Volumul deplasării geometrice

Volumul geometric de deplasare descrie volumul de lichid hidraulic pe care o pompă volumetrică sau un motor hidraulic îl pompează sau îl preia teoretic la fiecare rotație, pe baza dimensiunilor constructive ale camerelor de deplasare. Este o mărime caracteristică determinată pur geometric, exprimată în unitatea cm³/rot. și care caracterizează direct dimensiunea unei mașini hidraulice.

Bazele volumului geometric de deplasare

Volumul geometric de deplasare este unul dintre parametrii centrali de proiectare în hidraulică. Acesta determină cantitatea de lichid pe care o deplasează o pompă la o rotație a arborelui său de antrenare sau cantitatea pe care o absoarbe un motor la o rotație. Deoarece valoarea rezultă exclusiv din dimensiunile constructive ale camerelor de deplasare, aceasta este independentă de condițiile de funcționare, precum presiunea, temperatura sau turația. Producătorii specifică volumul geometric de deplasare în fișele tehnice, deoarece acesta reprezintă o mărime standardizată și măsurabilă, care permite o comparație directă între diferite dimensiuni de construcție.

Volumul geometric de deplasare versus volumul efectiv de cursă

În practică, volumul geometric de deplasare nu este echivalent cu volumul efectiv de cursă. Volumul de cursă descrie volumul măsurat efectiv, care este transportat pe rotație în condiții de funcționare definite. Scurgerile interne, compresibilitatea lichidului și pierderile de umplere fac ca volumul efectiv de transport să difere de valoarea teoretică. Volumul efectiv de transport este, de regulă, ceva mai mic decât volumul geometric de deplasare, deoarece pierderile prin scurgere trebuie compensate printr-un debit mai mare. Legătura dintre cele două mărimi este stabilită prin randamentul volumetric.

Rolul randamentului volumetric

Randamentul volumetric descrie raportul dintre debitul volumetric efectiv și debitul volumetric teoretic posibil, care rezultă din volumul geometric de deplasare și turație. Acesta indică cât din debitul teoretic este furnizat efectiv de mașina hidraulică. Pompele moderne cu pistoane axiale ating randamente volumetrice de peste 95 la sută, în timp ce pompele cu roți dințate se situează, în funcție de tipul de construcție și de presiunea de funcționare, în intervalul 85-95 la sută. Un randament volumetric ridicat înseamnă că pompa funcționează aproape de volumul său geometric de deplasare și că apar doar pierderi interne reduse.

Volumul geometric de deplasare la diferite tipuri de construcție

Fiecare tip de mașină cu deplasare generează volumul său geometric de deplasare într-un mod specific. Diferențele de construcție se reflectă în intervalele tipice de valori și în domeniile de aplicare.

Pompe cu roți dințate

În cazul pompelor cu roți dințate, volumul geometric de deplasare rezultă din geometria roților dințate, în special din lățimea dinților, diametrul dinților și numărul de dinți. La fiecare rotație a roților dințate, lichidul este transportat de la partea de aspirație la partea de refulare. Pompele cu roți dințate sunt pompe cu debit constant, volumul lor geometric de deplasare fiind astfel definit în mod fix și neputând fi modificat în timpul funcționării. Valorile tipice variază de la aproximativ 1 cm³/rot. pentru seriile mici până la 60 cm³/rot. și peste pentru modelele mai mari. Datorită simplității și robusteții lor, pompele cu roți dințate sunt utilizate în numeroase aplicații industriale și mobile.

Pompe cu pistoane axiale

Pompele cu pistoane axiale generează volumul lor geometric de deplasare prin mișcarea axială a mai multor pistoane în alezajele cilindrilor. Numărul de pistoane, diametrul pistonului și cursa determină mărimea volumului de deplasare. În cazul pompelor reglabile cu disc pivotant sau disc înclinat, cursa și, prin urmare, volumul de deplasare geometric pot fi ajustate continuu, ceea ce permite un debit variabil la o turație constantă. Volumele de deplasare tipice se situează între 10 și 500 cm³/rot. Pompele cu pistoane axiale se regăsesc în aplicații care necesită presiuni ridicate și o reglabilitate precisă, cum ar fi mașinile de turnare prin injecție sau presele.

Pompele cu pistoane radiale

Pompele cu pistoane radiale dispun pistoanele în formă de stea în jurul unui arbore excentric. Volumul geometric de deplasare rezultă din numărul de pistoane, diametrul pistonului și cursa excentrică. Pompele cu pistoane radiale se caracterizează prin presiuni de funcționare foarte ridicate, care pot depăși 400 bar. Volumele lor de deplasare variază de la aproximativ 20 până la 1000 cm³/rot. Acestea sunt utilizate în special în instalații staționare de înaltă presiune, cum ar fi mașinile-unelte și bancurile de testare.

Pompele cu palete

Pompele cu palete utilizează palete rotative care se rotesc într-o carcasă excentrică, creând astfel camere alternativ mărite și micșorate. Volumul geometric de deplasare depinde de lățimea rotorului, de distanța excentrică și de numărul de palete. Pompele cu palete funcționează relativ silențios și asigură un debit constant. Volumul lor de deplasare variază între 1 și aproximativ 50 cm³/rot. Acestea sunt potrivite pentru aplicații cu presiuni de funcționare moderate, cum ar fi în lubrifiere sau în circuitele de răcire.

Pompe cu debit constant și pompe cu debit variabil

Volumul geometric de deplasare diferă fundamental între pompele constante și pompele variabile. Pompele constante au un volum de deplasare fix, neschimbător. Debitul volumetric pompat poate fi reglat numai prin turația motorului de acționare. Pompele variabile, pe de altă parte, permit ajustarea volumului de deplasare în timpul funcționării. La pompele variabile cu pistoane axiale, acest lucru se realizează prin modificarea unghiului de pivotare a discului înclinat, iar la pompele variabile cu pistoane radiale, prin reglarea excentricității. Reglarea poate fi controlată hidraulic, electrohidraulic sau electronic. Pompele variabile oferă avantajul de a adapta debitul volumetric în funcție de necesități și, astfel, de a economisi energie, deoarece lichidul nealimentat nu trebuie să fie controlat prin supape de presiune.

Importanța pentru motoarele hidraulice

Pentru motoarele hidraulice, volumul geometric de deplasare este considerat volumul de aspirare. Acesta descrie volumul de lichid pe care motorul îl aspiră la fiecare rotație pentru a efectua o muncă mecanică. Un volum de aspirare mai mare generează un cuplu mai mare la aceeași presiune, în timp ce un volum de aspirare mai mic permite o turație mai mare la același debit. Motoarele reglabile își adaptează volumul de aspirare la starea de sarcină și combină astfel cupluri mari în timpul pornirii cu turații mai mari în zona de sarcină parțială. Această flexibilitate le face indispensabile în aplicații precum troliuri, acționări de troliuri de deplasare și mixere.

Influența asupra proiectării și eficienței sistemului

Volumul geometric de deplasare este un parametru central în proiectarea sistemelor hidraulice. Acesta influențează direct debitul teoretic, care rezultă din produsul dintre volumul de deplasare și turație. În același timp, acesta determină cuplul pe care o mașină hidraulică îl poate furniza sau absorbi la o presiune dată. Prin urmare, proiectanții aleg volumul de deplasare astfel încât puterea necesară să fie atinsă la o turație economică și la o presiune de funcționare admisibilă.

Eficiența energetică și mecanismele de pierdere

Abaterea dintre volumul geometric de deplasare și debitul real este cauzată de diverse mecanisme de pierdere. Scurgerile interne între partea de presiune și cea de aspirație, denumite pierderi prin fisuri, reduc debitul efectiv. Efectele de compresibilitate ale fluidului hidraulic joacă un rol important, în special la presiuni de funcționare ridicate. În plus, umplerea incompletă a camerelor de deplasare la turații ridicate poate duce la pierderi de umplere. Proiectarea atentă a dimensiunilor spațiilor de etanșare, alegerea garniturilor adecvate și respectarea condițiilor de funcționare specificate de producător minimizează aceste pierderi și mențin randamentul volumetric la un nivel ridicat.

Standardizare și denumire

Standardizarea volumului geometric de deplasare se realizează în cadrul diferitelor standarde ISO. ISO 3662 reglementează procedurile de testare pentru pompele hidraulice și definește condițiile-cadru în care volumul de deplasare este măsurat. ISO 4391 stabilește definiții și simboluri grafice pentru pompele și motoarele hidrostatic, inclusiv notația volumului geometric de deplasare. În fișele tehnice și cataloagele producătorilor, volumul geometric de deplasare este de obicei indicat cu simbolul Vg și exprimat în cm³/rot. Această denumire uniformă facilitează compararea mașinilor de la diferiți producători și de diferite tipuri.

Aspecte practice privind alegerea

La alegerea unei pompe hidraulice sau a unui motor hidraulic, decizia privind un anumit volum geometric de deplasare se bazează pe mai mulți factori. Debitul necesar, spațiul de instalare disponibil, turația admisibilă și presiunea maximă de funcționare determină dimensiunea. În practică, proiectanții lucrează adesea cu serii care oferă același format de carcasă cu volume de deplasare diferite. Astfel, în cadrul unei serii, volumul de deplasare poate fi adaptat la aplicația concretă, fără a modifica dimensiunile de racordare sau situația de montare. HK Hydraulik oferă o gamă largă de pompe și motoare cu volume de deplasare diferite, potrivite pentru o varietate de cerințe industriale.

Rezumat

Volumul geometric de deplasare este o mărime fundamentală în hidraulică, care caracterizează dimensiunea și performanța unei mașini cu deplasare. Ca mărime determinată exclusiv de construcție, aceasta constituie baza pentru calcularea debitului volumic, a cuplului și a puterii. Diferența față de volumul efectiv de cursă este descrisă de randamentul volumetric, care cuantifică pierderile interne ale unei mașini hidraulice. Alegerea volumului geometric de deplasare corect este decisivă pentru eficiența energetică și funcționalitatea întregului sistem hidraulic.