Mis on erinevused eri hüdraulikapumbate vahel?

Kuidas töömahtu muutv mehhanism määrab hüdrauliliste pumbatüüpide

Püsiv vs muutuv töömaht: mõju süsteemi juhtimisele ja tõhususele

Hüdraulikapumbad töötavad tõstetud ruumala põhimõttel, liigutades vedelikku kitsastes ruumides, et luua voolu. Püsiva tõstetud ruumalaga mudelid pumpavad iga pöördega sama palju vedelikku, mistõttu sobivad need hästi sellistele rakendustele, kus on vaja pidevat voolu ilma kõikumisteta. Näiteks konveierlindid või lihtsad tõsteseadmed, kus kõige tähtsam on stabiilsus. Need pumbad on mehaaniliselt lihtsad, seepärast on nende esialgne hind sageli madalam. Ka hooldus on lihtsam, sest aeglaselt kuluvaid osi on vähe. Lisaks töötavad püsiva tõstetud ruumalaga pumbad usaldusväärselt ka siis, kui koormus jääb päevast päeva peaaegu muutumatuks, ning ei põhjusta kasutajatele probleeme.

Muutuva töömahtuga pumbad erinevad püsiva töömahtuga mudelitest selles, et nad muudavad süsteemi tegelikku vajadust arvesse võttes vedeliku kogust, mida nad liigutavad. Seda saavutatakse näiteks telgpaigutusega pistoolpumbades reguleeritava nihkeplaatiga või rõhukompenseerivate ventiilidega, mis reageerivad muutuvatele tingimustele. Kuna need pumbad suudavad ise end reguleerida, säilitavad nad paremat rõhukontrolli ilma energiat raiskamata juhul, kui süsteemi läbib liiga palju vooluhulka. Tööstusstandardite ISO 4409 ja SAE J1210 kohaselt on süsteemid, milles kasutatakse muutuva töömahtuga pumpe, koormusnäitaja rakendustes umbes 25–40 % tõhusamad. Siiski on ka kompromisse. Need pumbad on algsetel kulutustel kallimad ja nõuavad puhtamat hidraulikavedelikku, mis vastab ISO 16/13 spetsifikatsioonile. Hooldus muutub ka keerulisemaks, sest tehnikud peavad neid õigesti hooldama spetsiaalse koolituseta. Pumpade tüübi valimisel vaatlevad enamik insenerid seda, kas nende rakenduse puhul on olulisemad püsiv vooluhulk ja madalam ostuhind või kas energiasääst ja kohastumisvõime muutuvate rõhkudega on eesmärkide hulgas prioriteedil.

Käigukastide, lehtrite ja pistonte hüdrauliliste pumbade projekteerimise tagajärjed

Töömahtude mehaanika määrab põhimõtteliselt pompa arhitektuuri, tööpiirkonna ja rakendusliku sobivuse:

• Hammastelgpumbad kasutavad vedeliku kinnipidamiseks ja ülekanneks üksteisega seotud välimisi või sisemisi käigu- ning kääbaste. Nende tugev ja kompaktne konstruktsioon tagab usaldusväärse toimimise madala hinna eest, tavalised rõhupiirid on umbes 250 bar (3600 PSI). Sisemine lekemine käigu- ja kääbaste vahelistes tühikutes piirab ruumilist tõhusust pideva kõrgsurvega töötamisel 80–85%-ni.

• Võngupumbad töötavad liikuvate võngudega, mis liiguvad väljapoole ellipsikujulises kambri sees pumba kehas. Selle konstruktsiooni tõttu on nende pompade vool palju sujuvam kui hammastega pompadel, väljundis esineb vähem pulssimist. Need töötavad tavaliselt umbes 85–90 protsendi efektiivsusega mõõduka rõhu tingimustes, mis tähendab, et nad suudavad taluda rõhku kuni umbes 210 bar enne, kui nende jõudlus langeb. Kuid siin on üks külg. Kuna võngud istuvad statoriseina vastas väga tihedalt, võivad isegi väikesed osakesed vedelikus põhjustada probleeme. Need pumbad vajavad väga puhta õli, mis vastab vedeliku puhtuse ISO standarditele, näiteks 18/16/13. Ilma sobivate filtrisüsteemideta komponendid kuluvad kiiremini kui eeldatud, mis viib hiljem kallite remontidele.

• Telgpaigutusega pistikpumbad töötavad tagasitõmbuvate liikuvate pistikutega, mille liikumist reguleerib pöörlev nihkeplaat. Need pumbad saavutavad muljetavaldavaid rõhutaseid üle 400 barri, kusjuures enamikku mudelite puhul on ruumalaefektiivsus umbes 93 % ja mehaaniline efektiivsus umbes 95 %. Eriliselt eristab neid nende suurepärane integreerumine muutuva tõstmaaga süsteemidega, mis selgitabki, miks neid leidub nii sageli nõudvates rakendustes nii mobiilses kui ka tööstuslikus sektoris. Mõelge raskete ehitusmasinatega, näiteks ekskavaatoritega, või tootmisülesannetega, näiteks survevaluupõhiste plastmasside vormimismasinatega, kus olulised on kiired reageerimisajad ja tõhus energiakasutus. Selle jõudlustunnuste kombinatsioon on teinud pistikpumbad praktiliselt asendamatuks seal, kus on vaja täpset kontrolli hüdraulikasüsteemide üle.

Tavaliste hüdraulikapumbade jõudluse võrdlus

Hammastepumbad: kuluefektiivne lihtsus rõhu ja eluiga piirangutega

Hammastipumpade puhul on algsete kulude osas tavaliselt kõige odavam valik ja nende paigaldamine on ka teiste hüdrauliliste pompidega võrreldes üsna lihtne. Neid eeliseid arvesse võttes toetuvad paljud talupidajad, ehitustöölised ja kergema tööstusmasinakomplekti tootjad väga palju hammastipumpade tehnoloogiale. Väike ruumivajadus sobib ka kitsaste ruumide jaoks, mistõttu esinevad nad mobiilseadmete rakendustes sageli. Kuid siin on märkimisväärne piirang. Enamik hammastipumpe ei suuda taluda rõhku palju üle 250 barri, enne kui süsteem hakkab lagunema. Kui neid pikemat aega selle piiri äärel koormata, muutub sisemine lekke märgatavaks ning mahtefektiivsus langeb umbes 80–85%-ni, samal ajal kui hammaste ja nende korpuste kulutumine toimub kiiremini kui oodatakse. Teine probleem on müra tase, mis jääb tavaliselt vahemikku 75–85 dB. See on tegelikult valjem kui põhjapumbade või pistikpumbade puhul, mistõttu ei sobi nad hästi kohtades, kus on oluline vaikne töö, näiteks tehastes või linnas asuvates teenindusveokites.

Vaanpumbad: sujuv töö ja keskmise tõhususega – kuid saastumisele tundlikud

Võrreldes hammastega pumpadega töötavad lehtpumbad palju vaiksemalt, 65–75 detsibelli vahel, ja tagavad sujuvama vooluhulga. See teeb neist ideaalsed rakendused, nagu masinad ja pakkimisvarustus, kus pidev liikumine on kriitiliselt oluline. Kesksete rõhkude juures umbes 210 bar korral säilitavad need pumbad muljetavaldava ruumilise tõhususe umbes 85–90 protsendi piires. Siiski on ka puudusi. Kuna lehed peavad oma töö käigus väga täpselt välja- ja sisse liikuma, muutuvad isegi väiksemad saastumisprobleemid probleemseks. Vedelikku sisaldavad osakesed, mille suurus ületab 5 mikronit, võivad tegelikult lehti sirgida või statorikomponente kahjustada, mis viib tõhususe märgatavasse langusse – sageli üle 15% juba pärast 2000 töötunnit. Süsteemi puhastamine vastavalt ISO standarditele 18/16/13 nõuetele suurendab tavaliselt kogu elutsükli kulusid 20–30 protsendi võrra võrreldes hammastega pumpade süsteemidega. See juhtub peamiselt seetõttu, et filtrid tuleb vahetada sagedamini ja planeeritud hooldus toimub varasemal ajal kui oodatakse.

Pistondüüsitid: kõrgsurve, täpsusjuhtimine ja muutuva tõstuhulga paindlikkus

Pistondüüsid suudavad taluda väga kõrgesid rõhku, tavaliselt üle 400 bar, ja on ka üsna tõhusad – mehaaniline tõhusus on umbes 92 % ja ruumala tõhusus ligikaudu 93 %. Voolu reguleerimine on erakordne, eriti aksiaalsete konstruktsioonide puhul, millel on reguleeritavad kaldplaadimehhanismid. See teeb neist ideaalsed keerukate hüdraulikasüsteemide jaoks, mis sisaldavad näiteks koormustunde- või rõhukompensatsioonitehnoloogiat. Sellised süsteemid vähendavad töö ajal energiakadu umbes 40 %, eriti rasketöömasinatel, mida kasutatakse näiteks kaevandustes või ehitustarvelduskohtades, kus betooni pumpamine toimub regulaarselt. Kuigi esialgne hind võib olla kaks kuni kolm korda kõrgem kui hammastega düüside puhul, on pistondüüsid hoolduse korral tavaliselt palju pikema elueaga ja mõnikord ületavad nad enne suuremat remonti isegi 10 000 töötundit. Lisaks tähendab nende parem energia taastamise võime tavaliselt pikemas perspektiivis säästu. Müra tase jääb mõistlikult madalaks – 70–80 dB vahel, kuid remondi tegemisel tuleb neid parandada ainult volitatud tehnikute poolt õigete tööriistadega. Seepärast on oluline säilitada head suhted originaaltootjatega, et tagada pidev toe ja koolitusprogrammide saamine.

Peamised tõhususe ja usaldusväärsuse kompromissid hüdraulikapumbas

Täismahuline vs. mehaaniline tõhusus erinevate pumba tehnoloogiate puhul

Hüdrauliliste pumbade tõhusus sõltub tegelikult kahest peamisest tegurist, mis toimivad koos: kui palju vedelikku tegelikult voolab võrreldes sellega, kui palju peaks voolama (ruumalaefektiivsus, mis langeb sisemiste õhukese tõttu), ja kui hästi pump teisendab sisendvõimsuse väljundvõimsuseks (mehaaniline efektiivsus, mida mõjutab hõõrdumine ja libisemine). Hammastepumbad on mehaaniliselt üsna tõhusad ja saavutavad umbes 85–90 protsendi tõhususe, kuna neil on väga vähe liikuvaid osi. Kuid ruumalaefektiivsuses kaotavad nad umbes 25 protsenti, sest hammaste ja pumba korpusse paigutatud tühimike vältimine on lihtsalt võimatu. Lehterpuhutid tagavad üldiselt parema tasakaalu. Nende rotorikonstruktsioon tagab umbes 92-protsendilise mehaanilise efektiivsuse ning hoiab ruumala kaotused alla 12 protsendi, kui kõik jääb puhtaks ja stabiilseks. Pistonpumbad on tegelikult tõhususe suhtes kuldstandard. Nad saavutavad 95-protsendilise mehaanilise efektiivsuse ja üle 93-protsendilise ruumalaefektiivsuse tänu täppistöödeldud osadele ja väga kitsaste sisemiste tolerantsidele. Siiski nõuab selline tõhusustase väga head vedeliku filtreerimist (umbes ISO 16/13 standardite kohaselt) ja püsivaid töötemperatuure. Mida aga enamik insenerid unustavad, on see, et kõik need muljetavaldavad arvud lagunevad, kui temperatuur tõuseb. Sõltuvalt ISO 11171 ja Parker Hannifini tööstusandmetest lüheneb pumba eluiga pooleks iga kord, kui temperatuur tõuseb 10 °C võrra üle 60 °C. Mitmekordse viskoossusega vedelikud püüavad säilitada seda õrna tasakaalu. Õhemad õlid vähendavad kindlasti hõõrdumist, mis aitab mehaanilist efektiivsust, kuid samal ajal lubavad nad rohkem vedelikku läbi tihenduste lekida, mis võib ruumalaefektiivsust mõjutada kuni 30 protsenti mõnel juhul.

Müra, soojuse teke ja hooldusnõuded tüübi järgi

Töökindluse käitumine erineb oluliselt pumbaperekondade vahel — mitte ainult jõudluses, vaid ka nende interaktsioonis süsteemi infrastruktuuriga ja hooldusprotokollidega:

• Hammastelgpumbad teevad 75–85 dB müra ja keskmist soojust; nende vastupidavus võimaldab tihti aastas ühe korduse tihendite vahetamise, kui tegemist on enamikus töörežiimides. Nad taluvad ISO 20/18 vedeliku puhtust — seega on nad välihoolduskeskkonnas suhteliselt leplikud.

• Tihvtede pumbad , samal ajal kui need on vaiksemad (65–75 dB), teevad rõhu nimiväärtusel umbes 15 % rohkem soojust kui hammaste pumbad vana hõõrdumise ja staatoriga kokkupuute tõttu. See nõuab kvartaliselt vanade ja kammerõngasõõrde kulutuse kontrollimist ning rangelt kinni pidamist ISO 18/16/13 filtratsiooninõuetest.

• Kuigi pistikpumbad toimivad üldiselt hästi, teevad nad töö ajal tavaliselt 70–80 detsibelli suurusi müra ja eraldavad maksimaalsel võimsusel umbes 40 protsenti rohkem soojust kui hammastepumbad. Selle lisasoojust täielikult eemaldamine on täiesti oluline õigeks toimimiseks. See tähendab, et reservuaarid peavad olema piisavalt suured, peavad olema paigaldatud head jahutussüsteemid ning vedeliku peab voolama õigete teedega. Süsteemide puhul, mis töötavad pidevalt, muutub igakuiselt swashplate’i (nurkplaadi) joonduse kontrollimine ja ventiilplaatide inspekteerimine üsna oluliseks hooldustööks. Kui need pumbad vajavad täielikku remonti, saavad neid õigesti töödelda ainult originaaltootja sertifitseeritud tehnikud. Montaazhprotsess peab samuti järgima rangeid keerdmomendi spetsifikatsioone, sest vale keerdmoment võib hiljem põhjustada tõsiseid toimimisprobleeme.

Saastumine jääb universaalseks ohtuks: vedeliku puhtus määrab otse keskmise ajavahemiku katkete vahel (MTBF). Bosch Rexrothi 2022. aasta väljatöötamise usaldusväärsusaruande kinnituse kohaselt pikendab ISO 16/13 puhtuse säilitamine pistonpumpa keskmist ajavahemikku katkete vahel 3,2 korda võrreldes ISO 20/18-ga – ja lehtrapumba eluiga üle 5 korda.

Sobiva hüdraulilise pumba valimine teie rakenduse jaoks

Optimaalse hüdraulilise pumba valimine nõuab tehniliste võimaluste ühitamist reaalsete piirangutega – mitte ainult tippspetsifikatsioonidega, vaid ka sellest, kuidas pumbaga käib läbi selle elutsükli. Arutlege järgmisi viit omavahel seotud tegurit:

• Töökeskkond : Temperatuuri äärmused, ümbritsev tolmu- ja niiskussisaldus ning koormusrežiimi intensiivsus määravad vastupidavusnõuded. Pistonpumbad taluvad raskemaid tingimusi kui lehtrapumbad, mille kitsad rõhuvahekorid degradeeruvad kiiresti mustades või kõrgel temperatuuril toimivates keskkondades.

• Vooluhulk ja rõhkude profiil : Arvutage üleval ja keskmine nõudlus – mitte ainult maksimaalne PSI/GPM. Hambratsapumbad sobivad pidevateks, madalatest kuni mõõdukateni rõhutäitvateks ülesanneteks (<250 bar); pistikpumbad on olulised ajutiste kõrgsurvetoogude jaoks (>400 bar) või muutuva nõudlusega süsteemide jaoks, kus kasutatakse koormustunnetust.

• Töövedeliku ühilduvus : Viskosiitsete indeks, oksüdatsioonistabiilsus ja väändekindluse parandajate sisaldus peavad vastama pumba tüübile. Madala viskoossusega vedeliku kasutamine hambratsapumbas võib parandada mehaanilist tõhusust, kuid suurendab lekkeid – samuti võib ebapiisav lubrikatsioon vähendada ruumaline tõhusust 15–20% veerupumbas või pistikpumbas.

• Tõhususe prioriteedid : Energiamahukad toimingud saavad suurimat kasu pistikpumbade kõrgest mehaanilisest tõhususest (≥92 %) ja muutuva töömahtude paindlikkusest – isegi kui esialgne hind on kõrgem. Rakendused, kus nõutakse korduvat ja täpset vooluhulka (nt servojuhitavates pressides), keskenduvad ruumalise järjepidevusele, kus eriti hästi hakkavad toime pistikpumbad ja korralikult hooldatud veerupumbad.

• Eelarve ja elutsükli kulud graanumpumbad vähendavad kapitalikulusid, kuid pidevkasutusel võivad nad vajada kuni kolm korda sagedamini remonti kui pistikpumbad. Arvestage filtrisüsteemi täiustusi, jahutisuurust, tehnikute koolitusprogramme ja seiskumisriski – eriti muutuva töömahtuga süsteemide puhul, kus vale seadistus tühistab energiasäästu.

Lõppude lõpuks ei määrata õige pumba valikut mitte ainult kõrgeim rõhk ega madalaim hind – see on pumba, mille töömahtude reguleerimise mehhanism, tõhususprofiil ja hooldusnõuded sobivad täpselt teie süsteemi funktsionaalsete piiride ja tegelike ekspluatatsioonitingimustega.

KKK

Mis on põhiline erinevus fikseeritud ja muutuva töömahuga hüdrauliliste pompade vahel?

Fikseeritud töömahuga hüdrauliline pumba annab iga tsükli kohta konstantse koguse vedelikku, sõltumata süsteemi vajadustest. Vastupidi, muutuva töömahuga pumba saab vedeliku kogust süsteemi nõudmistele vastavalt reguleerida, mis tagab parema tõhususe ja paindlikkuse.

Miks eeldatakse pistikpumbasid kõrgsurvete rakendustes?

Pistondüüsid suudavad taluda kõrgesid rõhku, sageli üle 400 bar, mistõttu on nad ideaalsed nõudlikute rakenduste jaoks. Nad pakuvad ka kõrgeid tõhususi täpsuskomponentide ja muutuva töömahtude integreerimisvõime tõttu.

Kuidas mõjutab vedeliku saastumine lehterpuurkeid?

Lehterpuurkid on eriti tundlikud vedeliku saastumise suhtes. Isegi väikesed osakesed võivad põhjustada pumpa sisemiste komponentide kulutumist, mis viib tõhususe vähenemiseni ja hoolduskulude suurenemiseni.

Mis on erinevate hüdrauliliste pompade müra tasemed?

Hammastepumbad on tavaliselt kõige valjemad, tekitades müra taseme 75–85 dB vahemikus, samas kui lehterpuurkid töötavad vaiksemalt, 65–75 dB piires. Pistondüüsid asuvad selles vahemikus keskel, nende müra tase jääb 70–80 dB vahemikku.