پمپ هیدرولیک چیست؟ و چرا خراب می شود؟

پمپ هیدرولیک چیست و چند نوع پمپ هیدرولیک وجود دارد؟ (Hydraulic Pumps)

با توجه به نفوذ روز افزون سیستم های هیدرولیکی در صنایع مختلف وجود پمپ هایی با توان و فشار های مختلف بیش از پیش مورد نیاز است . پمپ به عنوان قلب سیستم هیدرولیک انرژی مکانیکی را که توسط موتورهای الکتریکی، احتراق داخلی و … تامین می گردد به انرژی هیدرولیکی تبدیل می کند. در واقع پمپ در یک سیکل هیدرولیکی یا نیوماتیکی انرژی سیال را افزایش می دهد تا در مکان مورد نیاز این انرژی افزوده ,به کار مطلوب تبدیل گردد. فشار اتمسفر در اثر خلا نسبی بوجود آمده به خاطر عملکرد اجزای مکانیکی پمپ ، سیال را مجبور به حرکت به سمت مجرای ورودی آن نموده تا توسط پمپ به سایر قسمت های مدار هیدرولیک رانده شود. حجم روغن پر فشار تحویل داده شده به مدار هیدرولیکی بستگی به ظرفیت پمپ و در نتیجه به حجم جابه جا شده سیال در هر دور و تعداد دور پمپ دارد. ظرفیت پمپ با واحد گالن در دقیقه یا لیتر بر دقیقه بیان می شود.
نکته قابل توجه در در مکش سیال ارتفاع عمودی مجاز پمپ نسبت به سطح آزاد سیال می باشد ، در مورد روغن این ارتفاع نباید بیش از ۱۰ متر باشد زیرا بر اثر بوجود آمدن خلا نسبی اگر ارتفاع بیش از ۱۰ متر باشد روغن جوش آمده و بجای روغن مایع ، بخار روغن وارد پمپ شده و در کار سیکل اختلال بوجود خواهد آورد . اما در مورد ارتفاع خروجی پمپ هیچ محدودیتی وجود ندارد و تنها توان پمپ است که می تواند آن رامعین کند.

” در سیستمهای هیدرولیکی ,پمپ صرفا جریان (دبی) تولید می کند و فشار, در اثر مقاومتی که باید توسط عملگر بر آن غلبه شود , ایجاد می گردد”

پمپ ها در صنعت هیدرولیک به دو دسته کلی تقسیم می شوند :

پمپ های جابجایی غیر مثبت (Non Positive displacement pump)

توانایی مقاومت در فشار های بالا را ندارند و به ندرت در صنعت هیدرولیک مورد استفاده قرار می گیرند و معمولا به عنوان انتقال اولیه سیال از نقطه ای به نقطه دیگر بکار گرفته می شوند. بطور کلی این پمپ ها برای سیستم های فشار پایین و جریان بالا که حداکثر فشار کاری آنها بین ۲۵۰ تا ۳۰۰ psi محدود می گردد , مناسب هستند.
پمپ‌های با جابجایی غیر مثبت (هیدرودینامیکی) با چرخش سریع یک پروانه ,سیال را با نیروی گریز از مرکز به سمت دهانه خروجی پمپ پرتاب می‌کنند. برخلاف پمپ‌های جابجایی مثبت، این پمپ‌ها قطعات شان آب‌بندی نیستند و با افزایش فشار نشتی زیادی در آن‌ها اتفاق می‌افتد. همچنین این پمپ‌ها نمی‌توانند سیال را به خودیِ خود پمپاژ کنند چون مکشی در آن‌ها ایجاد نمی‌شود تا سیال را به درون خود بکشند (سیال باید به دریچه ورودی آن‌ها به نحوی دیگر وارد شود). یکی از راه‌حل‌های رایج در طراحی این پمپ‌ها، قرار دادن دهانه ورودی پمپ در ارتفاعی پایین‌تر از سطح سیال درون مخزن یا تانک است تا سیال با وارد شدن نیروی گرانش، خودبه‌خود وارد پمپ شود. این پمپ‌ها ارزان هستند و به دلیل عدم درگیری قطعات ‌شان می‌توانند سیالات غیرهیدرولیکی مانند آب را هم پمپاژ کنند.

به دلیل وجود لقی زیاد بین پره های دوار و پوسته ثابت این پمپها , مقدار جریان خروجی پمپ علاوه بر سرعت دورانی محور , به مقدار مقاومت خارجی سیستم نیز وابسته است. هزینه پایین تولید و نگه داری,سادگی عملکرد, قابلیت اعتماد بالا و سر و صدای کم از جمله مزایای این دسته از پمپها می باشد.از جمله پمپهای با جابجایی غیر مثبت می توان به پمپهای جریان شعاعی , جریان محوری و جریان مختلط اشاره نمود.

پمپ های جابجایی مثبت (Positive displacement pump)

در این پمپ ها به ازای هر دور چرخش محور پمپ مقدار معینی از سیال به سمت خروجی فرستاده می شود و توانایی غلبه بر فشار خروجی و اصطکاک را دارد . این پمپ ها مزیت های بسیاری نسبت به پمپ های با جابه جایی غیر مثبت دارند مانند ابعاد کوچکتر ، بازده حجمی بالا ، انعطاف پذیری مناسب و توانایی کار در فشار های بالا .
در این پمپ‌ها با استفاده از بازشدن ناگهانی یک حفره، در آن حفره مکش ایجاد می‌شود و فشار هوا سیال هیدرولیک را به داخل حفره می‌راند. سپس حفره بسته می‌شود و سیال مقابل دهانه خروجی حبس می‌شود و با ورود سیال جدید از ورودی ,پمپ شارژ شده و دوباره این سیکل تکرار می شود. معمولاً یک سیکل کاری پمپ معادل یک دور چرخش محور پمپ است. با توجه به ساز و کار این پمپ‌ها، قطعات آن‌ها نسبت به هم آب‌بندی هستند و نشتی سیال میان آن‌ها خیلی کم است. اگرچه در فشارهای بالا نشتی رخ می‌دهد که مطلوب نیست. این نوع پمپها به سه نوع اصلی تقسیم می شوند که عبارتند از پمپهای چرخدنده ای ,پمپهای پره ای و پمپ های پیستونی.

پمپ های هیدرولیکی می توانند بصورت جابجایی ثابت و یا متغیر عرضه شوند.در یک پمپ با جابه جایی ثابت (Fixed Displacement) میزان سیال پمپ شده به ازای هر یک دور چرخش محور ثابت است در صورتیکه در پمپ های با جابه جایی متغیر (Variable Displacement) مقدار فوق بواسطه تغییر در ارتباط بین اجزاء پمپ قابل کم یا زیاد کردن است. به این پمپ ها ، پمپ ها ی دبی متغیر نیز می گویند.
باید بدانیم که پمپ ها ایجاد فشار نمی کنند بلکه تولید جریان می نمایند. در واقع در یک سیستم هیدرولیک فشار بیانگر میزان مقاومت در مقابل خروجی پمپ است اگر خروجی در فشار یک اتمسفر باشد به هیچ وجه فشار خروجی پمپ بیش از یک اتمسفر نخواهد شد .همچنین اگر خروجی در فشار ۱۰۰ اتمسفر باشد برای به جریان افتادن سیال فشاری معادل ۱۰۰ اتمسفر در سیال بوجود می آید.

پمپ های چرخدنده ای	پمپ های پره ای	پمپ های پیستونی
پمپ های چرخدنده خارجی	پمپ های پره ای نامتعادل	پمپ های پیستونی محوری
پمپ های چرخدنده داخلی	پمپ های پره ای متعادل	پمپ های پیستونی شعاعی
پمپ های گوشواره ای
پمپ های پیچی
پمپ های ژیروتوری

پمپ چرخدنده ای Gear Pump

این پمپ ها به دلیل طراحی آسان ، هزینه ساخت پایین و جثه کوچک و جمع و جور در صنعت کاربرد زیادی پیدا کرده اند . ولی از معایب این پمپ ها می توان به کاهش بازده آنها در اثر فرسایش قطعات به دلیل اصطکاک و خوردگی و در نتیجه نشت روغن در قسمت های داخلی آن اشاره کرد. این افت فشار بیشتر در نواحی بین دنده ها و پوسته و بین دنده ها قابل مشاهده است. انواع پمپ های چرخ دنده ای عبارتند از :

 ۱– چرخدنده خارجی External Gear Pumps

– ۲ چرخدنده داخلی  Internal Gear Pumps

۳– گوشواره ای Lobe Pumps

۴ – پیچی Screw Pumps

– ۵ژیروتوری  Gerotor Pumps

 پمپ های چرخدنده خارجی  External Gear Pumps

در این پمپ ها یکی از چرخ دنده ها به سیستم محرکه متصل بوده و چرخ دنده دیگر هرزگرد می باشد. با چرخش محور محرک و دور شدن دنده های چرخ دنده ها از هم با ایجاد خلاء نسبی, روغن به فضای بین چرخ دنده ها و پوسته کشیده شده و به سمت خروجی رانده می شود. لقی بین پوسته و دنده ها در اینگونه پمپ ها حدود ۰.۰۲۵ mm می باشد. افت داخلی جریان به خاطر نشت روغن در فضای موجود بین پوسته و چرخ دنده است که لغزش پمپ (Pump Slippage) نام دارد و سبب می گردد که مقدار جریان واقعی پمپ همواره از میزان جریان تئوری کمتر گردد. نشتی داخلی در اثر بالا رفتن فشار در خروجی افزایش یافته و موجب کاهش بازده حجمی پمپ می گردد. مقدار بازده حجمی در سرعتهای کم و دبی های پایین مطلوب نمی باشد. لذا سرعت دوران پمپ های چرخ دنده ای بایستی به حداکثر سرعت دوران پمپ نزدیک باشد.

 پمپ های چرخدنده داخلی Internal Gear Pumps

این پمپ ها بیشتر به منظور روغنکاری و تغذیه در فشار های کمتر از ۱۰۰۰ psi استفاده می شود ولی در انواع چند مرحله ای دسترسی به محدوده ی فشاری در حدود۴۰۰۰ psi  نیز امکان پذیر است. کاهش بازدهی در اثر سایش در پمپ های چرخدنده  داخلی بیشتر از پمپ های چرخدنده خارجی است.

پمپ های گوشواره ای Lobe Pumps

این پمپ ها از خانواده پمپ های چرخدنده ای هستند که آرامتر و بی صداتر از دیگر پمپ های این خانواده عمل می نماید زیرا هر دو گوشواره آن دارای محرک خارجی بوده و چرخدنده ها با یکدیگر درگیر نمی شوند. اما به دلیل داشتن دندانه های کمتر ,خروجی پمپ ضربان بیشتری داشته و در عین حال جابه جایی حجمی آن نیز در مقایسه با سایر پمپ های چرخدنده ای بیشتر می باشد.

پمپ های پیچی Screw Pumps

یک پمپ چرخدنده ای با جابه جایی مثبت و جریان محوری بوده که در اثر درگیری سه پیچ دقیق (سنگ خورده) درون محفظه آب بندی شده, جریانی کاملا آرام ، بدون ضربان و با بازده بالا تولید می کند. دو روتور هرزگرد به عنوان آب بندهای دوار عمل نموده و باعث رانده شدن سیال در جهت مناسب می شوند. حرکت آرام ,بدون صدا و ارتعاش ، قابلیت کار با انواع سیال ، حداقل نیاز به روغنکاری ، قابلیت پمپاژ امولسیون آب – روغن و عدم ایجاد اغتشاش زیاد در خروجی از مزایای جالب این نوع پمپ می باشد. از پمپ های پیچی بزرگ به عنوان پمپ های پرکن (دبی زیاد و فشار کم) در پرسهای بزرگ استفاده می شود. از دیگر کاربرد های آنها استفاده در سیستم های هیدرولیک زیردریایی هاست.

پمپ های ژیروتوری Gerotor Pumps

عملکرد این پمپها شبیه پمپ های چرخ دنده داخلی است. در این پمپ ها عضو ژیروتور توسط محرک خارجی به حرکت در می آید و موجب چرخیدن روتور چرخدنده ای درگیر با خود می شود. در نتیجه عملکرد این مکانیزم ، آب بندی مورد نیاز بین نواحی پمپاژ تامین می گردد. عضو ژیروتور دارای یک دندانه کمتر از روتور چرخدنده داخلی می باشد. حجم دندانه کاسته شده ضرب در تعداد دندانه چرخدنده محرک ، حجم سیال پمپ شده به ازای هر دور چرخش محور را مشخص می نماید.

 

پمپ های پره ای نامتعادل و متعادل Unbalanced & Balanced Vane Pumps

به طور کلی پمپ های پره ای به عنوان پمپ های فشار متوسط در صنایع مورد استفاده قرار می گیرند. سرعت آنها معمولا از ۱۲۰۰ rpm تا ۱۷۵۰ rpm بوده و در مواقع خاص تا ۲۴۰۰ rpm نیز میرسد. بازده حجمی این پمپ ها ۸۵% تا ۹۰% است اما بازده کلی آنها به دلیل نشت های موجود در اطراف روتور پایین است) حدود ۷۵% تا ۸۰% ). عمدتا این پمپها آرام و بی سر و صدا کار می کنند ، از مزایای جالب این پمپ ها این است که در صورت بروز اشکال در ساختمان پمپ بدون جدا کردن لوله های ورودی و خروجی قابل تعمیر هستند . نیروی گریز از مرکز حاصل از دوران , تیغه های موجود در شیارهای روتور را به سمت خارج رانده و در تماس با سطح رینگ نگه می دارد.

فضای بین روتور و رینگ بادامکی در در نیم دور اول چرخش محور ، افزیش یافته و انبساط حجمی حاصله باعث کاهش فشار و ایجاد مکش می گردد، در نتیجه سیال به طرف مجرای ورودی پمپ جریان می یابد. در نیم دور دوم با کم شدن فضای بین پره ها سیال که در این فضاها قرار دارد با فشار به سمت خروجی رانده می شود. همانطور که در شکل می بینید جریان بوجود آمده به میزان خروج از مرکز (فاصله دو مرکز( محور نسبت به روتور پمپ بستگی دارد و اگر این فاصله به صفر برسد دیگر در خروجی جریانی نخواهیم داشت.

پمپ های پره ای که قابلیت تنظیم خروج از مرکز را دارند می توانند دبی های حجمی متفاوتی را به سیستم تزریق کنند به این پمپ ها ، جابه جایی متغیر می گویند. به خاطر وجود این خروج از مرکزیت , بار جانبی وارد بر یاتاقان ها افزایش می یابد و در فشار های بالا ایجاد مشکل می کند.
برای رفع این مشکل از پمپ های پره ای متقارن (بالانس شده) استفاده می کنند. شکل بیضوی پوسته در این پمپ ها باعث می شود که مجاری ورودی و خروجی نظیر به نظیر رو به روی هم قرار گیرند و تعادل هیدرولیکی برقرار گردد. با این ترفند بار جانبی وارد بر یاتاقان ها کاهش یافته اما عدم قابلیت تغییر در جابه جایی از معایب این پمپ ها به شمار می آید .( چون خروج از مرکز وجود نخواهد داشت( . حداکثر فشار قابل دستیابی در پمپ های پره ای حدود۳۰۰۰ psi است.

پمپ های پیستونی Piston Pumps

پمپ های پیستونی با دارا بودن بیشترین نسبت توان به وزن، از گرانترین پمپ ها هستند و در صورت آب بندی دقیق پیستون ها می تواند بالا ترین بازدهی را داشته باشند. معمولا جریان در این پمپ ها بدون ضربان بوده و به دلیل عدم وارد آمدن بار جانبی به پیستونها دارای عمر طولانی می باشند، اما به خاطر ساختار پیچیده تعمیر آن مشکل است. از منظر طراحی, پمپ های پیستونی به دو دسته شعاعی و محوری تقسیم می شوند.

پمپ های پیستونی محوری با محور خمیده  Axial piston pumps(bent-axis type) 

در این پمپ ها خط مرکزی بلوک سیلندر نسبت به خط مرکزی محور محرک در موقعیت زاویه ای مشخصی قرار دارد .میله پیستون توسط اتصالات کروی  (Ball & socket joints)به فلنج محور محرک متصل بوده طوریکه تغییر فاصله بین فلنج محرک و بلوک سیلندر باعث حرکت رفت و برگشت پیستون ها در سیلندر می شود. یک اتصال یونیورسال (Universal link) بلوک سیلندر را به محور محرک متصل می کند. میزان خروجی پمپ با تغییر زاویه بین دو محور پمپ قابل تغییر است. در زاویه صفر خروجی وجود ندارد و بیشینه خروجی در زاویه ۳۰ درجه بدست خواهد آمد.

پمپ های پیستونی محوری با صفحه زاویه گیر Axial piston pumps(Swash plate) 

در این نوع پمپ ها محور بلوک سیلندر و محور محرک در یک راستا قرار می گیرند و در حین حرکت دورانی به خاطر پیروی از وضعیت صفحه زاویه گیر پیستون ها حرکت رفت و برگشتی انجام خواهند داد ، با این حرکت سیال را از ورودی مکیده و در خروجی پمپ می کنند. این پمپ ها را می توان با خاصیت جابه جایی متغیر نیز طراحی نمود . در پمپ های با جابه جایی متغییر وضعیت صفحه زاویه گیر توسط مکانیزم های دستی ، سرو کنترل و یا از طریق سیستم جبران کننده تنظیم می شود. حداکثر زاویه صفحه زاویه گیر حدود ۱۷.۵ درجه می باشد.

پمپ های پیستونی شعاعی Radial piston pumps 

در این نوع پمپ ها ، پیستون ها در امتداد شعاع قرار میگیرند. پیستون ها در نتیجه نیروی گریز از مرکز و فشار سیال پشت آنها همواره دارای رفت و برگشتی عمود بر محور مرکزی هستند. برای پمپ نمودن سیال رینگ عکس العمل باید نسبت به محور محرک خروج از مرکزیت داشته باشد. در ناحیه ای که پیستون ها از محور روتور فاصله دارند خلا نسبی بوجود آمده در نتیجه مکش انجام میگیرد ، در ادامه دوران روتور، پیستون ها به محور نزدیک شده و سیال موجود در روتور را به خروجی پمپ می کند. در انواع جابه جایی متغییر این پمپ ها با تغییر میزان خروج از مرکز رینگ عکس العمل نسبت به محور محرک می توان مقدار خروجی سیستم را تغییر داد.

پمپ های پیستونی پلانچر Plunger pumps

پمپ های پلانچر یا پمپ های پیستونی رفت و برگشتی با ظرفیت بالا در هیدرولیک صنعتی کاربرد دارند. ظرفیت برخی از این پمپ ها به حدود چند صد گالن بر دقیقه می رسد. پیستون ها در فضای بالای یک محور بادامکی (شامل تعدادی رولر برینگ خارج از مرکز) در آرایش خطی قرار گرفته اند. ورود و خروج سیال به سیلندر ها از طریق سوپاپ ها (شیر های یک ترفه) انجام می گیرد.

فشار کاری در انواع پمپ های هیدرولیکی :

نوع پمپ		فشار کاری (بار)		شدت جریان (لیتر بر دقیقه)
		حداکثر	عادی	عادی	حداکثر
چرخدنده‌ای خارجی		۳۰۰	۱۷۰	۷۶۰	۰٫۲۵
چرخدنده‌ای داخلی	یک‌مرحله‌ای	۲۱۰	۱۰۰	—
	چندمرحله‌ای	۳۰۰	۲۰۰	۷۴۰	۰٫۶
پره‌ای	بالانس	۱۷۵	۱۰۰	۶۲۰	۲
	با جبران‌کننده فشار	۱۷۵	۱۰۰	۳۶۰	۶
روتور بادامکی		۱۷۵	۱۲۰	۴۰۰	۱
پیستونی محوری با صفحه زاویه‌گیر	باصفحات شیردار	۳۵۰	۲۰۰	۶۰۰	۰٫۷
	با شیر سوپاپی	۷۰۰	۳۵۰	۷۶۰	۱
	با جابجایی متغیر	۳۵۰	۲۰۰	۱۴۵۰	۱
پیستونی محوری با محور خمیده	جابجایی ثابت	۳۵۰	۳۰۰	۳۵۰۰	۷٫۵
	جابجایی متغیر	۳۵۰	۲۱۰	۳۵۰۰	۱۷
پیستونی شعاعی	جابجایی ثابت	۱۷۲۰	۳۰۰	۱۰۰۰	۰٫۳
	جابجایی متغیر	۳۵۰	۱۷۵	۵۸۰	۱
پلانجری		۱۰۰۰	۴۰۰	۶۰۰	۰٫۱

 راندمان پمپ ها(Pump performance)  

بازده یک پمپ بطور کلی به میزان تلرانسها و دقت بکار رفته در ساخت ، وضعیت مکانیکی اجزاء و بالانس فشار بستگی دارد. در مورد پمپ ها سه نوع بازده محاسبه می شود:

– بازده حجمی که نسبت مقدار سیال واقعی خروجی از پمپ در یک دور چرخش به مقدار سیال تئوریک خروجی از پمپ در یک دور چرخش آن می باشد . این نوع بازده , بیانگر میزان نشتی در پمپ است .
– بازده مکانیکی که مشخص کننده میزان اتلاف انرژی در اثر عواملی نظیر اصطکاک در یاتاقانها و اجزاء درگیر و همچنین اغتشاش در سیال می باشد.
– بازده کلی که مشخص کننده کل اتلاف انرژی بوده و برابر حاصلضرب بازده حجمی و مکانیکی می باشد.

 نحوه انتخاب پمپ های هیدرولیک

اولین مرحله در انتخاب مدار تغذیه و تعیین پمپ مناسب برای یک کاربرد معین در سیستمهای هیدرولیک، بررسی میزان فشار و جریان مورد نیاز در مدار است. ابتدا منحنی های جریان و فشار در یک سیکل زمانی باید بررسی شود. سپس همزمانی مصرف درالمانهای مختلف تعیین گردد. بدین نحو حداکثر جریان مورد نیاز مشخص میگردد. برای تعیین یک مدار تغذیه مناسب به موارد ذیل باید توجه نمود:

۱) در سایزینگ پمپ ها در عمل حدود ده درصد به دبی تعیین شده از طریق محاسبات تئوریک اضافه مینمایند.

۲) در انتخاب شیر اطمینان (فشار شکن)، فشار تنظیمی باید ده درصد بیشتر از فشار کاری سیستم باشد.

هر دو مورد (۱) و (۲) باعث میشود توان بیشتری در سیستم هیدرولیک تزریق شود.

با تعیین فشار کاری و دبی مصرفی روغن، توان مورد نیاز برای الکتروموتور گرداننده پمپ در سیستم با استفاده از فرمول زیر محاسبه میشود :

P(KW) = [Q(lit/min) X p(bar)]/600

در این رابطه P توان ، Q دبی و p فشار میباشد. رابطه فوق بدون در نظر گرفتن راندمانهای مکانیکی و حجمی ارائه شده است.

برای مثال توان الکترو موتور در سیستم هیدرولیکی با فشار کاری ۱۲۰bar و دبی ۳۰lit/min به صورت زیر محاسبه میشود:

P= 30X120/600 =6 kW

 در انتخاب پمپهای با جابجایی ثابت موارد ذیل باید در نظر گرفته شود:

  قطر دهانه های پمپ

  فشار کاری در خروجی پمپ

  فشار کاری در ورودی پمپ

  سرعت دوران پمپ

  حجم جابجایی روغن

  دبی موثر

  توان موتور محرک پمپ

  دمای کاری روغن

  درجه ویسکوزیته

  فیلتراسیون

پمپ هیدرولیک پژو روا

پمپ هیدرولیک ۴۰۵ ،سمند ،پارس

پمپ هیدرولیک پژو ۲۰۶

پمپ هیدرولیک مگان