1. Pompe cu palete 

În prelegerea anterioară am studiat pompele cu angrenaj. Aceste pompe prezintă un dezavantaj al scurgerilor mici din cauza interstițiului dintre dinții angrenajului și carcasa pompei. Această limitare este depășită în pompele cu palete. Scurgerea este redusă folosind palete încărcate hidraulic sau cu arc, plasate în fantele rotorului acționat. Capacitatea și presiunea nominale ale unei pompe cu palete sunt, în general, mai mici decât la pompele cu angrenaj, dar scurgerile reduse oferă o eficiență volumetrică îmbunătățită de aproximativ 95%. 

Pompele cu palete sunt disponibile într-o serie de configurații de palete: paleta glisantă, paleta flexibilă, paleta basculantă, paleta rulantă și paleta externă. Fiecare tip de pompă cu palete are propriile avantaje. De exemplu, pompele cu palete exterioare pot manevra solide mari. Pompele cu palete flexibile pot manevra doar solidele mici, dar creează un vid bun. Pompele cu palete  glisante pot funcționa uscat pentru perioade scurte de timp și pot manevra cantități mici de vapori. Pompele cu palete sunt cunoscute pentru amorsarea lor uscată, ușurința de întreținere și caracteristicile bune de aspirare. Gama de funcționare al acestor pompe variază de la -32°C la 260°C.

Figura 5.3.1 Schema principiului de funcționare al pompei cu paletă 

Schema principiului de funcționare a pompei cu palete este prezentată în figura 5.3.1. Pompele cu palete generează o acțiune de pompare prin urmărirea paletelor de-a lungul peretelui carcasei. Pompele cu palete constau, în general, dintr-un rotor, palete, inel și o placă de port cu porturi de intrare și ieșire. Rotorul într-o pompă cu palete este conectat la motorul primar printr-un arbore.  Paletele sunt amplasate pe rotorul cu fante. Rotorul este plasat excentric în interiorul unui inel cu camă, așa cum se arată în figură. Rotorul este etanșat în camă cu două plăci laterale. Atunci când motorul primar rotește rotorul, paletele sunt aruncate spre exterior  datorită forței centrifuge. Paletele urmăresc drumul inelului. Oferă o etanșare hidraulică strânsă pentru fluidul care este mai mult la viteza de rotație mai mare, datorită forței centrifuge mai mari. Aceasta produce o cavitate de aspirație în inel pe măsură ce rotorul se rotește. Se creează vid la intrare și, prin urmare, fluidul este împins în pompă prin orificiu. Fluidul este transportat până la evacuare de către paletele a căror retragere determină expulzarea fluidului. Capacitatea pompei depinde de excentricitate, extinderea paletelor, lățimea paletei și viteza rotorului. Se poate observa că fluxul de fluid nu va apărea atunci când excentricitatea este zero. Aceste pompe pot manevra lichide subțiri (vâscozitate scăzută) la o presiune relativ mai mare. Aceste pompe pot rula uscate pentru o durată mică, fără nici un eșec. Aceste pompe dezvoltă un vid bun datorită scurgerilor neglijabile. Dar, aceste pompe nu sunt potrivite pentru aplicații cu viteză mare și pentru fluide cu vâscozitate ridicată sau fluide care transportă unele particule abrazive. Costul de întreținere este de asemenea mai mare datorită multor piese mobile. Aceste pompe au aplicații pentru pomparea următoarelor fluide: 

• Aerosoli și propulsori

• Serviciu de aviație - Transfer de combustibil, Dejivrare

• Industria auto - Combustibili, lubrifianți, lichide de răcire

• Transfer în vrac de GPL și NH3

• Umplerea cilindrilor cu GPL

• Alcooli

• Refrigerare - Freoni, amoniac

• Solvenți

• Soluții apoase  

1.1 Pompă cu palete dezechilibrată 

Figura 5.3.2 Pompă cu palete dezechilibrată 

În practică, pompele cu palete au mai mult de o paletă, așa cum se arată în figura 5.3.2. Rotorul este decalat în interiorul carcasei, iar paletele sunt constrânse de un inel cu camă când traversează porturile de intrare și ieșire. Deși vârfurile paletelor ating carcasa, totuși o mică cantitatea de scurgeri există între fețele rotorului și părțile corpului. De asemenea, paletele compensează într-o măsură mare uzura la vârfurile paletei sau în carcasa în sine. Diferența de presiune dintre orificiile de ieșire și de intrare creează o cantitate mare de sarcină pe palete și a cantitate semnificativă de sarcină laterală pe arborele rotorului care poate duce la defectarea rulmentului. Acest tip de pompă este numit pompă cu palete dezechilibrată.  

1.2 Pompă cu palete echilibrată

Figura 5.3.3 prezintă schema unei pompe cu palete echilibrată. Această pompă are un inel cu camă eliptic, cu două orificii de intrare și două de ieșire. Încărcarea sub presiune are loc tot în palete, dar cele două jumătăți identice ale pompei creează forțe egale, dar opuse pe rotor. Aceasta conduce la forța netă zero pe arbore și rulmenți. Astfel, durata de viață a pompei și a rulmentului crește  semnificativ. De asemenea, sunetele și vibrațiile scad în modul de funcționare al pompei. 

Figura 5.3.3 Pompă cu palete echilibrată  

1.3 Pompă cu palete reglabilă 

Proiectarea corespunzătoare a pompei este importantă și o sarcină dificilă. În condiții ideale, capacitatea unei pompe trebuie să fie exact aceeași ca cerințele de încărcare. O pompă cu o capacitate mai mare risipește energie, deoarece lichidul în exces va trece prin supapa de eliberare a presiunii. Aceasta duce, de asemenea, la o creștere a temperaturii fluidului datorită convertirii energiei în căldură în loc de lucru utilă și, prin urmare, are nevoie de o amenajare externă de răcire. Prin urmare, pompa cu capacitate mai mare crește consumul de energie și face ca sistemul să fie voluminos și costisitor. Pompele sunt disponibile, în general, cu anumite capacități standard, iar utilizatorul trebuie să aleagă următoarea capacitate disponibilă a pompei. De asemenea, debitul de la pompă, în majoritatea aplicațiilor hidraulice, trebuie să varieze în funcție de cerințe. Prin urmare, unele pompe cu palete sunt disponibile și cu capacitate reglabilă, așa cum se arată în figura 5.3.4. Acest lucru poate fi obținut prin ajustarea unei relații de poziție între rotor și carcasa interioară cu ajutorul unui șurub de control extern. Aceste pompe constau practic dintr-un rotor, palete, inel cu camă, placă de port, rulment de tracțiune pentru ghidarea inelului cu camă și un șurub de control al descărcării prin care poziția inelului cu camă în raport cu rotorul poate fi variată. În general, pompele cu palete reglabile sunt de tip de pompă dezechilibrată.    

Figura 5.3.4 Pompă cu palete reglabilă 

Cantitatea de fluid care este deplasată de o pompă cu palete care funcționează cu o viteză constantă este determinată de extensia maximă a paletelor și de lățimea paletei. Dar, pentru o pompă în funcționare, lățimea paletelor nu poate fi modificată, ci distanța cu care paletele sunt extinse poate fi variată. Acest lucru este posibil prin modificarea poziției inelului cu camă (carcasă interioară reglabilă) în raport cu rotorul, cum se arată în figura 5.3.4. Excentricitatea rotorului față de inelul cu camă este reglată prin mișcarea șurubului. Volumul de livrare crește odată cu creșterea excentricității. Acest tip de aranjament poate fi utilizat pentru a obține un volum variabil din pompă și este cunoscut sub numele de pompă cu paletă de deplasare variabilă. 

În general, pompele cu palete ajustate sunt compensate prin presiune. Înseamnă că descărcarea este controlată de o valoare reglată în prealabil și când presiunea de descărcare atinge o anumită valoare (ajustată) acțiunea de pompare încetează. Acest mecanism este realizat prin folosirea unui arc compensator pentru a decala inelul de camă. Inițial, excentricitatea este maximă, deoarece presiunea de descărcare este zero și forța arcului menține inelul cu camă în poziția extremă dreaptă. Pe măsură ce presiunea de refulare crește, acționează pe conturul interior al inelului cu camă. Se împinge inelul cu camă spre stânga împotriva forței arcului și, prin urmare, excentricitatea se reduce și, deci, descărcarea prin pompă se reduce. Când presiunea de descărcare devine suficient de mare pentru a depăși întreaga forță a arcului, arcul compensator se va comprima până când se atinge excentricitate zero. În această condiție, acțiunea de pompare încetează și curgerea fluidului (cu excepția unor mici scurgeri) nu are loc. Prin urmare, presiunea sistemului poate fi reglată prin setarea arcului compensator. Aceste pompe asigură protecția proprie împotriva presiunii excesive a sistemului și nu se bazează pe dispozitive de control al siguranței sistemului hidraulic. Aceste pompe sunt utilizate ca dispozitive de economisire a energiei și au fost utilizate în multe aplicații, inclusiv în transmisiile auto. 

2. Pompe cu piston 

Pompele cu piston sunt destinate aplicațiilor de înaltă presiune. Aceste pompe au o eficiență ridicată și un design simplu și au  nevoie de mai puțină întreținere. Aceste pompe convertesc mișcarea rotativă a arborelui de intrare în mișcarea alternantă a  pistonului. Aceste pompe funcționează similar cu motoarele în patru timpi. Ele funcționează pe principiul că o mișcare alternantă a pistonului trage fluid în interiorul cilindrului atunci când pistonul se retrage în alezajul cilindrului și descarcă fluid atunci când se  extinde. În general,  aceste pompe au placă înclinată fixă sau placă cu grad variabil al unghiului cunoscută sub numele de placă  swash - disc pendular - (arătată în fig. 5.3.5 și fig. 5.3.6). Atunci când ansamblul piston cilindru se rotește, placa swash în contact  cu saboții pistoanelor glisează de-a lungul suprafeței sale. Lungimea cursei (deplasare axială) depinde de unghiul de înclinare al plăcii swash. Când placa swash este verticală, mișcarea alternantă nu se produce și, prin urmare, pomparea fluidului nu are loc.  Când unghiul plăcii swash crește, pistonul alternează în interiorul cilindrului. Lungimea cursei crește cu creșterea în unghiul plăcii swash și, prin urmare, volumul fluidului pompat crește. În timpul unei jumătăți al ciclului de rotație, pistoanele se mișcă în afara  cilindrului și volumul butoiului crește. În timpul altei jumătăți a rotației, pistoanele se deplasează în butoiul cilindrului și volumul butoiului scade. Acest fenomen este responsabil de tragerea fluidului în interior și de pomparea acestuia în exterior. Aceste pompe sunt pompe volumetrice și pot fi utilizate atât pentru lichide cât și pentru gaze. Pompele cu piston sunt practic de două tipuri: 

i. Pompe cu piston axial
ii. Pompe cu piston radial  

2.1 Pompă cu piston axial 

Pompele cu piston axial sunt pompe volumetrice care transformă mișcarea rotativă a arborelui de intrare într-o mișcare alternantă axială reciprocă a pistoanelor. Aceste pompe au un număr de pistoane (de obicei un număr impar) într-un șir circular într-o carcasă care este denumită în mod obișnuit bloc, rotor sau butoi de cilindri. Aceste pompe sunt utilizate în avioane cu jet. De asemenea, sunt utilizate în instalații mici de prelucrare a pământului, cum ar fi mașinile de încărcat. O altă utilizare este de a acționa șuruburile torpilelor. În general, aceste sisteme au o temperatura maximă de operare de aproximativ 120°C. Prin urmare, scurgerea între carcasa cilindrului și blocul de caroserie este utilizată pentru răcirea și lubrifierea părților rotative. Acest bloc cilindru se rotește cu un arbore integral aliniat cu pistoanele. Aceste pompe au sub-tipuri ca: 

a. Pompe cu piston cu ax îndoit
b. Pompă cu piston axial cu placă de schimb (swash)

2.1.1 Pompe cu piston cu axul îndoit 

Figura 5.3.5 prezintă schema pompei cu piston cu ax îndoit. În aceste pompe, acțiunea alternantă a pistoanelor se obține prin îndoirea axului blocului cilindru. Blocul cilindru se rotește într-un unghi care este înclinat spre arborele de antrenare. Blocul cilindru este rotit de arborele de antrenare printr-o articulație (joint) universală. Blocul cilindru este reglat la un unghi de decalare cu arborele de antrenare. Blocul cilindru conține o serie de pistoane de-a lungul periferiei sale. Aceste tije de piston sunt conectate cu flanșa arborelui de antrenare prin îmbinări cu bilă-și-soclu. Aceste pistoane sunt forțate în și afară din locașurile lor, deoarece distanța dintre flanșa arborelui de antrenare și blocul cilindru se modifică. O legătură universală conectează blocul la arborele de antrenare, pentru a asigura alinierea și o antrenare pozitivă.

Figura 5.3.5 Pompa cu piston cu axa îndoită 

Deplasarea (descărcarea) volumetrică a pompei este controlată prin schimbarea unghiului de decalare. Face sistemul simplu și ieftin.  Descărcarea nu are loc atunci când blocul cilindru este paralel cu arborele de antrenare. Unghiul de decalare poate varia de la 0° la 40°. Unitățile de deplasare fixe sunt de obicei prevăzute cu unghi de decalare de 23° sau 30°, în timp ce unitățile de deplasare variabile sunt prevăzute cu un jug și un mecanism de control extern pentru a schimba unghiul de decalare. Unele modele au aranjament de deplasare a jugului peste poziția centrală pentru a inversa direcția de curgere a fluidului. Debitul pompei variază în funcție de unghiul de decalare θ. Nu există flux atunci când linia centrală a blocului cilindru este paralelă cu linia centrală a arborelui de antrenare (unghiul de decalare este 0°). Fluxul total de fluid pe cursă poate fi dat ca: 

                                                                                       Vd = nADtanθ                                                                                            (5.3.1)                      

Debitul pompei poate fi dat ca: 

                                                                    Vd =  nADN tanθ                                                                           (5.3.2)  

aici,                                                                              tan θ = S/D                                                                                                   (5.3.3) 

unde S este cursa pistonului, D este diametrul pistonului, n este numărul de pistoane, N este viteza pompei și A este aria pistonului. 

2.1.2 Pompă cu piston axial cu placă de schimb 

O placă swash este un dispozitiv care traduce mișcarea rotativă a unui arbore în mișcarea alternantă. Constă dintr-un disc atașat la un arbore, cum se arată în figura 5.3.6. Dacă discul este aliniat perpendicular pe arbore, discul se va roti împreună cu arborele rotativ fără nici un efect alternant. În mod similar, marginea arborelui înclinat va părea să oscileze pe lungimea arborelui. Această mișcare liniară aparentă crește odată cu creșterea unghiului dintre disc și arbore (unghiul de decalare). Mișcarea liniară aparentă poate fi convertită într-o mișcare alternantă reală cu ajutorul unui dispozitiv de urmărire care nu se rotește cu placa de schimb.   

Figura 5.3.6 Pompă cu piston cu placă de schimb 

În pompa cu piston axial cu placă de schimb, o serie de pistoane sunt aliniate coaxial cu un arbore printr-o placă de schimb pentru a pompa un fluid. Schema pompei cu piston cu placă de schimb este prezentată în figura 5.3.6. Mișcarea alternativă axială a pistoanelor este obținută printr-o placă de schimb care este fixă ​​sau are un grad variabil de unghi. Dacă ansamblul butoi piston se rotește, pistonul se rotește în jurul arborelui cu saboții pistonului în contact cu placa de schimb. Saboții pistonului urmărește suprafața înclinată a plăcii de schimb și mișcarea de rotație a arborelui este transformată în mișcarea alternantă a pistoanelor. Când placa de schimb este perpendiculară pe arbore, mișcarea alternantă la piston nu are loc. Pe măsură ce unghiul plăcii swash crește, pistonul urmărește unghiul suprafeței plăcii swash și, prin urmare, se deplasează în și afară din butoi. Pistonul se deplasează din butoiul cilindrului în timpul unei jumătăți a ciclului de rotație generând astfel un volum în creștere, în timp ce pe durata celelaltei jumătăți a ciclului rotativ, pistoanele se deplasează în butoiul cilindrului generând un volum în scădere. Această mișcare alternantă a pistonului are ca rezultat extragerea în, și pomparea, afară a fluidului. Capacitatea pompei poate fi controlată prin modificarea  unghiului plăcii de schimb cu ajutorul unui cilindru hidraulic separat. Capacitatea pompei (descărcare) crește odată cu creșterea unghiului plăcii de schimb și invers. Blocul cilindru și arborele de antrenare din această pompă sunt amplasate pe aceeași linie centrală. Pistoanele sunt conectate prin saboți și o placă sabot care poartă placa de schimb. Aceste pompe pot fi proiectate pentru a avea o capacitate de deplasare variabilă. Se poate realiza prin montarea plăcii swash într-un jug mobil. Unghiul plăcii de schimb poate fi modificat prin pivotarea jugului pe pivoți (pintles). 

2.2 Pompă cu piston radial 

Figura 5.3.7 Pompă cu piston radial 

Construcția tipică a pompei cu piston radial este prezentată în figura 5.3.7. Pompa cu piston are pistoane aliniate radial într-un bloc cilindric. Este formată dintr-un pivot (pintle), un butoi cilindric cu pistoane și un rotor care conține un inel de reacție. Pivotul direcționează lichidul în și din cilindru. Pistoanele sunt plasate în orificii radiale în jurul rotorului. Tălpile pistoanelor se plimbă pe un inel excentric, ceea ce îi determină să alterneze pe măsură ce se rotesc. Excentricitatea determină cursa pistonului de pompare.  Fiecare piston este conectat la portul de intrare atunci când începe să se extindă în timp ce este conectat la portul de ieșire atunci când începe să se retragă. Această conexiune la portul de intrare și de ieșire se realizează prin aranjamentul de transfer sincronizat în pintle. Pentru inițierea unei acțiuni de pompare, inelul de reacție este deplasat excentric în raport cu axa pivotului sau arborelui. Pe măsură ce butoiul cilindrului se rotește, pistoanele dintr-o parte se deplasează spre exterior. Acest lucru atrage fluidul în timp ce cilindrul trece prin portul de aspirație al pivotului. Se continuă până când se atinge excentricitatea maximă. Când pistonul trece de excentricitatea maximă, pivotul este forțat înăuntru de inelul de reacție. Acest lucru forțează fluidul să iasă din cilindru și să intre în portul de descărcare (de ieșire) al pivotului. 

Pompa cu piston radial funcționează la presiune înaltă (până la 1000 bar). Este posibilă utilizarea pompei cu diferite fluide hidraulice, cum ar fi ulei mineral, ulei biodegradabil, HFA (ulei în apă), HFC (apă-glicol), HFD (ester sintetic) sau emulsie de tăiere. Asta pentru că piesele sunt echilibrate hidrostatic. Aceasta face ca pompa să fie potrivită pentru numeroase aplicații, cum ar fi mașini-unelte (înlocuirea emulsiei de tăiere, alimentare pentru echipamente hidraulice, cum ar fi cilindri), unități de înaltă presiune (protecție la suprasarcină a preselor), platforme de testare, sector auto (transmisie automată, control suspensie hidraulică în mașini de clasă superioară), plastic (turnare prin injecție de pulbere) și energie eoliană etc. 

3. Pompă combinată  

Există două cerințe de bază pentru ridicarea sarcinii sau aplicarea sarcinii de către un berbec hidraulic. În primul rând, este nevoie de un volum mare de lichid la presiune scăzută atunci când cilindrul se extinde sau se retrage. Presiunea scăzută este necesară pentru a depăși rezistența la frecare. A doua cerință este o presiune ridicată necesară când sarcina este apucată. 

Figura 5.3.8 Pompă combinată 

Acest tip de cerințe poate fi îndeplinit printr-un aranjament arătat în figura 5.3.8. În acest sistem, două pompe separate sunt acționate de un motor electric comun. Pompa P1 este o pompă de înaltă presiune și volum mic, iar pompa P2 este o pompă de joasă presiune și volum mare. Sistemul hidraulic este asociat cu supapele de evacuare RV1 și RV2 și o supapă de verificare unidirecțională CV1. Acest tip de aranjament permite curgerea fluidului de la stânga la dreapta, dar se blochează în sens invers. 

Supapa de presiune RV1 este o supapă normală de înaltă presiune. Supapa de eliberare a presiunii RV2 nu este acționată de presiune în punctul A, dar, este acționată de la distanță prin presiunea din punctul B. Aceasta poate fi obținută cu ajutorul supapei cu piston echilibrat. In modul cu presiune joasă ambele supape de evacuare sunt închise și ambele pompe P1 și P2 livrează fluid la sarcină, dar majoritatea provine de la pompa P2, deoarece capacitatea sa este mai mare. 

Când sarcina este în modul de menținere, presiunea la B crește și supapa de eliberare RV2 se deschide. Rezultă ca tot fluidul de la pompa P2 să revină direct la rezervor și presiunea la A să scadă la o valoare scăzută. Supapa de verificare CV1 oprește fluidul de la pompa P1 să treacă înapoi în rezervor prin supapa de eliberare RV2, în consecință, presiunea la B crește la nivelul stabilit de supapa RV1. 

Acest tip de aranjament economisește energie, deoarece volumul mare de fluid de la pompa P2 este returnat în rezervor la o presiune foarte mică și doar un volum mic de fluid din pompa P1 este returnat la o presiune ridicată. 

În general, aplicațiile pompelor hidraulice pot fi rezumate ca:

 • Pompele hidraulice sunt utilizate pentru a transfera puterea prin lichid hidraulic. Aceste pompe au o serie de aplicații pentru automobile, sisteme de manipulare a materialelor, transmisii automate, controlere, compresoare și articole de uz casnic.  

• Pompa hidraulică acționată manual este folosită într-un cric hidraulic unde multe curse ale pompei aplică presiune hidraulică pentru ridicarea ramei.  

• Un buldoexcavator utilizează o pompă hidraulică acționată de motor pentru a acționa părțile articulate ale cuvei mecanice.  

• Pompele hidraulice sunt utilizate frecvent în vehiculele auto, în special în sistemele de servodirecție.  

• Sistemul de ridicare al tractorului este acționat de pompe hidraulice. Acestea sunt utilizate în transmisii automate și sisteme de manipulare a materialelor din industrii.  

• Multe regulatoare precise sunt dezvoltate folosind pompe hidraulice. Compresorul utilizat în mod obișnuit este acționat de pompe cu piston.  

• Pompele hidraulice sunt, de asemenea, utilizate în sisteme casnice de rutină, cum ar fi ascensorul de putere și condiționator  de aer. Prin urmare, se poate spune că pompele hidraulice au aplicații semnificative în industrie, precum și în viața de rutină.