Pompe si motoare cu palete - actionari hidraulice in mecatronica

Grup scolar ,, Henri Coanda ''Arad

Calificarea : tehnician mecatronist

Clasa a XII-a, M8 Actionari hidraulice in mecatronica

Pompe si motoare cu palete

1.1. Obiectivul lucrarii

Lucrarea isi propune sa prezinte o masina cu palete ce poate fi utilizata atat ca pompa cat si ca motor, poate fi construita in varianta cu debit constant sau variabil, prezinta gabarit redus, lucreaza la presiuni medii (200 bari) si are fiabilitate ridicata.

Se va urmari: cunoasterea constructiva a acestor pompe si motoare; calculul debitului si a turatiei ce se pot realiza in diverse conditii, in functie de parametri lor geometrici; modul de montare in instalatie.

1.2.      Aspecte teoretice

Pompele si motoarele cu palete se construiesc in doua variante: cu debit vehiculat constant si cu debit variabil.

a)          La cele cu debit constant, in conditiile antrenarii rotorului pompei cu turatie constanta, debitul refulat va fi constant iar in cazul alimentarii motorului cu palete cu debit constant, el furnizeaza o turatie constanta la iesirea din motor.

Dupa pozitia paletelor, pot fi: cu palete in rotor (cel mai des) sau cu palete in stator.

Pompele si motoarele cu palete in rotor pot fi cu dubla actiune, cand au doua perechi de camere de admisie si refulare (figura 3.1) sau cu actiune multipla cand prezinta mai multe perechi de camere de admisie si refulare.

Figura 3.1.Pompe cu palete cu debit constant

La aceste masini, statorul 1 are un alezaj oval iar in centrul lui se afla rotorul 2 prevazut cu paletele 3, antrenat in miscare de rotatie. In miscarea lor, paletele matura un spatiu variabil cuprins intre stator si rotor. Acest spatiu se mareste in dreptul camerelor de aspiratie A₁ si A₂ creindu-se depresia necesara aspiratiei agentului motor si se micsoreaza in dreptul camerelor R₁ si R₂ realizandu-se refularea agentului din pompa.

Functionarea ca motor se obtine alimentand sub presiune camerele R₁ si R₂ si punand in comunicatie cu rezervorul camerele A₁ si A₂. Fortele de presiune care actioneaza pe o suprafata mai mare in dreptul camerei de refulare vor creia un cuplu motor care antreneaza rotorul in miscare de rotatie in sens contrar celui indicat pe figura 3.1.

Mentinerea paletelor in contact cu statorul se asigura prin arcuri sau cu presiune de ulei introdus in spatiul de sub palete: camerele a₁ si a₂ primesc ulei sub presiune, iar camerele b₁ si b₂ sunt cuplate la rezervor. Camerele sunt plasate in flansele frontale ale pompei si comunica cu spatiile de sub palete. La motoare este invers, camerele a₁ si a₂ au comunicatie cu rezervorul.

Debitul refulat de pompa cu dubla actiune:

Q=2 l(r₁-r₂)[(r₁+r₂)-b z/cos] n                                                                (1)

unde: r₁ si r₂ - sunt cele doua raze (minima si maxima) ale alezajului oval;

l - latimea paletei;

b - grosimea paletei;

z - numarul de palete;

- unghiul de inclinare a paletei (Figura 3.2);

n - turatia primita de la motorul electric.

Referat: Ferastrau circular cu masa mobila Referat: Criterii pentru aprecierea rezistentei la foc

Figura 3.2.Schema de calcul al debitului pompei cu palete cu debit constant

In cazul cand masina functioneaza ca motor, turatia furnizata va fi:

                                                                (2)

b) Cele cu debit variabil, se deosebesc de cele cu debit constant prin faptul ca axa rotorului este deplasata fata de cea a statorului cu excentricitatea e. Uleiul este aspirat de pompa, prin camera de aspiratie A (figura 3.3), datorita depresiunii create, ca urmare a faptului ca volumul maturat de palete creste si este refulat in camera de refulare R, unde spatiului dintre rotor si stator descreste. Debitul refulat de pompa se regleaza prin modificarea excentricitatii e.

Figura 3.3.Pompe cu palete cu debit variabil

Paletele sunt mentinute in contact cu statorul prin ghidare fortata sau fiind impinse cu arcuri plasate sub palete. Ghidarea se asigura cu cepuri laterale, care culiseaza in flansele laterale. Camerele de sub palete, din rotor, au comunicatie cu spatiul dintre rotor si stator pentru evitarea depresiunii la aspiratie, sau comprimarii uleiului la refulare. Recircularea uleiului de sub palete se poate asigura prin practicarea in capacul pompei a unor camere care fac legatura intre spatiul de sub paleta si spatiul dintre rotor si stator.

Debitul unei pompe cu palete cu debit variabil are expresia:

Q=2( D-b z) l n e                                                                                       (3)

unde: D - diametrul interior al alezajului statorului;

b - grosimea paletei;

l - latimea paletei;

z - numarul de palete;

e - excentricitatea;

n - turatia primita de la motorul electric.

Aceste pompe se folosesc, in general, pentru debite mari si presiuni relativ mici, parametrii lor caracteristici fiind:

Q = (150.1500) [l/min];

p = (50.70) [daN/cm²]

n = (500.1500) [rot/min];

P = (2.50) [kW].

La functionarea ca motor, turatia motorului poate fi reglata, pentru un debit constant de alimentare, prin varierea excentricitatii e. Turatia motorului este data de expresia:

n=                                                                                        (4)

unde: Q - debitul administrat motorului; celelalte notatii ramanand ca la relatia (3).

Pompele cu debit variabil pot beneficia de o serie de calitati si performante deosebite in conditiile cand sunt construite cu regulatoare de putere.

Pompele cu palete cu regulator de putere au scopul de a acorda debitul refulat de pompa cu presiunea din sistem. Astfel, cand in sistemul hidraulic nu mai este necesar a se furniza debit de ulei (la capetele de cursa ale motoarelor de actionare, in fazele ciclului de lucru fara deplasare etc.) datorita cresterii presiunii in regulator se comanda reducerea debitului pompei aproape de valoarea zero.

Pompele cu palete cu debit variabil prevazute cu regulator de putere au urmatoarele avantaje principale:

se imbunatateste bilantul energetic al sistemului de actionare prin acordarea automata a debitului refulat la necesitatile reale ale consumatorului;

se micsoreaza temperatura uleiului ca urmare a reducerii debitului vehiculat;

se simplifica sistemul de protectie al schemei hidraulice, prin supapa de presiune trecand un debit mai mic;

capacitatea rezervorului de ulei poate fi micsorata, reducandu-se cantitatea medie de ulei vehiculata.

Pompele cu regulator de putere se construiesc in doua variante: folosind deplasarea cu arc a statorului sau folosind deplasarea hidraulica a statorului.

Pompa cu regulator folosind deplasarea cu arc a statorului (figura 3.4.) are statorul (4) format dintr-un inel deplasabil iar camera de refulare dispusa asimetric in raport cu axa pompei. Forta rezultanta F a presiunii din dreptul camerei de refulare se descompune in componentele F₁ si F₂ . Forta F₂ este preluata de reazimele fixe ale arborelui rotorului iar forta F₁ preseaza statorul deplasabil asupra resortului (2). Cand forta F₁ depaseste forta de pretensionare a resortului, atunci statorul este deplasat, reducandu-se excentricitatea e. Surubul (1) regleaza forta de pretensionare a resortului (2), regland astfel presiunea la care are loc reducerea excentricitatii.

In repaos, cand pompa nu refuleaza ulei, arcul (2) deplaseaza statorul la excentricitatea reglata initial prin surubul (3).

Figura 3.4.Pompa cu palete cu regulator de putere folosind

deplasarea cu arc a statorului

1.3.           Desfasurarea lucrarii

In cadrul lucrarii vor fi demontate, studiate si relevate diferite pompe cu palete.

Se vor masura dimensiunile paletelor (b, l) si ale alezajului statoric (r₁; r₂- pentru pompele cu debit constant si D- pentru pompele cu debit variabil), numarul paletelor (z) si inclinarea lor.

Considerand ca pompa poate fi antrenata de trei motoare cu turatii diferite (n=750, 1000 si 1500 rot/min la mersul in gol), se vor calcula debitele furnizate de pompa in conditiile antrenarii ei cu cele trei motoare, cu relatia:

- pentru pompa cu debit constant:

Q=2 10^-6 l (r₁-r₂)[(r₁+r₂) - b z/cos] n                                                      (5)

- pentru pompa cu debit variabil:

Q=2 10^-6( D - b z) l n e                                                                              (6)

in cazul reglarii excentricitatii e la trei valori intre maxim si minim.

Facand echilibrul puterilor la intrarea si iesirea din pompa:

                                                                                               (7)

unde: =0,9 randamentul pompei.

Presiunea fluidului la iesirea din pompa va fi:

p= [bari]                                                                    (8)

Pentru cele trei motoare de antrenare alese (cu turatii diferite), avand acelasi diametru cu al pompei se va completa urmatorul tabel: