Hidravlične črpalke z lopaticami so običajni delovni konji v tekočih pogonskih sistemih, ki pretvarjajo mehansko gibanje v hidravlični tok. Obstajata dve glavni vrsti lopaticnih črpalk: enokrilna (enojno delujoča) in dvokrilne (dvojno delujoče) črpalke . Čeprav imata skupno osnovno zasnovo lopatic v rotorju, se njuni notranji strukturi in obnašanju bistveno razlikujeta. Razumevanje teh razlik pomaga inženirjem in kupcem izbrati pravo črpalko za aplikacijo. V spodnjih razdelkih razlagamo, kako deluje posamezna črpalka, primerjamo njihovo delovanje in poudarjamo, kje je katera najbolje uporabljena.
Hidravlične črpalke z eno lopatico (enosmerno delujoče).
A enokrilna hidravlična črpalka ima ekscentrični rotor znotraj okroglega statorja. Odmik rotorja povzroči, da se drsne lopatice razširijo in umaknejo, ko se vrti. To ustvari zaprte komore, ki na eni strani vlečejo tekočino in jo na drugi potiskajo ven . V enem polnem obratu vsaka komora opravi en sesalni in en praznjen cikel . Zaradi ekscentrične zasnove je mogoče izhodni pretok črpalke z enojnim delovanjem spreminjati s spreminjanjem odmika med rotorjem in statorjem.
Te hidravlične črpalke z lopaticami so relativno preproste in stroškovno učinkovite. Preprosto prilagajajo pretok , zaradi česar so uporabni v sistemih, kjer je potreben spremenljiv pretok (npr. krogi z nastavljivo hitrostjo ali obremenitve). Vendar njihov zamaknjeni rotor prav tako pomeni, da so tlačne sile na lopatice in gred neuravnotežene , kar ustvarja radialne obremenitve na ležajih. Iz tega razloga so enokrilne črpalke običajno omejene na nižje tlake (običajno do približno 6–7 MPa) in se uporabljajo v aplikacijah z zmernimi zahtevami glede tlaka. Tipične uporabe vključujejo manjše hidravlične pogonske enote in strojna orodja, kjer nizek do srednji pretok . je potreben
Oblika statorja: krožni (okrogli) notranji profil.
Priključek: Dve razdelilni okni (eno sesalno, eno izpustno) na končni plošči.
Delovanje: en dovod in en izhod na obrat rotorja.
Nadzor pretoka: spremenljiv pretok (izhod je mogoče prilagoditi).
Tlak: zmeren (tipično največ ~7 MPa).
Radialne sile: neuravnotežene , saj sesanje in tlak delujeta na nasprotnih straneh.
Hidravlične črpalke z dvojnimi lopaticami (dvojno delujoče).
A hidravlična črpalka z dvojnimi lopaticami (lamelna črpalka z dvojnim delovanjem) ima koaksialni rotor in stator. Notranja krivulja statorja je eliptična , ne krožna. V praksi je stator oblikovan tako, da se med vsakim vrtenjem pojavita dva para sesalnih in izpustnih con. To pomeni, da vsaka komora z lopaticami dvakrat posesa tekočino in dvakrat izpusti na obrat . Z drugimi besedami, črpalka z dvojnim delovanjem opravi dva cikla sesanja in praznjenja na obrat rotorja.
Zaradi dvojnega delovanja zagotavljajo črpalke z dvojnimi lopaticami bolj gladek pretok z nižjim utripanjem. Prav tako uravnavajo tlačne sile: z dvema sesalnima komorama nasproti dveh tlačnih komor se radialne sile na gredi izničijo. Strukturno so dvodelujoče črpalke s fiksno prostornino – rotor je centriran v statorju, tako da ni zamika za spreminjanje pretoka. Te črpalke so zasnovane za uporabo pri višjem tlaku . Običajni delovni tlaki segajo od približno 7–10 MPa v standardnih izvedbah in lahko dosežejo 20–30 MPa v specializiranih visokotlačnih modelih.
Oblika statorja: Eliptični notranji profil.
Prehod: Štiri razdelilna okna (dve sesalni, dve izpustni).
Delovanje: Dva sesalna in dva izstopna cikla na obrat rotorja.
Nadzor pretoka: Fiksni pretok (konstanten pretok za določeno hitrost).
Tlak: visok (običajno 6,8–10,3 MPa; pri posebni zasnovi lahko preseže 20 MPa).
Radialne sile: uravnotežene zaradi simetričnih sesalnih/izpustnih območij.
Primerjava zmogljivosti
Te strukturne razlike vodijo do opaznih kontrastov v delovanju:
Gladkost pretoka: Črpalke z dvojnimi lopaticami (z več lopaticami in dvema črpalnima cikloma na obrat) proizvajajo enakomernejši pretok in manjše pulziranje kot črpalke z enojnimi lopaticami. Zaradi tega so primerni za natančne stroje. Enokrilne črpalke z manj lopaticami in enim ciklom na obrat imajo večje valovanje pretoka.
Zmogljivost tlaka: Črpalke z dvojnim delovanjem prenesejo višje tlake . Pogosto delujejo okoli 7–10 MPa in lahko z izboljšavami konstrukcije dosežejo 20–30 MPa. Črpalke z enojnim delovanjem običajno dosegajo največ okoli 6–7 MPa.
Prilagodljivost: ključna prednost enokrilne črpalke je njena spremenljiva prostornina. S prilagoditvijo odmika rotorja/statorja se spremeni njegov pretok. Črpalke z dvojnimi lopaticami nimajo te funkcije; njihov pretok je konstrukcijsko določen.
Uravnoteženo delovanje: Črpalke z dvojnimi lopaticami imajo uravnotežene hidravlične sile, kar zmanjša obremenitev ležaja in podaljša življenjsko dobo. Enokrilne črpalke imajo prirojene neuravnotežene sile, zato ustvarjajo stranske obremenitve.
Hrup in učinkovitost: na splošno lahko bolj gladek pretok dvokrilnih črpalk pomeni nižji hrup in vibracije. (Nekateri viri ugotavljajo, da črpalke z dvojnim delovanjem običajno delujejo tišje kot tiste z enojnim delovanjem.) Tudi črpalke z eno lopatico so lahko tihe, zlasti ker ima njihova preprosta zasnova pogosto nizko mehansko trenje.
Aplikacije in uporaba
Izbira med eno- in dvokrilnimi črpalkami je odvisna od sistemskih zahtev:
Kdaj uporabiti enokrilne črpalke: idealne so za aplikacije z nizkim do srednjim tlakom s potrebami po spremenljivem pretoku. Na primer, ustrezajo majhnim hidravličnim pogonskim enotam, splošni industrijski opremi in obdelovalnim strojem, kjer lahko obrnete tok ali prilagodite hitrost. Njihova preprostejša konstrukcija in nastavljiv izhod jih naredita prilagodljive v takih vlogah.
Kdaj uporabiti črpalke z dvojnimi lopaticami: Te blestijo v aplikacijah z visokim tlakom in visokim pretokom . Težki stroji, gradbena oprema, avtomobilska hidravlika (kot je servo krmiljenje) in velike stiskalnice pogosto potrebujejo enakomerno, močno moč dvokrilne črpalke. Ker je njihov tok zelo gladek in njihove sile uravnotežene, so prednostni tam, kjer sta stabilnost delovanja in dolgoživost kritični.
Če povzamemo, enokrilne črpalke ponujajo preprostost in nadzor pretoka za potrebe nižjega tlaka, medtem ko dvokrilne črpalke zagotavljajo višji tlak in dosledno moč za zahtevna opravila. Odločitev je odvisna od stopnje pretoka, ravni tlaka in prednostnih nalog sistema, kot sta hrup ali prilagodljivost.
pogosta vprašanja
V: Za kaj se uporablja enokrilna hidravlična črpalka? O: Črpalke z eno lopatico (enojno delujoče) se uporabljajo v hidravličnih sistemih, ki potrebujejo zmeren pretok in spremenljivo prostornino. Pogosti so v majhnih hidravličnih enotah, obdelovalnih strojih in podobni opremi, kjer je morda treba prilagoditi pretok. Te črpalke delujejo dobro pri nižjih tlakih in lahko spremenijo smer pretoka s spreminjanjem odmika rotorja.
V: Za kaj se uporablja hidravlična črpalka z dvojnimi lopaticami? O: Črpalke z dvojnimi lopaticami (dvojno delujoče) so izbrane za aplikacije z visokim tlakom in visokim pretokom. Zagotavljajo dva cikla črpanja na rotacijo, kar zagotavlja zelo enakomeren pretok. Zaradi tega so idealni za težke stroje, visokotlačne stiskalnice in avtomobilske hidravlične sisteme. So črpalke s fiksno prostornino, zato zagotavljajo stalen pretok pri visokih tlakih.
V: Kako se enojne in dvokrilne črpalke strukturno razlikujejo? O: Glavna strukturna razlika je v postavitvi rotorja/statorja. Črpalke z eno lopatico imajo ekscentrični rotor znotraj okroglega statorja z dvema odprtinama, tako da vsaka lopatica črpa enkrat na obrat. Črpalke z dvojnimi lopaticami imajo centriran rotor v eliptičnem statorju s štirimi odprtinami, tako da vsaka lopatica črpa dvakrat na obrat. To pomeni, da imajo dvojne črpalke več lopatic in dodatne cikle sesanja/praznjenja.
V: Kateri tip lopatne črpalke lahko prilagodi pretok? O: Samo črpalka z eno lopatico (enojno delujoča) lahko spreminja svojo prostornino. Njegova ekscentrična zasnova omogoča, da se središče rotorja premakne glede na stator, spreminja prostornino komore in s tem pretok. Črpalke z dvojnimi lopaticami imajo fiksen položaj rotorja in zagotavljajo konstanten pretok za določeno hitrost.
V: Katera črpalka deluje pri višjem tlaku, enojna ali dvokrilna? O: Črpalke z dvojnimi lopaticami prenesejo znatno višje pritiske. Standardne lamelne črpalke z dvojnim delovanjem delujejo okoli 6–10 MPa, posebne različice pa dosežejo 20–30 MPa. Enodelujoče lopatne črpalke so na splošno omejene na približno 6–7 MPa, da se izognejo čezmernemu neuravnoteženemu stresu.
V: Ali obstajajo kakšne pomanjkljivosti pri črpalkah z lopaticami? O: Črpalke z enojnimi in dvojnimi lopaticami zahtevajo čisto olje in natančno izdelavo. Občutljivi so na kontaminacijo (majhni delci lahko zagozdijo lopatice) in imajo kompleksne komponente. V primerjavi s preprostimi zobniškimi črpalkami so bolj zapletene. Tudi črpalke z lopaticami se slabo sesajo, zato so potrebni dobri pogoji sesanja. Kljub tem težavam so zaradi njihove učinkovitosti in zmogljivosti dragoceni v pravih aplikacijah.
