Hydropomp

Onderwerpen:

  • Inleiding
  • Tandwielpomp
  • Schottenpomp
  • Plunjerpomp
  • Inleiding rekenvoorbeelden hydropomp
  • Volumestroom hydropomp berekenen
  • Benodigd vermogen hydropomp berekenen
  • Benodigd vermogen aandrijfmotor berekenen

Inleiding:
De hydropomp (1) zuigt olie uit het reservoir (2) en pompt de olie in het systeem. Nadat de olie via de stuurschuif, het overdrukventiel of de cilinder in de retourleiding terecht komen, stroomt de olie drukloos terug naar het reservoir.

De hydropomp in de afbeelding is door een elektromotor aangedreven, welke een mechanisch vermogen in de vorm van een koppel en een toerental regelt. De hydropomp zet dit om een een hydraulisch vermogen. De pompopbrengst / volumestroom hangt af van het toerental en het slagvolume van de hydropomp.

Hydropompen werken vrijwel allemaal volgens het verdringerprincipe. De uitvoeringen zijn te verdelen in:

  • tandwielpompen;
  • schottenpompen;
  • plunjerpompen.

De volgende paragrafen gaan hier verder op in.

Systeemoverzicht hydrauliekinstallatie

Tandwielpomp:
De tandwielpomp wordt gebruikt bij hydraulische systemen met een lage werkdruk van maximaal 140 tot 180 bar. Vanwege de eenvoud, lage kostprijs en de betrouwbare eigenschappen behoort de tandwielpomp tot één van de veel toegepaste hydropompen die we in hydraulische toepassingen vinden.

In de tandwielpomp met uitwendige vertanding bevinden zich twee tandwielen die zich in tegenovergestelde richting van elkaar bewegen. Eén van de tandwielen wordt extern aangedreven en neemt daarmee het andere tandwiel mee.

  • zuigzijde: de tanden draaien aan de linkerzijde uit elkaar. Door de volumevergroting in de holtes ontstaat er een onderdruk van ca. 0,1 tot 0,2 bar, waardoor er olie wordt aangezogen. De tandwielen transporteren via hun buitenomtrek de olie naar de perszijde;
  • perszijde: hier draaien de tanden in elkaar. De olie in de persleiding wordt verdrongen naar het systeem.
    De druk aan de perszijde is afhankelijk van de weerstand die de olie in het hydraulische circuit ondervindt.
Tandwielpomp uitwendige vertanding

De tandwielpomp met inwendige vertanding bevat een sikkelvormig hulpstuk. Het binnenste (blauwe) tandwiel wordt extern aangedreven en neemt daarbij de buitenste (paarse) ring met inwendige vertanding in de aangegeven draairichting mee. Net als bij de pomp met uitwendige vertanding, ontstaat er een onderdruk zodra de ruimte tussen de tanden groter wordt. De pomp zuigt daarmee olie uit het reservoir. Bij het in elkaar draaien van de tandwielen vindt er verdringing van de olie plaats naar het systeem. Het sikkelvormige hulpstuk zorgt voor een scheiding van de zuig- en perszijde.

Met dit type hydropomp kan een druk tot maximaal 300 bar worden bereikt. De pomp heeft een gelijkmatige opbrengst en produceert zeer weinig geluid.

Tandwielpomp inwendige vertanding

Tandwielpompen hebben altijd een vast slagvolume. Bij een constant aandrijftoerental is de opbrengst constant. Aan de buitenomtrek van de tandwielen lopen de tandkoppen vlak langs het pomphuis en zorgen voor de radiale afdichting. In het midden van de pomp, waar de tandwielen in elkaar grijpen, vindt ook een zekere afdichting plaats tussen de tandflanken en de lagerplaat. Er zal altijd een geringe hoeveelheid olie tussen de afdichtingsvlakken weglekken.

De tandwielpomp vinden we in de volgende  toepassingsgebieden:

  • voertuigentechniek (o.a. automatische transmissie);
  • machinebouw;
  • landbouwhydrauliek;
  • vliegtuighydrauliek.

Schottenpomp:
De schottenpomp heeft een rotor met radiaal geplaatste schotten. Aan de zuigzijde (blauw) neemt het volume toe waardoor er een onderdruk ontstaat en er olie wordt aangezogen. Aan de perszijde (rood) neemt het volume af, ontstaat er overdruk en wordt de olie in de leiding geperst.

De rotor is excentrisch geplaatst ten opzichte van de slagring, waardoor de opbrengst regelbaar is:

  • In de onderstaande afbeelding zien we links een de pomp waarbij de opbrengst 0 cm³ is per omwenteling. De pomp levert dan geen olie meer;
  • De rechter afbeelding toont de verstelde slagring, waardoor de maximale opbrengst wordt bereikt.
Schottenpomp nulopbrengst
Schottenpomp maximale opbrengst

De schottenpomp vinden we in de volgende toepassingsgebieden:

  • land- en wegenbouwmachines;
  • werktuigmachines;
  • luchtvaarthydrauliek;
  • mobiele hydrauliek.

Plunjerpomp:
De axiale plunjerpomp vinden we in systemen waarin hogere drukken plaatsvinden (>250 bar) en grotere vermogens worden overgebracht omdat het rendement van dit type hydropomp hoog is. We onderscheiden de plunjerpompen in radiale en axiale plunjerpompen.

Axiale plunjerpomp:
De ingaande as van de axiale plunjerpomp drijft een kantelplaat aan. De kantelplaat staat onder een bepaalde hoek en zet de roterende beweging van de ingaande as om in een heen en weer gaande beweging van de plunjers. De pomp is voorzien van zuigpoorten en perskleppen, waardoor de draairichting van de ingaande as geen invloed heeft op de stromingsrichting van de hydrauliekolie.

Door het verstellen van de hoek waarin de kantelplaat zich bevindt, kan de slag van de plunjers worden beïnvloed. Hoe schuiner de kantelplaat staat, des te groter de slag van de plunjers is en hoe meer olie er wordt verplaatst. Deze techniek komen we tegen bij de aircocompressoren.

De onderstaande afbeeldingen tonen de axiale plunjerpomp.

Axiale plunjerpomp (1)
Axiale plunjerpomp (2)

Radiale plunjerpomp:
Radiaalplunjerpompen vinden we vooral bij zware aandrijvingen in schepen, zoals bij baggerinstallaties, lieraandrijvingen en roerwerken en in de machinebouw. Deze pompen hebben een korte inbouwlengte, zijn geschikt voor hoge werkdrukken (700 bar) en leveren een hoog koppel bij een laag toerental.

De radiaalplunjerpomp in de volgende afbeelding bevat vijf radiaal geplaatste plunjers in stervorm ten opzichte van de aandrijfas. Doordat de ring excentrisch is uitgevoerd ontstaat er een radiale plunjerbeweging. Een met de aandrijfas meedraaiende verdeelschijf zorgt ervoor dat iedere cilinder op het juiste moment met de zuig- of persleiding is verbonden.

Radiale plunjerpomp

Inleiding rekenvoorbeelden hydropomp:
Om de zuiger met de juiste kracht en snelheid te kunnen laten bewegen, moet de hydropomp voldoende druk en vloeistofstroom leveren die groot genoeg is. Hoe groter de last is die de cilinder moet bedienen, des te hoger de eisen de eisen zijn die aan de hydropomp worden gesteld.

Hieronder volgen drie paragrafen waarin we de volumestroom, de benodigde druk en het benodigde vermogen, rekening houdend met het rendement, gaan berekenen van de hydropomp in het bijgaande schema.

  • slagvolume pomp (V) = 15 cm³ / omw;
  • toerental pomp (n) = 1200 omw / min;
  • systeemdruk: 50 bar.
Hydraulisch schema

Volumestroom hydropomp berekenen:
De hoeveelheid hydrauliekolie die een hydropomp verplaatst hangt af van het toerental en het slagvolume van de pomp. De gegevens staan in de bovenstaande paragraaf opgesomd.

In de formule rekenen we het toerental per minuut om naar seconden door het getal te delen door 60. In de laatste stap rekenen we kubieke meter per seconde om naar liter per minuut door het antwoord te vermenigvuldigen met 60.000.

Tandwielpomp

Benodigd vermogen hydropomp berekenen:
De hydropomp moet een hydraulisch vermogen leveren om vloeistof naar de cilinder te transporteren en de zuiger in beweging te brengen. 

Met de gegevens uit de paragraaf “Inleiding rekenvoorbeelden hydropomp” en het antwoord uit de vorige paragraaf kunnen we het benodigde vermogen van de hydropomp berekenen. Voor de duidelijkheid worden ze hier nogmaals opgesomd:

  • slagvolume pomp (V) = 15 cm³ / omw;
  • toerental pomp (n) = 1200 omw / min;
  • systeemdruk: 50 bar;
  • volumestroom: 18 liter per minuut.

De systeemdruk van 50 bar rekenen we om naar Pascal en de volumestroom naar kubieke meter per seconde. Dit noteren we in wetenschappelijke notatie.

Benodigd vermogen aandrijfmotor berekenen:
De pompas  (ingaande as) levert het mechanische vermogen, welke veelal van een elektromotor of verbrandingsmotor afkomstig is. De hydromotor zet het mechanische vermogen om in een hydraulisch vermogen. Bij het omzetten van energie treden te allen tijde verliezen op. De aandrijfmotor moet dus méér vermogen leveren om de hydropomp zijn benodigde vermogen te laten leveren.

We gaan in dit voorbeeld uit van een rendement van 90%.

Gerelateerde pagina: