POMPY HYDRAULICZNE

I.       Klasyfikacja pomp

II.      Pompy hydrauliczne ręczne

III.     Pompy hydrauliczne mechaniczne

1.       Pompy zębate

2.       Pompy łopatkowe

3.       Pompy tłokowe

IV.     Agregaty zasilające

1.       Agregat hydrauliczny typu AZ

2.       Ciecz hydrauliczna

 

Pompy hydrauliczne służą do zasilania układów hydraulicznych. Głównymi cechami charakteryzującymi każdą pompę są wydajność i ciśnienie.

I.  Klasyfikacja pomp

W zależności od sposobu napędzania, pompy mogą być napędzane ręcznie lub mechanicznie.

Niezależnie od sposobu napędzania, pompy hydrauliczne dzielimy na dwie główne grupy:

-  pompy stałej wydajności,

-  pompy zmiennej wydajności.

Wydajność pomp stałej wydajności zależy tylko od prędkości obrotowej, a ponieważ pompy napędza się zazwyczaj silnikami elektrycznymi o stałej prędkości obrotowej, to również wydajność pomp takich jest stała. Pompy zmiennej wydajności mają wydajność nastawianą i można ją zmieniać nie zmieniając prędkości obrotowej. Dokonuje się tego przez zmianę wydajności jednostkowej pompy Q i to w sposób bezstopniowy. Pompy zmiennej wydajności, jako bardziej skomplikowane i droższe stosuje się tylko tam, gdzie zachodzi konieczność zmieniania natężenia przepływu cieczy z możliwie małymi stratami, jak np. w układach hydraulicznych pompa — silnik dużej mocy gdzie istnieje potrzeba regulacji prędkości obrotowej (np. hydrauliczne przekładnie ciągników kombajnów ścianowych).

We wszystkich innych przypadkach stosuje się pompy stałej wydajności. Zarówno pompy stałej, jak i zmiennej wydajności budowane są jako pompy o jednym lub o dwóch kierunkach tłoczenia. Pompy o dwóch kierunkach tłoczenia stosuje się wówczas, gdy przy stałym kierunku obrotów pompa ma tłoczyć ciecz jednym lub drugim kanałem.

Pompy stałej wydajności, zarówno o jednym, jak i dwóch kierunkach tłoczenia w zależności od ich budowy dzielimy na cztery rodzaje: tłokowe (nurnikowe), zębate, śrubowei łopatkowe.

II.  Pompy hydrauliczne ręczne

Pompy ręczne w zależności od konstrukcji elementu roboczego mogą być tłokowe, nurnikowe, membranowe i łopatkowe. Schematy budowy tych pomp pokazano na rys. 1. Wszystkie rodzaje pompy wyposażone są w zawory ssawne i tłoczne.

 

 

Rys. 1. Pompy  hydrauliczne  ręczne        a)tłokowa     b) membranowa     c)łopatkowa

Pompy hydrauliczne napędzane ręcznie (nazywane umownie ręczne) mogą być o ruchu posuwisto-zwrotnym lub wahadłowym. Pierwsze z nich budowane są jako tłokowe, nurnikowe lub przeponowe (membranowe), drugie natomiast — jako łopatkowe.

Pompy z napędem ręcznym stosuje się w indywidualnych stojakach hydraulicznych, wielu urządzeniach do mechanizacji robót pomocniczych (hydrauliczne dźwigniki, przecinaki, podciągniki itp.). Poza tym stosuje się je w urządzeniach kontrolno-pomiarowych, np. do kontroli szczelności i wytrzymałości elementów hydraulicznych lub całego układu czy też wzorcowania manometrów albo zaworów bezpieczeństwa.

 

III. Pompy hydrauliczne mechaniczne

 

1.    Pompy zębate

Pompy zębate należą do pomp o prostej budowie. Produkuje się je na ciśnienia od 1 do 25 MPa. Pompy zębate mogą być o zazębieniu zewnętrznym lub wewnętrznym. W układach hydraulicznych maszyn górniczych stosuje się tylko pompy o zazębieniu zewnętrznym (rys.2).

Podstawowymi roboczymi elementami pompy są dwa (lub więcej) jednakowe koła zębate, zazębiające się nawzajem i umieszczone w kadłubie mającym kanały ssawny i tłoczny. Zazwyczaj stosuje się koła zębate z zębami prostymi.

Rys. 2. Zasada działania pompy zębatej o zazębieniu zewnętrznym.

Pompa ma dwa koła zębate: koło 1 napędzane silnikiem (np. elektrycznym) i koło 2 bierne. W kadłubie 3 pompy znajdują się dwa kanały. Jeżeli kierunek obrotów kół jest taki jak na rysunku, to kanał 4 jest ssawny, a kanał 5 tłoczny. Ciecz zasysana jest kanałem ssawnym, przenoszona w lukach międzyzębnych 6 i wytłaczana kanałem tłocznym.

Ujemną stroną pomp zębatych jest brak możliwości regulowania wydajności, przy stałej prędkości obrotowej napędzania oraz duża wrażliwość sprawności objętościowej na lepkość cieczy (zależy od temperatury) oraz na luzy między zębatkami i korpusem. Szczelina, występująca między wierzchołkami zębów a cylindryczną powierzchnią kadłuba zależy od luzu w łożyskach i ich nieosiowości, a także od mimośrodowości kół względem kadłuba. Jednakże główną przyczyną przecieków jaka występuje jest luz czołowy.

 

Ogólne warunki i zalecenia eksploatacyjne pomp zębatych:

— Pompy powinny pracować na przewidzianych dla nich parametrach.

— Pompy powinny pracować na oleju o dobrych własnościach smarnych.

— Pompy względem zbiornika powinny być tak usytuowane, aby po uwzględnieniu oporów filtra i przewodu ssawnego ciśnienie na wlocie do pompy nie było mniejsze od- 0,02MPa i nie większe niż + 0,05 MPa.

— Dopuszczalny zakres temperatury oleju wynosi O do + 60°C

— Przed uruchomieniem pompa i cały przewód ssawny powinien być zalany cieczą roboczą i odpowietrzony.

— Niedopuszczalne jest bezpośrednie napędzanie pompy przez przekładnię pasową.

— Jeżeli pompa napędzana jest kołem zębatym osadzonym na jej wale to średnica tego koła nie powinna być niniejsza niż czterokrotna średnica wałka napędowego.

— Niedopuszczalne jest wbijanie sprzęgła lub koła zębatego na czop wałka pompy.

— Należy przestrzegać stosowania właściwego kierunku obrotów.

— Układ hydrauliczny, w którym pracuje pompa powinien mieć zawór bezpieczeństwa.

— Warunkiem długotrwałej pracy pompy jest zapewnienie odpowiedniej czystości cieczy roboczej przez instalowanie w układzie hydraulicznym filtra o szczelinie filtrującej zalecanej zgodnie z instrukcją obsługi.

2.    Pompy łopatkowe

Pompy łopatkowe mogą być o stałej, jak i zmiennej wydajności. Pompa (rys. 3) składa się z kadłuba 1 i wirnika 2 z rowkami promieniowymi lub nachylonymi pod niewielkim kątem.

 

Rys. 3. Pompa łopatkowa.

W rowkach znajdują się łopatki 3. Wał wirnika jest ułożyskowany w kadłubie i między jego czołowymi powierzchniami a pokrywami kadłuba. Łopatki są dociskane do bieżni siłą odśrodkową lub dodatkowo ciśnieniem oleju lub sprężynką, co zapewnia dostateczną szczelność między komorami ssania i tłoczenia. Obrót wirnika powoduje, że łopatki zasysają ciecz z kanałów ssawnych 1 i 2 i tłoczą ją do kanałów tłocznych 3 i 4.  W zależności od konstrukcji pompy dopływ i odpływ cieczy może się odbywać przez kanały w kadłubie pompy (dopływ zewnętrzny) lub w osi wirnika (dopływ wewnętrzny).

Osie kadłuba i wirnika są przesunięte równolegle. Takie mimośrodowe ułożyskowanie wirnika względem kadłuba powoduje, że łopatki wykonują ruch obrotowy razem z wirnikiem i ruch posuwisto-zwrotny w rowkach wirnika. Sąsiadujące łopatki pompy tworzą komory, które w miarę obracania wirnika w kierunku zgodnym z kierunkiem ruchu wskazówek zegara po lewej stronie zwiększają swoją objętość, a po prawej — zmniejszają. Zwiększanie objętości komór powoduje wytwarzanie podciśnienia i ssanie, zmniejszanie zaś powoduje tłoczenie. Zmiany objętości tych komór zależą od mimośrodowości (przesunięciem osi wirnika względem osi komory). Jeżeli mimośrodowość jest równa zero — ani ssanie, ani tłoczenie nie występują i ciecz wiruje jedynie wewnątrz pompy.

Dla zmniejszenia tarcia i uzyskania lepszego uszczelnienia między komorami, łopatki umieszczone są ukośnie. Jeżeli wirnik pompy ma obracać się w obu kierunkach — łopatki umieszczone są promieniowo.

Prędkość obrotowa pompy nie przekracza zwykle 1000 obr/min, gdyż przy wyższych prędkościach obrotowych występuje zjawisko kawitacji.

Pompy łopatkowe mają stosunkowo małą pulsację wydajności i ciśnienia. Nastawianie wydajności pomp łopatkowych wykonuje się przez przesuwanie osi kadłuba pompy względem jej wirnika, zmieniając w ten sposób mimośrodowość.

Obecnie w maszynach górniczych nie stosuje się pomp łopatkowych ze względu na ich wady, do których należą mała przydatność do pracy przy wysokich ciśnieniach, stosunkowo niski współczynnik sprawności.

3.    Pompy tłokowe

Elementami roboczymi pomp tłokowych są cylindry i tłoki. Te elementy pozwalają na uzyskanie znacznie lepszej szczelności niż elementy robocze pomp zębatych i łopatkowych, dzięki czemu sprawność objętościowa pomp tłokowych jest znacznie większa oraz istnieje możliwość uzyskania większych ciśnień. Te zalety sprawiają, że pompy tłokowe stosuje się powszechnie w układach hydraulicznych maszyn górniczych.

Rozróżniamy pompy tłokowe stałej i regulowanej wydajności. Zarówno jedne, jak i drugie pompy dzielą się — w zależności od usytuowania cylindrów — na trzy rodzaje:rzędowe, promieniowe i osiowe.

a.                Pompy tłokowe rzędowe

Pompę tłokową rzędową pokazano schematycznie na rys. 4. Układ cylindrów z uwagi na napęd jest zazwyczajszeregowy, równoległy lub naprzemianległy.

Rys. 4. Pompa tłokowa rzędowa szeregowa

1-      korpus

2-      wał korbowy

3-      tłok

4-      zawór ssawny

5-      zawór tłoczny

Tłoki poruszane są najczęściej wałem korbowym lub mimośrodem. Pompy rzędowe buduje się o stałej lub zmiennej wydajności. Zmianę wydajności uzyskuje się zazwyczaj przez zmianę długości skoku tłoków.

Najpopularniejszym przedstawicielem pomp tłokowych rzędowych są pompy typu T. Pompy tłokowe typu T przeznaczone są do pracy w agregatach zasilających typu AZ. W górnictwie stosuje się szereg takich pomp np: T-125/30, T-150/30. Pierwsze liczby oznaczeń podają wydajność w dm³/min, drugie zaś ciśnienie w MPa.

Typowa pompa typu T jest to pompa trzycylindrowa, nurnikowa o poziomym układzie cylindrów. W kadłubie pompy znajduje się wał korbowy podparty na dwóch łożyskach wałeczkowych. Na wale korbowym osadzone są trzy zespoły korbowodów napędzające wodziki, a następnie tłoki nurnikowe. Wał korbowy obracany jest za pomocą jednokrotnej przekładni zębatej o zębach prostych i przełożeniu 1: 4. Układ korbowy smarowany jest olejem tłoczonym osobną pompką tłoczkową. Tłoki nurnikowe w ruchu do wału korbowego zasysają ciecz przez zawory ssawne, a w ruchu od wału korbowego tłoczą ją przez zawory tłoczne.

b.                Pompy tłokowe promieniowe

Pompy promieniowe buduje się zazwyczaj w gwiaździstym układzie cylindrów jako jedno- lub wielorzędowe. Rozróżniamy pompy tłokowe promieniowe z obrotowym blokiem cylindrów oraz pompy z nieruchomym blokiem cylindrów.

Schemat działania pompy z obrotowym blokiem cylindrów przedstawia rys. 5.

Rys. 5. Schemat pompy tłokowej promieniowej z obrotowym blokiem cylindrów.

W wirniku 1, ułożyskowanym mimośrodowo w kadłubie 2, znajdują się cylindry z tłokami 3. Tłoki opierają się o bieżnię kadłuba 7 i przy obrotach wirnika wykonują ruch posuwisto-zwrotny względem cylindrów. Ruch do środka spowodowany jest naciskiem bieżni nieruchomego kadłuba, ruch od środka — siłą odśrodkową. Ciecz doprowadzana jest do cylindrów przez kanał ssawny 4, a tłoczona przez kanał tłoczny 5. Kanały łączą się z rozdzielaczem, mającym dwie komory rozdzielone przegrodą 6. Cylindry na części obrotu odpowiadającej wysuwaniu się tłoków połączone są z komorą ssawną, na części zaś obrotu odpowiadającej wsuwaniu się tłoków — z komorą tłoczną.

c.                 Pompy tłokowe osiowe

Pompy tłokowe osiowe znalazły najszersze zastosowanie w układach hydraulicznych maszyn górniczych ze względu na ich duże zalety, do których należą łatwość zmiany wydajności oraz mały moment bezwładności części ruchomych, co pozwala na stosowanie dużych prędkości obrotowych. Pompy te napędza się zazwyczaj bezpośrednio silnikiem elektrycznym bez stosowania przekładni redukujących prędkość obrotową.

Tłoki stosowane w pompach osiowych mają kształt nurników i stąd pompy te nazywa się również nurnikowymi.

Pompy tłokowe osiowe mają różnorodną konstrukcję. Bardzo popularne są pompy z wychylną tarczą.

Pompy tłokowe osiowe z wychylna tarczą.

Rysunek 6 przedstawia schemat działania pompy z wychylną tarczą. Głównymi częściami pompy są: obracający się blok cylindrów 1, nie obracający się rozdzielacz 2 oraz wał napędowy 3 osadzony w bloku cylindrów i połączony z nim za pomocą wpustu lub częściej wielowypustu. W czasie obracania bloku 1 przez wał 3 tłoki 4 cylindrów, połączone korbowodami 5 z nachyloną tarczą 6, uzyskują ruch posuwisto-zwrotny. Skok tłoków, a tym samym wydajność pompy zależy od kąta α nachylenia tarczy.

Rys. 6. Schemat działania pompy tłokowej osiowej z wychylną tarczą

Jeżeli kąt α= 0, to wówczas skok tłoków wynosi zero, a zatem wydajność pompy Q= 0.

Jeżeli kąt α jest większy od zera, w okresie jednej połowy obrotu bloku cylindrów następuje ssanie, w okresie zaś drugiej połowy — tłoczenie. Ssanie i tłoczenie cieczy odbywa się przez rozdzielacz 2, w którym wykonane są rowki 7 połączone z kanałami ssawnym i tłocznym. Rowki 7 zakończone są nacięciami (tzw. popularnie pazurkami) 8, wykonanymi w celu złagodzenia otwierania i zamykania kanałów ssawnych i tłocznych, a tym samym złagodzenia uderzeń hydraulicznych w czasie pracy rozrządu.

Pompy z wychylną tarczą budowane są o stałej łub zmiennej wydajności. Pompy o stałej wydajności mają kąt α stały, w pompach o zmiennej wydajności tarcza 6 osadzona jest obrotowo wokół osi 9 prostopadłej do płaszczyzny rysunku. Przez wychylanie tarczy zmienia się kąt α, a tym samym skok tłoków i wydajność pompy.

Pompa tłokowa osiowa z wirującą tarczą

W nieruchomym bloku cylindrów 1 wokół jego osi i równolegle do niej rozmieszczone są cylindry, w których poruszają się tłoki nurnikowe 2 ruchem posuwisto-zwrotnym (rys. 7.).

Rys. 7. Schemat budowy pompy tłokowej osiowej z wirującą tarczą oporową

 

Tłoki naciskane są tarczą 3 umocowaną na końcu wału 4 napędzającego pompę, przy czym tarcza nie zajmuje położenia prostopadłego do osi wału, lecz jest odchylona od tego położenia o kąt α. Wielkość skoku tłoków zależy od kąta odchylenia tarczy. W bloku cylindrów znajdują się zawory ssawne i tłoczne, po dwa dla każdego cylindra. Zawory ssawne łączą się z kanałem ssawnym, tłoczne zaś — z tłocznym.