Masini cu principiu de functionare volumic

Transferul lichidului de face prin modificarea volumelor de lucru in masina cu variatia presiunii.

Masinile se clasifica in :

Masini volumice cu piston Masini volumice cu pistonase (axiale sau radiale) Masini volumice cu roti dintate Masini volumice cu suruburi Maini volumice cu lamele Masini volumice cu membrane Masini volumice cu lichid Masini volumice cu lobi

Masinile se clasifica dupa:

a)Modul in care se realizeaza distributia:

Supape comandate pe baza presiunii din camera de lucru

Supape comandate prin legatura cinematice cu axul masinii

Sisteme de distributie speciala

b)Masini in care are loc conversia energetica:

Ca generatoare: pompe si compresoare

Ca motoare: motoare hidraulice si motoare pneumatic e

Masinile pot fi reversibile in sensul debitarii si al sensului.

Debitul teoretic depinde de marimea volumelor de lucru si cinematic antrenarii pompei . Daca puterea de antrenare a pompei actioneaza astfel incit cinematica masinii de lucru este constanta, presiunea realizata de masina va depinde numai de sarcina instalatiei la care se cupleaza masina, debitul theoretic in instalatie nedepinzind de presiune.

Debitul va fi : Q=vnη [l/min] ec1

v-cilindreea pompei

In care η este produs mechanic , volumic si hydraulic

Sarcina H in cazul pompelor volumice folosita doar la calculul de dimensionare a elementelor constructive .

Sarcina unei pompe in instalatie este:

H=(v₂²-v₁²)ρ/2+ p₂-p₁+ρg(z₂-z₁)+h

Pe instalatie vitezele sunt mici in comparatie cu p₁-p₂, si care depaseste valoarea geodezica ρgz(z₂-z₁),termenii II,III,si IV, din membrul drept al ecutiei se pot neglija.

In aceste ipoteze pompa volumica trebuie sa realizeze o sarcina :

H=p₂-p₁ (aprox)

Notarea generala este p sau Δp.

Caracteristici functionale ale pompelor

Ideia de baza este asa cum se observa in ec 1 debitul Q variaza liniar cu turatia n .

Intersectia dintre plane R si P este o dreapta paralele cu oH.

Q functie de H?

Debitul se micsoreaza cu cresterea presiunii de functionare ΔQ(H). Viteza de trecere a debitului pierdut dinspre refulare spre aspiratie notat cu ΔQ(H) variaza cu radacina patrata a diferentei de presiune , conducind la o variatie de acelasi fel a debitului .

Deoarece la pompele volumice presiunea poate creste substantial functionarea se face pe by-pass , zona 3-4, pina la valoarea H max b.

La turatii mari debitul de pompa este mai mare .

Mentinerea debitului pompat la o valoare constanta indiferent de valoarea inaltimii de pompare este o propietate a pompelor volumice, in special in cazul in care viscozitatea fluidului se modifica datorita variatiei temperaturii de lucru .

De obicei apare si variatia randamentului functie de sarcina ptr n=ct si valoarea puterii .

Randamentul este mare pe o plaja mare de sarcini . randamentul are valori mici la mersul in gol , si la sarcini mari unde randamentul volumic scade mult.

Puterea absorbita creste cu cresterea sarcinii.

Pompe cu piston

Contructie si principii de functionare : miscarea fluidului se face prin miscarea alternativa a unui piston , a carui sens se schimba rezultind o miscare pulsatorie (la capete cursei viteza este zero, existind puncte moarte) .

Avantaje:

- Presiuni de refulare mari - Presiunea de refulare nu depinde de viteza pistonului- Randament bun - Sunt autoamorsabile

Dezavantaje:- Debit relativ mic - Constructie complicata

Pompele cu piston pot fi :- Cu un piston ,doua sau trei pistoane - Cu simplu efect(o fata), dublu efect (doua fete),diferentiale(cu simplu efect

de aspiratie , dublu efect de refulare, sau invers)Un ciclu de functionare are doua faze, prima faza de crestere a volumului de lucru si aspiratie , a doua cu micsorarea volumului si refuare. Neuniformitatea debitarii are ca o consecinta vibratii in functionare , drept care se folosesc acumulatoare , montate pe refularea pompelor cu o fata de lucru . Se face refularea in instalatie atit la cursa ascendenta cit si la cea descendenta (comprimare) a pistonului.

Performante: presiuni peste 200 bar, asigura aspiratie uscata, manipuleaza lichide calde sau reci , viscozitatea mare , pot exista suspenii mecanice. Viteze de lucru limitate 40-80rot/min.

-Neuniformitatea debitarii: Stabilirea criteriului dupa care se determina valoarea neuniformitatii.

Considerind :

v-viteza pistonului

ω- viteza unghiulara de rotatie

s – cursa pistonului

F- suprafata pistonului

n-turatia la antrenare a manivelei

Jumatate din interval este cursa pistonului (cu o fata) , iar pe perioada 2π avem o valoare maxima a debitului si o valoare medie rezultata din integrarea curbei debitului pe intervalul 2π.

Gradul de neuniformitate reprezinta raportul:

δ=qmax /qmed =π

Pentru pompele cu doua fete δ=1,57, iar pentru trei fete active δ=1,47, iar la patru fete active δ=1,11

Teoria se aplica si la pompele cu pistonase radiale sau axiale.

-Acumulatoare hidraulice :

Au ca scop amortizarea pulsatiilor prin amplasarea pe refulare si uneori si pe aspiratie. Pe linga acest scop realizeaza si alte functii .

Constructiv pot fi cu greutate pe masa de fluid , resort , gaz (fluide comunicante sau necomunicante prin piston , membrana, camera elastica.

Functionarea are la baza legea Boyle- Mariotte: pV=ct ,la t=ct

Gazul folosit este azotul , a nu se folosi aer sau oxigen (pericol de explozie)

Inainte de punerea in functiune acumulatoarele se umplu la presiunea indicata de fabricant. Culoarea buteliilor de azot este neagra.

Scopul lor este:

Ca sursa auxiliara de energie ;

        Ca amortizor de pulsatii ;

        Pentru amortizarea loviturilor de berbec ;

        Pentru mentinerea presiunii.

Pompe volumice cu pistonase axiale

Constructie si principiu de functionare : Pompa se compune dintr-un bloc al cilindrilor in care sunt amplasate pistonase radiale si un disc pe care sunt fixate la unul din capete tijele pistonaselor prin articulatii sferice .

Exista trei mari grupe de pompe :

Pompe cu bloc inclinat, pompe cu disc inclinat si pompe cu disc fulant.

Din punct de vedere al debitului pot fi cu debit constant si variabil.

Performanta : Se obtin debite pina la 800l/min, puterea specifica 4-5 kw/kg ,la turatii cuprine intre 1000-4500 rot/min.

Neuniformitate : debitul refulat este pulsatoriu , o functie periodica de φ (unghiul de rotatie in planul discului al centrului articulatiei bielei in disc. Determinarea pulsatiilor se face reprezentarea a z sinusoide (z?), defazate cu π/z. Pentru fiecare valoare a lui φ se insumeaza ordonatele obtinindu-se graficul de variatie al debitarii. Gradul de neuniformitate δ al pompelor cu z=5 si z=6 este 1,018 si 1,061.

Pompe cu lobi

Pompe volumice cu pistonase radiale

Constructie si principiu : la acest tip de pompe pozitia pistonaselor in blocul cilindrilor este radiala , variatia volumelor de lucru se ralizeaza datorita pozitiei excentrice a axului conducator.

Alimentarea se poate face iterior sau exterior. Distributia se face cu ajutorul distribuitorului care este fix, pe directia punctelor moarte ale pistonaselor.

Latimea sa este mai mare decit latimea canalelor de legatura ale pistonaselor cu galeria de aspiratie .

Performanta: Pompele au puteri mari (pina la 3000 kW), debite d epina la 8000 l/min si presiuni de 200-300 bari.

Pompe cu roti dintate

Constructie si principiu : sunt formate din doua elemente de baza, cele doua pinioane , unul conducator , celalalt condus . Admit turatii inalte.

Se impart in functie de :

Modul de angrenare : exterioara si interioara

Numarul de roti angrenate simultan : cu doua rotoare si cu mai multe rotoare

Presiune :p <30 bar, 30-100 bar, p100-300 bar

Intodeauna aspiratie se face unde dintii ies din angrenaj, iar refularea unde dantura intra in angrenaj. Lichidul este transportat intre dintii angrenajului si carcasa.

Performanta : Presiuni pina la 300 bar, turatii 1000-3000 rot/min.

Sunt revesibile dar se folosesc doar pe un singur sens. Sunt putin sensibile la viscozitatea fluidului, dar afectate de prezenta impuritatilor. Se folosesc la transportul lichidelor in care exista continut de gaze (tendinta de strivire a lichidului este inlaturata).

Curba debitului instantaneu este functie de particularitatile angrenajului. Pentru o debitare uniforma gradul de acoperire trebuie sa fie cit mai mic , ceea ce produce zgomote si vibratii , alegindu-se o formula de compromis .

Se vor folosi uleiuri minerale de inalta presiune ,aditivate cu vicozitate cinematica 12-700 mm²/s,(recomandat aprox 20-100 mm²/s ). La pornire 2000mm²/s.

Conductele de legatura :1-2 m/s la aspiratie, 2-10 m/s la refulare, 2-4m/s la retur.

In conducta de aspiratie valoarea presiunii absolute nu trebuie sa scada sub 0,7 bar.

Este necesara filtrarea uleiului , pe conducta de aspiratie filtru de 0.1 mm iar pe retur rezervor max 25μm.

Cavitatia pote apare la pompele cu roti dintate. Alegerea corecta a pompelor duce la evitarea acestui fenomen .

Cuplaj interior

Cuplaj exterior

Pompe cu surub

Pompele cu surub prezinta numeroase avantaje:

Presiuni mari de refulare

Functionare fara cavitatie la turatii inalte

Sigure in functionare si usor de intretinut

Variatiile de presiune pe conducta de refulare sunt mici

Functionare silentioasa

Dezavantaje:

Sensibile la impuritati in fluide

Tehnologia de executie complicata

Principiul de functionare se bazeaza pe rotirea surubului in carcasa si transportul fluidului in spatiul creat intre rotor si stator. Pompele se construiesc cu doua pina la cinci suruburi.

Suruburile sunt unul cu pas dreapta, celalalt cu pas stinga. Evident lungimea surubului trebuie sa fie mai mare decit pasul surubului. Unul din suruburi este conducator, celalalt condus. Dupa prima umplere cu lichid pompa este autoamorsabila.

Sunt des intilnite pompele cu un singur surub la care miscarea surubului este generata de pozitia excentrica. Cuplarea dintre motor si rotorul melcat se face cu ajutorul unui cardan .

Performanta: Randamentul pompelor poate ajunge pina la 0.6. Ating de obicei presiuni de pina la 300 bar si debite intre 50 si 1500 l min la turatii de 1500 pina la 3000 rot/min.

Se utilizeaza la bordul navei la circulatia uleiului in instalatiile motorului principal, la transferul combustibilului de alimentare , tranferul lichidelor ptr actionari.

Lungimea surubului este cuprinsa intre 1,5 – 8 h ,(pasul surubului ), la presiuni de 15-200 bar. Aceasta e necesara pentru a inchide volumele de lucru , (aspiratia nu comunica cu refularea).

Pompe cu membrana :mecanice , pneumatice

Actionarea pneumatica

1. Distribuitorul de aer direcționează aerul comprimat în spatele membranei care acționează direct asupra lichidului ce trebuie pompat. Membrana funcționează ca o suprafața de separare între aerul comprimat și lichid. Aerul comprimat deplasează membrana îndepărtând-o de blocul central al pompei, iar membrana opusă este

trasă spre blocul central de către tija comună celor două membrane. Deplasarea membranei 2 către blocul central al pompei creează vid în camera 2. Membrana 1 împinge lichidul spre circuitul de refulare, iar membrana 2, prin mișcarea ei, aspiră lichidul în corpul pompei.

2. Când membrana ajunge la extremitatea cursei, distribuitorul de aer indexează circuitele de aspirație și refulare ale aerului comprimat determinând schimbarea sensului de mișcare a membranelor. Prin urmare, membrana 2 împinge lichidul spre circuitul de refulare, iar membrana 1, prin deplasarea ei, aspiră lichidul în corpul pompei. În același timp, membrana 1 împinge spre exterior aerul aflat în camera adiacentă ei.

3. Când cursa este încheiată, distribuitorul de aer aduce, din nou, aer în spatele membranei 1, iar membrana 2 începe cursa de refulare a aerului. 

Motoare hidraulice liniare :

Aceste masini nu realizeaza obtinerea continua a puterii . Efectueaza deplasari liniare sau unghiulare la valori limitate.

Motoarele (cilindri hidraulici) au ca element activ unul sau mai multe pistoane , care e deplaseaza in cilindrii de lucru.

Avantaje: viteza de raspuns, legarea servomotorului la sarcina, simplitate si fiabilitate, racordarea usoara a aparaturii de control.

La bordul navei pot fi intilnite la cap[ace mecanice, porti etanse, rampe de incarcare.

Diamerul poate varia intre 125 si 300mm , cursa intre 1400 si 4300mm, forta axiala 300-1700 kN.

Calculul pitoanelor se face conform a doua aspecte cinematic si dinamic .

Parametri de calcul rezultati sunt : cursa pistonului, debitul pompei , forta activa , timpul de efectuare a cursei , volumul de ulei pentru cilindrul extins(dm²)

Producatorii indica parametri functionali ai diverselor tipuri de cilindri hidraulici.

Problema tehnologica la montaj o reprezinta cota de montaj (cursa), alinierea si montajul bolturilor sau lagarelor sferice (folosirea bolturilor false).

O alta problema o reprezinta cuplarea si traseul furtunelor hidraulice ce executa o data cu pistonul miscari specifice.

Protectia cilindrilor in timpul constructiei navei este obligatorie .

Forta de impingere a uleiului hidraulicForta teoretica:Aceasta se calculeaza cu ajutorul urmatoarelor formule: F1 = (π/400) x D2 x PF2 = (π/400) x (D2 - d2) x Punde:F1 = forta de impingere la extensieF2 = forta de impingere la compresieD = dimaterul cilindruluid = diametrul pistonului (tijei)P = presiuneaη = coeficient pentru presiunea de incarcare 

Forta reala:Este forta teoretica multiplicata cu un indice η care in cazul mecanismelor de

constructii, a industriei automobilelor sau a mecanismelor de incarcare / descarcare este 0,95

  La capatul cursei pistonul trebuie frinat pentru a preveni uzura. Se

folosesc mai multe metode de frinare. Printre acestea sunt practicarea unor orificii in camasa la capatul cursei, montarea unui drosel , introducerea unei rezistente hidraulice ,

   

  

Motoare hidraulice oscilante:

Aceste motoare executa curse unghiulare limitate.

Constructia este robusta , structura fiind dintr-un stator si rotor cu paleti radiali, camerele de lucru reprezinta spatiul dintre paleti. Aplicatia lor este extinsa in domeniul naval reprezentata prin actionari ale armaturilor, instalatie balast-santina, capace mecanice, instalatie de guvernare .

O alta categorie de motoare hidraulice oscilante o reprezinta cele cu plunjere si cremaliera. Miscarea este data prin intermediul unui piston ce transforma miscarea rectilinie in miscare circulara printr-un surub cu mai multe inceputuri.