تفاوت بین پمپ هیدرولیک و واحد برق هیدرولیک چیست؟

1. مروری بر سیستم های هیدرولیک

سیستم های هیدرولیک نیرو را از طریق سیال تحت فشار برای کار با ماشین آلات انتقال می دهند. این سیستم‌ها انرژی مکانیکی را به انرژی هیدرولیک (فشار و جریان) تبدیل می‌کنند و امکان کنترل دقیق نیرو و حرکت را فراهم می‌کنند. سیستم های هیدرولیک به دلیل چگالی توان بالا، پاسخ دهی و استحکام، به طور گسترده در بخش هایی مانند ساخت و ساز، تولید، هوافضا و تجهیزات سیار استفاده می شوند. پیشرفت در مواد، روش های کنترل و فن آوری سیال به طور مداوم کارایی، قابلیت اطمینان و عملکرد آنها را بهبود بخشیده است.

2. پمپ های هیدرولیک: هسته سیستم

پمپ هیدرولیک وسیله ای مکانیکی است که ورودی مکانیکی (به عنوان مثال از یک موتور الکتریکی یا موتور) را به انرژی هیدرولیک تبدیل می کند. این کار را با ایجاد جریان سیال در برابر فشار سیستم انجام می دهد که سپس محرک هایی مانند سیلندرها یا موتورها را به حرکت در می آورد.

2.1 انواع پمپ های هیدرولیک

بیشتر پمپ‌ها در سیستم‌های هیدرولیک، پمپ‌های جابجایی مثبت هستند ، به این معنی که آنها (تقریبا) همان حجم را در هر چرخه بدون توجه به فشار (تا زمانی که نشتی غالب شود) ارائه می‌کنند. آنها به طور کلی به عنوان انواع جابجایی ثابت یا جابجایی متغیر دسته بندی می شوند.

در اینجا انواع پمپ های رایج مورد استفاده در سیستم های هیدرولیک آورده شده است:

• پمپ های دنده ای
  پمپ های دنده ای (خارجی یا داخلی) از ساده ترین و اقتصادی ترین پمپ های جابجایی مثبت هستند. آنها از چرخ دنده های مشبک استفاده می کنند که مایع را از سمت ورودی اطراف دندانه های چرخ دنده به سمت تخلیه حمل می کند.  
  مزایا : فشرده، کم هزینه، تعمیر و نگهداری آسان
  محدودیت ها : نویز بیشتر، موج جریان بیشتر، قابلیت فشار محدود و کارایی در فشارهای بالا

• پمپ های پره ای
  پمپ های پره ای از پره های کشویی استفاده می کنند که در یک روتور قرار دارند. با چرخش روتور، پره ها برای حفظ تماس با محفظه پمپ به صورت شعاعی می لغزند و محفظه های منبسط و منقبض را برای کشیدن و بیرون راندن سیال ایجاد می کنند.  
  آنها جریان روان تر و صدای کمتری نسبت به پمپ های دنده ای ارائه می دهند و بسیاری از طرح ها امکان جبران فشار یا کنترل جابجایی متغیر را فراهم می کنند.

• پمپ های پیستونی (محوری و شعاعی)
  پمپ های پیستونی (یا پیستونی) پیچیده تر هستند اما قادر به فشارهای بالا و راندمان بالا هستند. پیستون‌های متعدد در داخل سوراخ‌های سیلندر متقابل می‌شوند، که اغلب توسط مکانیزم‌های swashplate یا محور خم هدایت می‌شوند.
  این پمپ ها اغلب در کاربردهای سختی که نیاز به عملکرد قوی، کنترل دقیق و ظرفیت فشار بالا دارند استفاده می شوند.

• انواع دیگر

• پمپ‌های پیچی / پمپ‌های حفره‌ای پیشرونده : برای سیالات چسبناک یا حساس به برشی مناسب است. اغلب در اندازه گیری یا کاربردهای ویژه مایعات استفاده می شود

• پمپ های پروانه انعطاف پذیر : برای جریان های خود پرایمینگ یا دو طرفه در تنظیمات فشار کمتر مفید است. 

2.2 معیارهای عملکرد و عملکرد پمپ

اصل کار
یک پمپ هیدرولیک اساساً یک خلاء جزئی در ورودی خود ایجاد می کند که باعث می شود سیال از مخزن به داخل جریان یابد. سپس پمپ سیال را در خروجی وارد سیستم می کند و بر فشار سیستم غلبه می کند.

پارامترهای کلیدی عملکرد

• نرخ جریان (Q) : حجم سیال تحویلی در واحد زمان.

• فشار (P) : نیرویی که در هر ناحیه پمپ باید بر آن غلبه کند تا سیال را از طریق سیستم منتقل کند.

• راندمان :
  • بازده حجمی (η_v) = جریان واقعی / جریان نظری. به دلیل نشت داخلی کاهش می یابد.
  • راندمان مکانیکی (η_m) = گشتاور ورودی نظری / گشتاور واقعی (تلفات ناشی از اصطکاک و غیره).
  • راندمان کلی (η_o) = η_v × η_m (یعنی حجمی × مکانیکی)

بازده بسیار مهم است زیرا تلفات معمولاً به صورت گرما، افزایش دمای سیال و کاهش عملکرد سیستم ظاهر می شود.

ملاحظات طراحی و انتخاب

• اندازه پمپ ها باید به گونه ای باشد که نزدیک به بهترین نقطه کارایی خود کار کنند. عملکرد خارج از طراحی راندمان را کاهش می دهد. 

• فشار، جریان، سازگاری سیال (ویسکوزیته، مواد افزودنی)، دما و سطوح آلودگی باید در نظر گرفته شود.

• استفاده از پمپ‌های با جابجایی متغیر یا فشار جبران‌شده می‌تواند جریان تلف شده را کاهش داده و بهره‌وری انرژی سیستم را بهبود بخشد.

• نمودارهای بازده انواع پمپ ها محدوده عملکرد متفاوتی را نشان می دهد. به عنوان مثال پمپ های پیستونی تمایل به حفظ راندمان بالاتر در سطوح فشار بالاتر دارند. 

2.3 کاربردهای پمپ های هیدرولیک

پمپ های هیدرولیک در سیستم هایی که نیاز به نیروی زیاد، کنترل دقیق یا عملکرد مداوم دارند، پایه و اساس هستند. برخی از دامنه ها عبارتند از:

• ساخت و ساز و تجهیزات سنگین : بیل‌های مکانیکی، لودرها، جرثقیل‌ها و غیره به پمپ‌هایی نیاز دارند که جریان بالایی را در فشار بالا ارائه دهند.

• صنعتی و تولیدی : پرس ها، ماشین های قالب گیری تزریقی، خطوط مهر زنی و سایر ماشین های ابزار.

• هوافضا و دفاع : فعال کردن فلپ ها، ارابه فرود، ترمزها - نیازمند کنترل دقیق، قابلیت اطمینان بالا، طراحی سبک وزن است.

• دریایی / فراساحلی : پمپ‌ها در فرمان کشتی، وینچ‌ها، سکوهای دریایی-باید در برابر خوردگی مقاومت کرده و در محیط‌های خشن به طور قابل اعتماد کار کنند.

3. واحدهای برق هیدرولیک (HPU): راه حل های قدرت یکپارچه

یک واحد برق هیدرولیک (HPU) پمپ را با درایو، مخزن، فیلتراسیون، سرمایش/گرمایش و سیستم‌های کنترل یکپارچه می‌کند - یک منبع انرژی هیدرولیک کلید در دست.

3.1 اجزای اصلی

• مخزن / مخزن : مایع هیدرولیک را ذخیره می کند، اجازه اتلاف حرارتی و جداسازی هوا را می دهد.

• پرایم موور (موتور یا موتور) : نیروی مکانیکی را برای به حرکت درآوردن پمپ تامین می کند.

• پمپ : برای پاسخگویی به نیازهای فشار و جریان سیستم انتخاب شده است.

• سیستم فیلتر : تمیزی مایع را حفظ می کند. آلودگی یکی از مهمترین دلایل خرابی هیدرولیک است.

• سیستم های سرمایش/گرمایش : سیال را در محدوده دمایی بهینه نگه می دارد تا ویسکوزیته را حفظ کرده و تخریب را کاهش دهد.

• دریچه های کنترل، کاهش فشار، سنسورها، ابزار دقیق : جریان، فشار، دما و غیره را مستقیم و تنظیم می کند.

3.2 گردش کار عملیات

1. راه اندازی: محرک اصلی پمپ را می چرخاند و گردش سیال را آغاز می کند.

2. فشار: سیال از مخزن خارج شده و تحت فشار قرار می گیرد.

3. تامین: سیال تحت فشار از طریق شیرهای کنترلی به مدار هیدرولیک می رسد.

4. بازگشت و تهویه: مایع از طریق فیلترها و کولرها/هیترها به مخزن باز می گردد.

5. نظارت و کنترل: سنسورها و کنترل‌کننده‌ها شرایط سیستم را در زمان واقعی تنظیم می‌کنند.

از آنجایی که HPU شامل اجزای متعددی است، راندمان در سطح سیستم به دلیل تلفات در فیلترها، اصطکاک لوله‌ها، تبادل حرارت و غیره کمتر از یک پمپ به تنهایی است.

3.3 کاربردهای HPU

• اتوماسیون کارخانه و خطوط پردازش : نیروی هیدرولیک فشرده و متمرکز برای پرس، قالب، ربات.

• ماشین آلات سیار و خارج از جاده : HPU باید فشرده، مقاوم در برابر لرزش و مقاوم باشد.

• سیستم‌های هوافضا و دفاعی : قابلیت اطمینان بالا، افزونگی و ساخت سبک وزن بسیار مهم هستند.

• سکوهای دریایی، نفت و گاز، فراساحل : مقاومت در برابر خوردگی، قدرت بالا، استحکام در شرایط سخت.

هنگام طراحی یا انتخاب یک HPU، مبادلات کلیدی شامل هزینه اولیه , پیچیدگی , تعمیر و نگهداری , هزینه طول عمر ، و محدودیت فضا/وزن است..

4. پمپ در مقابل واحد قدرت: دیدگاه مقایسه ای

در عمل: زمانی که زیرساخت های هیدرولیکی دارید، اضافه کردن یا تعویض پمپ ها ممکن است کافی باشد. اما برای سیستم‌های جدید یا ماژولار، یک HPU راحتی، ادغام فشرده و استقرار آسان‌تر را ارائه می‌دهد.

5. بهترین شیوه های طراحی و انتخاب

• مطابقت جریان و فشار با تقاضا : همیشه پمپ‌ها یا HPU‌هایی را انتخاب کنید که می‌توانند بیشترین نیاز را با فضای سر برای ایمنی و توسعه آینده برآورده کنند.

• نوع پمپ مناسب را انتخاب کنید : برای سیستم‌های پرفشار و دقیق، پمپ‌های پیستونی اغلب از نظر کارایی و دوام بهتر از انواع دنده‌ای/پره‌ای عمل می‌کنند. 

• استفاده از جابجایی یا جبران متغیر : به کاهش جریان تلف شده و بهبود بهره وری انرژی در سیستم های بار متغیر کمک می کند. 

• بهینه سازی برای بهره وری : پمپ ها را در نزدیکی نقطه بهترین کارایی خود کار کنید. اجتناب از عملیات قابل توجه خارج از طراحی که عملکرد را کاهش می دهد.

• سازگاری سیالات و محیطی : محدوده ویسکوزیته سیال، دمای افراطی، آلودگی و خوردگی را در نظر بگیرید.

• برنامه ریزی برای تعمیر و نگهداری : اطمینان حاصل کنید که فیلترها، حسگرهای نظارت و دسترسی به خدمات به خوبی فکر شده اند.

• افزونگی و حفاظت : در سیستم‌های حیاتی، شامل شیرهای کمکی، حفاظت از فشار بیش از حد، پمپ‌های اضافی و تشخیص عیب می‌شود.

• کل هزینه چرخه عمر : صرفاً روی قیمت خرید تمرکز نکنید. هزینه های انرژی، هزینه های خرابی، قطعات تعمیر و طول عمر به همان اندازه یا بیشتر مهم هستند.

نمونه ای از استراتژی های مدرن صرفه جویی در انرژی، استفاده از کنترل جبران نشت در مدارهای محرک بیل مکانیکی است که بهبود تقریبی 5/8 درصدی را در بهره وری انرژی سیستم نسبت به مدارهای شیر متناسب سنتی نشان داده است.