Mașini Hidraulice cu Principiu de Funcționare Volumic

I. Pompe cu piston

1. Construcţia şi principiul de funcţionare

Sunt maşini hidraulice în care fluidul de lucru este pus în mişcare prin deplasarea rectilinie alternativă, în corpul pompei, a unui piston. Sensul mişcării pistonului se schimbã periodic, astfel încât la capetele cursei (în punctele moarte) viteza devine nulã, mişcarea fluidului fiind deci pulsatorie. Faţã de maşinile cu principiu dinamic, pompele volumice cu piston au următoarele avan¬taje: a) pot asigura presiuni de refulare foarte mari; b) presiunea de refulare nu depinde de viteza pistonului, ea putând fi păstrată constantã la diverse debite; c) funcţionează cu randamente bune; d) sunt autoamorsabile. Dezavantajele acestor maşini sunt următoarele: a) debit relativ redus datoritã secţiunilor mici de trecere, vitezelor mici de circulaţie şi trecerilor multiple prin punctele de vitezã nulã; b) construcţie complicatã datoritã organelor de închidere şi mişcării alternative a pistonului; d) debit pulsatoriu. Pompele cu piston se pot clasifica după:

- tipul constructiv:

- cu un singur cilindru (maşini simplex);

- cu doi cilindri în paralel (maşini duplex);

- cu trei cilindri în paralel (maşini triplex).

- după numărul de feţe active:

- cu simplu efect (au o singură faţã activă);

- cu dublu efect (au douã feţe active);

- diferenţiale (cu simplu efect pe aspiraţie şi cu dublu efect pe refulare, sau invers).

- după felul acţionãrii:

- pompe acţionate de motoare prin intermediul unui mecanism bielã-manivelã;

- pompe acţionate direct, antrenate de o maşinã cu abur sau aer comprimat.

Funcţionarea pompei cu piston se bazează pe modificarea ciclică a volumului de lucru. Un ciclu de funcţionare este format din douã faze: prima, în care, prin deplasarea pistonului în sensul de creştere a volumului de lucru, în cavitatea de lucru apare o depresiune care determinã aspiraţia prin supapa de aspiraţie; a doua, în care, prin deplasarea pistonului în sensul în care volumul de lucru scade, presiunea creşte şi fluidul este evacuat prin supapa de refulare.

În fig. 1 este prezentatã o maşinã cu piston cu o singurã faţã activã, de tip duplex. Pompa are două pistoane calate la 900. Acest tip de maşinã hidraulicã are o largã utilizare la bordul navei deoarece debitarea este mai uniformã decât în varianta simplex, iar realizarea ei în varianta constructivã verticalã reduce spaţiul necesar amplasării. În figurã s-au făcut notaţiile: 1 - elemente de distribuţie; 2, 3 - reductor melc-roatã melcatã, 4 - sistem bielã-manivelã; 5 - piston.

Principiul funcţional al unei pompe simplex cu piston cu douã feţe active, de tipul celei din fig. 2, este următorul: la deplasarea pistonului în sensul indicat în figurã, în cavitatea I presiunea creşte, se închide supapa i1, se deschide supapa s1 şi are loc refularea. La aceeaşi deplasare a pistonului, în cavitatea II presiunea scade, supapa s2 se închide, supapa i2 se deschide şi se produce aspiraţia. La cealaltă cursã a pistonului au loc, de asemenea, o aspiraţie şi o refulare, numai cã rolul celor douã cavitãţi de lucru se schimbã.

Fig. 1 Pompã cu piston de tip duplex Fig. 2 Pompã cu piston simplex

Fig. 3 Pompã cu piston diferenţialã

Pompa cu acţiune diferenţialã reprezintă o combinaţie între pompa cu simplu efect şi pompa cu dublu efect. Acest tip de pompã, a cărei schema este prezentatã în fig. 3, este destul de rar întâlnit în practicã. La deplasarea pistonului spre dreapta, în spaţiul I se produce o scădere a presiunii care deschide supapa de aspiraţie A, lăsând să pătrundă în cilindru o cantitate de lichid egalã cu volumul dizlocuit. Concomitent, lichidul aflat în spaţiul II este refulat de supapa RII în conducta de refulare. Acest volum de lichid este mai mic decât volumul din spaţiul I cu valoarea volumului dizlocuit de tija pistonului d. La cursa pistonului spre stânga, lichidul din spaţiul I este refulat în spaţiul II de volum mai redus, astfel cã surplusul este refulat prin supapa RII, în conducta de refulare. În acest fel, în spaţiul I, pistonul are simplu efect, iar în spaţiul II are dublu efect. Prin urmare, pompa debitează lichid în ambele curse, ceea ce reduce într-o oarecare măsură neuniformi¬tatea debitării.

Neuniformitatea debitării are un efect negativ asupra funcţionãrii instalaţiei pentru cã intro¬duce vibraţii în aceasta. Pentru diminuarea acestui neajuns, se recurge la folosirea unor vase tampon (acumulatoare), montate îndeosebi pe refularea pompelor cu o faţã de lucru. Când pistonul pompei coboarã, pompa debiteazã în acumulator, unde nivelul creşte la valoarea v1. Volumul de aer comprimat din acumulator este v1 iar presiunea p1. Când pistonul se ridicã, se închide supapa SR şi se deschide supapa SA (are loc aspiraţia). În acest moment, o cantitate de lichid este evacuatã din acumulator, ajungându-se la presiunea p2 şi volumul v2. Din cele arãtate mai sus se vede cã, prin intermediul acumulatorului, pompa cu o singurã faţã de lucru poate determina refulãri pe instalaţie atât pe cursa ascendentã, cât şi pe cea descendentã.