Virgil-Barbu UNGUREANU Radu RULESCU Ovidiu-Mihai CRCIUN MAII I APARATE FLUIDICE 2011 6 Pagina editurii 7 Prefa Principiileconstructivealemainilorhidraulicestauastzilabazaanumeroase aplicaiincelemaivariatedomeniialeactivitiiingineretiidecercetare,iar cunoaterea lor este absolut necesar pentru formarea complet a unui inginer.Lucrarea de fa i propune s prezinte noiunile teoretice i practice de baz ale mainilor hidraulice. La elaborarea materialului s-a urmrit att evidenierea principiilor fundamentale carestaulabaza,ctiprezentareamoduluideaplicareaacestorprincipiila rezolvarea problemelor concrete pe care viitorii ingineri le pot ntlni n activitatea lor. Cursulconineaplicaiinumericelasfritulfiecruicapitol.Laproblemelecarepot preamaidificiles-auprevzutrspunsurimaidetaliate,cuprinzndrezultatele parialealemrimilorcareconducladeterminareamrimilorfinalecerutede problem. Coninutullucrriiesteraportatlacerineledepregtireprofesionalila cunotineledematematic,fizic,mecanicafluidelorihidraulicainstalaiilor dobndite anterior de studeni. Braov, mai 2011 Autorii 8 CUPRIS PREFA................................................................................................................................................... 7 1.OIUI ITRODUCTIVE.......................................................................................................... 12 1.1.DEFINIII ........................................................................................................................................ 12 1.2.CLASIFICRI ................................................................................................................................... 13 1.3.PARAMETRII ENERGETICI PRINCIPALI .............................................................................................. 14 2.MAII VOLUMICE...................................................................................................................... 20 2.1.PRINCIPII DE FUNCIONARE I TIPURI CONSTRUCTIVE ..................................................................... 20 2.2.MAINI HIDRAULICE VOLUMICE...................................................................................................... 21 2.2.1.Elevatoare hidraulice........................................................................................................... 21 2.2.1.1.Elevatorul cu cupe............................................................................................................................ 21 2.2.1.2.Elevatorul cu band.......................................................................................................................... 21 2.2.1.3.Elevatorul cu talere........................................................................................................................... 26 2.2.2.Pompe cu piston................................................................................................................... 26 2.2.2.1.Clasificare......................................................................................................................................... 26 2.2.2.2.Variante constructive de pompe cu piston........................................................................................ 27 2.2.2.2.1.Pompa cu piston cu simplu efect .............................................................................................. 27 2.2.2.2.2.Pompa cu piston cu dublu efect, cu antrenare direct .............................................................. 28 2.2.2.2.3.Pompa cu aciune diferenial .................................................................................................. 28 2.2.2.2.4.Pompa cu piston disc de trecere ............................................................................................ 29 2.2.2.2.5.Pompa cu piston plonjor .......................................................................................................... 29 2.2.2.2.6.Pompa cu piston i excentricitate reglabil .............................................................................. 30 2.2.2.2.7.Pompa cu piston i cam.......................................................................................................... 30 2.2.2.2.8.Pompa cu piston i membran.................................................................................................. 31 2.2.2.3.Caracteristicile principale ale pompelor cu piston............................................................................ 32 2.2.2.4.Randamente...................................................................................................................................... 33 2.2.2.5.Recomandri privind utilizarea i funcionarea pompelor volumice alternative............................... 34 2.2.2.6.Exemple de calcul............................................................................................................................. 35 2.2.2.6.1.Calculul global al unei pompe cu piston .................................................................................. 35 2.2.2.6.2.ncercarea unei pompe cu piston.............................................................................................. 35 2.2.3.Motoare hidrostatice liniare ................................................................................................ 36 2.2.3.1.Construcie i funcionare................................................................................................................. 36 2.2.3.2.Calculul hidraulic pentru alegerea motoarelor hidrostatice liniare................................................... 37 2.2.3.3.Exemplu de calcul ............................................................................................................................ 39 2.2.4.Pompe cu angrenaje ............................................................................................................ 39 2.2.4.1.Prezentare general........................................................................................................................... 39 2.2.4.2.Pompa cu roi dinate........................................................................................................................ 40 2.2.4.3.Pompa cu angrenaj planetar.............................................................................................................. 42 2.2.4.4.Pompe i suflante cu angrenaje cicloide........................................................................................... 43 2.2.4.5.Exemplu de calcul: Debitul, puterea i momentul rezistent al unei pompe cu roi dinate ............... 45 2.2.5.Pompe cu uruburi ............................................................................................................... 45 2.2.6.Pompe i motoare cu pistoane radiale................................................................................. 47 2.2.7.Pompe i motoare cu pistoane axiale................................................................................... 48 2.2.8.Pompe i motoare cu palete culisante.................................................................................. 50 2.2.9.Pompa cu inel de lichid........................................................................................................ 50 2.2.10.Pompa peristaltic ............................................................................................................... 52 2.2.11.Aplicaii numerice................................................................................................................ 54 2.2.11.1.Debitul i puterea de antrenare a unei pompe cu pistoane axiale ................................................... 54 2.2.11.2.Debitul i puterea de antrenare a unei pompe cu palete culisante................................................... 54 2.2.11.3.Debitul i puterea unui motor cu palete culisante........................................................................... 55 2.3.MAINI PNEUMATICE ...................................................................................................................... 55 2.3.1.Compresorul cu piston......................................................................................................... 56 2.3.1.1.Construcie i funcionare................................................................................................................. 56 2.3.1.2.Compresorul ideal ............................................................................................................................ 57 2.3.1.3.Compresorul tehnic .......................................................................................................................... 59 2.3.1.4.Compresorul n trepte....................................................................................................................... 61 2.3.2.Compresorul cu lamele ........................................................................................................ 64 2.3.3.Compresorul cu urub.......................................................................................................... 64 2.3.3.1.Concluzii .......................................................................................................................................... 65 2.3.4.Aplicaii numerice................................................................................................................ 66 2.3.4.1.Calculul termodinamic al unui compresor........................................................................................ 66 9 2.3.4.2.Calculul presiunii maxime teoretice folosind modelul compresorului tehnic................................... 68 3.POMPE HIDRODIAMICE.......................................................................................................... 69 3.1.DEFINIII ........................................................................................................................................ 69 3.2.CLASIFICAREA POMPELOR HIDRODINAMICE.................................................................................... 69 3.2.1.Direcia de curgere a apei n rotor ...................................................................................... 69 3.2.1.1.Pompe centrifuge.............................................................................................................................. 69 3.2.1.1.1.Pompa centrifug cu rotor radial radial ................................................................................. 70 3.2.1.1.2.Pompa centrifug cu rotor semiaxial radial ........................................................................... 70 3.2.1.2.Pompe diagonale .............................................................................................................................. 71 3.2.1.3.Pompe axiale .................................................................................................................................... 72 3.2.2.umrul organelor de lucru legate n serie......................................................................... 72 3.2.2.1.Pompe monoetajate .......................................................................................................................... 72 3.2.2.2.Pompe multietajate........................................................................................................................... 72 3.2.3.umrul de fluxuri ............................................................................................................... 73 3.2.3.1.Pompe cu simplu flux....................................................................................................................... 73 3.2.3.2.Pompe cu dublu flux ........................................................................................................................ 73 3.2.4.Tipul statorului..................................................................................................................... 74 3.2.5.Tipul rotorului...................................................................................................................... 74 3.3.PUTERI, PIERDERI ENERGETICE I RANDAMENTE............................................................................. 75 3.3.1.Pierderi mecanice i randament mecanic ............................................................................ 76 3.3.2.Pierderi volumice i randament volumic ............................................................................. 77 3.3.3.Pierderi hidraulice i randament hidraulic ......................................................................... 78 3.3.4.Puterea consumat i randamentul global .......................................................................... 78 3.4.MRIMI CARACTERISTICE POMPELOR HIDRODINAMICE I INSTALAIILOR DE POMPARE .................. 79 3.5.ECUAIILE DE BAZ ALE POMPELOR CENTRIFUGALE....................................................................... 82 3.5.1.Ecuaia de baz pentru un rotor ideal ................................................................................. 82 3.5.1.1.Prezentarea general a problemei ..................................................................................................... 82 3.5.1.2.Micarea absolut............................................................................................................................. 83 3.5.1.3.Micarea relativ .............................................................................................................................. 84 3.5.1.4.Sarcina teoretic ............................................................................................................................... 85 3.5.2.Ecuaia de baz pentru un rotor real ................................................................................... 87 3.5.2.1.Influena grosimii finite a paletelor .................................................................................................. 87 3.5.2.2.Influenanumrului finit de palete .................................................................................................. 90 3.6.CURBELE CARACTERISTICE ALE POMPELOR CENTRIFUGALE............................................................ 93 3.6.1.Dependena sarcinii teoretice funcie de debit pentru un numr infinit de palete............... 93 3.6.2.Introducerea pierderilor de sarcin prin frecare i oc....................................................... 95 3.6.3.Tipuri de caracteristici......................................................................................................... 99 3.6.3.1.Influena unghiului paletelor la ieirea fluidului din rotor asupra caracteristicii sarcin funcie de debit99 3.6.3.2.Caracteristica de putere .................................................................................................................. 103 3.6.3.3.Caracteristica de randament............................................................................................................ 104 3.6.3.4.Diverse forme de caracteristici ....................................................................................................... 105 3.6.4.Gradul de reaciune al pompelor centrifugale................................................................... 108 3.6.4.1.Gradul de reaciune la pompa ideal .............................................................................................. 108 3.6.4.2.Gradul de reaciune la pompele centrifugale reale.......................................................................... 111 3.7.SIMILITUDINEA POMPELOR CENTRIFUGALE ................................................................................... 112 3.7.1.Modificarea debitului, sarcinii i puterii n funcie de turaie ........................................... 112 3.7.1.1.Asemnarea geometric.................................................................................................................. 112 3.7.1.2.Asemnarea cinematic .................................................................................................................. 113 3.7.1.3.Proporionalitatea debitelor la dou pompe hidrodinamice asemntoare...................................... 114 3.7.1.4.Proporionalitatea sarcinilor la dou pompe hidrodinamice asemntoare..................................... 116 3.7.1.5.Proporionalitatea presiunilor de refulare a dou maini hidraulice asemntoare......................... 118 3.7.1.6.Proporionalitatea puterilor consumate la dou maini hidraulice asemntoare ........................... 119 3.7.1.7.Trasarea caracteristicilor H(Q) ale unei pompe la diferite turaii ................................................... 120 3.7.1.8.Trasarea caracteristicilor Pa(Q) ale unei pompe la diferite turaii ................................................... 121 3.7.1.9.Diagrama universal a pompelor .................................................................................................... 122 3.7.1.10.Modificarea turaiei, puterii i momentului de torsiune n cazul schimbrii sarcinii la o pomp dat124 3.7.2.Turaia specific i turaia caracteristic a mainilor hidrodinamice............................... 126 3.7.2.1.Definire........................................................................................................................................... 126 3.7.2.2.Clasificarea pompelor hidrodinamice din punct de vedere al rapiditii ........................................ 128 3.8.POMPE DIAGONALE....................................................................................................................... 132 10 3.8.1.Paleta i rotorul pompei diagonale.................................................................................... 132 3.8.2.Tipuri de pompe diagonale ................................................................................................ 133 3.8.2.1.Pompa diagonal cu rotor simplu................................................................................................... 133 3.8.2.2.Pompa diagonal cu rotor fr scut avnd carcas spiral cu perete intermediar ........................... 134 3.8.2.3.Pompa diagonal cu roat de conducere axial .............................................................................. 135 3.9.POMPE AXIALE.............................................................................................................................. 135 3.9.1.Reele de palete .................................................................................................................. 135 3.9.1.1.Definii ........................................................................................................................................... 135 3.9.1.2.Calculul forei portante................................................................................................................... 138 3.9.2.Pompa axial ..................................................................................................................... 144 3.9.3.Rotorul axial ...................................................................................................................... 145 3.9.3.1.Rotorul axial de rapiditate medie.................................................................................................... 145 3.9.3.2.Rotorul axial de rapiditate mare ..................................................................................................... 147 3.9.4.Tipuri de pompe axiale ...................................................................................................... 149 3.9.4.1.Pompa axial cu arbore orizontal ................................................................................................... 149 3.9.4.2.Pompa axial cu dispozitive de conducere la intrare i ieire......................................................... 150 3.10.CAVITAIA LA TURBOPOMPE.................................................................................................... 151 3.10.1.Sarcina geometric la aspiraie......................................................................................... 151 3.10.2.Evitarea cavitaiei .............................................................................................................. 158 3.10.2.1.Msuri constructive ...................................................................................................................... 158 3.10.2.2.Msuri de proiectare a instalaiei.................................................................................................. 159 3.10.2.3.Msuri de exploatare .................................................................................................................... 163 3.10.3.Aplicaii.............................................................................................................................. 164 3.10.3.1.Calculul de proiectare a nlimii geometrice la aspiraie............................................................. 164 3.10.3.2.Calculul de verificare a nlimii geometrice la aspiraie.............................................................. 164 3.11.FUNCIONAREA N COMUN A SISTEMULUI POMP-REEA......................................................... 164 3.11.1.Curbele caracteristice de exploatare ale pompelor hidrodinamice................................... 164 3.11.2.Punct de funcionare .......................................................................................................... 166 3.11.3.Reglarea punctului de funcionare..................................................................................... 167 3.11.3.1.Modificarea caracteristicii exterioare ........................................................................................... 167 3.11.3.1.1.Armtur de reglaj pe conducta de refulare.......................................................................... 167 3.11.3.1.2.Reglarea prin derivarea curentului (conduct de ntoarcere by-pass)................................ 169 3.11.3.1.3.Reglarea prin compensarea debitului ................................................................................... 172 3.11.3.2.Modificarea caracteristicii interioare............................................................................................ 173 3.11.3.2.1.Modificarea diametrului ....................................................................................................... 173 3.11.3.2.2.Modificarea paletajului ........................................................................................................ 173 3.11.3.2.3.Reglarea turaiei ................................................................................................................... 174 3.11.3.3.Cuplarea pompelor centrifugale ................................................................................................... 174 3.11.3.3.1.Cuplarea pompelor n serie .................................................................................................. 174 3.11.3.3.2.Cuplarea pompelor n paralel ............................................................................................... 179 3.11.4.Aplicaii.............................................................................................................................. 183 3.11.4.1.Punct de funcionare al unei pompe cu o reea............................................................................. 183 3.11.4.2.Cuplarea pompelor n serie........................................................................................................... 183 3.11.4.3.Cuplarea pompelor n paralel ....................................................................................................... 183 3.11.4.4.O pomp funcionnd pe o reea format din dou conducte legate n paralel ............................. 183 3.12.NTREINEREA I EXPLOATAREA POMPELOR ............................................................................ 183 3.12.1.Pregtirea pentru pornire.................................................................................................. 183 3.12.2.Punerea n funciune a pompelor....................................................................................... 184 3.12.3.Pornirea pompelor hidrodinamice..................................................................................... 187 3.12.4.ntreinerea pompelor n timpul exploatrii....................................................................... 188 3.12.5.Oprirea pompei .................................................................................................................. 188 3.13.ALEGEREA POMPELOR HIDRODINAMICE................................................................................... 189 4.POMPE CU FLUID MOTOR....................................................................................................... 191 4.1.GENERALITI.............................................................................................................................. 191 4.2.POMPE GAZ-LIFT........................................................................................................................... 191 4.3.EJECTOARE................................................................................................................................... 193 5.VETILATOARE.......................................................................................................................... 194 5.1.GENERALITI.............................................................................................................................. 194 5.2.CLASIFICARE, UTILIZRI ............................................................................................................... 195 5.3.VENTILATOARE CENTRIFUGALE.................................................................................................... 195 5.4.VENTILATOARE AXIALE................................................................................................................ 202 11 5.4.1.Construcie......................................................................................................................... 202 5.4.2.Alegerea ventilatoarelor .................................................................................................... 203 5.5.APLICAII ..................................................................................................................................... 207 5.5.1.Msurarea presiunilor la un sistem ventilator - reea ....................................................... 207 5.5.2.Funcionarea n paralel a dou ventilatoare centrifuge.................................................... 208 5.5.3.Funcionarea n serie a dou ventilatoare centrifuge........................................................ 208 6.TURBIE HIDRAULICE............................................................................................................. 210 6.1.CLASIFICAREA TURBINELOR HIDRAULICE ..................................................................................... 210 6.1.1.Clasificarea turbinelor hidraulice din punct de vedere al rapiditii ................................ 210 6.2.TURBINA CU ACIUNE I CUPE SIMPLE (ROATA DE AP)................................................................ 211 6.3.TURBINA PELTON......................................................................................................................... 211 6.4.TURBINA BANKI ........................................................................................................................... 211 6.5.TURBINA FRANCIS........................................................................................................................ 211 6.6.TURBINA KAPLAN ........................................................................................................................ 211 6.7.TURBINA BULB ............................................................................................................................. 211 6.8.CARACTERISTICI DE EXPLOATARE ALE TURBINELOR HIDRAULICE................................................. 211 6.9.ALEGEREA TIPULUI TURBINEI PENTRU O APLICAIE DAT............................................................. 211 6.10.APLICAII................................................................................................................................. 211 7.AEX. MRIMI I UITI DE MSUR.......................................................................... 212 7.1.NOIUNI GENERALE...................................................................................................................... 212 7.2.SISTEMUL INTERNAIONAL DE UNITI DE MSUR..................................................................... 212 7.3.UNITI DE MSUR CARE NU FAC PARTE DIN SI ......................................................................... 214 7.4.TRANSFORMAREA RELAIILOR LA SCHIMBAREA UNITILOR DE MSUR.................................... 216 8.BIBLIOGRAFIE............................................................................................................................ 217 12 1. OIUI ITRODUCTIVE 1.1.Definiii Mainilehidraulicesaupneumaticesuntsistemetehnicealctuitedinorganei mecanisme cu micri relative determinate care transform: energiahidraulicaunuilichidsaupneumaticaunuigaznenergiemecanic (maini de for - motoare) figura 1.1; energiamecanicnenergiehidraulicaunuilichidsaupneumaticaunuigaz (maini de lucru - generatoare) figura 1.2 i energiamecanicnenergiemecanicavndaltecaracteristiciprinintermediul energieihidraulicesauenergiahidraulicnenergiehidraulicprinintermediul energiei mecanice (transformatoare) figura 1.3. Prin aceste maini curg diferite medii fluide: lichide, gaze, amestecuri gaz-lichid sau amestecuri de lichide cu particule solide. a. b. Fig. 1.3. Transformatoare hidraulice: a energie hidraulic intermediar; b- energie mecanic intermediar Fig. 1.1. Maina de for: RS rezervor superior; RI rezervor inferior; T turbin Fig. 1.2. Maina de lucru: RS rezervor superior; RI rezervor inferior; P pomp 13 1.2.Clasificri nfunciedemodulncarelichidulsedeplaseazninteriorulmainilor hidraulice, se deosebesc: mainivolumice,lacaresedeplaseaznmodperiodicvolumedeterminatede lichid ntre seciunea de intrare i seciunea de ieire i mainihidrodinamicesaugazodinamice(numite uneori turbomaini), la care exist un curent continuu de fluid ntre seciunea de intrare i cea ieire, transferul de energie realizndu-seprininteraciuneahidrodinamicdintrecurentuldefluidiunrotor prevzut cu palete profilate. Mainilevolumicedelucrurealizeazcupreponderenocretereaenergiei potenialeafluidului,iarmainilevolumicedeforfolosescnprincipalenergia potenialafluiduluipentruaficonvertitnenergiemecanic.Debiteledefluide vehiculate prin aceste maini sunt modeste. Mainilehidrodinamicesaugazodinamicedelucrufuncioneazpeprincipiul momentuluidereaciuneal palelorrotoruluiasuprafluidului,transferulenergieictre fluidfcndu-senumainrotor,iarnaparatuldirectorsaucarcasaderefularese transformoparteaenergieicineticenenergiedepresiune.Energiatransferat fluiduluiestenprincipalpotenialdepresiuneicinetic.Deoareceetanareantre seciuneadeintrareiceadeieireserealizeazprinfluidulnmicarepresiunile realizate sunt mai mici dect n cazul mainilor volumice, ns vehiculeaz debite mai mari de fluide i turaiile sunt mai mari. Mainilehidrodinamicesaugazodinamicedefortransformenergiatotala unuicurentdefluidnenergiemecanic.ngeneralenergiatotalestedisponibiln cazulmotoarelorgazodinamicesubformdeenergieinternafluidului(deexemplu entalpia aburului sau gazelor de ardere), iar n cazul celor hidrodinamice sub form de energie potenial de presiune (determinat de o diferen de nivel) sau energie cinetic (a unui curs de ap). Conformdefiniiei,mainilehidraulicesepotmprintreiclaselacarese adaugmainilereversibile.ncontinuaresevorenumeratipurilereprezentativeale fiecrei clase. Motoarele hidraulice i gazodinamice pot fi: omotoarehidrostatice(cupiston,cupaleterotative,cuangrenaje,cupistoane rotative); oroi de ap; oturbomotoare (turbine hidraulice energetice, turbomotoare din turbotransmisii); oturbine gazodinamice (turbine cu abur i cu gaze). Generatoarele hidraulice i pneumatice pot fi: opompevolumice(cupiston,cupaleterotative,cuangrenaje,cupistoane rotative); oelevatoarehidraulice(depoziieaunuilichidelevatoarehidraulice(cucupe, cu band); 14 ogeneratoarehidrodinamice(pompecentrifuge,diagonalesauaxiale, compresoare gazodinamice, suflante, ventilatoare); ogeneratoare pneumatice (compresoare suflante i ventilatoare). Transformatoarele hidraulice pot fi: otransformatoarehidrostatice(servomotoarehidraulice,sertarereleu, transformatoare hidrostatice de presiune, prese i ciocane hidraulice); otransformatoarehidraulicepentrupompare(hidropulsorul,berbeculhidraulic [13]); otransmisii hidraulice (ambreiaje hidraulice, convertizoare hidraulice de cuplu). 1.3.Parametrii energetici principali Suntprezentaincontinuareparametriienergeticiprincipaliaimainilor hidraulice sub form tabelar comparativ pentru generatoarele hidraulice (mainile de lucru) i motoarele hidraulice (mainile de for). Generatoare hidraulice 1. Debitul, (GQ ) reprezint cantitatea defluidcetrece prinseciuneadeieiren unitatea de timp. Motoare hidraulice 1.Debitul(MQ )reprezint cantitateadefluidcetreceprinseciunea de intrare n unitatea de timp. DebitulvolumicsenoteazcuQ,iarunitateademsurnSIestem3/s.Semai folosescnmoduzual:dm3/s(l/s),m3/h.Semaiutilizeazdebitulmasic Qm. Unitatea de msur n SI este kg/s, dar se mai folosete kg/h i t/h. Lamainilevolumicedebitulestepulsatoriu.Sedefinete cilindreea,q,cafiind volumuldeplasatcorespunztoruneisingurerotaiiaarboreluimainii.Debitul volumic teoretic, tQ , se determin prin nmulirea cilindreei cu turaia. Deasemenea,lamainilehidrodinamicedebitulteoreticse poatedetermina prin calcule de proiectare. 2.Sarcina(nlimeadepompare) este energia specific total pe unitatea de greutate primit de fluid la trecerea sa prin main,deciestediferenantreenergia specifictotalpeunitateadegreutatea fluidului de la ieirea i intrarea n main: ]. m [i e Ge e H =(1.1) 2.Sarcina(cderealaturbin) este energia specific total pe unitatea de greutate cedat de fluid la trecerea sa prin maini deci este diferena ntre energia specifictotalafluiduluipeunitateade greutatedelaintrareaiieireadin main: ] m [e i Me e H = . (1.2) Reamintimcenergiaspecifictotalpeunitateadegreutateesteformatdin energia potenial de poziie, potenial de presiune i cinetic: 15 ] m [22gvgpz e ++ = .(1.3) n SI unitatea de msur este metrul (metru coloan de fluid). nmultedintremainilevolumiceaparpresiuniconsiderabile.Ponderea termenuluiceconinepresiuneanecuaia(1.3)estehotrtoareiatuncincelemai multe cazuri sarcina poate fi calculat cu relaiile:

( ) || m,gp pHi eV G= (1.4)

( )] m [,gp pHe iV M= (1.5) 3.Putereautilreprezintputerea transferatfluiduluiiestedeciputere hidraulic: ] kW [ ]; W [, G G G uH gQ P = .(1.6) 3.Putereautilesteputerea dezvoltatdemain.Esteputere mecanicisecalculeazcurelaiile cunoscute: v F P M PM u M u = =, ,sau, . (1.7, 1.8) dupcumputereautilsetransmite printr-omicarederotaiesaude translaie.Simbolurilereprezint:- vitezaunghiularderotaie[1 s ],M - momentul util [N.m],F- fora util iv- viteza n micarea de translaie. 4.Putereaabsorbitreprezint putereaaplicatmainiipentruarealiza pomparea lichidului. Este putere mecanic i se calculeaz cu relaiile: v F P M PG a G a = =, ,sau, ,(1.9, 1.10) dupcumputereadeantrenarese transmite printr-o micare de rotaie sau de translaie.Simbolurilereprezint:- vitezaunghiularderotaie[1 s ],M - momentul de antrenare [N.m],F- fora de antrenareiv -vitezanmicareade translaie [m/s]. 4.Putereaabsorbit(disponibil) esteputereahidraulicireprezint puterea cedat de lichid la trecerea sa prin main: ] W [, M M M aH gQ P = . (1.11) Puterea se msoar n wai (W) sau kilowai (kW). Calul putere (CP) se utilizeaz mai puin. 5.Randamentulcaracterizeaz5.Randamentulcaracterizeaz 16 eficienatransformriienergeticeieste datderaportuldintreputereautili puterea absorbit:

G aG uGPP,,= . (1.12) eficienatransformriienergeticeieste datderaportuldintreputereautili puterea disponibil: M PPaM u,,= .(1.13) El are totdeauna o valoare subunitar. Uneori poate fi prezentat n procente. 6.Putereapierdut(puterea disipat)estediferenantreputerea absorbit i puterea util: G u G a G pP P P, , , = .(1.14) 6.Putereapierdut(puterea disipat)estediferenantreputerea absorbit i puterea util: M u M a M pP P P, , , = .(1.15) Pierderileenergeticeseconcretizeaznpierderimecanice,pierderivolumicei pierderi hidraulice, avnd ponderi diferite n diversele tipuri de maini hidraulice. 7.Coeficientuldepierderise definete ca fiind: G aG pGPP,,= .(1.16) 7.Coeficientuldepierderise definete ca fiind:

M aM pMPP,,= .(1.17) Sunt lesne de observat relaiile: 1 = + G G (1.18) 1 = + M M (1.19) 8.Turaia( n )reprezintunparametruimportantcareinflueneazvalorile debitului i eficienei transformrii energetice. n SI se msoar n 1s (rot/s), dar uzual se folosete rot/min. nfigura1.4suntprezentateschemeleblocaletransferuluideenergientr-un generator hidraulic i un motor hidraulic. 17 a. b. Fig. 1.4. Schema bloc a antrenrii unei maini hidraulice: a - generator hidraulic; b- motor hidraulic nacesteschemetransmisiaestemecanic,deciputereadisipatntransmisie estedetipmecanic.Seremarctreitipurideputeridisipateninteriorulmainii hidraulice: pierderi mecanice, volumice i hidraulice. Pierderilevolumicealemainilorhidrauliceconstaunpierderidirectectre mediulambiantipierderiprinrecirculareninteriorulmainiiambeledatorateunor neentaneiti. Pierderile hidraulice sunt cele binecunoscute: locale i liniare (distribuite). Pierderilemecaniceseproducprinfrecrintrepieseapropiateiaflaten micare relativ. Trebuie menionat faptul c frecrile mecanice sunt n esen tot nite pierderihidraulicedeoarecespaiuldintreeleesteumplutcuunfluid(ulei,vaselin, fluidul de lucru al mainii). innd seama de acestea, se pot defini trei tipuri de randamente. 9.Randamentulvolumicse definetecafiindraportuldintredebitul real obinut prin msurtori la un generator i debitul teoretic rezultat din calcule: G tGG vQQ,,= .(1.20) 9.Randamentulvolumicse definetecafiindraportuldintredebitul teoreticrezultat din calcule i debitul real obinutprinmsurtorilaunmotor hidraulic: MM tM vQQ,,= . (1.21) Seobservcdebitulteoreticeste maimaredectcelreal,diferenafiind constituit de pierderile volumice, G pQ,:

G G t G pQ Q Q =, ,.(1.22) Seobservcdebitulrealestemai maredectcelteoretic,diferenafiind constituit de pierderile volumice, M pQ,:

M t M M pQ Q Q, , = . (1.23) Astfel, se mai poate scrie:Astfel, se mai poate scrie: 18

G tG pG vQQ,,,1 = . (1.24) MM pM vQQ,,1 = . (1.25) 10.Randamentulhidraulicse definete prin raportul ntre sarcina real a fluiduluiisarcinateoreticrezultatdin calcule: G tGG hHH,,= .(1.26) 10.Randamentulhidraulicse defineteprinraportulntresarcina teoreticrezultatdincalculeisarcina real a fluidului:

MM tM hHH,,= .(1.27) Seobservcsarcinateoreticeste maimaredectceareal,diferenafiind constituit de pierderile hidraulice, G pH,:

G G t G pH H H =, ,.(1.28) Seobservcsarcinarealestemai maredectceateoretic,diferenafiind constituit de pierderile hidraulice, M pH,:

M t M M pH H H, , = . (1.29) Astfel, se mai poate scrie: G tG pG hHH,,,1 = .(1.30) Astfel, se mai poate scrie:

MM pM hHH,,1 = . (1.31) 11.Randamentulmecaniceste raportuldintreputereaprimitdefluidde laarborelegeneratorului(puterea hidraulicteoretic)iputereamecanic primitdegeneratordelamainade antrenare (puterea absorbit):

G aG t G tG aG t hG mPH gQPP,, ,,, ,,= = .(1.32) 11.Randamentulmecaniceste raportuldintreputereautilamotorului hidrauliciputereacedatdefluidctre arborelemotorului(putereahidraulic teoretic):

M t M tM uM t hM uM mH gQPPP, ,,, ,,,= = .(1.33) Avndnvedererelaiiledemaisus,sepotdescriesuccesiuniletransformrilor energetice din mainile hidraulice prin produsul randamentelor pariale. G aG GG aG uGPH gQPP, ,,= = ; (1.34)

G aG t hG tGG tGGPPHHQQgg,, ,, , = ;(1.36) M MM uM aM uMH gQPPP= = ,,,; (1.35)

M t hM uMM tMM tMPPHHQQgg, ,, , , = ; (1.37) 19

G m G h G v G , , , = ;(1.38) M m M h M v M , , , = .(1.39) 12.Graduldereaciereprezint pondereaenergieipotenialedinenergia total schimbat: HgpzgpzRi eG|||

\|+ |||

\|+= .(1.40) 12.Graduldereaciereprezint pondereaenergieipotenialedinenergia total schimbat:

HgpzgpzRe iM|||

\|+ |||

\|+= . (1.41) Graduldereacieestecuprinsntre0i1.Dacgraduldereacieesteegalcu zero, se spune c maina este cu aciune, ntreaga energie transferat fiind realizat pe seama energiei cinetice. Dac gradul de reacie este egal cu 1, se spune c maina este cu reaciune. Dac gradul de reacie este cuprins n intervalul 0...1, se spune c maina este cu reaciune parial. 20 2. MAII VOLUMICE 2.1.Principii de funcionare i tipuri constructive Mainilehidropneumaticevolumicesuntcaracterizateprintr-unproces discontinuu de aspiraie-refulare, volum cu volum. Mainile hidraulice de acest tip sunt pompeleicilindriihidraulici.Deoarecenceamaimarepartesuntdestinate sistemelordeacionarehidraulic,fluiduldelucruesteuleiulhidraulic.Totuiexist multiple variante care funcioneaz i cu cele mai ntlnite fluide din instalaii precum apasauaerul.Mainilepneumaticesuntcompresoareleutilizatepentrucomprimarea unui gaz: aerul sau vaporii agenilor frigorifici. Laacestemaini,transferulenergeticmainfluiddelucru(lageneratoare)sau fluiddelucru-main(motoare)sefaceasupraenergieipoteniale(depoziiesaude presiune). Cu ajutorul pompelor volumice se pot realiza presiuni mari de 500 bar, sau chiar maimari,imposibildeobinutcupompelehidrodinamice.nplus,acestease caracterizeazprincompactitateirobustee,iarconstruciilemoderneajungla fiabiliti ridicate. Undezavantajalacestormainifadecelecufluxcontinuuestefurnizarea fluiduluinmoddiscontinuu,maiaccentuatncazullichidelor.Existnsmsuri constructive care conduc la amortizarea pulsaiilor. Pompelevolumicecupistonrealizeazcelemairidicatepresiunidatoritunei buneetanrintrepistonicilindrusaupistonplonjornpresetup.Aparforede inerie mari, ceea ce conduce la viteze de antrenare mai mici. Din acest motiv debitele sunt mici. Pompele volumice rotative realizeaz creteri mai mici ale presiunii datorit unei etanri mai slabe ntre organele n micare relativ. Se folosesc la turaii mai ridicate, ceea ce implic debite mai mari. ncazulpompeiclasice,principiuldefuncionareconstndeplasareaunui pistonntr-uncorpdepomp.Variaiadevolumcreatnacestfelasigursuccesiv aspiraiairefularealichidului.nconstruciaclasic,pompelecupistonsentlnesc din ce n ce mai puin i sunt de obicei cu acionare manual pentru diverse operaiuni de pregtire a instalaiilor, probe de presiune etc. nconstruciileuzualepentruacionrihidrostaticesefolosescunelevariante constructivecerediminueazsubstanialpulsaiile:pompecupistoaneaxiale,cu pistoane radiale, cu angrenaje, cu uruburi, cu palete glisante .a. n cazul n care se cer condiiispecialedeetaneitateseutilizeazpompelecumembran,iarpentruafi folosite ca dozatoare se folosete pompa peristaltic. Compresoarelevolumicesuntntlnitecelmaidesnvariantelecupiston,cu uruburi sau cu palete rotative. Ungerea fiind realizat cu ulei, acesta poate fi antrenat 21 subformaunorpicturiminuscule(cea)ngazulrefulat,ceeacepoateconstitui adeseaundezavantaj.Deasemenea,ncazulcomprimriiaerului,sepoateatinge punctul de rou. Pentrupresiunimairidicateseutilizeazcomprimareantrepteircire intermediarnscopulcreteriieficieneienergeticeacomprimriiievitriiunor temperaturiprearidicatecarepotconducelapierdereaproprietilordeungereale uleiului. 2.2.Maini hidraulice volumice 2.2.1.Elevatoare hidraulice Suntmainihidraulicevolumicecarerealizeaznumaicretereaenergiei poteniale de poziie a unui lichid. 2.2.1.1.Elevatorul cu cupe Esteprezentatnfigura2.1.Peoroat antrenatdeunmotorseaflfixate mai multe cupe. npoziiadejos,cupeleseumpluculichid,iarn parteasuperioarsegolescntr-unjgheab.Motorul deantrenarepoatefichiaroroatdeaprealizat prinfixareaunorpaletepeperiferiaroiipecarese aflicupele.Pentruarealizaantrenareaeste necesarcalanivelulinferiorapasaibenergie cinetic.Aceastaserealizeazcuajutoruluiun jgheabcunclinaremareprincarecurgeapa.Deci apadinjgheabulinferiorantreneazroatai constituietotodatisursa pentrualimentarea elevatorului.2.2.1.2.Elevatorul cu band Principiulconstructivalelevatorului prinaderen[Benche,Benche]esteredatn figura2.2,ncares-aunotat:1-tamburulde antrenareavnddiametrulD;2band transportoarealichiduluiprinaderenala ambelefeeavndlimeaB ; 3 - carcas; 4 - gura de scurgere; 5 buzunare; 6 arborele de antrenare; 7 tambur de ntindere; 8 carcas inferioar; 9 greutate de ntindere. Debitulvolumicalpompeiestedatde Fig. 2.1. Elevatorul cu cupe Fig. 2.2. Elevatorul cu band 22 relaia: ((

=sm, 23,gu B Qb tr,(2.1) n care b tr,este randamentul de transport al benzii (randament volumic innd seama de pierderea de lichid prin scuturare, smulgere i nedezlipirea total a filmului de lichid laintensitatefinitacentrifugrii);-coeficientultensiuniisuperficialeafluidului (ap);g- acceleraia gravitaional;u- viteza benzii: ((

=sm60Dnu ,(2.2) n cares] rot [ neste turaia tamburului de antrenare. Pentruconstruciileanalizatelacaresecunoatedebitulrealarezultat % 83 ... 80, = b tr. Puterea hidraulic util este dat de relaia: ] W [ 2,HggBu P P gQH Pb tr a h m a u = = = = ,(2.3) unde aPeste puterea de antrenare, - randamentul total al pompei, calculat ca produs dintrerandamentulmecanic(m )irandamentulhidraulic(h ),iarH -sarcina (energia specific): m] [22guz H + = .(2.4) Estederemarcatfaptulctermenulaldoileadinrelaiademaisusestemicn comparaie cu primul. 23 Fig. 2.3. Puterea de antrenare n funcie de viteza benzii,u Fig. 2.4. Puterea de antrenare n funcie de adncimea,z Figura2.3.prezintinfluenavitezeibenziiu ,turaiein,debituluiQ,cai nlimiideridicarez asupraputeriideantrenare aP ,puteriihidraulice hP iasupra randamentuluiglobalpentruvaloriuzualealelimiibenziimm 50 = B , diametrului tamburului de antrenaremm 300 = D , randamentul de transport al benzii, 8 , 0, = b tr i randamentul mecanic83 , 0 = m. Figura2.4prezintinfluenanlimiideridicarez iadebituluiQasupra puteriideantrenare aP iarandamentuluialelevatoruluipentruaceleaivalori m b trD B , , ,,. Pentruoeventualconversieeolian-hidraulicestenecesarestimarea comportamentului elevatorului n condiii de antrenare variabile.Se definete o formul criterial de construcie, puterea de antrenare specific: nB L We Fr Pb trs17 , 432321, =,(2.5) ca fiind puterea de antrenare a unei pompe de acelai tip (model) care, pentru o turaie unitarrealizeazosarcinunitar,adicareundebitdegreutateunitarcuacelai randament ca n funcionare la parametrii nominali. 24 Relaia criterial utilizeaz criteriile ponderitii, Froude: L gu=2Fr (2.6) i tensiunii superficiale Weber: =B u2We2,(2.7) careintroducnformuladeconstrucieifactoriideexploatare( u saun,H prin intermediul luiLiu , lungimea benziiLfiind funcie dez ). Seanalizeazncontinuarefactoriideterminani:nprimulrndvariaiaputerii deantrenarespecifice, s ,se poatedatoravariaiei proprietilorfizicealelichidului antrenat, , ,dupolegeradicalptratic;naldoilearndvariaia s sepoate datora variaiei dimensiunilorD B,iL , direct proporional; n al treilea rnd, variaia seste legat de variaia complex a randamentelor i anume direct proporional cu b tr,i invers proporional cu) , , ( H n Q . Seprezinttreitipuridediagramesinteticedeinterespractic(proiectare, exploatare)porninddelaap,67 , 8 = imeninndconstantediametrul, mm 300 = D irandamentulvolumicdetransportalbenzii8 , 0, = b tr,pentru s m 7 ... 0 = u ,adicmin rot 450 ... 0 = n ,pentrucareh m 6 ... 03= Q ,variabila 48 , 23 , 10 = zim 98 . Analizndfigura2.5seconstatc s cretecuQ n u , , iB,pentrudiferite valoriindependenteconst. = Bi scade cu creterea adncimii,z . Valorile luizcele maimicideterminscdereaceamaipronunatarandamentuluiicreterea s cea mai accentuat. Analiznd figura 2.6 se constat c sscade cu cretereazi cu micorareaB iQmaipronunatndomeniulvalorilorQmari,maipuinsensibilndomeniul valorilorQ iB mici. 25 Fig. 2.5. Puterea specific n funcie de viteza benzii,u Fig. 2.6. Puterea specific n funcie de adncimea,z Randamentul crete cuzi micorarea Qmaiaccentuatndomeniulvalorilorzmici iQmari,maipuinsensibilndomeniul valorilorzmari iQ mici. Dinanalizafigurii2.7seconstatc s

creteliniarcuB,valorilemarifiind determinatedevalorileu mariiz mici. RandamentulesteinsensibillavariaialuiB , scade cu creterea( ) n ui cu micorareaz . Seimpundouconcluzii.Pompelecu puteri de antrenare specifice s : mici,auB Q n u , , , miciiz mari, prezentndvalorilecelemairidicateale randamentului; mari,auB Q n u , , , mariiz mici, prezentndvalorilecelemaimiciale randamentului. Casoluiiconstructivereprezint,pentruaceeaituraiedeantrenarepompecu tub: adnc, de seciune mic, band ngust, rol cu diametru mic; puin adnc, cu seciune mare, band lat, rol cu diametru mare. Fig. 2.7. Puterea specific n funcie de limea benzii,B 26 2.2.1.3.Elevatorul cu talere Figura2.3.prezintelevatorulcutalere. Talerelesuntfixatepeunlanantrenatdeoroat. ncursaderidicare,talereleculiseazntr-untub vertical,fadecaresuntetanatelaperiferie. Pentrucursadecoborretalerelesuntnumai ghidate. Problema principal o constituie forele de frecare relativ mari. Se observ asemnarea acestui tipdeelevatorcupompacupiston.Deosebirea esenial este inexistena supapelor, ceea ce face ca aceastmainhidraulicsnupoatsrealizeze creterea energiei poteniale de presiune a lichidului. Debitul elevatorului cu talere este dat de relaia: v T LA v Q = ,(2.8) n care Lveste viteza lanului, TA- aria talerelor i v- randamentul volumic. Puterea de antrenare se calculeaz cu relaia: =H Q gPa,(2.9) undeHeste nlimea de ridicare, iar - randamentul global format din randamentele volumic i mecanic: m v = .(2.10) 2.2.2.Pompe cu piston2.2.2.1.Clasificare Pompele cu piston se clasific din mai multe puncte de vedere[ndrumar]. Dup modul de acionare pot fi: opompecuacionareindirectncarepistonulestepusnmicareprin intermediul unui mecanism biel-manivel de la un motor electric ce antreneaz pompa prin transmisie reductoare a turaiei (roi dinate sau curea); opompe cu acionare direct dac se folosete un motor cu piston (cu abur sau cu aer comprimat); opompe cu acionare manual. Dup tipul organului care dezlocuiete lichidul se ntlnesc: ocu piston disc folosite pentru debite mai mari i presiuni mici i mijlocii; ocu piston plonjor (plunger) pentru debite mici i presiuni mari; Fig. 2.8. Elevatorul cu talere 27 ocu membran sau cu diafragm pentru pomparea lichidelor cu particule solide; ocu burduf pentru lichide volatile. Dup numrul feelor active ale unui piston: ocu simplu efect; ocu dublu efect; opompe difereniale. Dup numrul cilindrilor pompele pot fi: ocu un cilindru (simplex); ocu doi cilindri (duplex); ocu trei (triplex) sau mai muli cilindri. Dup natura lichidului pompat: opompe pentru lichide obinuite (de exemplu ap rece i curat); opompe pentru lichide fierbini; opompe pentru acizi; opompepentrulichidencrcatecuparticulesolide (pompedebeton,saupentru foraj). Dup rapiditatea organului de lucru: opompe lente curot/min 80 ... 40 = n ; opompe cu rapiditate medie:rot/min 150 ... 80 = n ; opompe rapide:rot/min 350 ... 150 = n . 2.2.2.2.Variante constructive de pompe cu piston 2.2.2.2.1.Pompa cu piston cu simplu efect Principial,pompacupiston(fig.2.9)estecompusdintr-uncilindrunchisdeo chiulasncaresemicliberdousupape.ncilindrualunecunpiston,eventual etanatcusegmenisaugarnituriantrenatprinintermediulunuimecanismbiel-manivel. Biela poate fi articulat direct printr-un bol n piston, sau pistonul poate s aib o tij de care este articulat biela printr-un cap de cruce ghidat de o glisier. Fig. 2.9. Pompa cu piston cu simplu efect: 1 cilindru; 2 piston disc; 3 supap de refulare; 4 supap de aspiraie; 5 tija pistonului; 6 biela; 7 manivela; 8 - conducta de aspiraie; 9 conducta de refulare 28 Fig. 2.10. Pompa cu piston cu dublu efect, cu antrenare direct Fiind o main volumic, prin construcie se realizeaz incinte elementare nchise ntre organul de lucru (piston) i alte organe (cilindru, chiulas cu supape) cu ajutorul crorasunttrecutevolumeelementaredelichiddinzonadeintrarecupresiunea sczut n zona de ieire cu presiune ridicat. Prin deplasarea pistonului din punctul mort interior spre punctul mort exterior, se creeazodepresiunenspaiuldintrepistonichiulas,carefacecasupapade aspiraiessedeschid.Astfel,serealizeazocurgerealichiduluidinconductade aspiraiesprespaiulinterioralpompei.Dupumplereaacestuispaiu,pistonulse deplaseaz din punctul mort exterior spre punctul mort interior determinnd o cretere apresiuniinacestspaiucupuinpestepresiuneadinconductaderefulare,ceeace conduce la deschiderea supapei de refulare. Lichidul curge spre conducta de refulare. 2.2.2.2.2.Pompa cu piston cu dublu efect, cu antrenare direct Oastfeldepomp(fig.2.10)secaracterizeazprinfaptulcambelefeeale pistonuluisuntactivefiindncontactcufluidul.Ladeplasareaspredreaptaa pistonului,ncompartimentulavnd volumulVseproduceodepresiuneastfel nctsedeschidesupapadeaspiraieSA1 iarelocaspiraialichiduluinacest compartiment.Concomitent,n compartimentuldevolumVareloc comprimarea lichidului, supapa de refulare SR2estedeschis,lichiduldelucrufiind refulatspreconductaderefulare.La micareapistonuluisprestnga,se deschidesupapaderefulareSR1datorit creteriipresiuniincompartimentulcu volumulV,lichiduldelucrufiindrefulat. nacelaitimp,ncompartimentuldin dreaptalundnatereodepresiune,sedeschidesupapadeaspiraieSA2,fiind aspirat lichiduldelucruprinconductadeaspiraie.Astfelsemicoreazmultpulsaiilede debit n comparaie cu pompa cu simplu efect. Deremarcatcdatoritvolumuluitijeipistonului,volumuldelichidrefulatdin compartimentuldindreaptaestecevamaimicdectvolumulrefulatdin compartimentul din stnga, diferena fiind chiar volumul tijei pistonului. 2.2.2.2.3.Pompa cu aciune diferenial Elementele componente ale pompei difereniale sunt prezentate n figura 2.11. LadeplasareapistonuluiPspredreaptaianatereodepresiunencameraV1, supapadeaspiraieSAsedeschideiesteaspiratlichid.Concomitent,volumul camereiV2semicoreaz,determinnddeschidereasupapeiderefulareSR2i 29 Fig. 2.11. Pompa cu aciune diferenial Fig. 2.7. Pompa cu piston disc de trecere Fig. 2.12. Pompa cu piston disc de trecere refularealichiduluiprinconductaderefulareCR.LadeplasareapistonuluiPspre stngaianatereosuprapresiunencameraV1,supapadeadmisiesenchide, deschizndu-se supapa de refulare SR1, lichidul fiind refulat spre camera V2. Volumuldelichidrefulatprinpoarta supapeiSR1depetevaloarea s D Dt ) (2 2,astfelnctdiferenan volumdelichiddeschideprinsuprapresiune supapaderefulareSR2,fiindrefulatprin conducta de refulare CR. Pompadiferenialpoateficonsiderat opompcudubluefectlarefulareicu simpluefectlaaspiraie.Datoritdublei refulri debitul furnizat este mai uniform. 2.2.2.2.4.Pompa cu piston disc de trecere Figura 2.12 prezint o schem a pompei cu piston disc de trecere.Pistonul disc P are dou sau mai multe supapederefulareSRdispusepeuna dintrefee(pefaasuperioarnfigura 2.12).Ladeplasareansusapistonului, datoritdepresiuniicareseformeaz,se deschidesupapadeaspiraieSAi lichidulptrundencamerainferioara cilindrului.Cndpistonulcoboar, datoritsuprapresiuniiformatesenchide supapa de aspiraie i se deschid supapele de refulare. Astfel lichidul trece n camera superioaracilindrului.Lacursa urmtoarederidicareapistonului, lichiduldedeasupraluiestepompatprin conducta de refulare CR. Totodat are loc aspirarea unei noi cantiti de lichid n camera inferioar a cilindrului. 2.2.2.2.5.Pompa cu piston plonjor Pentrurealizareaunorpresiuni mari i foarte mari necesare de exemplu n cazul preselor hidraulice, se folosete pompacupistonplonjor,(fig.2.13). Lungimeaacestuipistonestecumult maimarencomparaiecudiametrul. Etanareapistonuluiplonjorncilindru Fig. 2.13. Pompa cu piston plonjor 30 Fig. 2.15. Pompa cu piston i cam: 1 blocul pompei; 2 piston plonjor;3 arbore de antrenare; 4 cam; 5 supap de refulare; 6 supap de aspiraie Fig. 2.14. Pompa cu piston plonjor i excentricitate reglabil: 1 piston plonjor; 2 patin; 3 biel; 4 supape de refulare; 5 supape de aspiraie; 6 - volant serealizeazcugarniturideetanaredinazbestgrafitat,uzuraacestuiafiindastfel redus. n rest, funcionarea este similar cu cea a pompei cu piston cu simplu efect. 2.2.2.2.6.Pompa cu piston i excentricitate reglabil Aceastpompesteovariantapompeicupistonplonjorclasic,fiind prezentat n figura 2.14. Este destinat obinerii unor presiuni ultranalte (1000...3000 bar). Pompaesteacionatdeun reductordejoasturaieieste prevzutcuctedousupape nseriatederefulareiaspiraie, necesarepentruasigurareaunei etanribunenvedereaobinerii unor presiuni foarte mari.. Patina2poatefideplasatn ghidajulvolantului6,reglndu-se uorexcentricitateae(manivel reglabil).Sepoatemodificaastfel cursapistonuluiplonjor,obindu-se debite diferite la turaii constante ale motorului de antrenare. 2.2.2.2.7.Pompa cu piston i cam Totpentrurealizareaunor presiuni nalte de ordinula500...1000barsefolosetepompacu piston i cam (fig. 2.15). Cama4legatrigiddearborele3imprim pistonuluiplonjor2omicarealternativ realizndsuccesivfazadeaspiraieifazade refulare.Legturapermanentdintrecami piston este asigurat de arcul spiral 7. La o rotaie completacamei,pistonulplonjorrealizeazo cursdubl,avndlocoaspiraieiorefulare. Lungimeacurseiarevaloareae 2 (efiind excentricitateaaxeicameideprofilcircularn raportcuaxageometricaarboreluide antrenare). Att supapa de admisie ct i cea de refulare este prevzut cu arcuri spirale care 31 asigurobunstabilitateieliminjocurile,scpriledelichidfiindastfelredusela minim. Ca urmare, randamentul volumic al acestui tip de pomp este ridicat. 2.2.2.2.8.Pompa cu piston i membran Acesttipdepompeseutilizeazpentrupomparealichideloragresive(substane chimice), ap curat sau alte lichide n industria alimentar i de asemenea este folosit ca pomp pentru mortar. Dupnaturalichiduluidelucru,membranametalicpoateficonfecionatdin alamsauoelinoxidabil.Astfel,lichiduldelucrunuintrncontactcuorganele pompei. Figura 2.16. prezint schema unei pompe cu membran. Corpul2alpompeiesteformatdindoudiscuriconcaveopuse, care prind ntre ele membrana metalic 1, care mparte corpul pompei n dou camere. Camerasuperioaresteprevzutcuosupapdeaspiraie4iosupapde refulare,5.Pistonul6,acionatprinmecanismulclasicbiel-manivelimprim lichidului auxiliar 3, o micare alternativ, provocnd deplasarea elastic a membranei n sus i n jos, efectundu-se astfel succesiv aspiraia i refularea lichidului de lucru. nparteastngarezervoruluiculichidauxiliar10estemontatopompde Fig. 2.16. Pompa cu piston i membran: 1 membran; 2 corpul pompei; 3 lichid auxiliar; 4 supap de aspiraie; 5 supap de refulare; 6 piston; 7 pomp de compensaie;8 supap limitatoare de presiune; 9 supap de reinere; 10 rezervor pentru lichidul auxiliar; 11 supapa de aspiraie a pompei de compensaie 32 compensaie7,carefacenlocuirealichiduluiauxiliar(uleimineralnmajoritatea cazurilor)scpatdincamerainferioaracorpuluipompei2.Pierderiledelichidapar datoritjoculuidintrepistonul6i cilindrul pompei. La pomparea lichidelor fierbini, pompadecompensaietrebuiesasigureundebitsuplimentardelichidauxiliar, necesarpentrurcireamembraneimetalice.Supapadeaspiraie11isupapade reinere 9 asigur funcionarea pompei de compensaie. Pentrulimitareapresiuniiderefulare,pompaesteprevzutcuosupap limitatoaredepresiune8,carepermitentoarcerealichiduluiauxiliardincamera inferioaracorpuluipompei2nrezervorulculichidauxiliar10,ncazulncare presiuneaacestuiadepeteoanumitvaloare.Prinreglareaacesteisupapepoatefi reglat debitul i presiunea lichidului de lucru. 2.2.2.3.Caracteristicile principale ale pompelor cu piston Pompele cu piston au urmtoarele caracteristici de baz: debitul este pulsator i limitat uzual la 1L/s; sarcina mare, independent de debit i de turaie; randament relativ bun pentru orice tip de lichid; reglarea bun prin scurtcircuitarea parial a pompei; posibilitatea de a pompa lichide foarte vscoase, calde sau agresive dac se folosesc materiale adecvate; se autoamorseaz la pornire; estenecesarregularizareadebituluiprinfolosireaunuihidroforlaaspiraieia unuia la refulare; este obligatorie folosirea unei supape de siguran (valv maximal) pe circuitul de refulare, aa cum se observ n figura 2.17; turaiaestelimitatdeinerialichiduluidecisuntnecesaredimensiunimaimari pentruaobinedebiteacceptabile;consecinaesteexistenaunormasemetalicemai mari cu micare alternativ, ceea ce implic i costuri mai mari; Debitul mediu teoretic al pompei cu piston se poate calcula cu relaia general: ||

\|=60niAs Qt,(2.11) undei estenumruldefeeactivealepompei,s -cursapistonului;min] rot [ n - turaia arborelui cotit;] m [2A- aria feei pistonului cilindric: ] m [422DA= (2.12) i este un coeficient funcie de numrul de fee active ale pistonului: 33 = efect, dublu cu piston pentru21efect simplu cu piston pentru 122DDt(2.13) n care tDeste diametrul tijei pistonului. 2.2.2.4.Randamente Disipaiiledeenergienpompelecupistonsuntcelegeneralecunoscute: volumice, hidraulice i mecanice. Randamentul volumic este: v vtvQQ' ' ' = = ,(2.14) ncare v' ineseamadepierderiledelichidprinneetaneitilesupapelor, presetupelorisegmenilor,precum i de ntrzierea micrii supapei de aspiraie fa deceaapistonului,iar v" ineseamadeumplereaincompletculichidacilindreei prin ptrunderea aerului n corpul pompei sau apariia fenomenului de cavitaie. Pierderile mecanice se produc datorit: frecrilor n lagrele arborelui cotit; frecarea capului bielei de maneton; frecarea ochiului bielei de bolul pistonului sau capului de cruce; frecarea patinei de glisiera capului de cruce (dac exist); frecarea segmenilor sau garniturii pistonului de cilindru; frecarea tijei pistonului disc sau a pistonului plonjor n garnitura de etanare. a b Fig. 2.18. Curbele caracteristice ale unei pompe cu piston funcionnd la turaii diferite: a debitul teoretic n funcie de turaie; b sarcina n funcie de debit la turaii diferite 34 Fig. 2.19. Amplasarea hidrofoarelor la o pomp cu piston Randamentul mecanic al pompei este: 96 , 0 ... 85 , 0,== = at tat hmPH gQPP.(2.15) Pierderilehidraulicesedatorescvscozitiilichiduluipompatiseproducla curgerealichiduluiprinporilesupapelorincorpulpompei.Randamentulhidraulic este dat de relaia general cunoscut: thHH= .(2.16) Valorile recomandate sunt: 99 , 0 ... 95 , 0 = h pentru pompe cu o bun ghidare interioar a lichidului; 95 , 0 ... 85 , 0 = h pentru pompe cu canale nguste i vitez mare de curgere pe lng supape. Debitulteoreticestedirectproporionalcuturaia,conformcaracteristicii prezentate n figura 2.18.a, dependent numai de turaie. Figura 2.18.b prezint curbele caracteristicesarcinnfunciededebitulvolumicpentruaceeaipompacionatla turaiidiferite.Scdereadebituluireallasarcini(presiuni)mariestedatoratscderii randamentului volumic. Sunt evideniate punctele de funcionare obinute la intersecia caracteristicilorpompeicucaracteristicaconductei.Trebuieremarcatfaptulcpentru pomp, caracteristica este limitat superior de presiunea reglat la supapa de siguran. 2.2.2.5.Recomandri privind utilizarea i funcionarea pompelor volumice alternative Pompelevolumiceserecomandn generallavehiculareaunordebitereduse,cu nlimidepomparemariifoartemari. Folosirea lor este larg rspndit la pomparea lichidelorvscoase,laacionrilehidraulice alemainilorunelte,lasistemeledeungere etc. Lapompelevolumicealternative debitulpulsatornupoatefintotdeauna acceptatdeoarecenconducteseproduc oscilaii ale presiunii lichidului cu consecine nefavorabile:vibraiiiinstabilitaten sistemulhidraulic.Atenuareapulsaiilorde debit se realizeaz prin mrirea numrului de pistoanesauprinintroducereaunor 35 hidrofoare(cameredecompensarecuperndeaer)attpeconductadeaspiraiect maialespeconductaderefulare.Datoritelasticitiipernelordegaz,hidrofoarele preiau variaiile de debit prin oscilaia nivelului, asigurnd un debit aproape constant n sistem. Figura 2.19 prezint schema amplasrii hidrofoarelor la o pomp cu piston. 2.2.2.6.Exemple de calcul 2.2.2.6.1.Calculul global al unei pompe cu piston Opompduplexpentruaprece(3m kg 1000 = )arediametrulpistonului mm 20 = D ,cursamm 80 = s ,presiuneaderefularebar 100 =rp ,turaiaarborelui cotitmin rot 200 = n , randamentul volumic95 , 0 = v i randamentul mecanohidraulic 85 , 0 = mh.Ssecalculezedebitulmediuteoretic,debitulmediurealiputerea mecanic pentru antrenare la arbore. Debitul mediu teoretic este: ] s m [ 676 , 1 16020008 , 0402 , 026032= |||

\| = ||

\|=niAs Qt,(2.17) deoarecenumruldefeeactivealepompeieste2 = i -pompduplexdecicudoi cilindri i dou pistoane. Debitul mediu real: | | s m 10 592 , 13 4 = =v tQ Q .(2.18) Randamentul mecanohidraulic este: att at tt at hh m mhPH gQHHPH gQHHPP= = = = ,.(2.19) De aici se deduce puterea necesar pentru antrenare: ] kW [ 971 , 1 ] W [ 197185 , 010 100 10 6755 , 15 4= = = = =mhrth mtagpgQH gQP .(2.20) 2.2.2.6.2.ncercarea unei pompe cu piston Opompcupistonsimplexcudubluefect,cuaciuneindirect,arediametrul pistonului disc:mm 120 = D ; diametrul tijei:mm 24 =tD ; cursa:mm 125 = s . Lancercareacuaprecesemsoarurmtoarelemrimi:turaiaarboreluide antrenaremin rot/ 60 = n ;debitulvolumic:s l 7 , 2 = Q ;suprapresiuneaindicatde 36 manometrulmontatperezervorulderefulare: 2cm kgf 8 , 3 ... 4 , 3 =rp ;depresiunea indicatdevacuummetrulmontatperezervoruldeaspiraie:( )torr 120 ... 60 =ap ; denivelarea ntre suprafeele libere ale apei n rezervoare:1 = h m. S se determine: randamentul volumic, sarcina i puterea util a pompei. Randamentul volumic se obine din relaiile (2.5) i (2.8): 974 , 06060 125 , 012 , 0 2024 , 01412 , 0210 7 , 260 214222 2322 2=|||

\| =|||

\| = n sDD DQtv.(2.21) Suprapresiunea medie n rezervorul de refulare este: ( )Pa 10 532 , 3210 81 , 9 8 , 3 4 , 354 = +=rp .(2.22) Depresiunea medie n rezervorul de aspiraie este: ( )Pa 10 12 , 0232 , 133 120 605 = + =ap .(2.23) innd seama i de denivelarea dintre rezervoare se obine sarcina: ( )m 22 , 38 181 , 9 100010 12 , 0 10 532 , 35 5= + = += hgp pHa r.(2.24) Seremarcfaptulcpresiuneaderefulareestemic,decinusepoateneglija energiapotenialspecificdepoziie(denivelarea dintre rezervoare) conform relaiei (1.4). n cazul de fa eroarea ar fi de 2,6%. Puterea util a pompei este: W 1012 22 , 38 10 7 , 2 81 , 9 10003= = =gQH Pu.(2.25) 2.2.3.Motoare hidrostatice liniare 2.2.3.1.Construcie i funcionare Motoarelehidrostaticeliniarenumiteicilindrideforsuntelementelede execuie cel mai des utilizate n sistemele de acionare hidraulice. Figura 2.15 prezint douvariantedemotoarehidrostaticeliniare:motorulnediferenialimotorul diferenial. Construciacuprindecilindrul1,pistonul2,tijapistonului3,capaculcilindrului 4,etanarealatij5,etanarealapiston6,prindereatijei7irespectivprinderea cilindrului 8. Se observ c la motorul nediferenial, tija pistonului avnd diametrul tDstrbate ambelecapace,celedousuprafeedelucrualepistonuluiavndaceleaivaloriale 37 ariei.Astfel,laaceeaivaloareadebitului,vitezeledelucruvorfiegalenambele sensuriinplus,dacpresiunilesuntegaleiforeledezvoltatedemotorvorfi aceleai n ambele sensuri. ncazulmotoruluidiferenial,suprafeeledelucrualepistonuluisuntdiferite, avnd ariile: 421DA= ;(2.26) ( )42 22tD DA = .(2.27) nacest caz, la aceleai valori ale debitului i presiunii de alimentare, vitezele i forele teoretice vor fi diferite n cele dou sensuri: 1, 1AQvtt = , 2, 2AQvtt = , deci t tv v, 1 , 2> ;(2.28) 1 1 1A p F = , 2 2 2A p F = . deci 1 2F F < .(2.29) Cele dou tipuri de motoare descrise mai sus pot realiza fore n ambele sensuri. Dac pistonul este de tip plonjor, cursa de readucere nu se mai poate realiza hidraulic, ciprintr-unaltmijloc.Celmaiadeseaseexercitofor(evidentmaimic)contrar fadeforautilcarempingeuleiuldirectsprerezervoruldincareafostpompatn timpulcurseiutile.Caexempluclasicseamintetecilindrulhidraulical autobasculantelorpeantiereledeconstrucii.Deasemenea,trebuiemenionatfaptul c aceti cilindri de for pot fi realizai i sub form telescopic. 2.2.3.2.Calculul hidraulic pentru alegerea motoarelor hidrostatice liniare Sepuneproblemaalegeriiunuicilindruhidrauliccaresrealizezeoanumit acionare avnd parametrii cunoscui: fora util de acionare, uFi viteza pistonului n a b Fig. 2.20. Motor hidrostatic liniar (cilindru de for): a motor nediferenial; b motor diferenial 38 cursa util, pv . Randamentele se estimeaz. Debitul teoretic de ulei se obine din ecuaia de continuitate. Pentruunmotordiferenial,ncursaactivdebitulteoreticnecesarpentru deplasarea pistonului este: 42Dv Qp t = .(2.30) Debitul real este: vtQQ= .(2.31) Aceleai relaii se folosesc i pentru motorul cu piston plonjor. Debitulteoreticdeuleipeconductadereturconectatcuspaiuldinspatele pistonului disc al motorului diferenial este mai mic: ( )2 2,4t p r tD D v Q = .(2.32) Debitul real de retur este: ( )|||

\| = + = + =2 2, ,1411tvpvvt r t v r t rD D v Q Q Q Q Q .(2.33) n cazul motorului nediferenial, debitul teoretic este: ( )2 24t p tD D v Q = ,(2.34) iar debitul real cu relaia (2.31). Debitele teoretic i real pe conducta de retur sunt identice cu cele pe conducta de ducere. Relaiile(2.29)sefolosescpentrucalcululpresiuniideintrarenmotoarele hidrostaticeliniare.Deoarecepierderilemecaniceihidraulicenusepotevidenia individual cu rigurozitate, produsul randamentelor mecanic i hidraulic se consider ca un singur randament, denumit randament mecanohidraulic: h m mh = .(2.35) Dinechilibrulforelorpepistonuldisc,inndseamaderandamentul mecanohidraulicidecontrapresiuneadinconductaderetur-regsitlaieirea uleiului din spaiul aflat n spatele pistonului, (ep ): ( )u mh t e iF D D p D p = ((

2 2 24 4.(2.36) se obine presiunea uleiului la intrarea n motorul diferenial: 39 |||

\| + =22214DDpDFptemhui.(2.37) Pentru motorul nediferenial echilibrul forelor este dat de relaia: ( ) ( )u mh t e iF D D p p = 2 24,(2.38) din care se obine presiunea de intrare: ( )emh tuipD DFp + =2 24.(2.39) 2.2.3.3.Exemplu de calcul Uncilindrudefordetipdiferenialarediametrulmm 50 = D ,diametrultijei mm 25 =tD ,randamentulvolumic99 , 0 = virandamentulmecanohidraulic 93 , 0 = mh.Seceressedeterminedebitulipresiuneadeintrarepentruarealizao acionare cu fora utildaN 1100 =uFi viteza pistonuluis cm 10 =pv . Din relaiile (2.3-) i (2.31) se obine debitul real necesar pentru realizarea vitezei pistonului: | | s m 10 983 , 199 , 01405 , 01 , 0143 42 2 = = =vpDv Q ,(2.40) Presiunea de intrare se obine din relaia (2.30) MPa] [ 52 , 605 , 0025 , 01 10 593 , 0 05 , 011000 42252=|||

\| + =ip .(2.41) n funcie de aceste rezultate se alege cilindrul dintr-un catalog de firm, la valori acoperitoare superioare acestora. 2.2.4.Pompe cu angrenaje 2.2.4.1.Prezentare general Pompelecuangrenajeauoconstruciesimplicompact,fiabilitateridicati duratmaredefuncionare(chiarpeste5000ore).Presiuneamaximestedeobicei 100barimairarnjurula150...200bar.Dacpresiuneaestemic,debitulpoate ajunge lamin m 13. Turaiile maxime sunt n jur de 3000 rot/min. 40 2.2.4.2.Pompa cu roi dinate Pompelecuroidinateauolargrspndirendiversedomenii,datorit dimensiunilor de gabarit reduse i mai ales robusteii i fiabilitii lor ridicate. n figura 15, pot fi urmrite elementele componente ale unei astfel de pompe. Presiunilerealizatedeacestepompeajungpnla150bari,iardebitelesunt cuprinse ntre 4 i 600 l/min. Modelulcelmaisimpludepompcu roidinate,esteprevzutcuoperechede roidinate,avndacelainumrdedini. Unadinroiestemotoare,fiindantrenat prin intermediul unei pene, de ctre arborele deantrenare.Sensulderotaieestedatde sgeatacaremergedelapunctulde angrenare(nrealitateliniadeangrenare) spreguradeaspiraie.nmomentulcnd dinii aflai n angrenare se separ, ia natere unvolumsuplimentar,egalcugoluldintre diniiieiidinangrenare,ducndla formareauneidepresiuni,careprovoac aspirareauleiuluidinconductadeaspiraie. nsituaiancarediniiatingpuncteleAi B,uleiulesteobligatsrmnnspaiile dintreflancurilediniloricarcasapompei (conformspaiuluidubluhauratpedesen), fiindcondusctrerefulare,sprepuncteleC iD.Rotaiapinioanelorcontinund,la intrareadinilornangrenare,esteevacuatuleiuldingoluldintredoidini,airoii pereche, formndu-se o suprapresiune care realizeaz pomparea uleiului prin conducta derefulare.Sepoatefaceanalogientre pompacupistonipompacuroidinate. Astfelfiecaregol,dintredoidiniconsecutivi formeazuncilindruncaredinteleroii pereche, are rolul pistonului.Analizndfigura2.21seobservcpot s apar scpri de ulei, prin spaiul foarte mic existentntrevrfuldiniloricarcas,saun zonelefrontalealeroilordinate.Caurmare toleranele de execuie sunt foarte strnse. Pe lng pompele cu roi dinate cu dini drepi,sefolosescipompecuroi dinate cu dini nclinai sau n V (fig. 2.22), care asigur o funcionare mai linitit i un debit mai uniform. Cnd sunt necesare debite mari, se folosesc pompe cu mai multe roi dinate nchise n aceeai carcas. a b Fig. 2.22. Pompe cu roi dinate: a cu dini nclinai; b cu dini n V Fig. 2.21. Pompa cu roi dinate: 1 - carcasa pompei; 2 - roat dinat motoare; 3 - roat dinat, liber pe ax; 4 - arbore antrenat;5 - arbore neantrenat; 6 - pan disc 41 Turaiileacestorpompesuntcuprinsengeneralnlimitele1000...3000rot/min. Pompelecuroidinatesuntlargutilizatenconstruciamainilorunelte,la autovehicule, maini agricole, aviaie etc. Debitulteoreticaluneipompecuroidinateavndosingurperechederoi, poate fi exprimat cu relaia: ((

=sm6023r dtn V zQ ,(2.42) ncare:zreprezintnumruldedini corespunztor unei roi; dV- volumul unui dinte, careseconsideregalcuvolumulgoluluidintre doi dini consecutivi; rn- turaia, n rot/min. Dacseconsiderclichidulesterefulat subformauneibenzicontinue,avndnlimea m h = 2 2( h - nlimea dintelui;m - modulul roiidinate)ilimeab ,vitezabenziifiind R u = ,undeResterazacarcaseipompei,iar - viteza unghiular a roilor dinate:

30rn = (2.43) Atuncidebitulteoreticalpompeisepoate scrie: ((

= =sm152303m b n RbhR nQr rt.(2.44) nlocuind raza n funcie de modulul roilor dinate i numrul de dini: 2 2m z dR= = ,(2.45) Se obine n final: 302rtn b m zQ = .(2.46) Puterea de antrenare a pompei este: ( )mh va raQ p pP = ,(2.47) n care rpeste presiunea de refulare i ap- presiunea de aspiraie. Acesttipdepompfacepartedincategoriamainilorvolumicerotative,cteva Fig. 2.23. Simbolizarea pompelor cu roi dinate: a - pomp volumic cu debit constant, avnd un singur sens de refulare;b - pomp volumic cu debit reglabil, cu un singur sens de refulare; c - pomp cu debit constant, reversibil ca sens de refulare; d - pomp cu debit reglabil, reversibil ca sens de refulare 42 exemple de simbolizare a lor fiind redate n figura 2.23. Principalacaracteristicaacestorpompeesteposibilitateareglriidebituluii chiarinversareasensuluidecurgereallichidului,faptcarerecomandfolosirealorla mainile unelte. Randamentul volumic are valorile95 , 0 ... 7 , 0 = v i ine seama de: neetaneiti: oscprileprininterstiiileradialedintrecapetelediniloricarcascaresuntde (0,03...0,05) din modulul roilor dinate; oscprile prin jocurile frontale dintre roi i carcas (0,02..0,03 mm); oneetaneiti n zona de angrenare; umplereaincompletculichidagolurilordintredininzonadeaspiraie,ceeace impune: olimitarea turaiei la 4000 rot/min; opresiunea absolut minim s fie de 300...400 mmHg; odiametrelenominalealeconductelordeaspiraieirefulareseiauastfelnct pentru uleiuri cu viscozitatea de 10...20 cSt, viteza n conducta de aspiraie s fie de cel mult 1,5...2 m/s, iar n conducta de refulare de 5...8 m/s; oconducta de aspiraie s fie ct mai scurt. 2.2.4.3.Pompa cu angrenaj planetar Suntasemntoarecelordemaisus, darunadintreroiledinateesteangrenat interior. Esteoconstruciemaicompactcare sefolosetedeobiceipentrusistemelede ungerealeunorutilajemobile.Astfel,este des folosit pentru motoarele de automobil.Acestepompeseutilizeazlapresiuni depnla70barituraiidepnla5000 rot/min. Figura2.24prezintoprimvariant constructiv. Rotorul profilat are un lob mai puin,nraportcunumrulcavitilor profilatepracticatencarcasamobil. Arborele de antrenare transmite micarea de rotaierotorului,iaracestamaideparte antreneazcoroanamobil.Axarotorului estedezaxatfadeaxageometrica coroanei mobile, respectiv a carcasei. Princontactulcontinuudintrerotori coroanamobilsuntizolatevolumedelichid,caredatoritrotaieiajungdelapartea deaspiraienparteaderefulare.Attcanaluldeaspiraiecticelderefulareauo Fig. 2.24. Pompa cu angrenaj planetar i roata interioar conductoare: 1 carcasa pompei; 2 - coroan mobil cu caviti profilate; 3 rotor profilat; 4 arbore de antrenare a rotorului; 5 canal lateral de aspiraie; 6 - canal lateral de refulare 43 form alungit, fiind practicate n peretele lateral al carcasei. n realitate pompa este prevzut cu dou rotoare profilate montate pe acelai ax deantrenare,respectivcudoucoroanemobile.Etanareafrontalesteasiguratde carcasapompeiformatdindouelementeseparate.Seobineastfeldublarea debitului. Oaltvariantconstructivesteprezentatnfigura2.25.ancareferestrelede aspiraieirefularesuntsituate,deasemenea,ncapacelefrontalealepompei,dar roata conductoare este cea exterioar cu angrenaj interior. Exist un element n form desemilun,notatcuSnfigur,curoluldeaseparazonadeaspiraiedeceade refulare.Esteposibilnsirealizareaunororificiiradialenroataexterioarprin care se face comunicarea cu zonele de aspiraie i de refulare ale pompei (fig. 2.25 b i 2.25.c).Prinrotireacu180oaelementuluideseparaieS,seobineoinversarea sensuluideantrenare,aacumseobservnfigura2.25.bi2.25.c.nacestecazuri roata interioar trebuie s aib cu 2...3 dini mai puin dect cea exterioar. 2.2.4.4.Pompe i suflante cu angrenaje cicloide Pompeledeacesttip(fig.2.26)folosescangrenajeledetipcicloidncaredinii sunt nlocuii de lobi cu profil hiperboloid. Sunt denumite i pompe Roots. abcFig. 2.25. Pompe cu angrenaje interioare i roata exterioar conductoare: a varianta clasic; b sensul de antrenare orar; c sensul de antrenare 44 Fig. 2.26. Pompa cu angrenaje hiperboloidale: 1 carcasa pompei; 2, 3 rotoare profilate de form cicloidal Fig. 2.27. Suflant Roots Ambele roi trebuie s aib acelai numr de lobi, adesea fiind doar doi. Debitul este mai mare dect al pompelor cu roi dinate. n exploatare acest tip de pompprezintoneuniformitatemareadebitului,faptcareilimiteazutilizrile practice.Acestegeneratoarepotfiutilizateattpentrupomparealichidelorctia gazelor,cazncarefuncioneazcasuflante(fig.2.27).Astfel,sepotutilizapentru supraalimentarea motoarelor cu ardere intern. Pearborelefiecruirotorestemontatoroatdinatcuacelainumrdedini, cele dou roi dinate fiind n angrenare. Unuldintreceidoiarboriestreantrenatdelaunmotor,astfelnctceledou rotoare cicloidale se vor roti n sens invers. Astfel este aspirat lichid sau gaz din partea de aspiraie a carcasei i este refulat spre partea de refulare. Debitul teoretic al pompei poate fi calculat cu relaia: 15nb A Qt = ,(2.48) unde:Areprezintsuprafaadubluhauratnfigura2.26;b -dimensiuneaaxiala unui rotor (grosimea);n - turaia arborelui motor exprimat nmin rot . ncazulncarefuncioneazcasuflantseremarcfaptulcgazulnuse comprimninteriorulmainiiciestempinsctreconductaderefularencare presiuneaestemaimare.Seutilizeazpentrudebitede80...5000h m3ipresiuni de 1000...8000 mm H2O la turaii de 500...3000min rot . Debitul volumic teoretic refulat, calculat la condiiile de aspiraie se poate determina cu expresia echivalent cu (2.47): r l tn b ADQ |||

\| =422,(2.49) undeD este diametrul lobilor, iar lAeste aria seciunii unui lob. Puterea absorbit de suflant se calculeaz cu suficient precizie cu relaia: 45 ( )v ma r aQ p p P =1.(2.50) Pentru lichide, randamentul volumic are valori cuprinse ntre 0,8 i 0,9, iar pentru aer i gaze ntre 0,7 i 0,8. 2.2.4.5.Exemplu de calcul: Debitul, puterea i momentul rezistent al unei pompe cu roi dinate O pomp cu roi dinate cu angrenare exterioar are o turaiemin rot 1450 =rni realizeazopresiunederefularebar 100 =rp .Parametriiconstructivisunt:modulul mm 4 = m ,limearoilordinatemm 24 = b inumruldedini12 = z .Dacse adoptrandamentulvolumic9 , 0 = virandamentulmecanohidraulic87 , 0 = mhse cere s se determine debitul volumic, puterea i momentul rezistent la arbore. Debitul teoretic se poate determina cu formula (2.47): ((

= =sm10 7301450 024 , 0 004 , 0 12342tQ .(2.51) Rezult debitul real: | | s 63 , 0 s m 10 3 , 63 4l Q = =.(2.52) Puterea pompei este: ] kW [ 046 , 8 ] W [ 804687 , 0 9 , 010 3 , 6 10 1004 5= = =aP .(2.53) Momentul de antrenare la arbore este: =aPM ,(2.54) unde este viteza unghiular: 30rn = .(2.55) n final se obine: | | Nm 53145030 8046= = M .(2.56) 2.2.5.Pompe cu uruburi 46 Fig. 2.28. Pompa cu trei uruburi Pompeledeacesttippotficutreiuruburi,cudouuruburisaucuunurub. Sunt pompe ermetice. Pompacutreiuruburi[ndr.] esteermetic,fiindutilizatn sistemelehidraulicedereglaj. urubulcentralesteconductor,iar cele laterale sunt conduse. Rotaia lor este realizat de ctre lichidul mpins deurubulconductor.Unghiulde nclinare a flancurilor dinilor fa de planul normal pe axe este de 30...45o. Profilul dinilor este de tip cicloidal. nfunciedediametrulexterior al uruburilor conduse,d , se recomand urmtoarele dimensiuni (fig. 2.28): diametrul urubului conductor:3 5 d D = ; diametrul axului urubului3 d ds = ; pasul elicelor:3 10 d t = ; lungimeaminim:( ) t L = 3 , 1 ... 2 , 1min,darpentrupresiunimari,de150...200bar, ( ) t L = 8 .. 6min. Debitul teoretic mediu al pompei cu trei uruburi se calculeaz cu expresia (ndr): 031 , 4 n d Qt = ,(2.48) unde 0n esteturaiaarboreluide antrenare.Randamentulvolumical acestorpompeeste: 95 , 0 ... 90 , 0 = v. Pompacudouuruburi(fig. 2.29)seutilizeazladebiterelativ mici( min 40 ... 20 l )ipresiunide pn la 100 bar [ndr]. Diniiauprofil dreptunghiular,ceeacesimplific execuia,darndaunaermeticitii. Micareadelaurubulconductor lacelcondussefaceprindouroi dinate, k.Debitul teoretic mediu al pompei este dat de relaia: ( )402 2n t d DQt = .(2.49) Fig. 2.29. Pompa cu dou uruburi 47 2.2.6.Pompe i motoare cu pistoane radiale Attpompelect i motoarele cu pistoane radialeseutilizeaznmodfrecventla acionrilehidraulice,realizndpresiuni ridicatederefulareatingndvaloride200bar, debitelefiindngeneralcuprinsentrelimitele min 700 ... 20 l . Pompele de acest tip au avantajul c pe de opartereducvolumulpecarelocuppompa cupistonclasicdatoritmecanismuluibiel-manivel i pe de alt parte atenueaz pulsaiile de debit i presiune n conducta de refulare. Datoritforeicentrifugecareaparela rotirearotorului,pistoanelerotitoarermnn contactpermanentcustatorul,dispusexcentric faderotorcuexcentricitareae.Caurmarea dezaxriirotoruluinraportcustatorul, pistoaneleauomicarerelativrectilinie-alternativ, n alezajele lor, lund natere volume variabile. Astfel,nparteastng,afigurii2.30,acestevolumecresc,realizndu-se aspirarealichiduluidelucruprincanaluldeaspiraieprinbutuculfix,iarnpartea dreapt,aceleaivolumedescresc,avndloccretereapresiuniiirefularealichidului prin canalul de refulare. Pentru a asigura contactul permanent dintre pistoane i stator, la unele construcii de pompe se folosesc sisteme speciale de ghidare a acestora. Cursa pistoanelor este egal cu dublul excentricitiie , astfel nct pompa poate realizadebitvariabil,prinsimplamodificareaexcentricitiicarcaseinraportcu rotorul. n vederea obinerii unor debite mai mari, n acelai rotor pot fi montate dou sau trei rnduri de pistoane radiale. Debitul mediu teoretic refulat de pomp poate fi determinat cu relaia: 60 22nedi Q= ,(2.50) undedeste diametrul alezajelor din rotore excentricitatea,i numrul de pistoane radiale;n - turaia [rot/min]. nscopulreduceriipulsaiilordedebitseutilizeaznunumrimpar,ctmai mare, de pistoane radiale. Fig. 2.30. Pompa cu pistoane radiale: 1 stator (carcas cilindric); 2 rotor cu alezaje radiale; 3 . piston rotitor;4 butuc fix, prevzut cu canale de aspiraie i refulare; 5 canal de aspiraie; 6 canal de refulare 48 2.2.7.Pompe i motoare cu pistoane axiale Acest tip de pompe pot atinge presiuni maxime de 300 bar i debite cuprinse ntre limitele 8 i 500 l/min. Bloculrotitoralcilindrilor are axa nclinat n raport cu discul deantrenare,careestetotrotitor. Bieleleleagpistoaneledediscul rotitor,fiindprevzutecula ambele capete cu articulaii sferice (rotule).Antrenareablocului cilindrilorsefacedeladisculde antrenarecuajutorulunuiarbore cardanic.Bloculcilindrilorse sprijinndistribuitorulfix,care este solidar cu carcasa pompei. Datoritnclinriiblocului cilindrilornraportcuarborelede antrenare,larotireaacestuia pistoaneleefectueazomicare rectiliniealternativncilindri. Punctele A i A rmn ntr-un plan paralel cu planul vertical ce conine punctele B i B.Astfel,fiecarepiston,laorotaiecompletabloculuicilindrilorefectueazdou curse S. Fiecarecilindruajungenlegturcucanaluldeaspiraieaproximativpeo jumtatedetur,iar pe cealalt jumtate se realizeaz legtura cu canalul de refulare. Att canalul de aspiraie ct i cel de refulare se gsesc n distribuitorul fix. Articulaiilesfericealepompeireclamotehnologiengrijit.Alezajele cilindrilor,pistoaneleicelelaltesuprafeedefrecareseprelucreazcuprecizie ridicat. Uleiulcucarelucreazpompatrebuiefoartebinefiltratpentruasepreveni uzurile rapide sau griparea pompei. La o curs complet, un piston refuleaz volumul: = = sin4 42 21DdSdq ,(2.51) ncare:d estediametrulpistonului;S -cursa;D-diametruldisculuideantrenare rotitor; - unghiul dintre axul cardanic i arborele de antrenare al discului rotitor. Debitul mediu refulat de pomp poate fi exprimat: = sin60 42nD zdQt,(2.52) Fig. 2.31. Pompa cu pistoane axiale: 1 distribuitor nerotitor (fix) solidar cu carcasa pompei; 2 blocul cilindrilor care se rotete; 3 pistoane, 4 biel; 5 ax cardanic; 6 disc de antrenare rotitor; 7 arbore de antrenare a discului 49 undezeste numrul de pistoane axiale i| | min rot n- turaia. Pulsaiile de debit i de presiune pot fi reduse, dac se folosete un numr ct mai mare, impar, de pistoane. Pentrumainilehidrostaticecupistoaneaxiales-adefinitorelaiecriterial [Benche] care reunete cilindreea,] rot cm [3q ; turaia] min rot [ n ; viteza axial medie a pistonuluis] m [pvpe de o parte i unghiul de nclinare, numrul de pistoane,ziraportuldintrepresiuneadelucruitensiuneanmaterialulbloculuicilindrilorn seciunea dintre cilindrii apropiai, pe de alt parte: 22maxmax3max1sincos 1 2sin||

\|+ |||

\| + =|||

\|pzzvvCqp,(2.53) Cfiind o constant de dimensiuni: =315002C .(2.54) Rezult c pentru o anumit main ( / , ,maxp zdate) este valabil condiia: const.3max= =|||

\| k k kvnCqzp(2.55) unde: zz kz=2sin ;(2.56) 2ctgsincos 1max22maxmax=|||

\| +=k ;(2.57) 211||

\|+=pk .(2.58) Expresiile (2.53) i (2.55) definesc un criteriu numit turaie specific. Invariantul aratcmrimilecaracteristice nu pot fi schimbate independent n cadrul unei maini date.Elpoatefiutilizatdreptcriteriudeapreciere,definire,clasificare,proiectare, optimizare, tipizare .a. n dou exprimri (formule). De asemenea, se pot defini dou formule: cea dimensional, de exploatare, reunind mrimile de exploatare (performanele): const.3=|||

\|pvnq (2.59) 50 ioformuldimensional,constructiv,deproiectare,reunindmrimilez , i psub forma produsului celor trei indicatori adimensionali: const. = k k kz(2.60) Definiiiledemaisusauinspiratunprocedeudeproiectaresintetic,succint, aproximativ, bazat pe nomograme [Benche- Hint]. 2.2.8.Pompe i motoare cu palete culisante Aceastpompseutilizeazadeseanvariantacupatrupaleteicusistem cinematicplan.Schematicaceast pomp este prezentat n figura 2.32. Rotorul este n acest caz, un cilindru scobit, n care sunt decupate fante radiale, undeculiseazpaletele.Acestrotoreste aezatexcentricnraportcucarcasa pompei,ceeacefacecancursulrotirii rotorului,paletelesexecuteomicare alternativ rectilinie, n raport cu acesta. Subaciuneaforelorcentrifuge, capeteleexterioarealepaletelorvinn contactpermanentcusuprafaainterna carcaseiinacelaitimpelegliseazcucapeteleinterioare,peunaxflotant.Forma paletelor este prezentat n figura 2.32. Elementele geometrice caracteristice reprezentate pe schem sunt urmtoarele:R - raza suprafeei interne a carcasei;e - excentricitatea (distana dintre centrul carcasei icentrulrotorului);z -numruldepalete;b -limeapaletelor; -grosimea paletelor. Trebuieprecizatcaxageometricaarboreluiflotant,coincidecuaxa geometric a carcasei.Volumul maxim ntre dou palete, poate fi scris sub forma: ( )((

=ze Reb V22 .(2.61) Rezult debitul teoretic: ( ) | |602 260nz e R ebn z VQt = =(2.62) 2.2.9.Pompa cu inel de lichid Pompelecuineldelichidauorspndiredestuldemarenspecialnindustria Fig. 2.32. Pompa cu palete culisante 51 chimic,uoarialimentar.Deasemenea,sefolosesccautilajeanexlastaiilede pompare, pentru amorsarea pompelor sau ca pompe de vid pentru meninerea vidului n condensatoarele din instalaiile turbinelor cu abur energetice. nfigura2.33esteschiatpompacu inel de lichid.ncarcasacilindriclimitatdeperei laterali, se rotete un rotor cu palete radiale, montatexcentricnraportcuaxacarcasei. Deoarececarcasaesteumplutparialcu ap,aceastapesteantrenatdepaletele rotorului,formndunineldelichid (cilindric)deegalgrosimencarcas,sub influena forei centrifuge. Cele ase camere formatentrepaletelerotoruluisuntde mrime egal. Pe peretele (lateral), din spate conformfigurii,suntprevzutecanale laterale,unuldeadmisie,(a)icellaltde refulare (r). Datorit dispunerii concentrice a ineluluidelichid,nraportcucarcasa, spaiileliberedintrebutuc,paleteiinelul deap,vorcretedelaAlaBnsensulde rotaie i vor descrete de la B la A.Cretereaprogresivaspaiilorlibere dintrepalete,butuciineluldeapdelaA la B conduce la formarea unei depresiuni i la aspiraia aerului, prin canalul lateral de admisie.n continuare de la B la A spaiile amintite se vor micora progresiv, aerul aspirat se va comprima i va fi refulat prin canalul lateral de refulare. Dacgura de aspiraie (canalul de aspiraie) a pompei este legat de un rezervor etan,aceastapoatefifolositcapompdevid.ncazulncareguraderefulare (canalulderefulare)estelegatdeunrezervortampondepresiune,pompapoatefi utilizat drept compresor de aer. ntimpulrotaieiineluldelichidsenclzete,aceastaconducndlamicorarea depresiuniicreatedepomp.Pentruaeliminaacestinconvenientipentruase completa micile cantiti de ap din inelul de lichid, care scap prin canalul de refulare odatcuaerulcomprimat,pompasealimenteazcuapprintr-unracordsuplimentar (lateral, n capacele frontale ale p