الأنواع المختلفة للمضخات الهيدروليكية

الأنواع المختلفة للمضخات الهيدروليكية

الأنواع المختلفة للمضخات الهيدروليكية

Hydraulic pumps

 

أ.د.م/ زية نعمان بيومي

كلية الهندسة جامعة حلون

المضخات الهيدروليكية

Hydraulic pumps

الغرض من المضخات الهيروليكية هو تحويل طاقة الحركة لمحرك الدفع أي الطاقة الميكانيكية إلي طاقة هيدروليكية.

يمكن تقسيم المضخات الهيدروليكية بصفة عامة كما ما يلي:

أولاً مضخات ثابتة الحجم الهندسي

وهي مضخات لا يمكن تغيير حجمها الهندسي، وفيما يلي أهم أنواعها:

مضخات ترسية- مضخات دوارة ريشية- مضخات دوارة مكبسيه

ثانياً: مضخات متغير الحجم الهندسي

وهي مضخات يمكن تغيير حجمها الهندسي للمحافظة علي ثبات التدفق أو ثبات الضغط أو ثبات القدرة أو ثبات جميع المتغيرات وأهم هذه المضخات الأنواع التالية:

مضخات دوارة بريشية منزلقة- مضخات دوارة مكبسيه

لدراسة الأنواع المختلفة للمضخات الهيدروليكية يجب استعراض بعض المصطلحات الفنية المستخدمة في المضخات وهي علي النحو التالي:

حدود الضغط

وتعطي أقصي ضغط آمن يمكن أن تعمل عنده المضخة ويقاس بوحدة البار أو بوحدةPSI.

الحجم الهندسي

ويعطي حجم الزيت الذي تضخه المضخة في اللفة الواحدة ويعطي بوحدة لتر/ لفة أو بوحدة سم3/لفة وذلك عند ضغط التشغيل للمضخة.

السعة

وتعطي حجم الزيت التي تضخه المضخة في الدقيقة ويساوي الحجم الهندسي مضروبا في عدد لفات الدورات في الدقيقة، وتعطي بوحدة لتر/ دقيقة أو جالون/ دقيقة.

حدود السرعة

وهي تمثل أقل وأكبر سرعة آمنة يمكن أن تعمل عندها المضخة بدون تلف، وتعطي بوحدة لفة/ دقيقة

الكفاءة الحجمية

وهي النسبة بين الزيت الخارج من المضخة في اللفة الواحدة عند ضغط التشغيل للمضخة إلي حجم الزيت الخارج من المضخة في اللفة الواحدة عند ضغط صفر بار

الضغط الأقصى

وهو أقصي ضغط يمكن أن تتحمله المضخة.

ضغط التشغيل

وهي الضغط الذي تعمل عنده المضخة بحيث لا يتعدي هذا الضغط الضغط الأقصى لأي عنصر من عناصر الدائرة الهيدروليكية المستخدمة

المضخات الترسية

تتكون المضخة الترسية من الأجزاء الرئيسية الآتية:

1- الترس والعمود المدير (القائد).

2- الترس والعمود المدار (المقتاد).

3- جسم المضخة.

4- غرفة السحب.

5- غرفة الضخ أو الضغط.

– تكون التروس في خالة تعشيق دائم ويكاد الخلوص بينها وبين جسم المضخة في غرفتي التروس معدوم لتقليل الفقد نتيجة التسرب كما هو موضح في شكل رقم 1.

وتقوم التروس بنقل كمية معينة من السائل في كل دورة لها ولذلك تكون كمية السائل المزاحة في كل دورة كمية ثابتة وتسمى هذه الكمية بحجم الإزاحة.

يتراوح الحجم الهندسي للمضخات الريشية ثابتة الحجم الهندسي بين 3.2:100 c3rev أما ضغط التشغيل فيصل إلي 250 ويتراوح سرعتها بين 1000:5000rpmوتتراوح كفاءتها ما بين 40:90%.

المضخات المكبسية المحورية

تعتبر المضخات المكبسية الحورية من أكثر المضخات المكتسية انتشاراً في الصناعة وجاءت تسمية هذه المضخات بمكبسيه لانها تحتوي علي مكابس تتحرك في مستوي موازي لمحور عمود الإدارة، وتتواج هذه المضخات بصورتين: إما ثابتة الإزاحة أو متغيرة الإباحة.

يوحد نوعان مختلفة من المضخات المكبسية المحورية وهما

مضخات مكبسية ذات العمود المنحني- مضخات مكبسية ذات القرض المترنح.

أولاً المضخات المكبسية ثابتة الإزاحة

1- مضخات مكبسية ذات العموم المنحني

في شكل رقم 2 مجسماً لمضخة مكبسية محورية بمحور منحني، حيث يوصل محور دورات عمود الإدارة بمحور دورات جسم الأسطوانة بواصلة عامة بحيث تكون الزاوية بينهما في العادة 25 درجة.

فعند دوران العموم إدارة المضخة تدور معه اسطوانة الكباس عن طريق أذرع التوصيل والكباسات، ونتيجة لانحناء عمود الإدارة ينتج حركة ترددية للمكابس داخل الفراغان الموجود بجسم اسطوانة المكابس، حيث يعمل كل مكبس شوطين لكل لفة أي شوط سحب، وشوط ضغط. ويوج بجسم الأسطوانة قرص يحتوي علي فتحتي دخول وخروج السائل الهيدروليكي للمضخات وهاتان الفتحتان علي شكل كليتين، علما بان زاوية ميل المحور المنحني ثابتة بواسطة جسم المضخة المائل، الذي يوضع به كلا من عمود الإدارة والأسطوانة.

يتراوح الحجم الهندسي للمضخات المكبسية المحورية ثابتة الحجم الهندسي بين 10:2000 C3/rev وأقصي ضغط يصل إلي 210 bar.

2- مضخات مكبسية ذات القرص المترنح

في شكل 2 يتضح أن محو الأسطوانة هو نفس محور عمود الإدارة، ويستخدم قرص مائل بزاوية 15 مع محور عمود الإدارة، وهذا القرص مثبت في جسم المضخة، فعند دورات محور الإدارة للمضخة تدور الأسطوانة وبداخلها المكابس، وحيث إن أذرع توصيل المكابس مرتكزة علي القرص المائل فلذلك تتحرك المكابس حركة ترددية داخل الأسطوانة، ويتم التحكم في دخول وخروج السائل الهيدروليكي من المضخة بواسطة فتحتان علي شكل كليتين تماما كما هو الحال في المضخات ذات العمود المنحني.

أجزاء المضخة المكبسية ذات القرص المترنح كما هو في شكل رقم 2.

1- أسطوانة المكابس تدور مع عمود الإدارة.

2- المكابس

3- ركائز المكابس علي القرص المترنح.

4- القرص المترنح ثابت.

5- محور الدوران للمضخة.

يتراوح الحجم الهندسي للمضخات المكبسية المحورية ثابتة الحجم الهندسي ذات القرص المترنح بين 10:2000 C3/rev وأقصي ضغط يصل إلي 700 Bar.

ثانياً: المضخة المكبسية المحورية متغيرة الإزاحة.

بالنسبة للمضخات المكبسية المحورية ذات المحور المنحني، فيتم التحكم في تدفق هذه المضخات بتغيير زاوية ميل أسطوانة المكابس مع محور عمود الدوران بزاوية تتراوح بين (+25: -25) درجة، وذلك بواسطة أجهزة تحكم مختلفة معدة لذلك مع العلم بأن جسم المضخة في هذه الحالة يكون مصمماً ليسمح بحرية حركة أسطوانة المكابس لتغيير زاوية الليل.

أبا بالنسبة للمضخات المكبسية المحورية ذات القرص المترنح فيتم التحرك في تدفق هذه المضخات بتغيير زاوية ميل القرص المترنح مع محورة الدوران في الحدود من (+15: -15) درجة، وذلك بواسطة أجهزة تحكم معدة لهذا الغرض، علما بأن جسم المضخة يكون مصمماً بحيث  يسمح بحرية حركة القرص المائل. في هذا النوع من المضخات يكون عمود الإدارة وكتلة الاسطوانة علي محور واحد. والحركة الترددية للمكابس تحدث بواسطة القرص المتأرجح الذي تتحرك المكابس عليه عند دوران كتلة الاسطوانة وزاوية القرص المتأرجح تسبب حركة ترددية للمكابس ويوجد قرص للصمامات في نهاية المضخات يسمح جزء منه بدخول السائل والجزء الأخر لخروجه وزاوية القرص المتأرجح تحدد طول شوط المكبس وبذلك نحل علي إزاحة متغيرة.

المضخات المكبسية النص قطرية

يوجد طراز للمضخات المكبسية النصف قطرية ثابتة الإزاحة موضحة في شكل رقم 4

المكونات الأساسية للمضخات كالآتي:

1- عضو دوار أسطواني.

2- أسطوانة المكابس.

3- مكابس نصف قطرية.

4- جسم المضخة المتعدد الكامات.

أولاً الطراز الأول:

فيه أسطوانة المكابس تكون ثابتة بينما تتحرك المكابس حركة ترددية داخل غرفها المشكلة في اتجاه نصف قطر أسطوانة المكابس بواسطة العضو الدوار الأسطواني المثبت في عمود إدارة المضخة، حيث يدور دورانا لا مركزياً داخل جسم اسطوانة المكابس، فتندفع المكابس، داخل غرفها الواحدة تلو الأخرى لتتحرك حركة ترددية ، ينتج عنها سحب الزيت من الخزان وتدفعه إلي الدائرة الهيدروليكية.

 

ثانيا: الطراز الثاني:

فيه تدور اسطوانة المكابس مع عمود إدارة المضخة داخل جسم المضخة المتعددة الكامات دورانا لا مركزيا، وينتج عن ذلك حركة ترددية للمكابس داخل فراغاتها، فتسحب المضخة الزيت من الخزان، وتدفعه إلي الدائرة الهيدروليكية يتراوح الحجم الهندسي بين 1:20 C3/rev  أما ضغط التشغيل فيصل إلي 700 Bar وتصل سرعتها إلي 4000rpm وتستخدم هذه المضخات عادة في هيدروليكا السيارات والسفن.

أما بالنسبة للمضخات المكبسية النصف قطرية متغيرة الإزاحة فهي تتكون من اسطوانة ثابتة تمثل حسم المضخة وبداخلها اسطوانة بها فتحتا قطرية تحتوي كل منها إلي مكبس وهذه الاسطوانة الداخلية يمكن تحريكها لتزيد أو تقلل إزاحة المكبس لتقليل أو زيادة المسافة بين المحورين وبذلك تزيد أو تقلل كمية السائل المزاحة وفي نهاية المكابس يوجد قرص الصمام وهو مقسم إلي جزئية لسحب السائل والآخر لدفعه

تستخدم المضخات الريشية في التطبيقات التي تحتاج لمستوي ضوضاء مخفض، ولكن ما يحد استخدامها سرعة تلفها عند وجود أي رواسب في السائل الهيدروليكي حيث تعمل هذه الرواسب علي تلف الأحكام مما يقلل من عمر المضخة بدرجة كبيرة، وتنقسم المضخات الريشية إلي نوعين وهما:

1- مضخات ريشية ثابتة الإزاحة.

2- مضخات ريشية متغيرة الإزاحة

أولاً: المضخات الريشية ثابتة الإزاحة:

تتكون هذه المضخات كما هو موضح في شكل 5 من عضو دوار به مجاري طويلة ، ويثبت بكل مجرة ريشه منفردة أو مزدوجة مدفوعة للخارج بياي5، ويدور العضو الدوار داخل أسطوانة من الصل6 دورانا لا مركزيا، وتثبت هذه الأسطوانة داخل جسم المضخة3، ويثبت العضو الدوار في عمود الإدارة للمضخة.

يتراوح الحجم الهندسي للمضخات الريشية ثابتة الحجم  الهندسي بين 10:100 C3/bar أما الضغط فيتراوح بين 70:100bar وتتراوح سرعتها بين 200:250 rpm وتصل كفاءتها الحجمية إلي 90%.

ثانيا: المضخات الريشية متغيرة الإزاحة

يوجد طرازان مختلفات لهذه المضخات هما

الطراز الأول: تكون فيه الاسطوانة حرة الحركة داخل جسم المضخة، ويدفعها زنبرك تعويض لا مركزياً.

الطراز الثاني: تكون فيه الاسطوانة حرة الحركة وتثبت بين مكبسين واقعين تحت تأثير ضغط التشغيل للمضخة، ونسبة مساحتها: 1:2 ويتميز هذا بإمكانية إضافة منظمات مختلفة إليه، للحصول علي ضغط ثابت، أو تدفع ثابت أو قدرة ثابتة وهكذا (أنظر جدول رقم 1).

مضخات ذات الفص

اشتق هذا الاسم من التموج الدائري لسطح العضو الدوار والمشابه في الشكل فصوصو البقوليات والذي يسمح بتلامس مستمر بين سطحي العضوين الدائرية أثناء التشغيل هذا النوع من المضخات مناسب للضغوط القليلة و (شكل رق) يوضح نوعان مختلفان من الفصوص حيث يوجد نوع ذو فصين وآخر ذو ثلاث فصوص إلا أنه يوجد نوع آخر ذو فص واحد فقط غير مبنية بالشكل.

ويعتمد فكرة العمل هذه المضخة علي دوران كل فص بواسطة عمود خاص ولا يدور منقادا للعمود الأخر ولذلك يزود العمودان بترسين معشقين خارج غرفة الضخ أو الدفع لربط حركة العمودان يبعضهما. ويقم كل فص بإزاحة الزيت المحصور بين تجويفه وغلاف المضخة من جهة السحب إلي جهة الطرد أما تلامس الفصين عند المنتصف  فيقوم بدور مانع ترسيب من جهة الطرد ثانية إلي جهة السحب.

شكل الفص أو المروحة ونعومتها يجعلان الخلوص بين المروحتين في حدود أجزء من البوصة علي طول محيطيهما في اللفة الكاملة والتي يتحكم فيها التروس متعددة الأسنان والمتلاحمة حيث يوجد ثلاثة أو أربعة أسنان في تلاحم التشغيل في كل الأوقات وبناء علي ذلك الضغط علي الأسنان ضعيف لذلك تتواجد طبقة فعالة من الزيد تعطي دوران هادئ وتصنع هذه التروس من كتل من الصلب المتلاصق الحبيبات.

سرعة المضخة تحدد تصرفه ولأهمية الحفاظ علي الخلوص يراعي ذلك في وضع التروس ويوضع خابور خاص في أحد الترسين لتحديد وضعي المروحتين بالنسبة لبعضهما الخلوص المحوري بين المروحتين والغلاف صغير جدا فقط كافي لتمدد المروحتين بسبب حرارة الزيت.