1. Clasificarea pompelor hidraulice 

Acestea sunt clasificate în principal în două categorii:

A. Pompe nevolumetrice
B. Pompe volumetrice

A. Pompe nevolumetrice

Aceste pompe sunt cunoscute și sub numele de pompe hidro-dinamice. În aceste pompe, fluidul este presurizat prin rotirea elicei, iar presiunea fluidului este proporțională cu viteza rotorului. Aceste pompe nu pot rezista la presiuni mari și sunt utilizate în general pentru aplicații cu flux de presiune redusă și volum mare. Presiunea fluidului și curgerea sunt generate de efectul de inerție al fluidului. Mișcarea fluidului este generată de elicea rotativă. Aceste pompe asigură un flux lin și continuu, dar debitul la ieșire scade odată cu creșterea rezistenței în sistem (sarcina), deoarece o parte din fluid alunecă înapoi la o rezistență mai mare. Fluxul de lichid este oprit complet la o rezistență foarte mare a sistemului și astfel eficiența volumetrică va deveni zero. Prin urmare, debitul depinde nu numai de viteza de rotație, ci și de rezistența realizată de sistem. Avantajele importante ale pompelor nevolumetrice sunt costuri  inițiale mai mici, întreținere de operare mai redusă din cauza pieselor mobile mai puține, simplitate de funcționare, fiabilitate mai mare și potrivire cu o gamă largă de lichide etc. Aceste pompe sunt utilizate în principal pentru transportul lichidelor și găsesc o mică utilizare în industriile de energie hidraulică sau fluide. Pompa centrifugă este un exemplu obișnuit de pompe nevolumetrice. Detaliile au fost deja discutate în prelegerea anterioară.  

B. Pompa volumetrică 

Aceste pompe oferă un volum constant de fluid într-un ciclu. Cantitatea de descărcare pe rotație este fixată în aceste pompe și ele produc un debit de fluid proporțional cu deplasarea și viteza rotorului lor. Aceste pompe sunt utilizate în majoritatea aplicațiilor industriale de putere cu fluid. Debitul de fluid la ieșire este constant și este independent de presiunea (sarcina) sistemului.  Avantajul important asociat cu aceste pompe este că zonele de înaltă presiune și joasă presiune (înseamnă regiunea de intrare și ieșire) sunt separate și, prin urmare, fluidul nu se poate scurge înapoi din cauza presiunii mai mari la orificiile de ieșire. Aceste caracteristici fac ca pompa volumetrică să fie cea mai potrivită și acceptată universal pentru sistemele hidraulice. Avantajele importante ale pompelor volumetrice față de cele nevolumetrice includ capacitatea de a genera presiuni ridicate, randament volumetric ridicat, raportul putere-greutate ridicat, variația eficienței în toată gama de presiune este mică și presiune și viteză în gamă de operare mai largă.  Debitul de fluid al acestor pompe variază între  0,1 și 15.000 gpm, capul de presiune variază între 10 și 100.000 psi, iar viteza  specifică este mai mică de 500. 

Este important de menționat că pompele volumetrice nu produc presiune, ci produc doar flux de fluid. Rezistența la curgerea fluidului de ieșire generează presiunea. Aceasta înseamnă că, dacă orificiul de evacuare (ieșire) al unei pompe volumetrice este deschis în  atmosferă, atunci fluxul de fluid nu va genera nici o presiune de ieșire peste presiunea atmosferică. Dar, dacă portul de evacuare este parțial blocat, atunci presiunea va crește datorită creșterii rezistenței la curgerea fluidului. Dacă portul de evacuare al pompei este complet blocat, atunci se va genera o rezistență infinită. Aceasta va duce la ruperea celei mai slabe componente din circuit. Deci, sunt prevăzute în circuitele hidraulice supape de siguranță împreună cu pompele volumetrice. Pompe volumetrice importante sunt pompe cu angrenaje, pompe cu palete și pompe cu piston. Detaliile acestor pompe sunt discutate în secțiunile următoare. 

 2. Pompe cu angrenaj 

Pompa cu angrenaj este o pompă volumetrică robustă și simplă. Are două roți angrenate ce se rotesc în jurul axelor respective.  Aceste angrenaje sunt singurele piese mobile din pompă. Pompele sunt compacte, relativ ieftine și au puține piese mobile. Conceperea rigidă a angrenajelor și carcaselor permite presiuni foarte mari și capacitatea de a pompa lichide foarte vâscoase. Sunt potrivite pentru o gamă largă de lichide și oferă performanțe de auto-amorsare. Uneori, pompele cu angrenaj sunt proiectate pentru a funcționa fie ca motor, fie ca pompă. Aceste pompe includ seturi de angrenaje elicoidale și de tip herringbone (în loc de angrenajele cu pinten), rotori în formă de lob, similare cu suflantele Roots (utilizate în mod obișnuit ca turbocompresor) și modele mecanice care permit stivuirea pompelor. Pe baza designului, pompele cu angrenaj sunt clasificate în: 

• Pompe cu angrenaj exterior

• Pompe lob 

• Pompe cu angrenaj intern 

• Pompe Gerotor 

În general, pompele cu angrenaj sunt utilizate pentru a pompa:

• Produse petrochimice: bitum pur sau completat, motorină, țiței, ulei de lubrifiere etc. 

• Produse chimice: silicat de sodiu, acizi, materiale plastice, substanțe chimice amestecate, izocianați etc.

• Vopsea și cerneală

• Rășini și adezivi

• Pulpă și hârtie: acid, săpun, leșie, lichior negru, caolin, var, latex, nămol etc.

• Alimente: ciocolată, unt de cacao, umpluturi, zahăr, grăsimi și uleiuri vegetale, melasă, mâncare pentru animale etc.

2.1 Pompă cu angrenaj exterior  

Pompa cu angrenaj exterior este formată din două roți dințate angrenate extern adăpostite într-o carcasă a pompei, așa cum se arată în figura 5.2.1. Unul dintre angrenaje este cuplat cu un motor primar și este denumit angrenaj de acționare, iar celălalt este numit angrenaj acționat. Angrenajul rotativ transportă fluidul din rezervor la conducta de ieșire. Partea de aspirație este spre porțiunea în care dinții roților ies din angrenaj. Când angrenajele se rotesc, volumul camerei se extinde ducând la scăderea presiunii sub valoarea atmosferică. Prin urmare, este creat vid și fluidul este împins în gol din cauza presiunii atmosferice. Lichidul este prins între carcasa și dinții în rotație ai angrenajelor. Partea de evacuare a pompei este spre porțiunea în care dinții roților intră în angrenaj, iar volumul  scade între dinții angrenați. Pompa are o etanșare internă pozitivă împotriva scurgerilor; prin urmare, fluidul este forțat în portul de ieșire. Pompele cu angrenaj sunt deseori echipate cu placa de uzură laterală pentru a evita  scurgere.  Jocul dintre dinții angrenajului și carcasă și între placa laterală și fața angrenajului este foarte important și joacă un rol important în prevenirea scurgerilor. În general, distanța interstițiului este mai mică de 10 micrometri. Cantitatea de evacuare a fluidului este determinată de numărul de dinți ai angrenalului, volumul de fluid dintre fiecare pereche de dinți și viteza de rotație. Dezavantajul important al pompei cu angrenaj extern este încărcarea laterală dezechilibrată a rulmenților. Ea este cauzată de presiune ridicată la ieșire și presiune scăzută la intrare, ceea ce duce la viteze mai mici și valori de presiune mai mici, pe lângă reducerea duratei de  rulare. Pompele cu angrenaje sunt utilizate cel mai frecvent pentru aplicațiile de alimentare cu lichid hidraulic și sunt utilizate pe scară largă în instalațiile chimice pentru pomparea fluidului cu o anumită vâscozitate. 

Figura 5.2.1 Pompă cu angrenaj 

2.2 Pompă cu lob  

Figura 5.2.3 Pompă cu lob 

Pompele cu lob funcționează pe principiul similar cu cel al pompelor cu angrenaj exterior. Dar, în pompele cu lob, lobii nu fac niciun contact ca pompa cu angrenaj exterior (vezi figura 5.2.3). Contactul lobului este împiedicat de angrenajele de sincronizare externe amplasate în cutia de viteze.

Similar cu pompa cu angrenaj exterior, lobii se rotesc pentru a crea volumul de extindere la intrare. Acum, fluidul curge în cavitate și este prins de lobi. Fluidul circulă în interiorul carcasei în buzunare între lobi și carcasă. În cele din urmă, angrenajul lobilor forțează lichidul să treacă prin portul de ieșire. Rulmenții sunt așezați în afara lichidului pompat. Prin urmare, presiunea este limitată de locația lagărului și de devierea arborelui.  

Datorită calităților sanitare superbe, eficiență ridicată, fiabilitate, rezistență la coroziune și caracteristici bune de curățare pe loc și de steam-in-place (CIP/SIP), pompele cu lob sunt utilizate pe scară largă  în industrii precum celuloză și hârtie, produse chimice, alimente, băuturi, produse farmaceutice și biotehnologie etc. Aceste pompe pot manevra solide (de exemplu, cireșe și măsline), suspensii, paste și o varietate de lichide. O acțiune blândă de pompare minimizează degradarea produsului. De asemenea, oferă fluxuri reversibile continue și intermitente. Debitul este relativ independent de variațiile în presiune ale procesului și, prin urmare, ieșirea este constantă și continuă. 

Pompele cu lob sunt utilizate frecvent în aplicațiile alimentare, deoarece manipulează solidele fără a deteriora produsul. Particulele de dimensiuni mari pot fi pompate mai eficient decât în alte tipuri volumetrice. De aceea lobii nu fac niciun contact direct, jocul nu este atât de strâns ca în alte pompe volumetrice. Această construcție specifică a pompei o face adecvată pentru manipularea fluidelor cu vâscozitate scăzută, cu performanțe reduse. 

Caracteristicile de încărcare nu sunt la fel de bune ca alte modele, iar capacitatea de aspirare este redusă. Lichidele de înaltă vâscozitate necesită viteze reduse pentru a obține performanțe satisfăcătoare. Reducerea în viteză poate fi de 25% sau mai mult,  în cazul fluidului de înaltă vâscozitate.

2.3 Pompă cu angrenaj intern   

Figura 5.2.4 Pompă cu angrenaj intern 

Pompele de angrenaj intern sunt excepțional de versatile. Ele sunt adesea utilizate pentru fluide cu vâscozitate mică sau medie, cum ar fi solvenții și uleiul combustibil și o gamă largă de temperaturi. Sunt fără impulsuri, auto-amorsante și pot rula uscat pentru perioade scurte. Sunt o varietate a pompei de bază cu angrenaj.

Este formată dintr-un angrenaj intern, un angrenaj de impuls obișnuit, o garnitură în formă de seceră și o carcasă exterioară.  Schema pompei cu angrenaj intern este prezentată în fig. 5.2.4. Lichidul intră în portul de aspirație între rotor (angrenajul exterior mare) și dinții roții intermediare (angrenaj interior mic). Lichidul circulă prin pompă între dinți și seceră. Secera împarte lichidul și acționează ca o etanșare între orificiile de aspirație și evacuare. Când dinții se angrenează în partea opusă etanșării seceră, fluidul este forțat să iasă prin portul de evacuare al pompei. Acest joc între angrenaje poate fi ajustat pentru a se potrivi cu temperaturi ridicate, pentru a manevra lichide cu vâscozitate ridicată și pentru a se adapta la uzură. Aceste pompe sunt birotative, astfel încât pot fi utilizate pentru a încărca și descărca nave. Deoarece aceste pompe au doar două piese mobile și o îmbinare de etanșare, prin urmare, sunt fiabile, simple de utilizat și ușor de întreținut. Dar, aceste pompe nu sunt potrivite pentru aplicații de mare viteză și de înaltă presiune. În pompă este utilizat doar un rulment, prin urmare supraîncărcarea pe rulmentul arborelui reduce durata de viață a rulmentului. 

Aplicații

Unele aplicații comune ale pompei cu angrenaj intern sunt: 

• Toate soiurile de ulei combustibil și lubrifiant

• Rășini și polimeri 

• Alcool și solvenți

• Asfalt, bitum și gudron

• Spumă poliuretanică (izocianat și poliol)

• Produse alimentare precum sirop de porumb, ciocolată și unt de arahide

• Vopsea, cerneluri și pigmenți

• Săpunuri și agenți tensioactivi

• Glicol 

2.4 Pompa Gerotor  

Figura 5.2.5 Pompa gerotor 

Gerotorul este o pompă cu deplasare pozitivă. Numele Gerotor este derivat din "Rotor generat". La nivelul cel mai de bază, un Gerotor este esențial cel care este deplasat prin intermediul puterii fluidului. Inițial acest fluid a fost apa, astăzi utilizarea mai largă este în dispozitivele hidraulice. Schema pompei Gerotor este prezentată în figura 5.2.5. Pompa Gerotor este o pompă cu angrenaj  intern fără organ de distribuție în formă de seceră. Este format din două rotoare, adică, rotorul interior și exterior. Rotorul interior are N-dinți, iar rotorul exterior are N+1 dinți. Rotorul interior este situat descentrat și ambele rotoare se rotesc. Geometria celor două rotoare repartizează volumul dintre ele în N volume diferite care se schimbă dinamic. În timpul rotirii, volumul fiecărei partiții se schimbă continuu. Prin urmare, orice volum dat crește mai întâi și apoi scade. O creștere a volumului creează vid. Acest vid creează aspirație și, astfel, această parte a ciclului aspiră lichidul. Deoarece volumul scade, apare compresia. În această perioadă de compresie, fluidele pot fi pompate sau comprimate (dacă ele sunt fluide gazoase). 

Toleranța strânsă între angrenaje acționează ca un sigiliu între orificiile de aspirație și evacuare. Rotorul și dinții roții intermediare se angrenează complet pentru a forma o etanșare echidistantă de orificiile de evacuare și aspirație. Această etanșare forțează lichidul în afara portului de descărcare. Ieșirea fluxului este uniformă și constantă la prize. 

Avantajele importante ale pompelor sunt operarea cu viteză mare, descărcarea constantă în toate condițiile de presiune, operarea bidirecțională, sunet mai mic în stare de funcționare și mai puțină întreținere datorită doar a două părți în mișcare și a unei îmbinări etanșe etc. Dar, pompa are anumite limitări, ca domeniul de funcționare la presiune medie, jocul este fixat, solidele nu pot fi pompate și încărcarea excesivă pe rulmentul arborelui etc. 

Aplicații

Gerotoarele sunt utilizate pe scară largă în industrii și sunt produse în diverse forme și dimensiuni printr-o serie de metode diferite.  Aceste pompe sunt potrivite în principal pentru aplicații de joasă presiune, cum ar fi sisteme de ungere sau sisteme de filtrare a uleiului la cald, dar pot fi găsite și în aplicații hidraulice cu presiune joasă sau moderată. Dar, aplicațiile comune sunt următoarele: 

• Uleiuri combustibile ușoare

• Ulei lubrifiant

• Uleiuri de gătit

• Fluid hidraulic