Pompe Cu Piston

3ASOCIAIA COLEGIUL NAUTIC ROMNos. Chitila Pdure nr.2 bis, 077135 Mogooaia, Tel. 004 (0) 753-53.53.53; Fax: 021-350.50.84

CUI: 22PJ/2073/94/2010, Cod fiscal: 26849221, IBAN: RO22BTRL04801205T99389XX

Al. Dragalina MAINI I ACIONRI HIDROPNEUMATICE

Pagina 1 din 8

Cursul 5

POMPELE CU PISTON

1. DEFINIIE I CLASIFICARE

Pompele cu piston sunt maini hidraulice n care fluidul de lucru este pus nmicare prin deplasarea rectilinie alternativ, n cilindrul pompei, a unui piston careasigur variaia de volum. Sensul micrii pistonului se schimb periodic, astfel nct la capetele curesei (n punctele moarte) viteza pistonului devine nul. Prinurmare, micarea fluidului este pulsatorie.

Performanele acestor pompe sunt mai bune la construciile orizontale, la carepot fi atinse puteri de peste 1500 kW. Fa de mainile cu principiu de funcionaredinamic, pompele volumice prezint urmtoarele avantaje:

pot asigura presiuni de refulare foarte mari; presiunea de refulare nu depinde de viteza pistonului, ea putnd fi

meninut constant, la diverse debite; funcioneaz cu randamente bune; sunt autoamorsabile.

Dezavantajele acestor maini sunt urmtoarele: au un debit relativ redus, datorit seciunilor mici de trecere, vitezelor

mici de curgere i trecerilor multiple prin punctele de vitez nul; au o construcie complicat, datorit ventilelor de distribuie i

mecanismului de antrenare a pistonului; au un debit pulsatoriu.

Pompele cu piston se clasific dup mai multe criterii: tipul constructiv:

cu un singur cilindru (maini simplex); cu doi cilindri n paralel (maini duplex); cu trei cilindri n paralel (maini triplex);

numrul de fee active ale pistonului: cu simplu efect (o singur fa activ); cu dublu efect (dou fee active); difereniale (cu simplu efect pe aspiraie i dublu efect pe refulare

sau invers); felul acionrii:

pompe acionate de motoare, prin intermediul unui mecanismbiel-manivel;

pompe acionate direct, antrenate de o main cu abur sau cu aercomprimat.




Pagina 2 din 8

2. CONSTRUCIA I PRINCIPIUL DE FUNCIONARE

n figura 1 este prezentat schema constructiv a unei pompe monocilindru,cu piston i mecanism biel-manivel, iar n figura 2 este ilustrat principiul defuncionare al acesteia. Distribuia este realizat cu dou ventile unul de aspiraie icellalt de refulare. n cazul presiunilor mari, se folosesc cte dou ventile (nseriate)pe fiecare circuit.

Funcionarea pompei cupiston se bazeaz pe modificareaciclic a volumului de lucru. Un ciclude funcionare este format din doufaze:

faza I, n care prin depla-sarea pistonului n sensul decretere a volumului de lucru n cilindru apare o depresi-une care determin aspiraiafluidului de lucru;

faza a II-a, n care prin de-plasarea pistonului n sensulde reducere a volumului delucru presiunea n cilindrucrete, fluidul fiind evacuatprin ventilul de refulare.

Cilindreea pompei (volumul de lichid refulat pe curs) este dat de relaiahDV =

4

2 , (1)D fiind diametrul cilindrului i h cursa pistonului.

Fig.1 Schema constructiv a pompei cu piston.

Fig.2 Principiul functional al pompei cu piston.

Presiuneaatmosferic




Pagina 3 din 8

La turaia n [rot/min] a arborelui de antrenare, rezult debitul mediu teoretic

60460

2 nhDnVQt

==

. (2)Debitul mediu efectiv este mai mic, datorit pierderilor prin neetaneiti:

tv QQ = , (3)valorile uzuale ale randamentului volumetric fiind v=0,93...0,96.

Calculul debitului instantaneu presupune determinarea vitezei pistonului.Astfel, pentru mecanismul biel-manivel, spaiul parcurs de piston este

( ) coscoscoscos =+= rLrLx . (4)Conform schemei constructive din figura 1, ntre parametrii constructivi ai

mecanismului exist relaia sinsin =

Lr , (5)

de unde:

222

sin1cos =Lr . (6)

Valorile uzuale ale raportului r/L sunt apropiate de 1/5. Ca urmare, dezvoltarean serie armonic a radicalului (6) se poate limita la primii doi termeni:

222

sin211cos =

Lr , (7)

astfel nct deplasarea pistonului devine

22

sin21cos =

LrrLx . (8)

Viteza pistonului se obine prin derivarea deplasrii n raport cu timpul:

=== 2sin2

sin2sin2

sin2

Lrr

dtd

Lr

dtdr

dtdxv , (9)

rezultnd expresia debitului instantaneu:

==

== qkqAr

LrrAvAq 2sin2

sin . (10)

n figura 3 este prezentat variaia debitului q* n funcie de unghiul de rotaieal manivelei. Curba debitului unui cilindru unic poate fi considerat drept suma uneisemisinusoide sin i a unei sinusoide complete sin2, afectat de coeficientul r/2L.Deoarece r/L1/5, variaia debitului se abate puin de la forma sinusoidal. La pompamonocilindru cu simplu efect, pulsaia debitului este inacceptabil de mare, deoarecen intervalul (,2) debitul refulat este nul.

Pulsaia debitului se poate reduce substanial dac pompa este cu dublu efect.n acest caz, ambele fee ale pistonului sunt active, aspiraia i refulareadesfurndu-se simultan. Principiul funcional al unei pompe simplex cu piston, cudou fee active (fig.4) este urmtorul: la deplasarea pistonului de la dreapta sprestnga, crete presiunea n spaiul I, se nchide ventilul i1, se deschide ventilul s1 iare loc refularea. Simultan, pe timpul acestei deplasri, n spaiul II presiunea scade,se nchide ventilul s2, se deschide ventilul i2 i se produce aspiraia. La cealalt curs




Pagina 4 din 8

a pistonului, procesele de lucru se inverseaz n cele dou spaii, realizndu-se deasemenea o aspiraie i o refulare.

Aa cum se observ n figura 5, ncazul pompelor cu piston cu dou fee active,n intervalul (0,2) faa stng a pistonului, cuaria

4'

22 dDA = , (11)va refula i ea debitul

== qrAqkq ''' . (12)

Prin urmare, acest tip de pomp vaavea o refulare continu, caracterizat prinalternana debitelor instantanee q i q.

Reducerea pulsaiilor debitului refulat de pompele cu piston este asigurat in cazul pompelor difereniale. n cazul pompei reprezentate n figura 6, refulareaeste continu (se produce pe timpul ambelor curse ale pistonului, n timp ce aspiraiase realizeaz doar pe timpul deplasrii pistonului de la stnga spre dreapta.

Dac pompa este construit cu mai muli cilindri, n aa fel nct decalajulunghiular dintre ei s fie 2/z (z fiind numrul de cilindri), n diagrama de debitsinusoidele vor fi decalate cu acelai interval unghiular. Rezult astfel o pulsaie adebitului cu att mai mic, cu ct numrul de cilindri este mai mare. n acest caz,pentru acionarea pistoanelor se folosete, de obicei, o cam (fig.7), debitul pompeicalculndu-se cu expresia

znAeQ =301 . (13)

Fig.3 Variaia debitului instantaneu n funcie de unghiul de rotaie.

Fig.4 Pomp cu piston simplex cudublu efect.




Pagina 5 din 8

n figura 8 este prezentat o main cu piston cu o singur fa activ, de tipduplex. Pompa are dou pistoane calate la 90. Acest tip de main hidraulic are olarg utilizare la bordul navelor, deoarece debitarea este mai uniform fa devariantele simplex. De asemenea, realizarea pompei n varianta constructivvertical asigur reducerea spaiului necesar amplasrii. n schema constructiv apompei s-au fcut urmtoarele notaii: 1 elemente de distribuie; 2 i 3 reductormelc-roat melcat; 4 mecanism biel-manivel; 5 piston.

Fig.7 Pomp cu pistoane n stea.Fig.6 Pomp cu piston

diferenial.

Fig.5 Pompa cu piston cu dou fee active:a variaia debitului instantaneu n funcie de unghiul de rotaie;

b schema constructiv de principiu.

a

b




Pagina 6 din 8

Neuniformitatea debitului refulat de pompele cu piston are efecte negativeasupra funcionrii instalaiei, pentru c introduce vibraii n aceasta. Pentrudiminuarea acestui neajuns, se recurge la folosirea unor vase tampon(acumulatoare), montate n special pe refularea pompelor cu o singur fa delucru.

O construcie aparte a pompelor cu piston este specific pompelor dealimentare cu combustibil a unor motoare cu aprindere prin comprimare, de puterimici. Aceste pompe se realizeaz n dou variante: cu simplu efect i cu dublu efect.

Pompa cu piston cu simplu efect (fig.9.a) este antrenat de arborele cucame 1 al pompei de injecie, prin intermediul excentricului 2. Micarea estetransmis tachetului cu rol 3, tijei mpingtoare 4 i, n final, pistonului 5, care esteacionat pe partea opus de arcul 6.

n corpul 7 sunt montate ventilele de aspiraie 8 i de refulare 9. Motorina esteaspirat n spaiul de aspiraie A, prin ventilul 8, n perioada n care pistonul 5execut cursa de refulare, sub aciunea arcului 6 (cursa marcat prin linie continu fig.9.a). n spaiul de refulare R, motorina ptrunde din spaiul A prin ventilul 9, nperioada n care pistonul 5 este acionat de ctre excentricul 2, tachetul 3 i tija 4(cursa marcat prin linie ntrerupt fig.9.a).

Cursa pistonului 5, efectuat sub aciunea arcului 6, folosete att la refulareamotorinei ctre pompa de injecie, ct i la umplerea cu motorin a spaiului deaspiraie A. Cursa pistonului efectuat sub aciunea excentricului folosete numai laumplerea cu motorin a spaiului de refulare R. Valoarea cursei de refulare apistonului 5 este variabil, ea depinznd de valoarea contrapresiunii din spaiul derefulare R. Dac valoarea contrapresiunii este ridicat, fora creat de aceastaasupra pistonului reduce o parte din fora arcului 6 i, ca atare, pistonul executnumai o poriune din cursa de refulare. Cnd fora creat de contrapresiunea dinspaiul R nvinge fora arcului 6, pistonul 5 nu se mai deplaseaz n cursa de refularei, deci, debitul de motorin refulat ctre pompa de injecie este nul.

Fig.8 Pomp cu piston duplex.




Pagina 7 din 8

Pompa de alimentare cu piston cu simplu efect asigur debite de 110kg/min i presiuni de refulare de circa 2 bar. Debitul de motorin refulat se poatedetermina cu relaia

vppa nsdQ = 4

102

6 [kg/min], (14)

n care: d reprezint diametrul pistonului [mm]; s cursa pistonului imprimat de arc(se consider egal cu cursa imprimat de excentric) n mm; np turaia pompei(excentricului), n rot/min; densitatea motorinei [kg/dm3]; v randamentulvolumetric (v=0,930,96 pentru pompele bine executate i bine ntreinute).

Pompa cu piston cu dublu efect (fig.9.b) are caracteristic faptul c refulareamotorinei ctre pompa de injecie se produce n ambele curse ale pistonului 5. Astfel,la deplasarea pistonului sub aciunea excentricului 2 (cursa marcat prin linientrerupt fig.9.b) se deschide ventilul de refulare 11, iar motorina din camera deacumulare C2 trece n spaiul de refulare R i, de aici, ctre pompa de injecie. nacelai timp, se deschide i ventilul de aspiraie 8 i motorina din spaiul de aspiraieA trece n camera de acumulare C1.

La deplasarea pistonului 5 sub aciunea resortului 6 (cursa marcat prin liniecontinu fig.9.b), se deschide ventilul de refulare 10, permind trecerea motorineidin C1 n R. Concomitent, se reumple C2 din A, prin deschiderea ventilului deaspiraie 9. Canalul 12 colecteaz scprile de combustibil. Faptul c, la pompa cudublu efect, ambele curse ale pistonului sunt active face ca debitul de motorinrefulat ctre pompa de injecie s fie dublu (220 kg/min) fa de pompa cu simplu

Fig.9 Pompe de alimentare cu combustibil:a pompa cu simplu efect; b pompa cu dublu efect.

a b




Pagina 8 din 8

efect, iar posibilitatea anulrii acestuia n timpul funcionrii s nu apar niciodat.Aceasta determin creterea presiunii motorinei n avalul pompei, la valori care-iimpun limitarea; de regul, limitarea se realizeaz la 3,5 bar, cu ajutorul unor supapede by-pass montate pe traseul de joas presiune, ntre pompa de alimentare ipompa de injecie.

n sfrit, tot n cadrul instalaiilor de alimentarecu combustibil ale motoarelor cu aprindere princomprimare de puteri mici, se mai utilizeaz un alt tipde pompe cu piston: pompele manuale de amorsare.Aceste pompe sunt ataate pompelor de injecie iservesc la eliminarea aerului din instalaia dealimentare cu combustibil (aa-numita amorsare apompei de injecie). Pompele de amorsarefuncioneaz dup schema de principiu din figura 10.Pistonul 1 aspir combustibilul din spaiul de aspiraeal pompei de alimentare prin ventilul de aspiraie 3, nperioada deplasrii sale n cilindrul 2, n sensul sgeiimarcate cu linie ntrerupt. Motorina este refulat, prinventilul 4, n spaiul de refulare, n perioada n carepistonul 1 se deplaseaz n sensul sgeii marcate culinie continu. Dup amorsare, pistonul 1 este

nurubat, prin poriunea filetat 5, n orificiul corespunztor din corpul 2. Pompele deamorsare sunt dimensionate astfel nct s asigure un debit de circa 6 cm3/curs.

3. PERFORMANE I DOMENII DE UTILIZARE

Pompele cu piston prezint avantajul c realizeaz valori mari ale presiunilorde lucru (peste 200 bari), aspect care compenseaz neajunsurile create de debitareaneuniform. Sunt ntlnite la bordul navelor n componena instalaiilor cu condiiigrele de funcionare pe aspiraie (instalaia de santin, instalaia de transfercombutibil sau ulei etc.).

Aceste pompe realizeaz debite specifice relativ mici, ns au unele avantajefa de celelalte maini hidraulice:

asigur o aspiraie uscat; pot manipula lichide calde i reci; fluidul de lucru poate conine i suspensii mecanice.

Gabaritele i masele mainilor cu piston sunt, totui, mai mari fa de celelaltepompe. Acest lucru este datorat faptului c, neputnd fi antrenate la turaii mari, esteprevzut un reductor ntre motorul de antrenare i axa manivelelor. La turaii mari,exist pericolul apariiei cavitaiei. Valorile uzuale ale turaiei de antrenare suntsituate ntre 40 i 180 rot/min. Utilizarea reductoarelor are consecine directe nunumai asupra masei i gabaritului, ci i asupra preului de cost.

Fig.10 Pompa de amorsare.

Pompe Cu Piston

Documents

Transcript of Pompe Cu Piston