پمپ پره ای دبی متغیر و استفاده بصورت چند فشاره کردن

پمپ پره‌ای دبی متغیر:

پمپ پره ای جابه‌جایی ثابت، تغییر دبی پمپ به جز از طریق تغییر سرعت پمپ هیدرولیک امکان‌پذیر نیست. ولی در پمپ‌های پره‌ای جابه‌جایی متغیر، بدون تغییر سرعت پمپ ، و با حرکت نسبی اجزای داخلی یعنی تغییر خروج از مرکزی پمپ ، این امر امکان‌پذیر است. این نوع پمپ‌ عمدتاً به طور غیر متعادل ساخته می‌شود. رینگ بادامک، حلقوی است و به سیال اجازه می‌دهد که برای نیم دور چرخش یا ْ180 وارد شود و برای نیم دور دیگر یا ْ180 بعدی، خارج شود. تعادل پمپ باعث رانش و تمایل طبیعی روتور و رینگ برای هم‌مرکز شدن می‌شود. به همین دلیل نیروی رانش جانبی روی محور محرک پمپ و یاتاقان‌های نگهدارنده آن اعمال می‌شود.

حجم جابه‌جایی در پمپ‌های دبی متغیر با حرکت رینگ بادامک از حداکثر خروج از مرکزی که وضعیت off-center نامیده می‌شود و جایی است که دبی پمپ حداکثر است، تا موقعیت مرکزی جایی که روتور و رینگ بادامک هم‌مرکز می‌شوند و جابه‌جایی صفر است، تغییر می‌کند. در موقعیت off-center با دبی حداکثر، فشار در سیستم حداقل است و در موقعیت هم‌مرکزی با دبی تقریباً صفر، فشار در سیستم حداکثر است. رانش‌های جانبی وارد بر محور پمپ و یاتاقان‌ها، با مقدار خروج از مرکز رینگ بادامک، سرعت پمپ که نشان‌دهندة دبی است، و همچنین با فشار متناسب است. حداکثر رانش جانبی جایی است که حاصلضرب فشار و دبی حداکثر است.

امروزه پمپ های پره‌ای جابه‌جایی متغیر به طور وسیعی در صنعت به کار می‌روند. به دلیل قابلیت نامحدود این پمپ‌ها در تغییر حجم سیال پمپ شده ، هنگام پس‌زنی یا تعلیق به شیرهای بی‌بارکننده و یا شیرهای قفل‌شونده نیازی نیست. لازم به ذکر است پس‌زنی یا حالت تعلیق در مدار هنگامی پدید می‌آید که بار مقاوم در سیستم به طور ناگهانی برداشته یا رها شود.

جبران فشار و جبران جریان با استفاده از پمپ پره ای:

از طرف دیگر عدم کنترل خودکار دبی پمپ مطابق با نیاز مدار ، ممکن است به افت توان و تولید گرما در سیستم منجر شود. بنابراین از روش‌های مختلف کنترل خودکار از قبیل جبران فشار ، جبران جریان و یا جبران بار برای تعدیل خروجی پمپ استفاده می‌شود.

برای مکانیزم جبران فشار از یک فنر استفاده شده است. با رسیدن فشار در سیستم به حد تنظیم شده برای فنر، فشار موجود بین رینگ پمپ و فضای بین پره‌های پمپ ، باعث فشرده شدن فنر در و کاهش خروج از مرکزی پمپ و در نتیجه کاهش دبی می‌شود. مقدار حداکثر و گاهی حداقل دبی به وسیله پیچ تنظیم کنترل می‌شود که مقدار حرکت رینگ و تغییر خروج از مرکز را در پمپ محدود می‌کند. در بعضی از پمپ‌های هیدرولیک جبران فشار به جای فنر از یک پیستون و شیر کنترل فشار استفاده می‌شود. هنگامی که فشار در سیستم به حد تنظیم شده برای شیر برسد، پیستون در پمپ عمل می‌کند و باعث هم مرکزی رینگ و روتور، و کاهش دبی سیال در پمپ می‌شود.

مقدار حرکت رینگ در پمپ به سمت چپ متناسب با فشار سیستم ، ضریب فنر، و مقدار فشار تنظیم شده توسط پیچ تنظیم در سمت چپ پمپ معین می‌شود. این فشار تنظیم که در آن رینگ بادامک هم‌مرکز می‌شود، جریان سیال در سیستم صفر است، و فشار به حد فشار تنظیمی فنر گاورنر (فنر تعدیل‌کننده) می‌رسد، فشار هد مرگ نامیده می‌شد.

فنر در پمپ برای ایجاد جریان حداکثر سیال در نقطه‌ای که فشار پمپ تا حد ممکن به مقدار حداکثر خود نزدیک است، طراحی شده است. نرخ جریان بالای سیال باعث افزایش توان لازم برای راندن پمپ در فشار بالا می‌شود. دو خط راست که با عنوان «توان دبی» نمایش داده شده، برای دو رینگ فشار با رینگ بادامک با جابه‌جایی‌های متفاوت ارائه شده است (شامل و ). فنر گاورنر B فنر قطع‌کننده جریان سیال است. ضریب این فنر از A بیشتر است و اجازه می‌دهد تا دبی پمپ قبل از اینکه فشار در سیستم به حداکثر فشار تنظیمی برسد، کم‌کم کاهش یابد. فنر گاورنر C فنر قدرت ثابتی است، که حتی ضریبی بزرگتر از B دارد و باعث می‌شود که فشار در سیستم به گونه‌ای تغییر کند که حاصلضرب فشار و دبی تقریباً همواره ثابت بماند. دقت کنید که در فشارهای بالا psi500، هنگامی که فشار در سیستم به مقدار حداکثر psi 1000 افزایش می‌یابد، منحنی‌های دبی در سیستم برای هر دو رینگ بادامک با جابه‌جایی‌های متفاوت، به طور یکنواخت و پیوسته کاهش می‌یابند. محدودة فشار در این نوع پمپ بین 100 تا psi 2500 است.

ترکیب پمپهای پره ای به روش جفت کردن (کوبل کردن):

ترکیب این پمپ‌های هیدرولیک به روش جفتی یا ترتیبی اجازه می‌دهد هر دو پمپ پره ای توسط منبع قدرت مشترکی به کار بیفتند. پمپ عقبی ممکن است هم اندازه و یا کوچکتر از پمپ هیدرولیک جلویی باشد. شیرهای جبران‌کنندة فشار که روی هر دو پمپ نصب و تعبیه شده‌اند، اجازه می‌دهند که دو سیستم مستقل، با یک منبع قدرت واحد (محور محرک و مخزن یکسان) و یا اینکه یک سیستم در دو فشار کاری مستقل، عمل کنند.

سطح سیال تحت فشار ماندن پمپ پره‌ای حجم متغیر را در psi100 درون یک مدار بسته هیدرولیک نشان می‌دهد. توان تلف شده در نتیجه پمپاژ روغن در psi100 از میان شیرهای فشارشکن و بی‌بار کننده برای تأمین فشار لازم در سیستم برای مدار فرمان‌دهنده است. انواع کنترل‌های دوفشاره شامل نوع عمل‌کننده با فرمان هیدرولیکی و نوع عمل‌کننده با فرمان سولونوئیدی موجود است و باعث تخلیة جریان مدار فرمان به مخزن می‌شود. بنابراین جریان روغن در مدار فرمان حاصله از تخلیه پمپ ، به رانش فنر گاورنر کمک نمی‌کند و در نتیجه فشار در سیستم حداقل می‌شود ؛ سولونوئید عمل کرده است و بنابراین جریان مدار فرمان به رانش فنر جبران‌کننده، کمک می‌کند. مقدار این کمک متناسب با ساچمة کوچک و فنر شیر فشارشکن معین می‌شود و در این حالت فشار در سیستم حداکثر می‌شود.

سیستم مدارهای High-Low یا مدارهای هیدرولیک دوپمپی به کار می‌رود. به طوری که گاورنر به صورت خودکار با حس فشار در سیستم ، پمپ پره ای را که دارای دبی بزرگتری است، بی‌بار کرده تا فقط فشار هدمرگ یا DHP تأمین شود. همان‌طور که گفته شد فشار هدمرگ سطح ویژه‌ای از فشار (حداقل مقدار لازم) در مدار است که برای عمل کردن مکانیزم کنترل پمپ جابه‌جایی متغیر،‌ لازم است.

عمل پمپاژ و مقدار جریان سیال در شرایط هدمرگ مساوی نشتی در سیستم و احتیاجات جریانی مدار کنترل یا فرمان است. حداقل فشار هدمرگ را فنر اصلی گاورنر یعنی فنر A و حداکثر آن را شیر فشارشکن تنظیم شونده B مشخص می‌کند. فشار لازم در سیستم برای عمل گاورنر را پمپی که جابه‌جایی بزرگتری دارد تأمین می‌کند و جریان آن از طریق اوریفیس C وارد می‌شود.

برای استفاده از این سیستم فرض کنید که مداری با فشار حداکثر psi 1000 نیاز دارد، که به وسیله پمپ کارتریجی gpm 5 (گالن بر دقیقه) ایجاد می‌شود. با کاهش فشار، زیر فشار psi 500 مدار به جریان gpm 30 نیاز دارد و با افزایش مجدد فشار تا psi 1000، این دبی در سیستم باید کاهش یابد. سیستم دوپمپی با یک گاورنر بی‌بارکننده بر روی پمپ gpm 40 ممکن است این نیاز را برطرف کند.

می‌توان پمپ کارتریجی gpm 40 را در فشار psi 500 تا یک فشار حداقل مثلاً psi 200 یا هر فشار مطلوب دیگری بی‌بار کرد و تنها از پمپ gpm 5 برای افزایش فشار تا psi 1000 استفاده کرد. وجود دو منبع فشار فرمان ضروری است. اولین منبع، پمپ کارتریجی gpm 40 است که فشار را در پوسته گاورنر تا حصول حداکثر فشار تنظیمی، تأمین می‌کند. میزان نیروی تنظیم شدة دو فنر به اضافة فشار لازم در پوسته گاورنر، حداکثر فشار لازم برای پمپ کارتریجی gmp 40 را مشخص می‌کند.

دومین منبع، فشار لازم در پوسته گاورنر، حداکثر فشار لازم برای پمپ پره ای gpm 40 را مشخص می‌کند. دومین منبع، فشار مدار است که به psi 1000 می‌رسد. این خط فرمان از اوریفیس D به گاورنر وارد می‌شود و بر پیستون بی‌بار کنندة E عمل می‌کند. سطح مقطع پیستون E، در حدود 15٪ بزرگتر از سطح استکانی فشارشکن F است. بنابراین، دیفرانسیل بی‌بارکنندگی در این گاورنر کنترل 15٪ است. گاورنر در فشار psi 500 بی‌بار می‌شود و در 15٪ زیر psi 500 (psi 425) فعال می‌شود. در واقع در حالت بی‌باری، جریان خروجی پمپ gpm 40، صفر می‌شود.

هنگامی که فشار در مدار از صفر تا psi 500 افزایش یابد، فشار در پوسته گاورنر نیز بالا می‌رود تا جایی که فشار به حد تنظیمی شیر فشارشکن می‌رسد. در این حالت، شیر فشارشکن باز می‌شود و جریان در سیستم را به مخزن هدایت می‌کند.

افت فشار پوسته گاورنر عمده‌ترین عاملی است که به پمپ پره ای اجازه می‌دهد تا به حالت تعلیق هد مرگ برسد. در این میان، فشار به طور پیوسته تا بالای psi 700 افزایش می‌یابد و در نتیجه نیروی بزرگتری بر انتهای پیستون F نسبت به سر آن وارد می‌شود. بنابراین پیستون، استکانی F را بلند می‌کند که باعث افت بیشتر فشار در پوسته‌ گاورنر می‌شود و با باز شدن کامل استکانی، فشار در پوسته صفر می‌شود. جریان ورودی به پوسته از طریق اوریفیس C، از پشت استکانی شیر فشارشکن به مخزن تخلیه می‌شود، بدون اینکه افزایشی در فشار پوسته ایجاد کند. پس از این، فشار هدمرگ پمپ gpm 40 به مقدار تنظیم شده پایین‌تر کاهش می‌یابد

بنابراین در فشار تنظیمی گاورنر بی‌بارکننده، پمپ gpm 40 به حالت هدمرگ می‌رود. دبی وارد شده به مدار هیدرولیک به gpm 5 کاهش می‌یابد در حالی که فشار تا psi 1000 افزایش می‌یابد. در فشار psi 1000، پمپ gpm 5 کاهش می‌یابد در حالی که فشار هیدرولیک تا psi 1000 افزایش می‌یابد. در فشار psi 1000، پمپ پره ای gpm 5 نیز در فشار تنظیمی هدمرگ مربوط به خود، کار می‌کند و بنابراین فقط فشار را در سیستم حفظ می‌کند.

پمپ کارتریجی gpm 40 در فشار psi 500، بی‌بار می‌شود و دیگر جریانی به سیستم نمی‌فرستد. بدین منظور باید در فشار psi 600، پمپ gpm 40 را تا حداقل فشار خود یعنی psi 200 بی‌بار کند. در فشار psi 600، مدار فرمان با فشار psi 600 از اوریفیس D وارد شده و بر پیستون دیفرانسیلی E عمل می‌کند و بنابراین در فشار psi 500، جریان خروجی پمپ به صفر می‌رسد. فشار psi 100 اضافی در واقع برای باز کردن کامل استکانی F و کاهش فشار در پوستة گاورنر تا صفر، به کار می‌رود.

از طرف دیگر هنگامی که فشار مدار کاهش می‌یابد، هر دو پمپ کارتریجی در مکانیزم‌هایی مشابه، به خط سرویس وارد شده و دوباره فعال می‌شوند.

حجم جابه‌جایی نظری در پمپ های هیدرولیک پره‌ای (محدوده‌های فشار و جریان):

که در آن D قطر داخلی یا قطر داخلی معادل محفظة پمپ ، e اندازة‌ خروج از مرکز یا معادل آن بین روتور و رینگ پمپ ، و W پهنای پره‌ها (نه ضخامت آنها) است که همه باید برحسب واحد یکسان بیان شوند.

در پمپ‌های پره‌ای برای ایجاد مکش مناسب و عمل پمپاژ، حداقل سرعت شروع به حرکت در سیستم ، لازم است. در واقع دور پمپ در سیستم باید از کم شروع شود و پس از به کار افتادن پمپ به مقدار اسمی خود برسد. برای تأمین حداقل نیروی گریز از مرکز لازم در انواع ساده، حداقل سرعت این پمپ‌ها rpm 600 است و از طرف دیگر برای جلوگیری از سایش بیش از حد ناشی از نیروهای گریز از مرکز، حداکثر سرعت این پمپ‌ها به rpm 2500 محدود می‌شود. حداکثر فشار در این پمپ‌ها bar70 (psi 1000) است ولی در پمپ‌های پره‌ای متعادل این فشار ممکن است به bar 170 (psi 2500) نیز برسد. دبی خروجی در انواع ساده ممکن است تا (L/min) 350 (gpm 100) باشد.

پمپ پره ای دبی متغیر و استفاده بصورت چند فشاره کردن