Hidrolik pompa, mekanik gücü hidrolik enerjiye dönüştüren mekanik bir cihazdır. Yükün neden olduğu basıncın üstesinden gelmek için yeterli güce sahip akış üretir. Bir hidrolik pompa çalıştığında iki işlevi yerine getirir. İlk olarak, mekanik hareketi pompa girişinde atmosferik basıncın sıvıyı rezervuardan pompaya giriş hattına zorlamasına izin veren bir vakum oluşturur. İkincisi, mekanik hareketi bu sıvıyı pompa çıkışına iletir ve hidrolik sisteme zorlar.
Bir pompa sıvı hareketi veya akışı üretir: basınç oluşturmaz . Sistemdeki sıvı akışına karşı direncin bir fonksiyonu olan basıncın gelişimi için gerekli akışı üretir. Örneğin, bir sisteme (yüke) bağlı olmayan bir pompa için pompa çıkışındaki sıvının basıncı sıfırdır . Ayrıca, sisteme ileten bir pompa için, basınç yalnızca yükün direncini aşmak için gerekli seviyeye yükselecektir.
Pompaların sınıflandırılması
Tüm pompalar, pozitif deplasmanlı veya pozitif olmayan deplasmanlı olarak sınıflandırılabilir. Hidrolik sistemlerde kullanılan çoğu hidrolik pompa pozitif deplasmanlıdır.
Pozitif olmayan deplasmanlı bir hidrolik pompa sürekli bir akış üretir. Bununla birlikte, kaymaya karşı pozitif bir dahili sızdırmazlık sağlamadığından, çıktısı basınç değiştikçe önemli ölçüde değişir. Santrifüj ve pervaneli pompalar, pozitif olmayan deplasmanlı pompalara örnektir.
Pozitif deplasmanlı olmayan bir pompanın çıkış portu kapatılırsa, basınç yükselir ve çıkış sıfıra düşer. Pompa elemanı hareket etmeye devam etse de pompa içindeki kayma nedeniyle akış duracaktır.
Pozitif deplasmanlı bir hidrolik pompada , pompanın hacimsel çıkış akışına kıyasla kayma ihmal edilebilir. Çıkış portu tıkanırsa, basınç, pompanın pompalama elemanının veya kasasının arızalanacağı (muhtemelen tahrik mili önce kırılmadıysa patlayacak) veya hidrolik pompanın ana hareket ettiricisinin duracağı noktaya kadar anında artacaktır.
Pozitif yer değiştirme ilkesi
Pozitif deplasmanlı pompa, pompalama elemanının her bir dönme döngüsü için aynı miktarda sıvıyı değiştiren (teslim eden) pompadır. Pompalama elemanı ve pompa kasası arasındaki yakın tolerans nedeniyle her döngü sırasında sabit teslimat mümkündür. Yani, pozitif deplasmanlı bir pompada pompalama elemanını geçerek kayan sıvı miktarı minimumdur ve teorik maksimum olası dağıtım ile karşılaştırıldığında ihmal edilebilir düzeydedir. Pompanın çalıştığı basınçtaki değişikliklerden bağımsız olarak, çevrim başına dağıtım neredeyse sabit kalır. Akışkan kayması önemliyse, pompanın düzgün çalışmadığını ve onarılması veya değiştirilmesi gerektiğini unutmayın.
Pozitif deplasmanlı pompalar, sabit veya değişken deplasmanlı olabilir. Sabit deplasmanlı bir pompanın çıkışı, her pompalama döngüsü sırasında ve belirli bir pompa hızında sabit kalır. Değişken deplasmanlı bir pompanın çıkışı, deplasman odasının geometrisi değiştirilerek değiştirilebilir.
Bu pompaları tanımlayan diğer isimler, pozitif deplasmanlı hidrostatik ve pozitif olmayan deplasmanlı hidrodinamik pompalardır. Hidrostatik, hidrolik pompanın mekanik enerjiyi, nispeten küçük bir miktar ve sıvı hızıyla hidrolik enerjiye dönüştürdüğü anlamına gelir. Bir hidrodinamik pompada sıvı hızı ve hareketi büyüktür; çıkış basıncı aslında sıvının aktığı hıza bağlıdır.
Pistonlu Pompalar
Pozitif deplasman ilkesi, en basit pozitif deplasmanlı pompa olan pistonlu tip pompada iyi bir şekilde gösterilmiştir, Şekil 1. Piston uzadıkça, hidrolik pompa odasında oluşturulan kısmi vakum, giriş çek valfi aracılığıyla rezervuardan sıvıyı içeri çeker. oda. Kısmi vakum, çıkış çek valfinin sıkıca oturmasına yardımcı olur. Hazneye çekilen sıvının hacmi, bu örnekte bir silindir olan pompa kasasının geometrisi nedeniyle bilinmektedir.
Piston geri çekilirken, giriş çek valfi yeniden yerine oturur, valfi kapatır ve pistonun kuvveti çıkış çek valfini yerinden ederek sıvıyı pompadan dışarı ve sisteme zorlar. Her pistonlu çevrim sırasında pompadan aynı miktarda sıvı çıkar.
Tüm pozitif deplasmanlı pompalar, her döngüde aynı hacimde sıvı verir (pistonlu veya döner olmalarına bakılmaksızın). Bu, pompanın fiziksel bir özelliğidir ve sürüş hızına bağlı değildir. Bununla birlikte, bir pompa ne kadar hızlı çalıştırılırsa, o kadar fazla toplam sıvı hacmi iletir.,
Döner pompalar
Döner tip bir hidrolik pompa da, döner hareket sıvıyı pompa girişinden pompa çıkışına taşır. Döner pompalar genellikle sıvıyı ileten elemanın tipine göre sınıflandırılır, böylece dişli, loblu, kanatlı veya pistonlu döner pompadan söz ederiz.
Dişli hidrolik pompalar , dış ve iç dişli tiplerine ayrılabilir. Tipik bir dış dişli hidrolik pompa Şekil 2’de gösterilmiştir. Bu pompalar düz düz, helisel veya balıksırtı dişlilerle gelir. Düz düz dişliler, kesilmesi en kolay olanıdır ve en yaygın olarak kullanılanlardır. Helisel ve zikzak dişliler daha sessiz çalışır, ancak maliyeti daha yüksektir.
Bir dişli hidrolik pompa, birbirine geçen iki dişlinin dişleri arasında sıvı taşıyarak akış üretir. Bir dişli tahrik mili tarafından tahrik edilir ve avara dişlisini döndürür. Bitişik dişli dişleri arasında oluşturulan bölmeler, pompa gövdesi ve yan plakalar (aşınma veya baskı plakaları olarak da adlandırılır) tarafından çevrelenir.
Dişli dişleri ağdan çıkarken pompa girişinde kısmi bir vakum oluşturulur. Sıvı, boşluğu doldurmak için içeri akar ve dişlilerin dışına taşınır. Dişler çıkış ucunda tekrar birbirine geçtiğinde, sıvı dışarı doğru zorlanır.
Dişli hidrolik pompaların hacimsel verimleri, optimum koşullar altında %93’e varan oranlarda çalışır. Dişli yüzeyleri, dişli diş tepeleri ve mahfaza arasındaki çalışma boşlukları, sabit bir basınçta pompalanan herhangi bir hacimde neredeyse sabit bir kayıp yaratır. Bu, düşük hızlarda ve akışlarda hacimsel verimliliğin zayıf olduğu, dolayısıyla dişli pompaların maksimum nominal hızlarına yakın çalıştırılması gerektiği anlamına gelir.
Çalışma boşluklarındaki kayıp veya “kayma” basınçla artmasına rağmen, bu kayıp hız ve çıktı değiştikçe neredeyse sabittir. Bir hidrolik pompa için kayıp, hızdan bağımsız olarak sıfırdan 2.000 psi’ye yaklaşık 1.5 gpm kadar artar. Basınç değişikliği ile kaymadaki değişiklik, daha yüksek hızlarda ve çıkışlarda çalıştırıldığında performans üzerinde çok az etkiye sahiptir. Dış dişli pompalar, yağdaki, aşınma oranlarını artıracak ve verimliliği düşürecek kirletici maddelere karşı nispeten bağışıktır, ancak ani tutukluk ve arıza meydana gelmesi olası değildir.
Lob pompa , döner, dıştan dişli bir pompadır, Şekil 3. Geleneksel dış dişli pompadan “dişlilerin” çalıştırılma şekliyle farklıdır. Bir dişli pompada, bir dişli diğerini tahrik eder; bir loblu pompada, her iki lob, pompa gövdesi odasının dışındaki uygun tahrik dişlileri vasıtasıyla çalıştırılır.
Vidalı pompa , döner vidalı kompresöre benzer şekilde eksenel akışlı bir dişli pompadır . Tek vidalı, iki vidalı ve üç vidalı olmak üzere üç tip vidalı pompa vardır. Tek vidalı pompada, spiral bir rotor dahili bir statorda eksantrik olarak döner. İki vidalı pompa, toleransları kapatmak için işlenmiş bir mahfaza içinde dönen iki paralel birbirine geçen rotordan oluşur. Üç vidalı pompa, birbirine geçen iki avara rotorlu bir merkezi tahrik rotorundan oluşur; rotorlar, toleransları kapatmak için işlenmiş bir mahfazanın içinde döner.
Vidalı pompadaki akış ekseneldir ve güç rotoru yönündedir. Rotorları çevreleyen giriş hidrolik sıvısı, rotorlar dönerken tutulur. Bu sıvı, rotorların eksen boyunca dönüşü ile eşit olarak itilir ve diğer ucundan dışarı doğru zorlanır.
Bir vidalı pompa tarafından verilen sıvı dönmez, doğrusal olarak hareket eder. Rotorlar, sürekli ileri doğru hareket eden sonsuz pistonlar gibi çalışır. Daha yüksek hızda bile nabız yok. Titreşimlerin olmaması ve metal-metal temasının olmaması çok sessiz çalışmayı sağlar.
Daha büyük pompalar, büyük preslerde düşük basınçlı, büyük hacimli ön dolum pompaları olarak kullanılır. Diğer uygulamalar, denizaltılardaki hidrolik sistemleri ve gürültünün kontrol edilmesi gereken diğer kullanımları içerir.
İç dişli pompalar , Şekil 4, bir iç dişliye ve bir dış dişliye sahiptir. Bu pompaların iç dişlisinde dış dişliye göre bir veya iki diş daha az olduğu için, bu tasarımlarda iç ve dış dişlilerin bağıl hızları düşüktür. Örneğin, iç ve dış dişlilerdeki diş sayısı sırasıyla 10 ve 11 olsaydı, iç dişli 11 devir, dış dişli 10 devir yapardı. Bu düşük bağıl hız, düşük aşınma oranı anlamına gelir. Bu pompalar küçük, kompakt ünitelerdir.
Hilal contalı iç dişli pompası , hilal şeklinde bir conta ile ayrılmış bir iç ve dış dişliden oluşur. İki dişli aynı yönde döner ve iç dişli dıştan daha hızlı döner. Hidrolik yağ, dişli dişlerinin ayrılmaya başladığı noktada pompaya çekilir ve hilal ile her iki yırtığın dişleri arasındaki boşluktaki çıkışa taşınır. Dişli dişlerinin temas noktası, hilaldeki küçük uç boşluğu gibi bir conta oluşturur. Geçmişte bu pompa genellikle 1.000 psi’nin altındaki basınçlarda düşük çıkışlar için kullanılsa da, yakın zamanda 2 aşamalı, 4.000 psi’lik bir model piyasaya çıktı.
Gerotor iç dişli pompası , her zaman kayan temas halinde olan bir çift dişliden oluşur . İç dişli, gerotor dişliden bir fazla dişe sahiptir. Her iki dişli de aynı yönde döner. Dişlerin ayrıldığı hazneye yağ çekilir ve dişler tekrar birbirine geçmeye başladığında dışarı atılır. Sızdırmazlık, sürgülü kontak ile sağlanır.
Genel olarak, diş tepesi basınç sızdırmazlığına sahip iç dişli pompa, hilal tipinden daha düşük hızlarda daha yüksek hacimsel verime sahiptir. Bu pompaların hacimsel ve genel verimleri, harici dişli pompalarınkiyle aynı genel aralıktadır. Ancak kire karşı hassasiyetleri biraz daha yüksektir.
Kanatlı pompalarda , bir mahfaza veya halka içinde dönen bir rotordaki yuvalarda birkaç kanat kayar. Mahfaza, rotorun merkezi ile eksantrik olabilir veya şekli oval olabilir, Şekil 5. Bazı tasarımlarda, merkezkaç kuvveti kanatları mahfaza ile temas halinde tutarken kanatlar, kanatlar tarafından yuvalara girip çıkmaya zorlanır. konut eksantrikliği. Bir kanatlı pompada, hafif yaylar kanatları muhafazaya karşı tutar; başka bir pompa tasarımında, basınçlı pimler kanatları dışa doğru iter.
Dönme sırasında, kanatlar, rotor ve mahfaza tarafından çevrelenen boşluk veya oda arttıkça bir vakum oluşur ve atmosferik basınç, yağı pompanın giriş tarafı olan bu boşluğa zorlar. Kapalı alan veya hacim azaldıkça, sıvı boşaltma portlarından dışarı çıkmaya zorlanır.
Dengeli ve dengesiz kanatlı pompalar – Şekil 5’te gösterilen pompa dengesizdir , çünkü tüm pompalama hareketi rotor ve şaftın bir tarafındaki bölmelerde gerçekleşir. Bu tasarım, rotor ve tahrik miline bir yan yük getirir. Bu tip kanatlı pompa dairesel bir iç kasaya sahiptir. Dengesiz kanatlı pompalar sabit veya değişken deplasmanlara sahip olabilir. Bazı kanatlı pompalar , rotorun karşıt taraflarında iki ayrı pompalama alanı oluşturan eliptik bir mahfaza ile yan yüklerin birbirini götürmediği dengeli bir yapı sağlar, Şekil 6. Dengeli kanatlı pompalar yalnızca sabit deplasmanlı tasarımlarda gelir.
Değişken hacimli dengesiz tasarımda, Şekil 7, yer değiştirme, el çarkı veya basınç dengeleyici gibi harici bir kontrol aracılığıyla değiştirilebilir. Kontrol, halka ve rotor arasındaki eksantrikliği değiştirmek için kam halkasını hareket ettirir, böylece pompalama odasının boyutunu değiştirir ve böylece devir başına yer değiştirmeyi değiştirir.
Basınç, dengeleyici yay kuvvetinin üstesinden gelecek kadar yüksek olduğunda, eksantrikliği azaltmak için kam halkası kayar. Dengeleyici yayın ayarlanması, halkanın hareket ettiği basıncı belirler.
Kanatları muhafazaya karşı tutmak ve bu noktalarda sıkı bir sızdırmazlık sağlamak için merkezkaç kuvveti gerektiğinden, bu pompalar düşük hızlı servis için uygun değildir. 600 rpm’nin altındaki hızlarda çalıştırılması önerilmez. Kanatları halkaya karşı tutmak için yaylar veya başka araçlar kullanılırsa, 100 ila 200 rpm hızlarda verimli çalışma mümkündür.
Kanatlı pompalar, kanat uçlarının ve gövdenin aşınmasının telafisi otomatik olduğu için yüksek verimliliklerini uzun süre korur. Bu yüzeyler aşındıkça, kanatlar yuva ile teması sürdürmek için yuvalarında daha fazla hareket eder.
Kanatlı pompalar, diğer tipler gibi çift üniteler halinde gelir. Bir çift pompa, aynı mahfaza içinde iki pompa ünitesinden oluşur. Aynı veya farklı boyutlarda olabilirler. Tekli pompalar gibi monte edilip çalıştırılsalar da hidrolik olarak bağımsızdırlar. Diğer bir varyasyon seri ünitedir: eşit kapasiteye sahip iki pompa seri olarak bağlanır, böylece birinin çıkışı diğerini besler. Bu düzenleme, bu pompada normalde mevcut olan basıncın iki katını verir. Kanatlı pompalar nispeten yüksek verimliliğe sahiptir. Boyutları çıktıya göre küçüktür. Kir toleransı nispeten iyidir.
Pistonlu Pompalar
Pistonlu pompa, akışkan akışı üretmek için pistonlu pompa prensibini kullanan döner bir ünitedir. Bu pompalar tek bir piston kullanmak yerine çok sayıda piston-silindir kombinasyonuna sahiptir. Pompa mekanizmasının bir kısmı, her silindire sıvı çeken ve ardından onu dışarı atan, akış üreten ileri geri hareketler oluşturmak için bir tahrik mili etrafında döner. Eksenel ve radyal piston olmak üzere iki temel tipi vardır; her iki alan da sabit ve değişken deplasmanlı pompalar olarak mevcuttur. İkinci çeşit genellikle değişken tersinir (overcenter) yer değiştirme yeteneğine sahiptir.
Çoğu eksenel ve radyal pistonlu pompa, değişken ve sabit deplasmanlı tasarımlara uygundur. Değişken deplasmanlı pompalar, el çarkı, elektrik motoru, hidrolik silindir, servo ve mekanik mil gibi dahili kontroller ekledikleri için biraz daha büyük ve ağır olma eğilimindedir.
Eksenel pistonlu pompalar – Eksenel pistonlu pompadaki pistonlar, piston bloğunun tahrik milinin merkez hattına paralel olarak ileri geri hareket eder. Yani döner mil hareketi eksenel ileri geri harekete dönüştürülür. Çoğu eksenel pistonlu pompa çok pistonludur ve sıvı akışını girişten tahliyeye yönlendirmek için çek valfler veya port plakaları kullanır.
Sıralı pistonlu pompalar – En basit eksenel pistonlu pompa tipi, bir silindir bloğunun tahrik mili tarafından döndürüldüğü eğik plaka tasarımıdır. Silindir bloğundaki deliklere takılan pistonlar, piston pabuçları ve bir geri çekme halkası aracılığıyla bağlanır, böylece pabuçlar açılı bir eğik plakaya dayanır. Blok dönerken, Şekil 8, piston pabuçları eğik plakayı takip ederek pistonların ileri geri hareket etmesine neden olur. Portlar valf plakasında, pistonlar dışarı çekildiklerinde girişten ve tekrar içeri zorlandıklarında çıkıştan geçecek şekilde düzenlenmiştir. Bu pompalarda yer değiştirme, pistonların boyutu ve sayısı ile strok uzunluklarına göre belirlenir. , eğik levha açısına göre değişir.
Sıralı pompanın değişken deplasmanlı modellerinde, eğik plaka hareketli bir boyunduruk içinde sallanır. Boyunduruğu bir iğne üzerinde döndürmek, piston strokunu artırmak veya azaltmak için eğik plaka açısını değiştirir. Boyunduruk , manüel, servo, kompansatör, el çarkı vb. gibi çeşitli kontrollerle yerleştirilebilir .
Bükülmüş eksenli pompalar – Bu pompa, pistonları döndüren bir tahrik milinden, bir silindir bloğundan ve giriş ve çıkış akışını sağlayan silindir bloğu deliklerine bakan sabit bir valf yüzeyinden oluşur. Tahrik mili ekseni, silindir bloğu eksenine göre açısaldır. Tahrik milinin dönmesi, pistonların ve silindir bloğunun dönmesine neden olur.
Pistonların dönüş düzlemi, valf yüzeyi düzlemine bir açıda olduğundan, pistonlardan herhangi biri ile valf yüzeyi arasındaki mesafe, dönüş sırasında sürekli olarak değişir. Her bir piston, mil devrinin bir yarısında supap yüzeyinden uzaklaşır ve diğer yarısında supap yüzeyine doğru hareket eder.
Valf yüzeyi, giriş geçişi, dönüşün pistonların uzaklaştığı kısmında silindir deliklerine açık olacak şekilde portlanmıştır. Çıkış geçişi, pistonların valf yüzeyine doğru hareket ettiği devir kısmında silindir deliklerine açıktır. Bu nedenle, pompa dönüşü sırasında pistonlar, giriş odası yoluyla ilgili silindir deliklerine sıvı çeker ve çıkış odasından dışarı çıkmaya zorlar. Bükülmüş eksenli pompalar, sabit ve değişken deplasmanlı konfigürasyonlarda gelir, ancak tersine çevrilemez.
Radyal pistonlu pompalarda , pistonlar bir silindir bloğunda radyal olarak düzenlenmiştir; şaft merkez hattına dik olarak hareket ederler. İki temel tip mevcuttur: biri silindirik şekilli pistonları kullanır, diğeri bilyeli pistonları. Taşıma düzenine göre de sınıflandırılabilirler: çek valf veya iğneli valf. Sabit ve değişken yer değiştirme ve değişken tersine çevrilebilir (merkez üstü) yer değiştirme olarak mevcutturlar.
Pintle portlu radyal pistonlu pompada, Şekil 9, silindir bloğu sabit bir pintle üzerinde ve dairesel tepki veren bir halka veya rotor içinde döner. Blok döndükçe, merkezkaç kuvveti, yükleme basıncı veya bir tür mekanik hareket, pistonların, silindir bloğunun merkez hattından kaymış olan halkanın iç yüzeyini takip etmesine neden olur. Pistonlar, deliklerinde ileri geri hareket ettiğinden, iğne deliği, dışa doğru hareket ederken sıvıyı almalarına ve hareket ettikçe boşaltmalarına izin verir.
Pistonların boyutu ve sayısı ve stroklarının uzunluğu, pompanın yer değiştirmesini belirler. Yer değiştirme, piston hareketini artırmak veya azaltmak için reaksiyon halkasını hareket ettirerek, eksantrikliği değiştirerek değiştirilebilir. Bu amaçla çeşitli kontroller mevcuttur.
Dalgıç pompalar , döner piston tiplerine biraz benzer, çünkü pompalama, pistonların silindir deliklerinde ileri geri hareket etmesinin sonucudur. Ancak bu pompalarda silindirler sabittir; tahrik milinin etrafında dönmezler. Pistonlar, bir krank mili, bir mil üzerindeki eksantrikler veya bir yalpalama plakası ile karşılıklı olabilir. Eksantrikler kullanıldığında dönüş stroku yaylarla olur. Dönme meydana geldikçe ağızları kapatarak ve açarak vanalama sağlanamayacağından, bu pompalarda giriş ve çıkış çekvalfleri kullanılabilir.
Yapıları nedeniyle, bu pompalar diğer pompalarda olmayan iki özellik sunar: biri giriş ve çıkış arasında daha pozitif bir sızdırmazlığa sahiptir ve aşırı kayma sızıntısı olmadan daha yüksek basınçlara izin verir. Diğeri ise birçok pompada piston ve silindirik delik dışındaki hareketli parçaların yağlanmasının pompalanan sıvıdan bağımsız olabilmesidir. Bu nedenle, zayıf yağlama özelliklerine sahip sıvılar pompalanabilir. Hacimsel ve genel verimlilikler, eksenel ve radyal pistonlu pompalarınkilere yakındır.
Pompa performansının ölçülmesi
Devir başına pompalanan sıvının hacmi, yağ taşıyan odaların geometrisinden hesaplanır. Bir pompa asla hesaplanan veya teorik olarak sıvı miktarını tam olarak iletmez. Ne kadar yaklaştığına hacimsel verim denir . Hacimsel verimlilik, hesaplanan teslimat ile gerçek teslimatın karşılaştırılmasıyla bulunur. Hacimsel verim, hıza, basınca ve pompanın yapısına göre değişir.
Bir pompanın mekanik verimliliği de mükemmelden daha azdır, çünkü girdi enerjisinin bir kısmı sürtünmede boşa harcanır. Bir hidrolik pompanın genel verimliliği, hacimsel ve mekanik verimlerinin ürünüdür.
Pompalar genellikle maksimum çalışma basıncı kapasitelerine ve belirli bir sürücü hızında rpm cinsinden gpm veya lpm cinsinden çıktılarına göre derecelendirilir.
Yükle eşleşen pompa gücü
Basınç kompanzasyonu ve yük algılama , pompa çalışmasının verimliliğini artıran pompa özelliklerini tanımlamak için sıklıkla kullanılan terimlerdir. Bazen bu terimler birbirinin yerine kullanılır; bu, iki geliştirmenin çalışma biçimindeki farklılıkları anladığınızda giderilen bir yanlış anlamadır.
Bu farklılıkları araştırmak için, sabit hızda çalışan sabit deplasmanlı bir pompa kullanan basit bir devre düşünün. Bu devre, yalnızca yük maksimum güç talep ettiğinde verimlidir, çünkü pompa yük talebinden bağımsız olarak tam basınç ve akış verir. Bir tahliye valfi, sistem tahliye ayarına ulaştığında yüksek basınçlı sıvıyı tanka yönlendirerek aşırı basınç oluşumunu önler. Yük tam akıştan veya tam basınçtan daha azını gerektirdiğinde güç boşa harcanır. Pompa tarafından üretilen kullanılmayan sıvı enerjisi, dağıtılması gereken ısıya dönüşür. Genel sistem verimliliği %25 veya daha düşük olabilir.
Deplasman kontrolleri ile donatılmış değişken deplasmanlı pompalar, tek bir yükü hareket ettirirken bu boşa harcanan hidrolik beygir gücünün çoğundan tasarruf sağlayabilir. Kontrol varyasyonları, el çarkı, kol, silindir, mil servosu ve elektrohidrolik servo kontrolleri içerir. Yer değiştirme kontrolü uygulamalarına örnek olarak, silicileri, nokta dönüşlü yükleyicileri ve yol silindirlerini sevk etmek için kullanılan kol kontrollü hidrostatik şanzımanlar verilebilir.
Tek bir yükün tam akış ve basınç ihtiyaçlarını karşılarken, bu kontrollerin doğal basınç veya güç sınırlama yetenekleri yoktur. Bu nedenle, maksimum sistem basıncını sınırlamak için başka önlemler alınmalı ve ana taşıyıcı hala köşe beygir gücü kapasitesine sahip olmalıdır. Ayrıca, bir pompa bir devreyi birden fazla yükle beslediğinde, akış ve basınç eşleştirme özellikleri tehlikeye girer.
Bir pompanın birden fazla yüke güç sağladığı sisteme yönelik bir tasarım yaklaşımı, orantılı basınç dengeleyici ile donatılmış bir pompa kullanmaktır. Bir boyunduruk yayı, pompa eğik plakasını tam yer değiştirmeye doğru bastırır. Yük basıncı kompansatör ayarını aştığında, yay tarafından uygulanan kuvvetin üstesinden gelmek için kompansatör makarasına basınç kuvveti etki eder.
Makara daha sonra dengeleyici-yay odasına doğru kayar, pompa çıkış sıvısını stroklu pistona yönlendirir ve pompanın yer değiştirmesini azaltır. Pompa basıncı, dengeleyici yay ayarıyla eşleştiğinde dengeleyici makarası nötre döner. Bir yük aktüatörleri bloke ederse, pompa akışı sıfıra düşer.
Sabit deplasmanlı bir pompa yerine değişken deplasmanlı, basınç dengeli bir pompa kullanmak, devre beygir gücü gereksinimlerini önemli ölçüde azaltır. Bu tip pompanın çıkış akışı, pompanın dengeleyicisindeki bir orifis tarafından algılanan önceden belirlenmiş bir tahliye basıncına göre değişir. Kompansatörün kendisi basınçlı sıvıdan çalıştığı için tahliye basıncı, maksimum yük basıncı ayarından daha yüksek – örneğin 200 psi daha yüksek – ayarlanmalıdır. Dolayısıyla, basınç dengeli bir pompanın yük basıncı ayarı 1,100 psi ise, pompa 1300 psi tahliye basıncına dayalı olarak yer değiştirmesini (ve çıkış akışını) artıracak veya azaltacaktır.
İki aşamalı bir basınç dengeleyici kontrolü , 300 psi’lik bir basınç düşüşü oluşturmak için ana aşama dengeleyici makarasındaki bir orifis boyunca yük basıncında pilot akışı kullanır. Bu basınç düşüşü, makara üzerinde, ana makara yayının karşısına çıkan bir kuvvet oluşturur. Pilot sıvısı, küçük bir tahliye vanasından tanka akar. 4.700 psi’lik bir yay odası basıncı, 5.000 psi’lik bir dengeleyici kontrol ayarı sağlar. Kompansatör ayarı üzerindeki basınçta bir artış, ana kademe makarasını sağa kaydırır, pompa çıkış sıvısını stroklu pistona taşır, bu da öngerilim piston kuvvetinin üstesinden gelir ve yük gereksinimlerini karşılamak için pompa yer değiştirmesini azaltır.
Daha önce belirtilen yanlış anlama, bir aktüatör hareket ederken basınç dengeli bir pompanın çıkış basıncının dengeleyici ayarının altına düşebileceği gözleminden kaynaklanmaktadır. Bu, pompanın yükü algılaması nedeniyle değil, uygulama için pompanın boyutunun küçük olması nedeniyle olur. Pompa, yüke ayak uydurmak için yeterli akış üretemediğinden basınç düşer. Uygun şekilde boyutlandırıldığında, basınç dengeli bir pompa, dengeleyiciyi çalıştırmak için her zaman dengeleyici deliğinden yeterli miktarda sıvıyı zorlamalıdır.
Dinamik olarak üstün
şleştirme işlevi ile ilgili olarak, iki aşamalı bir dengeleyici, oransal dengeleyici kontrolü ile aynıdır. Bununla birlikte, iki aşamalı kontrolün dinamik performansı daha üstündür. Bu, düşük basınçta tam stroktan başlayarak yük akışı talebinde ani bir düşüş içeren bir geçici durum analiz edildiğinde belirginleşir.
Tek kademeli kontrol makarası, yalnızca pompa tahliye basıncı dengeleyici ayarına ulaştığında basınç sıvısını strok pistonuna yönlendirir. İki kademeli kontrolün ana kademe makarası, pompa tahliye basıncı eksi yay odası basıncı 300 psi yay ayarını geçer geçmez hareket etmeye başlar. Pilot akışkan, menfezden aktığından ve akışkanı yay haznesinde sıkıştırmak için gereken akış nedeniyle, yay haznesi basıncı, pompa tahliye basıncını geride bırakır. Bu, makaranın dengesizleşmesine ve sağa kaymasına neden olur.
Hidrolik pompa boşaltma basıncı, kompansatör ayarına ulaşmadan önce pompa stroku başlar. Bir akümülatör ile donatılmış sistemde iki aşamalı bir kompansatör kontrolünün çok az avantaj sağladığını unutmayın. Ancak ekskavatör hidrolik sistemlerinde iki aşamalı kompansatörün üstünlüğü açıktır: sistem bileşenlerine geçici basınçlara karşı çok daha fazla koruma sağlar.
Yük algılama: sonraki adım
Son zamanlarda popüler hale gelen benzer bir kontrol , bazen güç eşleştirme kontrolü olarak adlandırılan yük algılama kontrolüdür. Tek kademeli valf, tek kademeli kompansatör kontrolü ile hemen hemen aynıdır, yay odasının doğrudan tank yerine değişken bir deliğin akış aşağısına bağlanması dışında. Yüke duyarlı dengeleyici makarası, değişken orifis boyunca basınç düşüşü 300 psi yay ayarıyla eşleştiğinde dengeye ulaşır.
Üç temel yük algılama sinyalinden herhangi biri bir yük algılama pompasını kontrol eder: yüksüz, çalışma ve boşaltma. Yüksüz modda, yük basıncının olmaması, pompanın öngerilim veya boşaltma basıncında sıfır tahliye akışı üretmesine neden olur. Çalışırken, yük basıncı, pompanın ayarlanmış bir basınç düşüşüne veya ön basınca göre tahliye akışı oluşturmasına neden olur. Sistem maksimum basınca ulaştığında, pompa tahliye akışını ayarlayarak bu basıncı korur.
Basınç dengelemeli hidrolik pompa gibi, yük algılamalı bir hidrolik pompa da basınç dengeleme kontrolüne sahiptir, ancak kontrol yalnızca bir değil iki basınç sinyali alacak şekilde değiştirilir. Basınç kompanzasyonunda olduğu gibi, yük algılama kontrolü boşaltma basıncını temsil eden bir sinyal alır, ancak aynı zamanda yük basıncını temsil eden ikinci bir sinyal alır. Bu sinyal, birincinin akış aşağısındaki ikinci bir ağızdan kaynaklanır. Bu ikinci delik, pompa çıkışının hemen ötesinde bir akış kontrol valfi, bir yön kontrol valfinin makara açıklığı olabilir veya bir akışkan iletkeninde bir kısıtlama olabilir.
Modifiye edilmiş kompansatör bölümünde bu iki basınç sinyalinin karşılaştırılması, pompanın hem yükü hem de akışı algılamasını sağlar. Bu, güç kayıplarını daha da azaltır. Pompanın çıkış akışı, iki deliğin diferansiyel basıncına göre değişir. Basınç dengeleyici pompanın tahliye basıncını basınç dengeleyiciyi çalıştırmak için gereken miktar kadar artırması gibi, yüke ve akışa duyarlı pompanın tahliye basıncı tipik olarak gerçek yük basıncından 200 ila 250 psi daha yüksektir.
Ayrıca, yüke duyarlı bir hidrolik pompa, beygir gücü ile maksimum yük basıncı arasında ilişki kurarak, tek bir devre işlevinin veya birden çok eşzamanlı işlevin yük ve akış gereksinimlerini takip edebilir. Bu, mümkün olan en düşük beygir gücünü tüketir ve en az ısı üretir.
operatör kontrolü
Değişken orifis manuel olarak çalıştırılan bir akış kontrol valfı ise, sistem bir operatörün yönünde yük uyumlu modda çalışabilir. Akış kontrol valfini açtığında, yük basıncının biraz üzerinde bir basınçta akış orantılı olarak artar (artan çaplı bir orifis boyunca sabit basınç düşüşü).
Yüke duyarlı değişken hacimli pompa kompansatörü ile boşa harcanan güç çok düşüktür. Kontrol, mutlak basıncı değil de basınç düşüşünü algıladığından, bir tahliye vanası veya basıncı sınırlamak için başka araçlar sağlanmalıdır.
Bu sorun, bir yük algılama/basınç sınırlama kontrolü ile çözülür. Bu kontrol, yük basıncı basınç sınırlayıcı ayarına ulaşana kadar daha önce açıklanan yük algılama kontrolü olarak işlev görür. Bu noktada, dengeleyicinin sınırlayıcı kısmı, pompayı devre dışı bırakmak için yük algılama kontrolünü geçersiz kılar. Yine, ilk hareket ettiricinin köşe beygir gücü kabiliyetine sahip olması gerekir.
Yüke duyarlı dişli pompalar
Pistonlu ve kanatlı pompalar, yük algılamayı gerçekleştirmek için değişken deplasmanlı kapasitelerine güvenir. O halde, yer değiştirmesi sabitse, bir dişli pompa yük algılamayı nasıl gerçekleştirebilir? Standart dişli pompalar gibi, yüke duyarlı dişli pompalar, eşdeğer akış ve basınç özelliklerine sahip diğer tasarımlarla karşılaştırıldığında düşük başlangıç maliyetine sahiptir. Bununla birlikte, yüke duyarlı dişli pompalar, değişken deplasmanlı eksenel pistonlu ve kanatlı pompaların çok yönlülüğünü sunar, ancak değişken deplasmanlı mekanizmaların yüksek karmaşıklığı ve yüksek maliyeti yoktur.
Yüke duyarlı bir dişli pompa şunları yapabilir:
- Pistonlu veya kanatlı pompalarla ilişkili yüksek maliyet olmadan yüksek yük algılama verimliliği sağlar,
- 40 milisaniyeden daha kısa sürede sıfırdan tam çıkışa akış sağlarken veya çok az basınç artışıyla ve pompa girişinde aşırı şarj olmadan,
- düşük (atmosfere yaklaşan) boşaltma tahliye basınçlarına sahip tahrik devreleri,
- Bekleme ve ikincil yüklü güç çekişini azaltmak için düşük yük boşaltma basıncıyla öncelikli akış ve ikincil akış sağlar ve
- hat veya bileşen boyutlarını değiştirmek zorunda kalmadan yüke duyarlı kanatlı veya pistonlu pompalarla değiştirin.
Yüke duyarlı pistonlu pompalar, yük basıncı ve akış gereksinimlerine göre bir sistemin hacimsel çıktısını değiştirmek için bir basınç dengeleyici ve bir hidrostat kullanır. Bir hidrostat, eşit fakat zıt etkili alanları boyunca yay kuvvetine göre akışı ölçen yay yüklü bir cihazdır. Seri bir devrede olduğu gibi kısıtlayıcı olabilir veya birincil yük basıncını ikincil veya tank basıncına atlayabilir. Basit bir ifadeyle, bir hidrostat toplam akışı iki akışa ayırır: biri gerekli akışı ve diğeri birincil devrenin gerekli basıncını temsil eder. Yüke duyarlı bir pistonlu hidrolik pompa, yük basıncına göre çıkış akışını düzenlemek için hidrostatını kullanır ve fazla pompa akışını, tanka veya ikincil bir devreye bağlanabilen ikincil bir yola atlar.
Yüke duyarlı bir dişli pompa ise, yük ve akış gereksinimlerine yanıt olarak hacimsel çıkışını değiştirmek için bir boşaltıcı ile birlikte bir hidrostat kullanır. Yüke duyarlı pistonlu ve dişli pompaların her ikisi de pompa tahliye basıncını ve akışını kontrol etmek için tek bir yük algılama sinyali kullandığından, bunlar yük algılama devrelerinde birbirinin yerine kullanılabilir. Her iki türün de çok ortak noktası vardır ve sabit deplasmanlı hidrolik pompa kullanan sistemlere göre önemli ölçüde güç tasarrufu sağlar. Her ikisi de çalışma modunda – bir işlevi çalıştırmak için akış ve basınç gerektiğinde – azaltılmış güç tüketimi sunar. Ayrıca bekleme modunda – sistem rölantideyken veya çalışma dışı moddayken – güç tasarrufu sağlarlar. Ayrıca, devre için gereken vana, iletken ve filtrelerin gerekli boyutunu ve dolayısıyla maliyetini azaltabilirler.
Şekil 19’da gösterilen yüke duyarlı dişli pompa, toplam deşarj akışını uzak bir birincil işlev basıncına ve bir birincil akışa göre ayırarak çalışma modunda güç tüketimini en aza indirir. Bu, öncelik devresinden kaynaklanan ve hidrolik pompa dişlilerinin tahliye tarafına mümkün olduğunca yakın yönlendirilen tek bir yük algılama sinyali aracılığıyla gerçekleştirilir.
Pompa devresine bir boşaltıcı kontrolünün eklenmesi, sistemin çalışma modunda olduğu kadar bekleme modunda da güç tasarrufu yapmasına olanak tanır. Bu kontrol, hidrostatın giriş portuna paralel olarak ve dişlilerin tahliye tarafına mümkün olduğunca yakın kurulmalıdır. Bu sinyal, pompanın tüm akışı çıkıştan ikincil devreye ve bekleme modunda hidrostatın basınç düşüşü ayarının çok altındaki bir basınçta boşaltmasına neden olur.
Yük boşaltıcı kontrolü, hidrostatı kontrol eden aynı uzaktan yük algılama sinyalini çalıştırmalıdır. Hidrostattan farklı olarak, boşaltıcı kontrolünün boşaltıcı popeti, en az 2:1 orana sahip zıt alanlar ile tasarlanmıştır. Hidrolik pompa tahliye basıncının %50’sini aşan herhangi bir hat basıncı, boşaltıcı kontrolünü kapatacaktır. Boşaltıcı kontrolünün pompayı atmosferik tahliye basıncına yakın bir değere kadar boşaltma yeteneği, popet veya piston yay kuvveti tarafından kontrol edilir. Boşaltıcı kontrolü, dişli pompanın dahili basınç yüklemesini korumak için en düşük değere ayarlanır. Standart bir sabit deplasmanlı dişli pompa devresi ile karşılaştırıldığında, bu kontrol beklemedeki güç tüketimini %90 oranında azaltabilir.
Çift ve birleşik kontroller
Yük algılama sinyali, uzaktan algılama hattındaki basınç sınırlanarak veya 0 psig’ye alınarak koşullandırılabilir. Bunu yapmak, yüke duyarlı dişli pompanın hidrostatının ve boşaltıcı kontrolünün, tahliye basıncına göre koşullandırılmış sinyale yanıt vermesine neden olur. Bu, hidrostatın pilotla çalışan bir tahliye vanasının ana aşaması olarak hareket etmesine neden olan bir pilot tahliye sağlayarak gerçekleştirilir. Yük algılama hattını koşullandırma yeteneği patentlidir ve yük algılamalı dişli pompayı yalnızca yük algılama dışındaki işlevler için kullanışlı hale getirir.
Kombine kontrollü yüke duyarlı dişli hidrolik pompa, büyük deplasmanlı pompalar için tasarlanmıştır ve tanka ikincil akışı atlar. Ayrıca patentlidir ve çift kontrollü pompa ile aynı uygulamalarda kullanılabilir. Ancak, ikincil akışın tanka yönlendirilmesi gerektiğinden, ikincil devre bir yükü çalıştırdığında kullanılamaz.