کاویتاسیون ، بررسی و عوامل بروز در پمپ ها
کاویتاسیون در پمپ هیدرولیک
کاویتاسیون شکل‌گیری و اضمحلال یا تلاشی حفره‌های حاوی بخار درون سیال، بر اثر عمل دینامیکی جریان است. این حفره‌ها ممکن است شامل حباب‌ها، بسته‌های حاوی بخار و یا ترکیبی از هر دو باشد. هنگام شروع کاویتاسیون، فشار محلی باید مساوی یا کوچکتر از فشار بخار سیال باشد و برای نابودی و تلاشی حفره‌ها باید مقدار آن از فشار بخار سیال بیشتر شود.
جریان کاویتاسیون حول یک هیدروفویل گازهای محلول اغلب اندکی قبل از شروع تبخیر آزاد می‌شود. این ممکن است نشانه‌ای از احتمال وقوع کاویتاسیون باشد اما عمدتاً کاویتاسیون واقعی، تبخیر یا جوشش دینامیکی سیال مایع است. عمل جوشش سیال بر اثر افزایش گرما و یا کاهش هد استاتیکی بدون عمل دینامیکی جریان با تعریف کاویتاسیون متفاوت است. هنگامی که کاویتاسیون حول یک هیدروفویل با مخلوطی از سیال‌های هیدرولیک مثل مشتقات نفتی، با هم جریان می‌یابند، کاویتاسیون در اجزای سبکتر زودتر شروع می‌شود. علاوه بر این، هنگامی که جریان سیال از روی سطوح محدب یا گود می‌گذرد، فشار در مجاورت سطح، پایین می‌آید و جریان تمالی دارد که از سطح جدا شود. جدایش و کاویتاسیون دو پدیده کاملاً متفاوت‌اند. در نبود.
کاویتاسیون چیست
کاویتاسیون، جدایش به صورت جریان‌های گردابی و آشفته سیال (ادی) در فشارهایی بزرگتر از فشار بخار سیال شکل می‌گیرد. هنگامی که هیدروفویل با استفاده از مدلهای کاویتاسیون، فشار تا حد کافی در یونیت کم باشد، البته ممکن است در منطقه جدایش، شکل‌گیری بسته‌های حاوی بخار و سپس انهدام آنها روی دهد (مشابه کاویستاسیون). این روند در هر ثانیه چندین بار رخ می‌دهد، به طوری که بسته‌ها، شکل می‌گیرند و نابود می‌شوند که با سروصدا و ارتعاش همراه است. در فشارهای بالاتر از فشار بخار و استفاده از مدلهای آشفتگی مختلف، حباب‌های حاوی بخار به طور ناگهانی منهدم می‌شوند.
در پمپ هیدرولیک، حباب‌ها با حرکت از سمت مکش به سمت تخلیه، مهندم می‌شوند که باعث ایجاد فشار بسیار بزرگی در حدود bar در سیال می‌شود. دوره عمر حباب‌ها در حدود 003/0 ثانیه اندازه‌گیری شده است. انهدام شدید حباب‌ها در مجاورت سطوح جامد باعث نفوذ ذرات بخار به سطح جامد می‌شود.
در سرعت‌های بالا این امر موجب کنده شدن سطح جامد می‌شود. به همین دلیل کاویتاسیون باعث کچلی و خوردگی سایشی در سطوح پره‌ها، دیواره‌ها و حتی محورهای سختکاری شده می‌شود. همان‌طور که اشاره شد، کاویتاسیون همچنین ممکن است موجب تولید سروصدا، ارتعاش و فرسودگی قطعات پمپ شود. افزایش دما و کاهش گرانروی سیالنیز بروز پدیده کاویتاسیون را تشدید می‌کند.
یکی از عوامل مهم بروز پدیده کاویتاسیون در هیدرولیک، هد مکش در ورودی یا هد بالاکش پمپ است. کاویتاسیون پمپ های گریز از مرکز، هنگامی شروع می‌شود که هد مکش برای ثابت نگه داشتن فشار در سیستم، در بالای فشار بخار سیال کافی نباشد یا به عبارت دیگر فشار جریان از فشار بخار سیال کمتر باشد. بحث درباره عوامل مؤثر در پدیده کاویتاسیون و آثار آن بسیار گسترده است که ما در این مقاله به بخش کوچکی از آن اشاره کردیم.
پیش‌تحریک یا شارژ پمپ های گریز از مرکز:
برخلاف پمپ رفت و برگشتی که در هنگام شروع به کار به راحتی فضای خالی درون خود را از سیال پر می‌کند، پمپ گریز از مرکز قادر به این عمل نیست. به عبارت دیگر، در هنگام شروع به کار پمپ های گریز از مرکز باید محفظه پمپ از سیال پر شود و یا اینکه در هنگام توقف پمپ، از تخلیه سیال جلوگیری شود. به این عمل پیش‌تحریک یا شارژ پمپ گفته می‌شود.
عمل پیش‌تحریک در پمپ های گریز از مرکز به روش‌های گوناگون انجام می‌شود. برای پیش‌تحریک از Foot Valve که در اصل از شیر یکطرفه استفاده شده است. از مخزن پیش تحریک برای این منظور استفاده شده است. برای پیش‌تحریک پمپ از ایجاد خلأ استفاده شده است. ایجاد خلأ معمولاً توسط پمپ‌های هیدرولیک جت،
چرخشی و یا رفت و برگشتی انجام می‌شود.
سیستم‌های کنترل پمپ های جابجایی متغیر:
دبی پمپ با تغییر حجم جابجایی پمپ تنظیم می‌شود. این مقدار در پمپ های پیستونی شعاعی با تغییر خروج از مرکزی بین روتور و استاتور تأمین می‌شود. در پمپ های پیستونی محوری نیز، این مقدار در انواع Bent با تغییر زاویه انحراف بین محور بلوک سیلندر و محور محرک پمپ و در انواع SP با تغییر زاویه SP تأمین
می‌شود.
کنترل خودکار دستی:
در سیستم کنترل فشار فرمان‌دهنده به طور پیوسته به دریچه وارد می‌شود. هنگامی که اهرم کنترل دستی به سمت راست رانده شود، اهرم روی پاشنه پیستون می‌چرخد و اسپول شیر را به سمت راست می‌راند. با این کار فشار فرمان‌دهنده خودکار به دریچه سیلندر هدایت می‌شود که باعث حرکت پیستون به سمت چپ می‌شود. پیستون نیز اهرم کنترل دستی را به سمت چپ می‌راند و سبب بازگشت اسپول به حالت انسداد یا بسته می‌شود. بنابراین حرکت SP به طور خطی با حرکت اهرم کنترل متناسب است.
اگر اهرم به سمت چپ رانده شود، اسپول شیر، دریچه سیلندر را به خط مخزن متصل می‌کند. سیال به طور ثابت به دریچه سیلندر فشار وارد می‌کند و باعث رانده شدن پیستون به طرف راست می‌شود. در نتیجه، اهرم کنترل نیز با آن حرکت می‌کند و این سبب بازگشت مجدد اسپول شیر به وضعیت خنثی می‌شود.
برای محدود کردن حداکثر زاویه Swash Plate در مکانیزم، از ایست‌های فیزیکی استفاده می‌شود. این نوع کنترل هم برای پمپ های بازگشت‌پذیر و هم برای پمپ های بازگشت‌ناپذیر قابل استفاده است. مشخصه عمده سیستم‌های خودکار دستی متناسب بودن جریان با میزان جابه‌جایی اهرم است.
در پمپ جابجایی متغیر برگشت‌ناپذیر، وجود حداقل جریان برای خنک‌کاری و روغنکاری معمولاً ضروری است، یعنی زاویه SP هرگز صفر نمی‌شود. آن دسته از پمپ های بازگشت‌پذیر که در سیستم‌های مداربسته انتقال قدرت هیدرواستاتیکی به کار می‌روند، دارای پمپ های کمکی مجزا برای تأمین جریان روغنکاری و خنک‌کاری هستند، حتی هنگامی که زاویه SP در پمپ اصلی صفر باشد.
کنترل فشار ثابت یا کنترل جبران فشار:
در این نوع کنترل، زاویه SP به صورت خودکار برای کنترل دبی پمپ به میزانی تغییر می‌کند که فشار مدار در حد فشار تنظیم شده در سیستم ثابت بماند.هنگامی که فشار سیستم به حد تنظیم شده برای فنر شیر کنترلی می‌رسد، شیر باز شده و فشار سیال به انتهای مقطع دایره ای سیلندر هدایت می‌شود. به دلیل اختلاف بین مقطع دایره ای با مقطع حلقوی، سیلندر باز می‌شود (کورس رفت) و زاویه SP را کاهش می‌دهد.
وقتی فشار در سیستم یابد، اسپول شیر توسط فنر کنترل به سمت چپ رانده شده و مخزن و مقطع دایروی سیلندر به یکدیگر مرتبط می‌شوند و با بسته شدن سیلندر (کورس برگشت) و زاویه SP افزایش می‌یابد. در بعضی از پمپ های هیدرولیک از محدودکننده کورس سیلندر برای تنظیم مقدار حداکثر زاویه SP و در نتیجه تنظیم مقدار حداکثر دبی پمپ در دور ثابت استفاده می‌شود.
چگونگی تنظیم فشارشکن در سیستم:
از آنجایی که بین رسیدن فشار تخلیه پمپ به مقدار حداکثر تنظیم شده، و کاهش زاویه SP مقداری تأخیر وجود دارد، توصیه می‌شود برای جلوگیری از ایجاد ضربه قوچ که در شرایط هد مرگ ایجاد می‌شود، در مدار بلافاصله بعد از پمپ، از شیر فشارشکن واکنش سریع که تقریباً 20٪ بالای فشار تنظیم شده سیستم جبران‌کننده پمپ تنظیم شده است، استفاده شود. در بعضی از مدل‌ها زاویه SP برای تأمین جریان روغنکاری در پوسته پمپ ، هرگز صفر نمی‌شود که در این حالت وجود شیر فشارشکن در مدار پمپ الزامی است.
زاویه SP و بنابراین دبی پمپ به طور خودکار به گونه‌ای تنظیم می‌شود که فشار سیستم در حد فشار تنظیم شده توسط فنر جبران‌کننده، ثابت باقی می‌ماند. هرگاه فشار در سیستم به زیر مقدار تنظیم شده کاهش یابد، زاویه SP و در نتیجه دبی پمپ هیدرولیک افزایش می‌یابد. کنترل‌های جبران فشار تنها در پمپ های هیدرولیک بازگشت‌ناپذیر به کار می‌رود.
کنترل قدرت ثابت:
این سیستم، حداکثر توان ورودی به پمپ را کنترل می‌کند. هنگامی که فشار تخلیه پمپ افزایش یابد، زاویه SP به گونه‌ای کاهش می‌یابد که حاصلضرب دبی پمپ و فشار سیستم، همواره ثابت باقی بماند و در واقع توان ثابت می‌ماند.
با افزایش فشار، سیلندر باز می‌شودو فشار بر فنر غلبه می‌کند یعنی طول سیلندر در مقابل فنر افزایش می‌یابد. سرعت ثابت محرک‌های اولیه مکانیزم، باعث می‌شود تا توان خروجی پمپ به طور قابل قبولی در محدوده‌های فشار و جریان در سیستم ثابت بماند.
در سیستم قدرت ثابت، هنگامی که فشار بالا می‌رود، جریان تا حد تنظیم شده برای شیر فشارشکن می یابد که در این فشار تمام جریان از شیر فشارشکن عبور می‌کند و به مخزن می‌رود.
در این حالت انرژی تلف شده در شیر فشارشکن به اندازه کل توان ورودی پمپ است. برای اجتناب از این امر، یک کنترل جبران فشار به کنترل قدرت ثابت اضافه می‌شود.
مادامی که فشار سیستم تا حد فشار تنظیم شده جبران‌کننده افزایش می‌یابد، جریان پمپ کاهش فزاینده‌ای خواهد داشت. هنگامی که فشار به این حد رسید، جبران کننده به طور خودکار جریان خروجی پمپ را در حد کفایت برای ثابت نگه داشتن این فشار، کاهش می‌دهد و بنابراین هیچ جریانی از شیر فشارشکن نمی‌گذارد.
کنترل جریان ثابت:
در این سیستم کنترل، دبی خروجی پمپ مستقل از تغییرات بازده حجمی و سرعت محرک پمپ است. این روش کنترل برای ثابت نگه داشتن دبی تخلیه در زمان تغییر سرعت در پمپ هایی که به ویژه با موتور احتراق داخلی کار می‌کنند، به کار می‌رود.
در بعضی مواقع از اوریفیس کنترل در خط تخلیه پمپ برای ایجاد افت فشار استفاده می‌شود که این افت تابعی از مقدار دبی سیال ولی مستقل از فشار سیستم است.
فشار یک طرف اوریفیس به طرف مقابل شیر کنترل با بارگذاری فنری وارد می‌شود. اسپول شیر ممکن است یکی از موقعیت‌های هدایت کامل جریان به مخزن یا هدایت کامل جریان به مدار را داشته باشد.
هنگامی که جریان از حد تنظیمی تجاوز کرد، فشار از مجموع و فشار فنر بزرگتر می‌شود و اسپول به سمت راست حرکت می‌کند و در نتیجه سیال پرفشار را به پشت پیستون هدایت می‌کند. این امر خروجی پمپ را کاهش می‌دهد که این خود باعث کاهش افت فشار در اوریفیس می‌شود. اسپول شیر کنترل، به طور پیوسته حرکت می‌کند و خروجی پمپ
را تیغیر می‌دهد و تنظیم می‌کند. اوریفیس میراکننده که در خط پیستون قرار دارد، سرعت SP را کاهش می‌دهد. با تنظیم فنر شیر کنترل، می‌توان مقدار دبی تنظیمی پمپ را تغییر داد.
مدارهای پمپ هیدرولیک:
در سیستم های هیدرولیک مدارها بر حسب ماهیت، رفتار و یا اثر به انواع مختلفی تقسیم می‌شود. آنچه که در پی می‌آید تقسیم‌بندی مدارهای از حیث موقعیت قرارگیری پمپ و انجام وظیفه آن است وگرنه گستره مدارهای هیدرولیک بسیار وسیع‌تر و متنوع‌تر از آن است و در بخش‌های بعدی به آنها خواهیم پرداخت.
چندین نوع مدار اساسی برای پمپ وجود دارد که قلب سیستم های هیدرولیک به شمار می‌روند. این مدارها عبارتند از:
1- مدار پمپ جابه‌جایی ثابت منفرد
2- مدار پمپ جابه‌جایی ثابت منفرد یا انباره (آکومولاتور)
3- مدار چند پمپی
4- مدار پمپ جابه‌جایی متغیر
5- انتقال هیدرواستاتیک.
موارد 1 تا 4 جزء سیستم های مدار باز؛ OLS است و نوع پنجم سیستم هیدرولیک مدار بسته؛ CLS است. در سیستم‌های مدار باز، سیال از مخزن پمپ می‌شود و برای حرکت عمل‌کننده‌ها استفاده می‌شود و سپس به مخزن باز می‌گردد. در سال‌های اخیر اصولی را دریافته‌اند که براساس آنها سیال بازگشتی از عمل‌کننده‌ها به خصوص در موتور هیدرولیک مستقیماً و بدون بازگشت به مخزن در سمت مکش پمپ تزریق و مجدداً وارد مدار اصلی می‌شود که به آن سیستم مداربسته گفته می‌شود.
شیر برقی Duplomatic | پرشر سوئیچ دوپلوماتیک | فیلتر المنت | فشارشکن دوپلوماتیک | شیر پروپرشنال Duplomatic | کارت پروپرشنال Duplomatic