عند مناقشة الأنظمة الهيدروليكية والسوائل تطبيقات الطاقة ، واحدة من أكثر الأسئلة الأساسية التي المهندسين و يقابل الفنيون ما إذا كانت المضخات تخلق ضغطًا بالفعل. هذا السؤال تصبح ذات صلة بشكل خاص عند فحص مضخات المكبس المحورية ، والتي هي من بين المضخات الإيجابية الأكثر تطوراً واستخدامًا على نطاق واسع في التطبيقات الصناعية الحديثة. الجواب ، على الرغم من أنه يبدو واضحًا ، يكشف رؤى رائعة في ديناميات السوائل والهندسة الميكانيكية المبادئ ، والعلاقة المعقدة بين التدفق والمقاومة في الأنظمة الهيدروليكية.
المبدأ الأساسي
لمعالجة هذا السؤال مباشرة: محوري مضخات المكبس لا تخلق بطبيعتها الضغط. بدلا من ذلك ، يخلقون التدفق. يتم توليد الضغط عندما يواجه هذا التدفق مقاومة داخل الهيدروليكي نظام. هذا التمييز أمر بالغ الأهمية لأي شخص يعمل مع الهيدروليكي الآلات ، لأنها تشكل بشكل أساسي كيفية تصميم وتشغيل واستكشاف الأخطاء وإصلاحها هذه الأنظمة.
فكر في الأمر بهذه الطريقة: تخيل محاولة ادفع الماء من خلال خرطوم الحديقة. توفر المضخة القوة لتحريك الماء (إنشاء تدفق) ، ولكن الضغط الذي تشعر به عندما تقوم بحظر الخرطوم جزئيًا يتم إنشاء النهاية من خلال التقييد الذي أدخلته. دور المضخة هو الحفاظ على هذا التدفق ضد أي مقاومة يعرضها النظام.
ميكانيكامضخات المكبس المحورية
تعمل مضخات المكبس المحورية على أناقة مبدأ بسيط ولكن معقد ميكانيكيا. هذه المضخات تتميز بمكابس متعددة مرتبة بالتوازي مع رمح محرك المضخة ، ومن ثم مصطلح "محوري". مع تدوير عمود محرك الأقراص ، يحول كتلة أسطوانة تحتوي على هذه المكابس. المكابس بالمثل داخل أسطواناتها ، رسم السائل خلالها تمديد السكتة الدماغية وطردها أثناء السكتة الدماغية.
مفتاح فهم الضغط يكمن الجيل في ما يحدث أثناء السكتة الدماغية. عندما المكابس ضغط السائل الهيدروليكي ، فهي تحاول بشكل أساسي فرض محدد حجم السائل من خلال منفذ المضخة. إذا كان المخرج تماما غير مقيد وفتح على خزان كبير عند الضغط الجوي ، السائل سوف تتدفق مع الحد الأدنى من تراكم الضغط. ومع ذلك ، الأنظمة الهيدروليكية الحقيقية تحتوي على قيود مختلفة: الصمامات ، الأسطوانات ، المرشحات ، الأنابيب ، و العمل الفعلي الذي تؤديه المشغلات الهيدروليكية.
دور مقاومة النظام
مقاومة النظام هي حيث الضغط حقًا ينشأ. كل مكون في نظام هيدروليكي يساهم بمستوى ما مقاومة تدفق السوائل. تعمل المدى الطويل من الأنابيب تخلق خسائر احتكاكية ، حادة الانحناءات والتجهيزات تسبب الاضطراب ، فلاتر تقيد التدفق لإزالة الملوثات ، وصمامات التحكم تنظم معدلات التدفق. الأهم من ذلك ، و العمل الفعلي الذي يقوم به النظام - مثل رفع الأحمال الثقيلة مع الأسطوانات الهيدروليكية أو الآلات الدوارة مع المحركات الهيدروليكية - الخلقات مقاومة كبيرة.
عندما تحاول مضخة مكبس محورية الحفاظ على معدل التدفق المصمم ضد هذه المقاومة ، والضغط بشكل طبيعي يتطور. تعمل المضخة بشكل أساسي بشكل أكبر للتغلب على العقبات في طريق. هذا هو السبب في أن نفس المضخة يمكن أن تنتج ضغوطًا مختلفة تمامًا اعتمادًا على النظام الذي يتصل به. في نظام المقاومة المنخفضة ، والضغط لا يزال الحد الأدنى. في نظام مقاوم عالي يتطلب إخراج عمل كبير ، يمكن أن يصل الضغط إلى الحد الأقصى للتصميم للمضخة.
النزوح المتغير: تغيير اللعبة
واحدة من أكثر الميزات تطوراً العديد من مضخات المكبس المحوري هي قدرتها على الإزاحة المتغيرة. على عكس ثابت مضخات الإزاحة التي تحرك نفس حجم السائل لكل ثورة بغض النظر من متطلبات النظام ، يمكن لمضخات الإزاحة المتغيرة ضبط إخراجها للمطابقة متطلبات النظام.
يتم تحقيق هذا التعديل عادة من خلال آلية لوحة SWASH. عن طريق تغيير زاوية لوحة Swash ، يمكن للمشغلين تغيير طول السكتة الدماغية للمكابس ، والتحكم مباشرة في مضخة النزوح لكل ثورة. هذه القدرة تسمح بروعة تحسينات الكفاءة والتحكم الدقيق في أداء النظام.
إليك علاقة تدفق الضغط تصبح مثيرة للاهتمام بشكل خاص: يمكن أن تحافظ مضخة الإزاحة المتغيرة ضغط ثابت أثناء اختلاف ناتج التدفق ، أو الحفاظ على تدفق ثابت أثناء السماح بالضغط للتقلب بناءً على متطلبات الحمل. هذه المرونة تجعل مضخات المكبس المحورية ذات قيمة لا تصدق في التطبيقات التي تتطلب دقيقة التحكم ، مثل الهيدروليكية المحمولة ، والضغط الصناعي ، وأنظمة الفضاء الجوي.
الآثار العملية لتصميم النظام
فهم أن المضخات تخلق التدفق بدلاً من ذلك من الضغط له آثار عميقة على تصميم النظام الهيدروليكي. المهندسون يجب أن تفكر بعناية في النظام بأكمله عند اختيار المضخات بدلاً من ببساطة التركيز على مواصفات الضغط المطلوبة.
على سبيل المثال ، إذا كان التطبيق يتطلب 3000 PSI من ضغط العمل ، لا يمكن للمهندس ببساطة تحديد مضخة قادرة من 3000 رطل. يجب عليهم حساب معدل التدفق المطلوب ، وتحليل النظام المقاومة ، وحساب خسائر الضغط في جميع أنحاء النظام ، وضمان يمكن للمضخة الحفاظ على التدفق الكافي عند الضغط المطلوب. هذا قد يعني اختيار مضخة مع الحد الأقصى لتصنيف الضغط أعلى بكثير من ضغط العمل لحساب أوجه القصور في النظام وهوامش السلامة.
علاوة على ذلك ، تصبح كفاءة النظام بارامونت. كل تقييد غير ضروري في الدائرة الهيدروليكية يفرض ضخ للعمل بجدية أكبر ، وتوليد الضغط الزائد وإهدار الطاقة مثل الحرارة. أنظمة الهيدروليكية المصممة جيدًا تقلل من هذه الخسائر من خلال المكون المناسب الاختيار ، التوجيه المحسّن ، والصيانة العادية.
اعتبارات كفاءة الطاقة
العلاقة بين التدفق والضغط في مضخات المكبس المحوري تؤثر بشكل مباشر على استهلاك الطاقة. لأن المضخات لا إنشاء ضغط بشكل مستقل ، فإنهم يستهلكون فقط الطاقة اللازمة التغلب على مقاومة النظام الفعلية. هذا المبدأ يفسر سبب المتغير غالبًا ما توفر مضخات الإزاحة كفاءة فائقة مقارنة بالثابتة بدائل الإزاحة.
النظر في نظام مع تحميل متفاوت المتطلبات خلال دورة التشغيل. يجب أن تكون مضخة الإزاحة الثابتة الحجم للحصول على ذروة الطلب وغالبا ما يعمل بشكل غير فعال خلال الطلب المنخفض الفترات ، مما يخلق التدفق الزائد الذي يجب تجاوزه مرة أخرى إلى الخزان. هذا يمثل تدفق الالتفاف الطاقة المهدرة ، وتحويلها إلى الحرارة التي يجب إدارتها من خلال أنظمة التبريد.
في المقابل ، محوري الإزاحة المتغير يمكن لمضخة المكبس أن تقلل من إنتاجها خلال فترات منخفضة الطلب ، وتستهلك فقط الطاقة اللازمة بالفعل. يمكن أن تؤدي قدرة استشعار الحمل هذه إلى الطاقة وفورات تتراوح بين 30 و 50 ٪ أو أكثر في التطبيقات ذات دورات العمل المتغيرة.
استكشاف الأخطاء وإصلاحها والصيانة وجهات نظر
فهم ضغط التدفق تثبت العلاقة لا تقدر بثمن عند استكشاف الأخطاء وإصلاحها. متى انخفاض ضغط النظام بشكل غير متوقع ، نادراً ما تكمن المشكلة في المضخة القدرة على "خلق الضغط". بدلاً من ذلك ، يجب على الفنيين التحقيق التغييرات في مقاومة النظام أو قدرة المضخة على الحفاظ على التدفق.
الجناة المشتركين تشمل التسرب الداخلي داخل المضخة (تقليل التدفق الفعال) ، مرشحات مسدودة (زيادة المقاومة بدون عمل مفيد) ، مكونات البالية تخلق داخليًا إضافيًا مسارات التسرب ، أو التغييرات في تحميل النظام الذي يغير المقاومة صفات.
صيانة منتظمة لمضخات المكبس المحورية يركز بشكل كبير على الحفاظ على قدرتها على توليد التدفق. وهذا يشمل الحفاظ على نظافة السوائل المناسبة لمنع التآكل على الدقة الأسطح ، وضمان تزييت مناسب للمكونات المتحركة ، والمراقبة تصاريح داخلية تؤثر على الكفاءة الحجمية.
