پمپ هیدرولیک چیست؟

در هر سیستمی قسمتی وجود دارد که قلب سیستم نام گرفته است که بدون وجود آن، سیستم از کار می افتد. در یک مدار هیدرولیکی این پمپ است که اگر از کار بیفتد سایر اجزای سیستم هم قادر به ادامه فعالیت نمی باشند.

برخلاف بعضی از تعاریف اشتباه پمپ در مدار فشار ایجاد نمی کند و وظیفه آن تولید و به جریان انداختن مایع مورد نظر ما می باشد. به عبارتی دیگر پمپ انرژی مکانیکی سیستم هیدرولیک را به کمک موتورهای الکتریکی، احتراقی و غیره تامین می کند. در اصل در یک سیستم هیدرولیک فشار بیانگر میزان مقاومت به وجود آمده در مقابل خروجی پمپ است. برای مثال اگر خروجی یک پمپ با جا به جایی مثبت، به اتمسفر باز باشد، ضمن برقراری جریان سیال، به دلیل نبودن مقاومت در برابر جریان، فشاری بالاتر از فشار اتمسفر وجود نخواهد داشت. متقابلا در صورت مسدود شدن کامل خروجی پمپ، مقاومت بی نهایتی به صورت تئوریک در مقابل جریان ایجاد می گردد زیرا فضایی برای حرکت سیال وجود ندارد؛ بنابراین به منظور حفاظت از اجزاء سیستم هیدرولیک، استفاده از شیر اطمینان ضروری است. شیر اطمینان با رسیدن فشار سیستم به مقدار تنظیمی، مسیر عبور جریان به مخزن را باز نموده و حداکثر سطح فشار در مدار را محدود می کند.

به بیانی ساده می توان دریافت که جریان خروجی پمپ با جابجایی مثبت (با صرفنظر از نشتی های جزئی داخلی پمپ) ثابت بوده و به فشار سیستم وابسته نمی باشد. بنابراین، در صورتی که مکانی برای حرکت سیال وجود نداشته باشد (مانند مسدود بودن شیر یا رسیدن عملگر به انتهای کورس) و یا در صورت افزایش بیش از حد بار مقاوم، استفاده از شیر کنترل فشار (شیر اطمینان) جهت حفاظت پمپ های جا به جایی مثبت در مقابل فشار اضافی ضرورت می یابد.

پمپ ها به دو دسته جابجایی غیر مثبت و جابجایی مثبت دسته بندی می شوند.

پمپ های جابجایی غیرمثبت به دلیل فشار کم مایع و جریان خروجی بالا مصارف خانگی داشته که بیشتر برای انتقال اولیه سیال از نقطه ای به نقطه دیگر استفاده می شوند و در صنعت کاربردی ندارند. حداکثر ظرفیت فشاری آنها به 250 تا 300 پوند بر اینچ مربع محدود می گردد و در سه دسته شعاعی، محوری و جریان مختلط قرار می گیرند. پمپ گریز از مرکز و محوری نمونه هایی پرکاربرد از پمپ هیدرولیک جا به جایی غیر مثبت هستند.

دسته بندی دوم پمپ ها، پمپ های صنعتی هستند که جابجایی مثبت نام گذاری شده اند. این نوع پمپ ها کاربرد وسیعی در صنعت هیدرولیک داشته و به ازای هر دور چرخش محور پمپ، مقدار مشخصی از مایع را به سیستم هیدرولیک ارسال می کند و توانایی غلبه بر فشار حاصل از بارهای مکانیکی سیستم و نیز مقاومت ایجاد شده در مقابل جریان اصطکاک را دارا می باشند.

از مزایای پمپ های با جابجایی مثبت نسبت به نوع با جابجایی غیرمثبت به موارد زیر می توان اشاره کرد:

• توانایی کار در فشارهای بالا (تا 1000 Psi و بالاتر)
• ابعاد کوچک و فشرده
• بازده حجمی بالا
• انعطاف پذیری بالا (توانایی انجام کار در محدوده وسیعی از فشارها و سرعت های مورد ناز)

این نوع پمپ ها به سه نوع اصلی تقسیم بندی می شوند:

• پمپ چرخ دنده ای
• پمپ هیدرولیک پره ای
• پمپ هیدرولیک پیستونی

جدول زیر دسته بندی کامل تری از انواع پمپ هیدرولیک را نشان می دهد.

هریک از پمپ های نام برده می توانند در محدوده وسیعی از طراحی های مختلف عرضه شوند. برای مثال پمپ های پره ای و پیستونی می توانند به صورت جا به جایی ثابت یا متغیر باشند. در یک پمپ با جابجایی ثابت، میزان سیال پمپ شده به ازاء هر یک دور چرخش محور ثابت است؛ در صورتیکه در پمپ های جابجایی متغیر، مقدار فوق به وسیله تغییر در ارتباط بین اجزاء پمپ قابل کم یا زیاد کردن می باشد.

انواع پمپ هیدرولیک

پمپ هیدرولیک پیستونی (جابجایی ثابت با متغیر)

• پمپ پیستونی محوری
• پمپ پیستونی شعاعی

پمپ هیدرولیک پره ای

• پمپ پره ای نامتعادل
• پمپ پره ای متعادل (فقط جابجایی مثبت)

پمپ هیدرولیک دنده ای (جابجایی مثبت)

• پمپ دنده خارجی (چرخ دنده خارجی)
• پمپ دنده داخلی (چرخ دنده داخلی)
• پمپ گوشواره ای
• پمپ پیچی
• پمپ ژیروتور

در تصویر زیر نمایی از پمپ دنده خارجی مشاهده می شود.

نحوه عملکرد پمپ دنده خارجی هیدرولیک

واحد تامین قدرت یک سیستم هیدرولیک، از یک محرکه اولیه (Prime Mover) و یک پمپ (Pump) تشکیل شده است. محرکه اولیه، انرژی به حرکت درآوردن پمپ را تامین می کند. در هیدرولیک صنعتی محرکه اولیه الکتروموتور و درهیدرولیک موبایل (هیدرولیک راهسازی) موتور احتراقی می باشد.پمپ با دریافت این انرژی، آن را تبدیل به انرژی سیال (یک سیال جاری تحت فشار) می کند.

در سیستم های هیدرواستاتیک فشار سیال باعث انتقال نیرو می شود در صورتی که در سیستم های هیدرو دینامیک انتقال قدرت از طریق جریان سیال صورت می گیرد زیرا در این نوع سیستم، سیال فشار قابل ملاحظه ای ندارد.از آنجایی که در سیستم های هیدرولیک و پنیوماتیک انتقال نیرو بر اساس سیال تحت فشار انجام می گیرد. بنابراین جزو سیستم های هیدرواستاتیک محسوب می شوند.پمپ هایی که در سیستم های هیدرواستاتیک استفاده می شوند، از نوع پمپ های با جابه جایی مثبت (Positive Displacement) هستند.در این نوع پمپ ها با افزایش حجم، فشار افت پیدا می کند که این افت فشار باعث ایجاد خلاء می شود و این خلاء سیال را از سمت مخزن به داخل پمپ مکش می کند. با ادامه ی گردش، روغن در پمپ به دام می افتد ، درون پمپ جابجا و به سوی خروجی پمپ رانده می شود حجم سیالی که در طی این مراحل از پمپ خارج می شود را حجم جابجایی پمپ می نامند. این سیکل در یک دور گردش شفت پمپ اتفاق می افتد. حجم جابه جایی پمپ معمولا بر حسب اینچ مکعب در هر دور گردش پمپ (in3/rev) در سیستم آحاد امریکایی و سانتی متر مکعب در هر دور (cm3/rev) در سیستم آحاد متریک SI سنجیده می شود.

اجزاء پمپ های با جابجایی مثبت باید کاملا" نسبت به هم آب بند شده باشند که باعث می شود به ازای هر چرخش پمپ دبی در خروجی داشته باشیم.اگر خروجی پمپ مسدود شود این پمپ ها نمیتوانند سیال را به گردش در آورند در نتیجه باعث ایجاد نشتی می شوند و درنهایت در قسمت ضعیف تر دچار آسیب می شوند. این پمپ ها در سه نوع دنده ای، پره ای و پیستونی عرضه می شوند. که این پمپ ها خود از نظر نوع جابجایی به دو گروه پمپ های جابجایی ثابت و جابجایی متغیر دسته بندی می شوند. پمپ های با حجم جابجایی ثابت یعنی شدت جریان این پمپ ها را نمی توان تغییر داد، مگر با تغییر سرعت گردش واحد محرکه ی آن ها. پمپ های با حجم جابجایی متغیر را نیز پمپ دبی متغیر گویند، که این پمپ ها را می توان در یک سرعت گردشی ثابت طوری تنظیم کرد که شدت جریان آن ها تغییر کند.

جریان پمپ هیدرولیک و فشار پمپ

برخی از افراد تصور می کنند که هدف از به کارگیری یک پمپ هیدرولیک صرفا" ایجاد فشار است. ولی در واقع اینطور نیست. بر اساس اصل اساسی هیدرولیک صنعتی، پمپ هیدرولیک دبی تولید می کند نه فشار (پمپ فشار را تحمل می کند). فشار در سیستم زمانی ایجاد می شود که مقاومتی در برابرجریان سیال وجود داشته باشد. به طور مثال زمانی که بار بر روی سیلندر هیدرولیک قرار می گیرد، یا موتور هیدرولیکی شروع به کار کند. پس در نتیجه اگر بار مقاومی در برابر جریان سیال ایجاد نشود هیچ فشاری ایجاد نخواهد شد. نکته دیگر این است که سیال خروجی از پمپ همواره از مسیری عبوری می کند که مقاومت کمتری داشته باشد.

پمپ هیدرولیک دنده خارجی

پمپ دنده خارجی چیست؟

پمپ دنده ای، نوعی پمپ دورانی است که عمل پمپ در آن با چرخش دنده ها در یکدیگر انجام می شود. اجزای این پمپ از دو عدد چرخ دنده که باهم درگیر هستند، یکی از این چرخ دنده ها محرک و دیگری متحرک می باشند، پوسته، یک پورت ورودی (مکش) و یک پورت خروجی (فشار) می باشند. در این نوع، روغن وارد پمپ می شود، بین دندانه ها و پوسته پمپ حرکت می کند و از خروجی پمپ وارد سیستم هیدرولیک می شود.شفت چرخ دنده محرک به الکتروموتور یا احتراق داخلی وصل می شود، که با چرخش آن و درگیری این دو چرخ دنده ها با هم، چرخ دنده مجاور هم به حرکت در می آید. با دورشدن دندانه ها از یکدیگر، فضای میان دندانه ها افزایش، فشار افت پیدا می کند که این افت فشار باعث ایجاد خلاء نسبی بین آن ها می شود. و در نتیجه ی فشار جو، روغن از سمت مخزن به فضای میان دندانه ها رانده می شود. روغن بین دندانه ها و پوسته ی پمپ حرکت می کند و به دلیل آب بند بودن بین دو چرخ دنده سیال قابلیت بازگشت به ابتدای پمپ را ندارد، در ادامه با فرورفتن دندانه ها در یکدیگر و کوچک شدن حجم بین آن ها روغن پر فشار از خروجی پمپ تخلیه می شود. این عمل همان عمل جابجایی مثبت است.

نحوه عملکرد پمپ هیدرولیک دنده خارجی

پمپ های دنده خارجی هیدرولیک برای سیستم هایی با فشار کاری 200 بار مناسب بوده و بازه لیتراژ خروجی این نوع پمپ ها 1.5 لیتر بر دقیقه تا 225 لیتر بر دقیقه می باشند. از مزایای این نوع پمپ ها می توان به قیمت ارزان آن اشاره کرد. برند های پمپ های دنده خارجی هیدرولیکی موجود در شرکت فامکو، گالتک (Galtech)، بوندیولی (Bondioli)، روکت (Roquet)، بوش رکسروت (Bosch rexroth)، کاپرونی (Caproni)، رکستور (Rextour) و ZBF و آرافن و غیره می باشد.

پمپ هیدرولیک دنده داخلی

پمپ دنده داخلی چیست؟

مهمترین مشخصه پمپ های چرخ دنده داخلی (پمپ های ماه و ستاره ای) سرو صدای خیلی اندک آن ها می باشد. از این نوع پمپ ها در هیدرولیک صنعتی (پرس ها، ماشین های تزریق پلاستیک، ماشین ابزار ها و غیره) و همچنین در خودروهایی که در محیط های سر بسته کار می کنند (لیفتراک و غیره) استفاده می شود.

ساختمان و عملکرد یک پمپ دنده داخلی که متشکل از یک چرخ دنده محرک که اغلب توسط الکتروموتور یا موتور احتراق داخلی به حرکت در می آید و یک چرخ دنده داخلی که متحرک هست و یک صفحه هلالی شکل بین ورودی و خروجی پمپ که وظیفه آب بندی را بر عهده خواهد داشت تا سیال به مخزن برنگردد.قطعه هلالی شکل ثابت می باشد.

بنابراین هنگامی که این دو چرخ دنده (که با هم، هم مرکز نمی باشند) به گردش در آمده و دنده ها از درگیری خارج می شوند. در این حالت محفظه های پمپ که بین این دو چرخ دنده قرار دارند، در محل دهانه ورودی باز شده و به دلیل افزایش ناگهانی حجم، خلاء ایجاد می شود. در نتیجه ناحیه مکش را به وجود می آورند. در ادامه، گردش چرخ دنده روتور و چرخ دنده داخلی موجب مکش سیال از مخزن و هدایت آن در امتداد سیل هلالی شکل می گردد. این فرآیند به تدریج روی چندین دندانه گسترش یافته تا در نهایت در دهانه خروجی دندانه های دو چرخ دنده به یکدیگر نزدیک شده و هنگامی که دندانه ها در طرف دیگر آب بند هلالی شکل با یکدیگر درگیر می شوند، روغن هیدرولیک به طرف مجرای خروجی پمپ رانده شده و دهانه خروجی بسته می شود.

نحوه عملکرد پمپ هیدرولیک دنده داخلی

با توجه به طراحی بسیار ساده پمپ های دنده داخلی، این نوع پمپ با دبی متغیر طراحی نمی شود.

پمپ های دنده داخلی هیدرولیک برای سیستم هایی با فشار کاری 330 بار مناسب بوده و بازه لیتراژ خروجی این نوع پمپ ها 2.5 لیتر بر دقیقه تا 377 لیتر بر دقیقه می باشند. برند های موجود پمپ های دنده داخلی در شرکت فامکو، ویت (Voith)، رکسروت (Rexroth)، اکرله (Eckerle) و غیره می باشند.

پمپ هیدرولیک پیچی (اسکرو)

پمپ های پیچی در گروه پمپ های چرخدنده ای قرار دارد. و از نظر حجم جابجایی، جابه جایی ثابت بوده و از نظر مشخصات اصلی شبیه به پمپ های دنده داخلی می باشند. هر دو آنها سر و صدای کمی دارند.پمپ ها پیچی دارای 2 یا 3 چرخ دنده حلزونی و یک پوسته می باشند. چرخ دنده حلزونی متصل به محرک دارای دندانه های ساعتگرد می باشد و حرکت دورانی را به دیگر چرخ دنده های حلزونی انتقال می دهد. دندانه های این چرخ دنده ها پاد ساعتگرد می باشد. محفظه ی بسته ای ما بین دندانه های چرخ دنده های حلزونی ایجاد می شود. این محفظه از دهانه ی مکش به سمت دهانه فشار بدون تغییر حجم حرکت می کند. این فرآیند سبب ایجاد جریان یکنواخت و آرام شده، در نتیجه این پمپ بسیار کم سر و صدا می باشد.

نحوه عملکرد پمپ هیدرولیک پیچی اسکرو

پمپ های اسکرو در دو نوع خشک و مستغرق طراحی شده اند، که پمپ های مستغرق در آسانسور ها و بالابر ها، پمپ های خشک در سیستم های هیدرولیک صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند. لیتراژ خروجی پمپ های اسکرو در بازه 8 لیتر بر دقیقه تا 1200 لیتر بر دقیقه و فشار کاری این نوع پمپ ها 40 بار می باشد.

از برندهای موجود پمپ های پیچی در شرکت فامکو می توان، ستیما ( Settima)، سیم (Seim) و غیره نام برد.

پمپ هیدرولیک پره ای

پمپ پره ای چیست؟

انواع پمپ پره ای

• بالانس (متعادل)
• غیر بالانس (نامتعادل)

دو قسمت اصلی یک پمپ پره ای عبارت اند از بدنه و روتور.

پره ها در شیارهایی که بر روی روتورتعبیه شده اند قرار می گیرند که این پره ها می توانند به صورت شعاعی در داخل این شیار ها حرکت کنند. روتور به وسیله یک محور به محرک اصلی که می تواند الکتروموتور یا موتور احتراق داخلی باشد، متصل است و به همراه آن می چرخد.

در پمپ های پره ای از نوع غیر بالانس، روتور به صورت خارج از مرکز در داخل پوسته قرار گرفته است. در اثر نیروی گریز از مرکز و چرخش روتور، پره ها از شکاف خارج شده و با رینگ بادامکی (پوسته) تماس پیدا می کنند. که باعث ایجاد آب بندی لازم بین پره ها و رینگ بادامکی خواهد شد.با توجه به این که سطح بادامکی و روتور به حالت خارج از مرکزی نسبت به یکدیگر نصب شده اند، موجب می شود که با چرخش روتور، پره ها دارای کورس حرکتی داشته باشند. لذا با چرخش محور و با توجه به دوران روتور فضای بین پره ها و پوسته زیاد می شود که این افزایش حجم باعث کاهش فشار و ایجاد خلاء و در نتیجه مکش سیال از سمت مخزن خواهد شد. در ادامه ی چرخش روتور، کاهش حجم محفظه باعث تراکم در سیال، و سبب راندن روغن پر فشار به بیرون از پمپ می شوند. مهمترین عیب پمپ های پره ای نا متعادل (غیر بالانس)، اعمال نیروی یک طرفه به محور پمپ و یاتاقان های محور، به دلیل غیر هم مرکز بودن روتور و محفظه می باشد.

نحوه عملکرد پمپ هیدرولیک پره ای

به منظور از بین بردن نیروی وارده بر یاتاقان ها از پمپ های پره ای بالانس (متعادل) استفاده می شود. که در این نوع محفظه به جای دایره ای به شکل بیضوی می باشد. درطراحی پمپ های کارتریجی متعادل از دو دهانه ورودی و دو دهانه خروجی در نظر گرفته می شود.

دو دهانه ورودی مرتبط به هم در دو طرف پمپ موجب توازن جریان و فشار روی محفظه ی پمپ می شوند. دو دهانه خروجی مرتبط به هم نیز در دو طرف روتور موجب تعادل فشار دو طرف پمپ می شوند. بار شعاعی فشار همواره در دو طرف با هم برابر و در جهت مخالف یکدیگر است و سبب توازن هیدرولیکی می شود. با برابر کردن فشار در دو طرف روتور بار محوری حذف می شود. دهانه های ورودی و خروجی به شکل ضربدری در حلقه ی بادامک به هم راه دارند. نیرویی که در اثر فشار روغن روی صفحات روتور وارد می شود به شکل کامل در دو طرف با جهت مخالف خنثی می شوند. تقارن و تعادل بارگذاری محفظه پمپ پدیده ی ضربه زدن به روتور را از میان می برد و این خود موجب جلوگیری از سایش صفحات دهانه ها می شود. پره ها نیز به کمک فشار روغن به حلقه بادامک می چسبند. پمپ های پره ای به دو گروه دبی ثابت و دبی متغیر دسته بندی می شوند.

پمپ های پره ای یا کارتریجی هیدرولیک برای بازه ی فشار کاری 170 الی 210 بار همچنین دبی خروجی این پمپ ها در بازه ی 5 گالن تا 50 گالن مناسب می باشند.

برند های موجود پمپ های پره ای در شرکت فامکو ، ویکرز Eaton vickers، دنیسون Denison، ولجان Veljan، رکسروت Rexroth، دکستر Dexter، پونار Ponar، صنایع هیدرولیک ایران و غیره می باشد.

انواع پمپ هیدرولیک پیستونی

ساختار پمپ های هیدرولیکی پیستونی به صورت دورانی است؛ به این ترتیب که تعداد زیادی سیلندر و پیستون وجود دارند و پیستون ها داخل سیلندر، حرکت رفت و برگشتی انجام می دهند؛ به این ترتیب روغن به داخل سیلندر هدایت شده و در نهایت به داخل سیستم هیدرولیک پمپ می شود. در یک طبقه بندی کلی می توان پمپ های پیستونی را در دو نوع محوری و پیستونی شعاعی تقسیم بندی کرد که هر دو نوع می توانند جابه جایی ثابت یا جابه جایی متغیر باشند. پمپ های پیستونی بالاترین نسبت توان به وزن را داشته و در صورت آببندی دقیق پیستون ها در دسته پر بازده ترین پمپ های هیدرولیک قرار می گیرند. در یک دسته بندی دقیق تر، می توان پمپ پیستونی هیدرولیک را در سه دسته زیر طبقه بندی کرد:

• پمپ پیستونی هیدرولیک سرکج
• پمپ پیستونی هیدرولیک محوری با صفحه زاویه گیر
• پمپ پیستونی هیدرولیک شعاعی

اطلاعات مربوط به این سه نوع نام برده در بخش مربوطه آورده شده است.

تعمیرات پمپ هیدرولیک

پمپ هیدرولیک، درست مانند هر ابزار و تجهیز صنعتی دیگری نیازمند سرویس و مراقبت و است که در غیر این صورت، احتمال آسیب دیدن پمپ یا کاهش عمر مفید آن وجود دارد. در مبحث تعمیر پمپ هیدرولیک، جلوگیری از نشتی روغن، پیشگیری از خشک کار کردن پمپ و یا لرزش های غیرعادی در پمپ نمونه ای از مشکلات احتمالی در عملکرد پمپ است. با مشاهده هر نوع تغییر غیر عادی در عملکرد پمپ، به منظور جلوگیری از وارد شدن آسیب جدی به پمپ و سایر تجهیزات موجود در سیستم هیدرولیک، بهتر است در اسرع وقت آن را از مدار خارج کرد و به بررسی مشکل پیش آمده پرداخت.