بررسی پمپ ها در صنعت هیدرولیک

صنعت هیدرولیک از گذشته تا به امروز یکی از مهمترین و پرکاربردترین صنایع جهان است. با پیشرفت سیستم‌های هیدرولیکی در صنایع گوناگون، نیاز به پمپ‌های با توان و فشار متنوع از گذشته بیشتر شده است. پمپ، به عنوان قلب سیستم هیدرولیک، انرژی مکانیکی تولید شده توسط موتورهای الکتریکی یا احتراق داخلی را به انرژی هیدرولیکی تبدیل می‌کند. نقش پمپ در صنعت هیدرولیک، افزایش انرژی سیال در یک سیکل هیدرولیکی یا نیوماتیکی است تا در نقاط مورد نیاز این انرژی را فراهم کند.

فشار اتمسفری ناشی از خلاء نسبی به دلیل عملکرد اجزای مکانیکی پمپ، سیال را به سمت ورودی پمپ حرکت می‌دهد تا توسط پمپ به بخش‌های دیگر مدار هیدرولیک هدایت شود.

حجم روغن پرفشار تحویل داده شده به مدار هیدرولیکی بستگی به ظرفیت پمپ و در نتیجه حجم سیال منتقل شده در هر دور و تعداد دور پمپ دارد. ظرفیت پمپ با واحدهای گالن در دقیقه یا لیتر بر دقیقه اعلام می‌شود.

یک نکته مهم در مورد مکش سیال، ارتفاع عمودی مجاز پمپ نسبت به سطح آزاد سیال است. در مورد روغن، این ارتفاع نباید بیشتر از ۱۰ متر باشد؛ زیرا ممکن است با بیشتر شدن این ارتفاع، روغن جوشیده و بجای روغن مایع، بخار روغن وارد پمپ شود که ممکن است در کارکرد صنعت هیدرولیک اختلال ایجاد کند. اما در مورد ارتفاع خروجی پمپ هیچ محدودیتی وجود ندارد و تنها توان پمپ است که این مسئله را مدیریت می‌کند.

انواع پمپ‌ها در صنعت هیدرولیک:

پمپ‌ها در صنعت هیدرولیک به دو دسته‌ی کلی تقسیم می‌شوند:

۱- پمپ‌های با جابه‌جایی غیرمثبت (پمپ‌های دینامیکی)

۲- پمپ‌های با جابه‌جایی مثبت

پمپ‌های با جابه‌جایی غیرمثبت نمی‌توانند در برابر فشارهای بالا مقاومت کنند و به ندرت در صنایع هیدرولیک استفاده می‌شوند؛ معمولاً برای منتقل‌کردن سیال از یک نقطه به نقطه دیگر استفاده می‌شوند. این نوع پمپ‌ها برای سیستم‌های با فشار پایین و جریان بالا مناسب هستند که حداکثر ظرفیت فشاری آن‌ها معمولاً ۲۵۰psi تا ۳۰۰۰psi است. به عنوان نمونه از پمپ‌های گریز از مرکز (سانتریفوژ) و محوری استفاده می‌شود.

پمپ‌های با جابه‌جایی مثبت، به ازای هر دور چرخش محور، مقدار مشخصی از سیال را به سمت خروجی ارسال می‌کنند و قادرند بر فشار خروجی و اصطکاک غلبه کنند. این نوع پمپ‌ها مزایای زیادی نسبت به پمپ‌های با جابه‌جایی غیرمثبت دارند از جمله ابعاد کوچک‌تر، بازدهی حجمی بالا، انعطاف پذیری مناسب و قابلیت عملکرد در فشارهای بالا (حتی بیشتر از psi).

دسته‌بندی پمپ‌های با جابه‌جایی مثبت از نظر ساختار:

۱- پمپ‌های دنده‌ای

۲- پمپ‌های پره‌ای

۳- پمپ‌های پیستونی

با نگاه به میزان جابه‌جایی:

۱- پمپ‌های با جابه‌جایی ثابت

۲- پمپ‌های با جابه‌جایی متغیر

در پمپ‌های با جابه‌جایی ثابت (Fixed Displacement)، حجم سیال به ازای هر چرخش محور ثابت است. اما در پمپ‌های با جابه‌جایی متغیر (Variable Displacement)، مقدار سیال به دلیل تغییر در ارتباط بین اجزاء قابل تنظیم است. این نوع پمپ‌ها به عنوان پمپ‌های دبی متغیر هم شناخته می‌شوند.

به خاطر داشته باشید که در صنعت هیدرولیک، پمپ‌ها فشار ایجاد نمی‌کنند، بلکه جریان تولید می‌کنند. در یک سیستم هیدرولیک، فشار نشان‌دهنده میزان مقاومت در برابر خروجی پمپ است. به‌عنوان مثال، اگر خروجی با فشار یک اتمسفر باشد، فشار خروجی پمپ هیچگاه بیشتر از یک اتمسفر نمی‌شود. همچنین، فشار ۱۰۰ اتمسفری خروجی منجر به جریان سیال با فشار معادل ۱۰۰ اتمسفر می‌شود.

 

 پمپ های دنده ای (Gear Pump)

پمپ های دنده ای به دلیل طراحی آسان، هزینه ساخت کم و اندازه کوچک، در صنعت هیدرولیک کاربرد گسترده‌ای دارند. اما از جمله معایب آنها می‌توان به کاهش بازدهی ناشی از فرسایش قطعات و نشت روغن در قسمت‌های داخلی اشاره کرد. این نشت می‌تواند باعث افت فشار بین دنده‌ها شده و تاثیرات آن در کارکرد پمپ را به وضوح نمایان کند.

انواع پمپ‌های دنده ای در صنعت هیدرولیک:

۱- دنده خارجی (External Gear Pumps)

۲- دنده داخلی (Internal Gear Pumps)

۳- گوشواره ای (Lobe Pumps)

۴- پیچی (Screw Pumps)

۵- ژیروتور (Gyrotor Pumps)

۱- دنده خارجی (External Gear Pumps)

در این نوع پمپ، یکی از دنده‌ها به محرک متصل و دنده دیگر حرکتی حلزونی دارد. با چرخش دنده‌ها، روغن به سمت خروجی کشیده می‌شود و خلاء نسبی در فضای بین دنده‌ها و پوسته‌ای که آن‌ها را در بر می‌گیرد، ایجاد می‌شود.

۲- دنده داخلی (Internal Gear Pumps)

این نوع پمپ‌ها بیشتر برای روغن‌کاری و تغذیه در فشارهای پایین‌تر استفاده می‌شود. اما در نسخه‌های چند مرحله‌ای، قادر به کار در فشارهای بالاتر نیز می‌باشد. بازدهی آن در مقایسه با پمپ‌های دنده خارجی، ممکن است کاهش یابد.

۳- پمپ های گوشواره ای (Lobe Pumps)

این نوع پمپ‌ها آرامتر و بی‌صداتر هستند. از دیدی ساختار، هر دو دنده دارای محرک خارجی هستند و به یکدیگر درگیر نمی‌شوند. این ویژگی باعث کاهش ضربان خروجی و افزایش جابه‌جایی حجمی می‌شود.

۴- پمپ های پیچی (Screw Pumps)

پمپ پیچی یکی از پمپ‌های دنده‌ای است که باعث تولید جریان آرام و بدون ضربان می‌شود. قابلیت پمپاژ متنوعی از جمله آب، روغن، و حتی امولسیون را داراست.

۵- پمپ های ژیروتور (Gyrotor Pumps)

عملکرد آن‌ها شبیه به پمپ‌های دنده داخلی است، با این تفاوت که دنده ژیروتور کمتری نسبت به دنده داخلی دارد.

این توضیحات نشان می‌دهند که هر نوع پمپ دنده‌ای ویژگی‌ها و کاربردهای مخصوص به خود را دارد.

 

پمپ های پره‌ای

پمپ های پره‌ای در صنعت هیدرولیک بیشتر به عنوان پمپ‌های فشار متوسط استفاده می‌شوند. سرعت آن‌ها معمولاً بین ۱۲۰۰ تا ۱۷۵۰ دور در دقیقه است و در برخی موارد ویژه ممکن است تا ۲۴۰۰ دور در دقیقه برسد. بازده حجمی این پمپ‌ها معمولاً بین ۸۵% تا ۹۰% است، اما بازده کلی آنها به دلیل نشت‌های موجود در اطراف روتور، کمتر است (حدود ۷۵% تا ۸۰%). این پمپ‌ها اغلب به صورت آرام و بی‌صدا عمل می‌کنند و یکی از ویژگی‌های مهم آنها، قابلیت تعمیر بدون جدا کردن لوله‌های ورودی و خروجی است.

این انبساط حجمی که باعث کاهش فشار و ایجاد مکش می‌شود، در نیمه اول چرخش محور بین روتور و رینگ بادامکی اتفاق می‌افتد. سپس در نیمه دوم، فضای بین پره‌ها کم می‌شود و سیال به سمت خروجی سوق داده می‌شود. جریان بر اساس موقعیت خروج از مرکز (فاصله دو مرکز) محور تعیین می‌شود.پمپ‌های پره‌ای قادرند دبی‌های حجمی متفاوتی را به سیستم تزریق کنند.

حداکثر فشار قابل دستیابی در این پمپ‌ها حدود ۳۰۰۰ psi است.

پمپ های پیستونی

پمپ‌های پیستونی از گرانترین و پیچیده‌ترین نوع پمپ‌ها هستند. اگر آب بندی دقیق پیستون‌ها صورت گیرد، می‌توانند بالاترین بازدهی را در صنعت هیدرولیک داشته باشند. این پمپ‌ها عموماً جریان بدون ضربان دارند و به علت عدم وارد شدن بار جانبی به پیستون‌ها، عمر آنها طولانی است. اما به دلیل ساختار پیچیده‌شان، تعمیر آنها مشکل است.

پمپ‌های پیستونی محوری

در این نوع پمپ‌ها، خط مرکزی بلوک سیلندر نسبت به خط مرکزی محور محرک در زاویه مشخصی قرار دارد. پیستون‌ها توسط اتصالات کروی به فلنج محور متصل هستند و تغییر فاصله بین فلنج محرک و بلوک سیلندر حرکت رفت و برگشت پیستون‌ها در سیلندر را فراهم می‌کند. در پمپ‌های پیستونی شعاعی، پیستون‌ها در امتداد شعاع قرار می‌گیرند و سیال توسط نیروی گریز از مرکز حرکت می‌کند.

راندمان پمپ‌ها در صنعت هیدرولیک

بازدهی یک پمپ به میزان تلرانس‌ها، دقت ساخت و بالانس فشار بستگی دارد. سه نوع بازده در پمپ‌ها محاسبه می‌شود:

۱- بازده حجمی: مشخص کننده میزان نشتی در پمپ، از رابطه زیر بدست می‌آید.

۲- بازده مکانیکی: مشخص کننده میزان اتلاف انرژی در اثر عواملی مانند اصطکاک در یاتاقان‌ها و اجزاء درگیر است.

۳- بازده کلی: نشان‌دهنده کل اتلاف انرژی در یک پمپ بوده و برابر حاصلضرب بازده مکانیکی در بازده حجمی است.