پمپ پیستونی

3-6 پمپ پیستونی

پمپهای پیستونی جزء پمپهای پر فشار هستند که دارای بازده بالایی می باشند. اساس کار پمپهای پیستونی بر اساس رفت و برگشت پیستون در داخل سیلندر می باشد که عمل دهش و مکش سیال را در هر رفت و برگشت انجام می دهد. بعبارت دیگر پمپ حرکت دورانی شفت ورودی را به حرکت رفت و برگشتی پیستون تبدیل می کند. معمولاً این کار توسط یک صفحه زاویه دار (سواش پلیت) ثابت یا متغیر انجام می شود.

مادامیکه که مجموعه طبلک که پیستونها روی ان واقع شده است دوران می کند، پیستونها نیز حول محور اصلی پمپ دوران می کند. پیستونها از طریق کفشکهایی که به انتهای آنها متصل است با دوران بر روی سطح صفحه زاویه دار می لغزند. زمانیکه صفحه زاویه دار (سواش پلیت) بصورت عمودی  قرار می گیرد هیچ حرکتی رفت و برگشتی بوجود نمی آید، بنابراین حجم جابجایی پمپ نیز صفر خواهد بود.

با افزایش زاویه صفحه سواش پلیت کورس حرکت رفت و برگشت پیستون نیز زیاد خواهد شد، بنابراین حجم جابجایی پمپ نیز افزایش می یابد. در نیم دور اولف پیستون به سمت خارج از سیلندر حرکت کرده و حجم داخل سیلندر افزایش می یابد. در اثر افزایش حجم و خلاء ایجاد شده، سیال به داخل سیلندر کشیده می شود.  در نیم دور دوم ،پیستون به داخل سیلندر حرکت کرده و حجم سیلندر کاهش می یابد بنابراین در اثر این حرکت رفت و برگشتی پیستون در داخل سیلندر عمل مکش و دهش سیال انجام می شود.

پمپ های پیستونی اصولاً به دو دسته ذیل تقسیم می شوند:

  1. پمپ های پیستونی محوری
  2. پمپ های پیستونی شعاعی

حال به تحلیل ساختار، نقش و اصول عملکرد هر نوع از پمپهای پیستونی پرداخته می شود.

3-6-1 پمپ های پیستونی محوری

در ایندسته از پمپها عمل رفت و برگشت پیستونها از طریق زاویه دار قرار دادن محور بلوک سیلندر ( مجموعه طبلک) با محور شفت محرک تامین می شود، در این نوع پمپ، شفت محرک،پیستونها و بلوک سیلندر با هم می چرخند. همانطور که گفته شد محور مرکز بلوک سیلندر با محور مرکزی شفت محرک بصورت زاویه دار می باشد. بلوک سیلندر شامل تعدادی پیستون است که پیستونها بصورت موازی با هم در امتدا محور سیلندر قرار گرفته اند. میله های پیستونها توسط مفاصل ساچمه ای به فلانچ شفت محرک متصل می شوند. با تغییرات فضای بین فلانچ شفت محرک و بلوک سیلندر پیستونها تحت تاثیر نیرو قرار گرفته و با حرکت رفت و برگشتی خود در داخل سیلندر عمل مکش و دهش سیال را انجام مر دهد. بلوک سیلندر و شفت محرک توسط یک اتصال چهار شاخ به هم متصل می شوند. حجم جابجایی پمپ به تغییرات زاویه  بستگی دارد. چناچه محور بلوک سیلندر با محورشفت محرک موازی باشند هیچ جریانی بوجود نمی آید. مقدار زاویه  می تواند از 0تا 30 درجه تغییر کند. در نمونه ای از این پمپها که دارای حجم جابجایی ثابتی هستند مقدار زاویه  می تواند از0تا 30 درجه تغییر کند. در نمونه ای از این پمپها که دارای حجم جابجایی ثابتی هستند مقدارزاویه ، 23 یا 30 درجه می باشد.

اما در پمپهای پیستونی محوی با حجم جابجایی متغیر برای تغییر زاویه بین محور بلوک سیلندر و محور شفت محرک از مکانیسم کنترل خارجی و یا یوغ دستی (yoke) استفاده می شود. بعضی از طرحها دارای سیستم کنترلی می باشند که قابلیت معکوس کردن جهت جریان در پمپها را دارند. در ادامه به محاسبات و تحلیل پمپهای پیستونی محوری پرداخته می شود.

با فرض آنکه:

: زاویه خارج از مرکز

:  کورس پیستون

D: قطر پیستون

Y: تعداد پیستون

A: سطح پیستون باشد، روابط مثلثاتی داریم:

 کل حجم جابجایی پمپ برابر است باتعداد پیستون ها ضربدر حجم جابجایی هر پیستون که از طریق رابطه ذیل تعیین می شود:

با توجه به رابطه فوق دبی پمپ را می توان از طریق معادله ذیل تعیین نمود: ( بر حسب واحد انگلیسی)

Q=

بر حسب واحد متر یک این رابطه برابر است با:

Q=D

3-6-2 پمپ پیستونی محوری با صفحه زاویه دار (سواش پلیتی)

در این نوع پمپ، حرکت رفت و برگشتی پیستون ها توسط یک صفحه زاویه دار تامین می شود که این صفحه یا ثابت است و یا بر حسب تغییرات زاویه متغیر می باشد. هنگامیکه بلوک سیلندر می چرخد، پیستونها حول شفت دوران می کنند، پیستونها از طریق کفشکهایی که به آنها متصل هستند

هنگام دوران بر روی سطح صفحه زاویه دار می غلتند . چناچه صفحه سواش پلیت بصورت عمودی قرار گیرد بعبارتی زاویه صفحه صفر باشد هیچگونه حرکت رفت و برگشتی برای پیستونها اتفاق نمی افتد بنابراین حجم جابجایی پمپ نیز صفر خواهد بود. با افزایش زاویه صفحه سواش پلیت کورس حرکت رفت و برگشتی پیستونها نیز درون سیلندر بیشتر خواهد شد. طی نیم دور اول از گردش شفت، پیستون ها به داخل سیلندر حرکت می کنند و سبب کاهش حجم سیلندر و ارسال سیال تحت فشار به خارج از فشار و در نهایت پمپاژسیال انجام می شود. ظرفیت پمپ را می توان به آسانی با تغییر در زاویه صفحه سواش پلیت کنترل نمود، هر چه زاویه بزرگتر باشد ظرفیت پمپ بیشتر می شود. همچنین زاویه صفحه سواش پلیت را می توان به آسانی و از راه دور با کمک یک سیلندر هیدرولیکی کنترل نمود. شماتیکی از این پمپ در شکل (3-16) نشان داده شده است. درایندسته از پمپها بلوک سیلندر و شفت محرک در امتداد هم قرار دارند و به صورت هم مرکز می باشند. پیستونها از طریق کفشکهایی به صفحه زاویه دار متصل می شوند و زمانیکه بلوک سیلندر دوران می کند پیستونها که از طریق کفشکها بر روی صفحه زاویه دار می غلتند حرکت رفت و برگشتی انجام می دهند و بدین ترتیب عمل مکش و دهش سیال انجام می شود.

مجراهای خروجی و ورودی در صفحه سوپاپ قرار داده می شوند مادامیکه پیستونها بیرون کشیده می شوند از جلوی مجرای ورودی عبور کرده و هنگامیکه با فشار به داخل بر گردانده می شوند، از جلوی مجرای خروجی عبور کنند. همچنین، این نوع پمپها می توانند به گونه ای طراحی شوند که قابلیت حجم جابجایی متغیر را داشته باشند. در چنین طرحی صفحه زاویه دار بر روی یوغی (yoke) متحرک نصب می شود. زاویه صفحه با دوران یوغ حول لولاها تغییر می کند. تغییر موقعیت یوغ می تواند بصورت دستی، کنترل خودکار(سرو) و یا با استفاده از یک کمپر سور انجام شود. بیشترین زاویه صفحه معمولاً به5 /17درجه محدود می شود.

3-6-3 پمپ پیستونی شعاعی

در این نمونه از پمپ های پیستونی، پیستون ها به صورت شعاعی بر روی بلوک سیلندر قرار می گیرند. عملکرد و ساختار یک پمپ پیستونی شعاعی در شکل نشان داده شده است.