Soggetti:
- Introduzione
- Pompa a ingranaggi
- Pompa a palette
- Pompa a stantuffo
- Introduzione agli esempi di calcolo delle pompe idroelettriche
- Calcolare la portata volumetrica della pompa idraulica
- Calcolare la potenza necessaria della pompa idraulica
- Calcolare la potenza richiesta del motore di azionamento
Introduzione:
La pompa idraulica (1) aspira l'olio dal serbatoio (2) e pompa l'olio nel sistema. Dopo che l'olio entra nella linea di ritorno attraverso la valvola di controllo, la valvola limitatrice di pressione o il cilindro, l'olio ritorna al serbatoio senza pressione.
La pompa idraulica nell'immagine è azionata da un motore elettrico, che regola la potenza meccanica sotto forma di coppia e velocità. La pompa idraulica la converte in energia idraulica. La potenza della pompa/portata in volume dipende dalla velocità e dalla cilindrata della pompa idraulica.
Le pompe idrauliche funzionano quasi tutte secondo il principio dello spostamento positivo. Le versioni possono essere suddivise in:
- pompe a ingranaggi;
- pompe a palette;
- pompe a stantuffo.
I paragrafi seguenti discuteranno ulteriormente questo argomento.
Pompa a ingranaggi:
La pompa a ingranaggi viene utilizzata in impianti idraulici con una bassa pressione di esercizio compresa tra 140 e 180 bar al massimo. Grazie alla sua semplicità, al prezzo basso e alle proprietà affidabili, la pompa a ingranaggi è una delle idropompe frequentemente utilizzate che troviamo nelle applicazioni idrauliche.
Nella pompa ad ingranaggi con ingranaggi esterni sono presenti due ingranaggi che si muovono in direzioni opposte l'uno dall'altro. Uno degli ingranaggi è azionato esternamente e porta con sé l'altro ingranaggio.
- lato aspirazione: i denti ruotano sul lato sinistro. L'aumento di volume nelle cavità crea una pressione negativa di circa 0,1 - 0,2 bar, che provoca l'aspirazione dell'olio. Gli ingranaggi trasportano l'olio attraverso la loro circonferenza esterna verso il lato pressione;
- lato pressione: qui i denti ruotano insieme. L'olio nella linea di pressione viene spostato nel sistema.
La pressione sul lato mandata dipende dalla resistenza che incontra l'olio nel circuito idraulico.
La pompa a ingranaggi con ingranaggi interni contiene un accessorio a forma di falce. L'ingranaggio interno (blu) è azionato esternamente e trasporta l'anello esterno (viola) con i denti interni nella direzione di rotazione indicata. Come nella pompa con ingranaggi esterni, non appena lo spazio tra i denti aumenta, si crea il vuoto. La pompa aspira così l'olio dal serbatoio. Quando gli ingranaggi vengono ruotati insieme, l'olio viene spostato nel sistema. L'attacco a forma di falce garantisce la separazione del lato di aspirazione e di quello di pressione.
Con questo tipo di pompa idraulica è possibile raggiungere una pressione fino a 300 bar. La pompa ha un rendimento uniforme e produce pochissimo rumore.
Le pompe a ingranaggi hanno sempre una cilindrata fissa. A una velocità di guida costante, la potenza è costante. Sulla periferia esterna degli ingranaggi, le teste dei denti corrono vicino al corpo della pompa e garantiscono la tenuta radiale. Al centro della pompa, dove gli ingranaggi si ingranano, si forma una certa tenuta anche tra i fianchi dei denti e la piastra del cuscinetto. Una piccola quantità di olio fuoriuscirà sempre tra le superfici di tenuta.
Troviamo la pompa ad ingranaggi nei seguenti ambiti applicativi:
- tecnologia dei veicoli (inclusa la trasmissione automatica);
- industria meccanica;
- idraulica agricola;
- idraulica degli aerei.
Pompa a palette:
La pompa a palette ha un rotore con palette posizionate radialmente. Sul lato di aspirazione (blu) il volume aumenta, creando una pressione negativa e l'olio viene aspirato. Sul lato pressione (rosso) il volume diminuisce, si crea una sovrapressione e l'olio viene pressato nel tubo.
Il rotore è posizionato eccentricamente rispetto all'anello d'urto, rendendo la portata regolabile:
- Nell'immagine sotto vediamo la pompa a sinistra dove la portata è di 0 cm³ per giro. La pompa allora non fornisce più olio;
- L'immagine a destra mostra l'anello d'impatto regolato, che raggiunge la massima potenza.
Troviamo la pompa a palette nei seguenti ambiti applicativi:
- macchine agricole e per costruzioni stradali;
- macchine utensili;
- idraulica aeronautica;
- idraulica mobile.
Pompa a stantuffo:
La pompa a pistoni assiali si trova in impianti in cui si verificano pressioni più elevate (>250 bar) e vengono trasmesse potenze maggiori perché il rendimento di questo tipo di idropompe è elevato. Distinguiamo le pompe a pistoni in pompe a pistoni radiali e assiali.
Pompa a pistoni assiali:
L'albero di ingresso della pompa a pistoni assiali aziona una piastra inclinabile. La piastra inclinabile si trova ad una certa angolazione e converte il movimento rotatorio dell'albero di ingresso in un movimento alternativo degli stantuffi. La pompa è dotata di bocche di aspirazione e valvole di scarico, in modo che il senso di rotazione dell'albero d'ingresso non abbia alcuna influenza sulla direzione del flusso dell'olio idraulico.
Regolando l'angolo di posizionamento della piastra inclinabile è possibile influenzare la corsa degli stantuffi. Quanto più inclinata è la piastra inclinabile, tanto maggiore è la corsa degli stantuffi e maggiore è lo spostamento dell'olio. Incontriamo questa tecnica nel compressori dell'aria condizionata.
Le immagini sottostanti mostrano la pompa a pistoni assiali.
Pompa a pistoni radiali:
Le pompe a pistoni radiali vengono utilizzate principalmente negli azionamenti pesanti delle navi, come impianti di dragaggio, azionamenti di argani e agitatori e nell'ingegneria meccanica. Queste pompe hanno una lunghezza di installazione ridotta, sono adatte per pressioni di esercizio elevate (700 bar) e forniscono una coppia elevata a bassa velocità.
La pompa a pistoni radiali nella figura seguente contiene cinque pistoni posizionati radialmente a forma di stella rispetto all'albero motore. Poiché l'anello è progettato in modo eccentrico, viene creato un movimento radiale del pistone. Un disco di distribuzione che ruota con l'albero motore garantisce che ogni cilindro sia collegato al momento giusto alla linea di aspirazione o pressione.
Introduzione agli esempi di calcolo delle pompe idroelettriche:
Affinché il pistone si muova con la forza e la velocità corrette, l'idropompa deve fornire una pressione sufficiente e un flusso di fluido sufficientemente grande. Maggiore è il carico che il cilindro deve servire, maggiori saranno le richieste a carico della pompa idraulica.
Di seguito riportiamo tre paragrafi in cui calcoliamo la portata volumetrica, la pressione richiesta e la potenza richiesta, tenendo conto dell'efficienza, della pompa idraulica nel diagramma allegato.
- volume della corsa della pompa (V) = 15 cm³ / giro;
- velocità della pompa (n) = 1200 giri/min;
- pressione dell'impianto: 50 bar.
Calcolare la portata volumetrica della pompa idraulica:
La quantità di olio idraulico spostata da una pompa idraulica dipende dalla velocità e dalla cilindrata della pompa. I dettagli sono elencati nel paragrafo precedente.
Nella formula convertiamo i giri al minuto in secondi dividendo il numero per 60. Nell'ultimo passaggio convertiamo i metri cubi al secondo in litri al minuto moltiplicando il risultato per 60.000.
Calcolare la potenza della pompa idraulica richiesta:
L'idropompa deve fornire potenza idraulica per trasportare il fluido al cilindro e spostare il pistone.
Con i dati della sezione “Introduzione agli esempi di calcolo delle idropompe” e la risposta della sezione precedente, possiamo calcolare la potenza richiesta dell'idropompa. Per motivi di chiarezza, li elenchiamo nuovamente qui:
- volume della corsa della pompa (V) = 15 cm³ / giro;
- velocità della pompa (n) = 1200 giri/min;
- pressione dell'impianto: 50 bar;
- portata volumetrica: 18 litri al minuto.
Convertiamo la pressione del sistema da 50 bar in Pascal e la portata volumetrica in metri cubi al secondo. Lo registriamo in notazione scientifica.
Calcolare la potenza richiesta del motore di azionamento:
L'albero della pompa (albero di entrata) fornisce l'energia meccanica, che spesso proviene da un motore elettrico o da un motore a combustione. Il motore idraulico converte la potenza meccanica in potenza idraulica. Le perdite si verificano sempre durante la conversione dell'energia. Il motore di azionamento deve quindi fornire più potenza per consentire alla pompa idraulica di fornire la potenza richiesta.
In questo esempio assumiamo un rendimento del 90%.
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