Axiální pístová čerpadla: zařízení a princip činnosti. Tipy pro výběr a recenze

Hydraulická zařízení jsou již delší dobu používána v různých polích a dodnes neztrácejí význam. Všechny druhy hydraulických motorů a hydraulických čerpadel lze vidět v různých mechanismech, které zajišťují potřebu přenášet značné úsilí. Hydraulické stroje jsou zařízení, která komunikují mechanická energie pracovní kapalina, která prochází skrze ně, nebo naopak přijímá energii z této tekutiny pro následný přenos do pracovního těla. První a axiální pístová čerpadla, zatímco ty jsou hydraulické motory.

Kde jsou použity?

Dosavadní použití různých hydraulických čerpadel lze nalézt v poměrně velkém počtu technologických oborů, od standardních vodních systémů různých obytných budov až po podniky a končící dodávkou paliva ve specializovaných elektrárnách pro vesmírné stanice.

V dnešní době nejrozšířenější použití lopatkových a volumetrických hydraulických čerpadel. Čepele jsou pracovními tělesy kol, které jsou vybaveny speciálním nožem. V tomto případě je energie přenášena dynamickou interakcí lopatek oběžného kola s tekoucí tekutinou kolem nich. Pokud se v takovémto čerpadle energie přenáší přímo z kola na kapalinu, pak, když mluvíme o hydraulickém motoru lopatky, v takovém případě tekutina již přenáší energii na kolo.

Jaký je princip činnosti?

Princip činnosti, který využívají volumetrické hydraulické stroje, je založen na změně aktuálního objemu pracovních komor, které jsou spojeny s určitou frekvencí s výstupními a vstupními přípojkami. Tato skupina zahrnuje zejména všechny typy pístových, šroubových, převodových a axiálních pístových čerpadel.

Co to je?

Hydraulické stroje vč skupina axiálních pístů, při přenosu stejné síly ve srovnání s jinými zařízeními, jsou extrémně kompaktní a mají proto malou hmotnost. Díky použití pracovních těles, které mají nepatrné radiální rozměry a následně poměrně malý moment energie, čerpadla s axiálním pístem umožňují velmi rychlou úpravu rychlosti otáčení.

Navíc mezi výhody těchto zařízení stojí za zmínku také fakt, že mohou pracovat pod vysokým tlakem, vyznačují se významnou rychlostí otáčení a také umožňují změnu pracovního objemu.

Výhody

Axiální pístová čerpadla pracují v kmitočtovém rozsahu od 500 do 4000 otáček za minutu, což je nejdůležitější argument ve prospěch jejich použití ve srovnání s různými radiálními pístovými zařízeními, jejichž limit dosahuje 1500 otáček. Je také třeba poznamenat, že tato zařízení mohou pracovat i za tlakových podmínek maximálně 40 megapaskálů, zatímco u výše uvedených zařízení je tento limit 35 megapaskálů.

Nevýhody

Pokud mluvíme o tom, jaké nevýhody mají axiální pístová čerpadla, stojí za zmínku, že mají značné náklady, vyznačují se extrémní složitostí jejich konstrukce, a proto nejsou zdaleka charakterizovány nejvyšší spolehlivostí. Kromě toho v průběhu své práce dochází k významnému zvlnění dodávky, v důsledku čehož se v hydraulickém systému objevuje tlaková pulsace.

Co je v něm obsaženo?

V tradiční sestavě jsou průmyslová čerpadla tohoto typu vybavena speciálním válcovým blokem, který je navíc opatřen písty, stejně jako tahový disk, hnací hřídel, spojovací tyče a rozváděč. V procesu práce hydraulické čerpadlo současně se začátkem otáčení hřídele začne také pracovat blok válců, přičemž je třeba poznamenat, že se písty nejen otáčejí, ale také se pohybují podél osy tohoto bloku, čímž vratný pohyb. Díky tomuto principu provozu se tato průmyslová čerpadla nazývají axiální píst.

Jak fungují

Dokud piesty vyjdou z válců, zařízení provede sání, zatímco se bude pohybovat, budou čerpány. Prostřednictvím oken, které jsou k dispozici v rozváděči jednotce, se každý jednotlivý válec střídavě spojí s tlakovými a sacími vedeními. Aby se vyloučila možnost kombinace sacího a tlakového hydraulického potrubí mezi sebou, blok válců je extrémně pevně přitlačován k rozdělovací jednotce a jeho okna jsou oddělena pomocí těsnicích mostů. Aby se minimalizovalo hydraulické rázy při překonávání těchto propojek válci jsou v nich vytvořeny speciální drážky škrtící klapky, díky nimž je zajištěno rovnoměrné zvýšení tlaku pracovní tekutiny.

Princip činnosti axiálního pístového čerpadla zahrnuje použití válců jako pracovních komor, zatímco jsou axiálně umístěny vzhledem k ose rotoru. V tomto případě se jako písty používají samotné písty. V závislosti na charakteristikách čerpadla a také na tom, jaké konstrukční vlastnosti má, mohou být tyto jednotky vybaveny nakloněným kotoučem nebo šikmým válcovým blokem. Bloky válců tohoto formátu se často nacházejí v pohonech těch strojů, které pracují ve středních nebo poměrně těžkých provozních režimech, a jsou také často zahrnuty, protože jsou charakterizovány vyšší úrovní spolehlivosti za podmínek proměnlivého zatížení a jsou také méně citlivé na všechny druhy kontaminantů. tekutiny versus šikmá disková čerpadla.

Jaké to jsou?

Všechna zařízení s axiálním pístem, která se dnes používají, jsou vyráběna v souladu se čtyřmi základními schématy, v závislosti na které se mění charakteristika čerpadla.

- První možnost. Hnací hřídel a výkyvná deska jsou kombinovány výkonovou kartou ve formě univerzálního kloubu se dvěma stupni volnosti. V tomto případě je disk s písty kombinován pomocí specializovaných spojovacích tyčí.

Krouticí moment se přenáší z motoru na blok válců pomocí univerzálního kloubu a křídlové desky. Blok je zpočátku přitlačen přímo k rozvaděči pomocí pružiny, po které je již během provozu čerpadla používána pracovní tekutina. Točivý moment, který se přenáší do bloku válců, zcela překonává třecí síly, které jsou vytvořeny mezi koncovou částí bloku a samotným rozvaděčem.

- Druhá možnost. V tomto případě princip fungování čerpadla s axiálním pístem zahrnuje použití dvojitého univerzálního kloubu bez síly a takové zařízení jsou odlišné v tom, že v tomto případě je úhel mezi osami hnacího a mezilehlého hřídele stejný jako osy hnaných a mezilehlých hřídelů. Nakonec je zajištěna maximální možná synchronizace otáčení hnacích a poháněných hřídelů, zatímco kloubový závěs je zcela vyložen. To je zajištěno skutečností, že krouticí moment se přenáší z hnacího motoru pomocí disku a tento disk se vyrábí společně s hřídelem.

- Třetí možnost. V tomto případě je zařízením čerpadla s axiálním pístem použití výkyvné desky a samotné jednotky se nazývají dotyková čerpadla. U takových zařízení je charakteristické značné zjednodušení konstrukce, protože spojovací tyče a kardanové hřídele jsou zcela chybějící, avšak za účelem zavedení tohoto stroje do režimu hydraulické pumpy je nutné vytlačit písty z válců, čímž je zatlačit proti šikmému disku.

Pro tento účel se používají speciální pružiny, které se nacházejí přímo ve vlastních válcích. Vzhledem k jednoduchosti konstrukce je v tomto případě třeba opravit čerpadla méně často. Zejména podle této technologie jsou vyráběny hydraulické stroje G15-2, které jsou v současné době oblíbené, které jsou pozoruhodné díky své malé kapacitě.

- Čtvrtá možnost. Práce axiálního pístového čerpadla typu bez karty umožňuje integraci hnacího hřídele a bloku válců pomocí podložek a spojovacích tyčí. Když mluvíme o výhodách takových zařízení ve srovnání s těmi, které využívají kardanovou komunikaci, stojí za to vyjít z největší jednoduchosti výroby a spolehlivosti při provozu s minimálními rozměry bloku válců. Tento návrh je vybaven hydraulickými stroji s axiálním pístem řady 300 a 200. V tomto případě tok závisí přímo na zdvihu pístu, který je určen úhlem sklonu bloku válců nebo disku. Ve většině případů je tento úhel asi 25 stupňů. Pokud jednotka poskytuje možnost změny úhlu sklonu v průběhu práce, tak se nazývají: čerpadla s axiálním pístem jsou nastavitelná. Samozřejmě je optimálnější používat nastavitelné zařízení, ale jejich náklady mohou být výrazně více než standardní vybavení.

Kde platí

Dnes jsou axiální pístové pumpy, jejichž cena ve většině případů nepatrně překračují náklady na jiné běžné typy hydraulických zařízení (od 4 tisíc dolarů), patří mezi nejběžnější a používají se nejen jako čerpadla, ale i jako hydraulické motory. Konkrétně se dnes dají nalézt v hydraulických systémech specializovaných jednobodových bagrů, při konstrukci pohonů pro všechny druhy buldozerů, které jsou řízeny principem joysticku. Navíc se toto zařízení aktivně využívá při konstrukci hydraulických pohonů různých strojů, asfaltových válečků a také širokého spektra leteckých zařízení.

Jaké kritéria mám vybrat?

Existuje několik základních kritérií pro výběr čerpadel. Takže můžete zajistit nejen optimální náklady a vlastnosti zařízení, ale také eliminovat možnost, že často budete muset opravit čerpadla z důvodu jejich selhání:

• Rozměry. Nejoptimálnější je použití čerpadel s ND, protože nejsou příliš objemná ložisková sestava, konzolová hřídel a speciální naklápěcí kolébka, ve které je umístěn blok válců. To se týká zejména nastavitelných zařízení. Navíc moment setrvačnosti kolébek u čerpadel s ND je podstatně nižší než u NB, a proto mají vyšší rychlost, když je nutná změna průtoku.
• Složitost ve výrobě. Opět bude vhodnější použít čerpadla s ND, protože jsou charakterizovány nevýznamnou spotřebou kovu a minimálním počtem dílů se zvýšenou přesností. Mnoho odborníků říká, že čerpadla s NB jsou o 8-12% obtížnější vyrábět než čerpadla s ND, protože mají složitější skupinu pístů a různá synchronizační zařízení.
• Trvanlivost V tomto případě jsou čerpadla s ND méně zatížena ložisky a také poskytují širší využití hydrostatických ložisek. Za zmínku stojí, že u zařízení s NB je zatížení ložisek prakticky nezávislé na úhlu sklonu bloku, zatímco u strojů s ND je úměrné dotyku tohoto úhlu. Tato okolnost, stejně jako nevýznamná energie rotujících částí, poměrně příznivě odlišuje tato zařízení, když je třeba je používat v konstantním tlaku s proměnnými kapacitními čerpacími jednotkami. Tedy při tlaku 32 MPa budou hydraulická čerpadla s NB schopna pracovat po dobu přibližně 10 000 hodin, zatímco za stejných podmínek ND čerpadla pracují více než 13 000 hodin.
• Účinnost Z tohoto pohledu jsou čerpadla s NB důležitější, poněvadž čerpadla ND obsahují významné mechanické ztráty v důsledku vyšších radiálních sil působících na písty, širokého použití hydrostatických ložisek a značných lineárních rychlostí v třecích párech, takové zařízení vyznačující se větší průsaky. Obecně platí, že tyto faktory nakonec způsobují nižší účinnost. Takže při stejném tlaku 32 MPa je účinnost zařízení s ND asi 90%, zatímco stroje s NB budou mít účinnost 92-93%.
• Frekvence otáčení Píst čerpadla s NB umožňuje vytvořit distribuční systém s minimálními radiálními rozměry. S omezenými lineárními rychlostmi je možné je použít při extrémně vysokých otáčkách, což nakonec umožňuje dosáhnout významné spotřeby tohoto zařízení.
• Kapacita sání Podle tohoto parametru vypadá konstrukce čerpadla s NB zajímavější, protože je vybavena menšími velikostmi periferních rychlostí oken válce, zatímco samotná okna mohou být poměrně velká, což minimalizuje možnost snížení průtoku v důsledku kavitace. Kapacita sání takových čerpadel je vyšší vzhledem k tomu, že mají minimální mrtvé objemy pracovních komor a navíc jsou části čerpadel kratší, což také snižuje ztráty.