Przewodnik po pompach hydraulicznych: Typy, zasady działania i dobór

Wyobraź sobie potężne ramiona robota podnoszące z precyzją tony stali lub koparki poruszające się bez wysiłku w trudnym terenie. Za tymi pozornie bezwysiłkowymi operacjami kryje się potężne wsparcie systemów hydraulicznych. W sercu tych systemów znajduje się pompa hydrauliczna – kluczowy element, który nieustannie dostarcza energię do napędzania różnych siłowników i wykonywania złożonych zadań. Ale jak dokładnie działają pompy hydrauliczne? I jak należy wybrać odpowiednią pompę do różnych zastosowań? Ten artykuł bada zasady, klasyfikacje, charakterystyki i kryteria doboru pomp hydraulicznych.

Pompa hydrauliczna to urządzenie, które zamienia energię mechaniczną na energię hydrauliczną. Pobiera płyn hydrauliczny ze zbiornika, spręża go i dostarcza do siłowników (takich jak cylindry i silniki hydrauliczne), zapewniając niezbędną siłę (ciśnienie) i prędkość (przepływ) do ruchu. Zasadniczo pompa hydrauliczna działa jako „elektrownia” całego układu hydraulicznego.

Pompy hydrauliczne można podzielić na dwie główne kategorie w oparciu o ich charakterystykę pojemności: pompy o stałej pojemności i pompy o zmiennej pojemności.

• Pompy o stałej pojemności: Pompy te mają stałą pojemność, co oznacza, że ich przepływ wyjściowy pozostaje stały przy danej prędkości obrotowej. Charakteryzują się prostą konstrukcją i niższymi kosztami, dzięki czemu nadają się do zastosowań ze stabilnymi wymaganiami dotyczącymi przepływu.
• Pompy o zmiennej pojemności: Pompy te umożliwiają regulację pojemności w razie potrzeby. Nawet przy stałej prędkości ich przepływ wyjściowy można modyfikować, zmieniając elementy wewnętrzne. Ta adaptacyjność zapewnia efektywność energetyczną i precyzyjną kontrolę, co czyni je idealnymi do zastosowań ze zmiennymi wymaganiami dotyczącymi przepływu.

W oparciu o ich mechanizmy wewnętrzne, pompy hydrauliczne dzielą się na trzy główne typy: pompy zębate, łopatkowe i tłokowe. Każdy typ ma odmienne cechy konstrukcyjne, wydajnościowe i użytkowe.

Pompy zębate należą do najczęściej stosowanych w układach hydraulicznych. Działają one poprzez wykorzystanie dwóch zazębiających się kół zębatych do transportu płynu. Gdy koła zębate się obracają, przestrzenie między ich zębami nieustannie się zmieniają, tworząc komory ssące i ciśnieniowe. Płyn hydrauliczny jest zasysany do komory ssącej, a następnie przenoszony do komory ciśnieniowej, gdzie jest wypychany.

Pompy zębate są zasadniczo podzielone na pompy zębate zewnętrzne i pompy zębate wewnętrzne.

• Pompy zębate zewnętrzne: Posiadają one dwa koła zębate, które zazębiają się zewnętrznie. Są proste w produkcji i ekonomiczne, ale wytwarzają więcej hałasu i mają niższą sprawność, co sprawia, że nadają się do mniej wymagających zastosowań.
• Pompy zębate wewnętrzne: Mają one jedno koło zębate umieszczone wewnątrz drugiego. Działają ciszej i wydajniej, ale są bardziej złożone i droższe, co sprawia, że lepiej nadają się do zastosowań wrażliwych na wydajność.

• Prosta konstrukcja i niski koszt produkcji
• Łatwa konserwacja i długa żywotność
• Odporność na mniejszą czystość płynu

• Wyższy poziom hałasu
• Niższa sprawność objętościowa
• Ograniczone do niższych ciśnień roboczych

Pompy łopatkowe wykorzystują wirnik z przesuwnymi łopatkami, które poruszają się wewnątrz statora, aby zmieniać objętość komór i transportować płyn. Wirnik zawiera promieniowe szczeliny, w których łopatki przesuwają się na zewnątrz pod wpływem siły odśrodkowej i ciśnienia płynu, tworząc oddzielne komory. Gdy wirnik się obraca, komory te rozszerzają się i kurczą, umożliwiając ssanie i tłoczenie.

Pompy łopatkowe są klasyfikowane jako zbalansowane lub niezbalansowane:

• Zbalansowane pompy łopatkowe: Posiadają one stator z dwiema symetrycznymi krzywymi, co pozwala każdej łopatce wykonać dwa cykle ssania i dwa cykle tłoczenia na obrót. Ta konstrukcja równoważy siły promieniowe, zmniejszając obciążenie łożysk i wydłużając żywotność pompy.
• Niezbalansowane pompy łopatkowe: Posiadają one stator z pojedynczą krzywą, co skutkuje jednym cyklem ssania i jednym cyklem tłoczenia na łopatkę na obrót. Chociaż są prostsze, doświadczają niezrównoważonych sił promieniowych, zwiększając naprężenia łożysk.

• Płynna praca z niskim poziomem hałasu
• Wyższa sprawność objętościowa

• Bardziej złożona konstrukcja
• Wymagają czystszego płynu hydraulicznego
• Ograniczone do umiarkowanych ciśnień

Pompy tłokowe wykorzystują posuwisto-zwrotne tłoki wewnątrz cylindrów do zmiany objętości komór i przemieszczania płynu. Wiele tłoków jest napędzanych przez tarczę skośną lub krzywkę, tworząc ssanie podczas cofania się i ciśnienie podczas wysuwania. Pompy te wyróżniają się w zastosowaniach wysokociśnieniowych i oferują regulowaną pojemność.

Pompy tłokowe dzielą się na typy osiowe i promieniowe:

• Osiowe pompy tłokowe (konstrukcja z tarczą skośną): Tłoki ustawione są równolegle do osi cylindra i napędzane przez kątową tarczę skośną. Regulacja kąta tarczy skośnej zmienia pojemność.
• Promieniowe pompy tłokowe: Tłoki są rozmieszczone prostopadle do osi cylindra i napędzane mimośrodową krzywką. Zmiana przesunięcia krzywki reguluje pojemność.

• Zdolność do bardzo wysokich ciśnień
• Wysoka sprawność objętościowa
• Regulowana pojemność

• Złożona konstrukcja z wąskimi tolerancjami
• Wyższy koszt
• Wymagają bardzo czystego płynu hydraulicznego

Wybór odpowiedniej pompy hydraulicznej ma kluczowe znaczenie dla wydajności i niezawodności systemu. Kluczowe czynniki, które należy wziąć pod uwagę, to:

• Wymagania dotyczące przepływu: Dopasuj wydajność pompy do potrzeb systemu. Pompy o zmiennej pojemności pasują do zastosowań ze zmiennymi wymaganiami.
• Wymagania dotyczące ciśnienia: Pompy tłokowe obsługują wysokie ciśnienia, podczas gdy pompy zębate i łopatkowe lepiej nadają się do zastosowań niskociśnieniowych i średniociśnieniowych.
• Środowisko pracy: Weź pod uwagę temperaturę, wilgotność i poziom zanieczyszczeń. Trudne warunki wymagają bardziej wytrzymałych pomp.
• Ograniczenia hałasu: Pompy łopatkowe lub pompy zębate wewnętrzne to cichsze opcje dla ustawień wrażliwych na hałas.
• Koszt: Zrównoważ wydajność, niezawodność i budżet, aby znaleźć optymalne rozwiązanie.

Pompy hydrauliczne służą jako podstawowy element systemów hydraulicznych, bezpośrednio wpływając na ogólną wydajność. Zrozumienie ich zasad działania, klasyfikacji i kryteriów doboru umożliwia podejmowanie świadomych decyzji, które zwiększają wydajność i niezawodność systemu. Niezależnie od tego, czy chodzi o maszyny przemysłowe, sprzęt budowlany czy inne zastosowania o dużym obciążeniu, wybór odpowiedniej pompy hydraulicznej zapewnia optymalną pracę i trwałość.