sa znížený tlak rovná parnému tlaku tekutiny, molekuly tekutiny môžu voľne vstúpiť do priestoru nad tekutinou. Voda pri teplote 100 °F (37,2 °C) má parný tlak 2 in.Hg (0,068 bar). Ak je nádoba s vodou pri teplote 100 °F pripojená k vývodu a absolútny tlak vo vnútri klesne na 2 in.Hg (0,068 bar), voda začne vrieť. Čerpadlá, ktoré prepravujú tekutinu, zvyčajne zažívajú tento typ varenia.
Hydraulický olej na úrovni mora obsahuje približne 10 % rozpusteného vzduchu. Tento vzduch je v kvapaline rozpustený – je neviditeľný a nenápadne nezvyšuje objem kvapaliny. Schopnosť hydraulického oleja alebo akejkoľvek inej kvapaliny rozpúšťať vzduch klesá so znižujúcim sa tlakom pôsobiacim na kvapalinu. Napríklad ak sa pohár hydraulického oleja za atmosférického tlaku umiestni do vákua, rozpustený vzduch sa premení na bubliny a unikne z roztoku. Počas kavitácie sa rozpustený vzduch uvoľňuje z oleja a spôsobuje poškodenie hydraulického čerpadla.
Zachytený vzduch je vzduch v kvapaline v nerozpustenom stave – vo forme bublín. Ak čerpadlo občas nasáva olej obsahujúci zachytený vzduch, bubliny vzduchu majú na čerpadlo podobný účinok ako kavitácia. Avšak keďže tento jav nie je spojený s parným tlakom kvapaliny, nazývame ho pseudokavitácia.
Ak sú v sacom potrubí úniky alebo zlyhá tesnenie hriadeľa čerpadla, vo výslednom systéme je takmer vždy prítomný zachytený vzduch. Keďže tlak na strane vstupu do čerpadla je často nižší ako atmosférický, akékoľvek otvorenie na tejto strane spôsobí nasávanie vzduchu do oleja a do čerpadla. Akékoľvek bubliny zachyteného vzduchu, ktoré sa nedajú odstrániť v nádrži, tiež vstupujú do čerpadla.
Kavitácia je veľmi škodlivá nielen pre čerpadlo, ale aj pre celý systém. Pre tento dôvod výrobcovia čerpadiel stanovujú pre svoje výrobky limity na strane vstupu. Výrobcovia priemyselných hydraulických čerpadiel s pozitívnym výtlakom zvyčajne uvádzajú, že tlak na vstupe do čerpadla musí byť nižší ako atmosférický, aby sa kvapalina mohla priviesť do rotujúceho zariadenia čerpadla. Toto špecifikovanie tlaku sa však zvyčajne neuvádza v jednotkách absolútneho tlaku, ale v jednotkách podtlaku.
Vákuum je akýkoľvek tlak nižší ako atmosférický. Pojem vákuum je mätúci, pretože jeho východiskový bod je rovnaký ako u manometrického tlaku (atmosférický tlak), avšak hodnoty sa udávajú klesajúcim smerom v jednotkách in.Hg (mmHg).
0 in (0 mm) vákuum = atmosférický tlak alebo nulový manometrický tlak. 29,92 in.Hg (760 mmHg) vákuum = úplné vákuum alebo nulový absolútny tlak.
Ako je znázornené na obrázku, rtuťová nádoba spojená sklenenou trubicou s nádobou pri atmosférickom tlaku: keďže tlak vo vnútri nádoby sa rovná atmosférickému tlaku pôsobiacemu na rtuťovú nádobu, rtuť sa v sklenenej trubici nezdvíha. Nulová výška rtuťového stĺpca indikuje, že sa nádoba nenachádza vo vákuu.
Ak sa nádoba vyčerpá tak, že vnútorný tlak klesne o 10 palcov ortuti (254 mm Hg), atmosférický tlak pôsobiaci na povrch žľabu dokáže udržať stĺpec ortuti výšky 10 palcov (254 mm) – nameraná vývžka je 10 palcov ortuti (254 mm Hg). Ak sa nádoba vyčerpá do úplnej vývžky (nulový absolútny tlak), atmosférický tlak dokáže udržať stĺpec ortuti výšky 29,92 palca (760 mm) – nameraná vývžka je 29,92 palcov ortuti (760 mm).
0 palcov (0 mm) ortuti vývžka = atmosférický tlak = nulový manometrický tlak. 29,92 palcov ortuti (760 mm) vývžka = úplná vývžka = nulový absolútny tlak.
Obrázok 5-9 Meranie vývžky ortuťovým manometrom. Tri stavy zhora nadol: atmosférický (0 vývžka), čiastočná vývžka (10 palcov ortuti) a úplná vývžka (29,92 palcov ortuti = 0 psia).
Vakuumový manometer je kalibrovaný od 0 do 30 in.Hg (0–760 mmHg), pričom každé delenie predstavuje 1 in.Hg. Na úrovni mora sa pre konverziu údaja vakuumového manometra na absolútny tlak jednoducho od hodnoty vakua (v in.Hg) odpočíta 30 in.Hg (760 mmHg). Napríklad údaj vakua 7 in.Hg (177 mmHg) zodpovedá absolútnemu tlaku 23 in.Hg (583 mmHg).
Výrobcovia čerpadiel používajú jednotky podtlaku pre vstupné požiadavky, pretože tieto súvisia s úrovňou mora – ak sa čerpadlo používa vo výškach nad úrovňou mora, je potrebné brať do úvahy nižší atmosférický tlak platný v danej nadmorskej výške.
Príklad: Ak výrobca uvádza, že maximálny vstupný podtlak nesmie presiahnuť 7 in.Hg (177 mmHg), znamená to, že výrobca vyžaduje aspoň 23 in.Hg (583 mmHg) absolútneho tlaku (alebo atmosférického tlaku) na vstupe do čerpadla, aby sa kvapalina zrýchľovala do rotujúceho zariadenia. Ak klesne absolútny tlak na vstupe do čerpadla pod 23 in.Hg (583 mmHg), môže dôjsť k poškodeniu čerpadla, hoci to závisí od bezpečnostného faktora, ktorý výrobca pre hodnotu podtlaku povolil. Všetky uverejnené špecifikácie vstupného tlaku čerpadla predpokladajú menovitú otáčkovú rýchlosť a použitie petrolejového oleja. Ak čerpadlo pracuje pri inej otáčkovej rýchlosti alebo s inou kvapalinou, musia sa špecifikácie príslušne upraviť.
Maximálny povolený výkon čerpadla závisí od toho, ktorá kvapalina sa čerpá. Technické požiadavky na strane sacieho otvoru sa vypočítajú na základe mernej hmotnosti a tlaku nasýtených par petrolejového oleja. Ak sa používajú hydraulické kvapaliny odolné voči horaniu, zmeny mernej hmotnosti a tlaku nasýtených par ovplyvnia maximálny povolený sací výkon.
Merná hmotnosť je pomer hmotnosti jednej kvapaliny k hmotnosti inej kvapaliny. Presnejšie povedané, je to pomer hmotnosti určitého objemu kvapaliny k hmotnosti rovnakého objemu vody. Pri teplote 60 °F (15,6 °C) váži 1 ft³ vody 62,4 libry (28,3 kg). Keď vydelíme hmotnosť oleja hmotnosťou vody, zistíme, že olej má 90 % hmotnosti vody, teda pomer hmotností je 1 (voda) ku 0,90 (petrolejový olej) – merná hmotnosť (SG) petrolejového oleja je preto 0,90.
Požiadavky na vstupnú stranu čerpadla sa vypočítajú pre petrolejový olej so špecifickou hmotnosťou (SG) 0,87–0,90. Pri fosfátových esterových nehorľavých kvapalinách sa špecifická hmotnosť zvýši o 30 %, a to približne na hodnotu 1,15. Špecifická hmotnosť hydraulických kvapalín na báze vody sa pohybuje v rozmedzí od 0,93 (emulzia HFB) do 1,08 (vodno-glykolová zmes). Aby sa tieto ťažšie kvapaliny rýchlejšie priviedli do čerpadla, je potrebný vyšší tlak na vstupnej strane čerpadla. Preto by sa maximálny povolený podtlak mal mierne znížiť.
Petrolejový olej a fosfátové esterové nehorľavé kvapaliny majú pri bežných prevádzkových teplotách hydraulických systémov veľmi nízky tlak nasýtených pár, avšak hydraulické kvapaliny na báze vody sú iné. Kvapaliny na báze vody obsahujú vysoký podiel vody. Tlak nasýtených pár emulzie HFB aj vodno-glykolovej zmesi môže dosiahnuť niekoľko palcov ortuti, zatiaľ čo petrolejový olej a syntetické kvapaliny majú tlak nasýtených pár len zlomok palca ortuti. Preto sú kvapaliny na báze vody viac náchylné na vyparovanie a kavitáciu.
Aby sa zabránilo kavitácii kvapalín na vodnej báze, výrobcovia čerpadiel vyžadujú dostatočný tlak na vstupe do čerpadla, aby sa pracovná kvapalina zrýchlila dovnútra čerpadla. Tento požiadavku možno splniť znížením maximálneho povoleného podtlaku.
Obrázok 5-13 Porovnanie tlaku nasýtených par. Kvapaliny na vodnej báze majú pri rovnakej teplote oveľa vyšší tlak nasýtených par ako minerálny olej, čo ich robí viac náchylnými na kavitáciu v prípade príliš vysokého vstupného podtlaku.
Údržbári najpravdepodobnejšie zistia vznikajúcu kavitáciu čerpadla alebo nasávanie vzduchu v čo najskoršom štádiu, pretože ich dôkladná znalosť stroja im umožňuje všimnúť si prvé príznaky poruchy.
Najzrečitejším príznakom kavitácie hydraulického čerpadla alebo nasávania vzduchu je vysokofrekvenčný zvuk, avšak existujú jemné rozdiely: čerpadlo postihnuté kavitáciou vydáva stály vysokofrekvenčný zvuk – tento zvuk môže byť spôsobený kolapsom bublín podobnej veľkosti. Pri nasávaní vzduchu sa zvuk čerpadla veľmi mení: keď vstupuje malé množstvo vzduchu, hluk pripomína klikanie alebo poruchu ložiska; ak vstupuje veľké množstvo vzduchu, vzniká zvláštny kovový úder alebo praskot.
Spoľahlivejší spôsob, ako odlišiť kavitáciu od nasávania vzduchu, je použiť vakuummeter na určenie absolútneho tlaku na vstupe do čerpadla. Od atmosférického tlaku odpočítajte nameranú hodnotu podtlaku; ak je výsledná hodnota absolútneho tlaku nedostatočná, môže dochádzať ku kavitácii.
Pre nové hydraulické systémy: ak sa čerpadlo kavituje, môže to byť spôsobené zle navrhnutou sacou linkou alebo príliš vysokou viskozitou oleja. Použitie oleja s vhodnou viskozitou alebo zväčšenie priemeru sacieho potrubia za účelom zníženia tlakového poklesu v potrubí pomôže zlepšiť kavitáciu. Pre správne navrhnutý existujúci systém: ak sa čerpadlo kavituje, môže to byť spôsobené upchatím sacieho potrubia nečistotami, papierom alebo malými zvieratami – alebo môže byť vstupný filter príliš zašpinený a nemá obvodovú vetvu (bypass), prípadne sa obvodová vetva nedostatočne otvára.
Pri hydraulických čerpadlách znamená „naplnenie“ naplnenie čerpacieho mechanizmu kvapalinou. Nezaplnené čerpadlo obsahuje vzduch alebo „vzduchové uzávery“. Pred začiatkom čerpania musí byť tento vzduch odstránený zo sacieho potrubia a z dutiny čerpadla. Ak sa tento krok vynechá, môže sa po štarte hydraulického čerpadla bez predchádzajúceho naplnenia v dôsledku nedostatku mazania spôsobiť trvalé poškodenie už po niekoľkých minútach.
Čerpadlo, ktorého výstup je priamo pripojený k nádrži cez smerový ventil, sa zvyčajne ľahko odvzdušní zo zvyškového plynu do nádrže pri štarte. Ak čerpadlo musí odvzdušniť vnútorný vzduch cez uzáverový ventil, tento postup nemusí byť možný – pretože typické priemyselné hydraulické čerpadlo je veľmi neefektívnym vzduchovým kompresorom.
Na odvzdušnenie zvyškového vzduchu z nezaplneného čerpadla uvoľnite potrubné spojenie na výstupe čerpadla, pomaly otáčajte čerpadlom, kým z tohto spojenia nezačne vytŕkať olej, čo indikuje, že čerpadlo je zaplnené (naplnené), a potom spojenie dotiahnite. Zvyškový vzduch sa dá odvzdušniť aj uvoľnením uzáverového ventilu.
Hydraulické čerpadlá sa zvyčajne musia naplniť (zaplniť) len pri spustaní nového systému alebo po údržbe na strane sávania existujúceho systému.
Nasledujúce pojmy a vzorce sa používajú pri práci s podmienkami na vstupe čerpadla:
Stav, keď je vstup do čerpadla pod úrovňou kvapaliny v nádrži. Pri zaplavenom nasávaní poskytuje hydrostatický tlak (gravitácia) dodatočnú energiu na vtláčanie kvapaliny do čerpadla.
Tlak na dne stĺpca kvapaliny. Keď je vstup do čerpadla pod úrovňou kvapaliny, hydrostatický tlak poskytuje čerpadlu dodatočný zdroj energie. Vzorce pre hydrostatický tlak:
Hydrostatický tlak (v in.Hg) = Výška (v palcoch) × 0,036 × Merná hmotnosť ÷ 0,491
Hydrostatický tlak (v mmHg) = Výška (v mm) × 0,0288 × Merná hmotnosť
Ekvivalentná výška stĺpca vyjadrená v jednotkách dĺžky pod daným referenčným bodom. Vzorec pre výškový tlak (v in.Hg):
Výškový tlak (v in.Hg) = Výška (v palcoch) × 0,036 × Merná hmotnosť ÷ 0,491
Výškový tlak (v mmHg) = Výška (v mm) × 0,0288 × Merná hmotnosť
Činnosť hydraulického čerpadla, ktorou vytvára rozdiel tlaku medzi sebou a atmosférou.
Absolútny tlak kvapaliny na vstupe do čerpadla.
Vitajte v HOVOO, čínskej továrne na pečiatky. Výroba PU, guma a PTFE pečiatok. Pečiatky zahŕňajú O-ring, pečiatku pístu, pečiatku valca, Gray ring a plynovú pečiatku.
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
