...
9.
...
HYDRAULIIKKAPUMPUT
9.1
...
YLEISTÄ
...
Hydrauliikkajärjestelmien
...
pumput
...
ovat
...
syrjäytysperiaatteella
...
toimivia
...
hydrostaattisia
...
pumppuja.
...
Imu
...
-
...
ja
...
paine
...
puolet
...
ovat
...
erotettu
...
toisistaan
...
ja
...
niiden
...
tuottama
...
tilavuusvirta
...
(tuotto)
...
ei
...
juurikaan
...
riipu
...
painepuolella
...
vallitsevasta
...
paineesta.
...
Nämä
...
pumput
...
ovat
...
luonteeltaan
...
tilavuusvirran
...
kehittimiä
...
ja
...
paine
...
syntyy,
...
kun
...
tilavuusvirran
...
virtaamista
...
estetään.
...
Hydrostaattiset
...
pumput
...
pystyvät
...
aikaansaamaan
...
korkeitakin
...
paineita.
...
Hydrodynaamisissa
...
pumpuissa,
...
mm
...
keskipakopumppu,
...
ei
...
imu
...
-
...
ja
...
painepuolta
...
ole
...
erotettu
...
toisistaan
...
ja
...
niissä
...
tuotto
...
riippuu
...
voimakkaasti
...
kehitetystä
...
paineesta.
...
Paine
...
syntyy,
...
kun
...
siivissä
...
nesteeseen
...
siirretty
...
liike-energia
...
pysäytetään
...
ja
...
se
...
muuttuu
...
liike-energiaksi.
...
Näitä
...
pumppuja
...
ei
...
tavallisesti
...
käytetä
...
hydrauliikkajärjestelmissä,
...
koska
...
niiden
...
aikaansaama
...
paine
...
on
...
matala.
...
Keskipakopumpuista
...
voidaan
...
saada
...
korkeita
...
paineita
...
suuria
...
pyörimisnopeuksia
...
käyttäen
...
(n=
...
20.000.....100.000
...
r/min
...
ja
...
ylikin).
...
Tällaisista
...
pumpuista
...
saadaan
...
suuria
...
tuottoja
...
pienillä
...
ulkomitoilla.
...
Niiden
...
käyttö
...
on
...
kuitenkin
...
harvinaista.
...
9.2
...
TAVANOMAISET
...
PUMPPUTYYPIT
...
Yleisimmät
...
pumpputyypit
...
ovat:
1. Hammaspyöräpumput
2. Ruuvipumput
3. Siipipumput
4. Mäntäpumput
Näiden pumpputyyppien ominaisuuksia ja rakennetta käsitellään myöhemmin tarkemmin.
9.3 TEKNISIÄ TIETOJA
Pumppujen koko ilmaistaan radiaani- (Dk) tai kierrostilavuutena (Vk). SFS 4556 määrittelee standardi kierrostilavuudet.
[Dk]= m3/rad ja [Vk]= m3/r, käytännössä cm3/r, koska se on soveliaampi yksikkö (ei liian iso)
Pumpun tuottama teoreettinen tilavuusvirta on:
Qt= n - Vk tai Qt = ω - Dk
ω= 2 π n
Todellisuudessa pumpussa tapahtuu hiukan ohivuotoa ja laakereiden voiteluun tarvitaan öljyä. Tämän vuodon suuruus ilmaistaan volumetrisena hyötysuhteena, ηv. Pumpun todellinen tuotto on siis:
Q = Qt - ηv
Pumpun ottama teoreettinen vääntömomentti on:
Δp on paine-ero pumpun yli
Pumpun mekaanisista kitkoista ja nestekitkasta johtuen tarvitaan käytännössä suurempaa vääntömomenttia. Tämä huomioidaan mekaanishydraulisella hyötysuhteella ηmh. Todellinen vääntömomentin tarve on:
Pumpun kokonaishyötysuhteeksi tulee:
Pumpun akselitehon tarpeeksi tulee:
P = tuotettu hydraulinen teho
Pumppujen hyötysuhde ei ole vakio. Se riippuu mm paineesta ja tilavuusvirrasta. Kuvassa 9.1 esitetään erään pumpun hyötysuhteen riippuvuus pyörimisnopeudesta sekä paineesta.
Kuva 9.1
Tällaisen kuvaajan avulla pumppu on mahdollista
valiita siten, että toimintapiste osuu hyötysuhteen kannalta edullisella alueelle. Käyttöolosuhteiden vaihdellessa tämä ei kuitenkaan aina ole mahdollista. Eräs tapa kuvata pumpun volumetrisen hyötysuhteen vaikutusta (tietyissä olosuhteissa), on ilmoittaa pumpun tuotto käyttöpaineen funktiona kuvan 9.2 mukaisesti. Kuvasta on vaikea arvioida tarkasti volumetrisen hyötysuhteen suurutta.
Kuva 9.2
Kokonaishyötysuhde, joka koostuu volumetrisen- ja hydromekaanisen hyötysuhteen tulosta ilmoitetaan usein myös paineen funktiona kuvan 9.3 mukaisesti.
Kuva 9.3
9.4 PIIRROSMERKIT
Kuvassa 9.4 ovat yleisimpien pumpputyyppien piirrosmerkit.
Kuva 9.4.
9.5 HAMMASPYÖRÄPUMPUT
Hammaspyöräpumput voidaan jaotella:
- Ulkohammaspyöräpumppuihin, kuva 9.5
- Sisähammaspyöräpumppuihin , kuva 9.6
9.5.1 ULKOHAMMASPYÖRÄPUMPUT
Kuva 9.5.
Yleisin ulkohammaspyöräpumppu on kuvan 9.5 mukainen kaksipyöräinen pumppu. Siinä toisen hammaspyörän akselille tuodaan käyttöteho ja toinen hammaspyörä pyörii mukana.
Öljy kulkeutuu imupuolelta painepuolelle hammasväleissä ulkolaitoja myöten. Imupuolelle syntyy laajeneva tilavuus hampaiden irtautuessa rynnöstä. Vastaavasta syystä painepuolelle syntyy pienenevä tilavuus. Tilavuuden muutos on vaihtelevaa, jonka johdosta myös pumpun tuotto ja paine on hiukan sykkivää. Tuottoa voidaan tasata:
- tekemällä hampaat vinoiksi (haittana aksiaalivoima)
- hammaslukumäärän lisääminen
- käyttämällä kahta erivaiheista hammaskehää rinnakkain.
Imu- ja painepuolen tiivistys tapahtuu hammaskosketuksen ansiosta, hampaiden päät tiivistävät ulkokehän ja sivuilla käytetään painelevyjä, joiden taakse johdetaan paineöljyä.
Imu- ja painepuolet ovat vastakkaisilla puolilla, joten pumppuun syntyy radiaalivoimia.
Ulkohammaspyöräpumpuista löytyy myös kolmiopyöräisiä malleja, jolloin keskimmäinen pyörä on käyttävä. Näitä pumppuja on helppo tehdä rakenteellisesti sellaisiksi, että voidaan kytkeä useampia pumppuja samalle akselille.
9.5.2 SISÄHAMMASPYÖRÄPUMPUT
Sisähammaspyöräpumput ovat kuvan 9.6 mallisia tai kuvan 9.7 tyyppisiä gerator pumppuja. Niiden sisempi hammaspyörä on käyttävä ja ulompi pyörii mukana. Gerator-pumpussa tapahtuu myös liukumista pyörien välillä, koska sisempi pyörä pyörii nopeammin kuin ulkopyörä.
Kuva 9.6
Kuva 9.7.
9.5.3 HAMMASPYÖRÄPUMPPUJEN OMINAISUUKSIA
Ulkohammaspyöröpummpujen painealue ulottuu tyypillisesti n 200 bar:iin mutta korkeapaineisempiakin pumppuja löytyy. Sisähammaspyöräpumput soveltuvat pienille tilavuusvirroille ja suuremmille paineille. Niiden paineenkesto ulottuu yli 300 bar:n
Etuja:
- halpoja
- yksinkertainen rakenne
- hyvä hyötysuhde laajalla painealueella
- sisähammaspyöräpumput ovat melko hiljaisia
Haittoja:
- kierrostilavuutta ei voi säätää (fix displacement)
- eivät yleensä kestä aksiaalikuormia ilman tukilaakeria
9.6 RUUVIPUMPUT
Hydrauliikan ruuvipumput (kuva 9.8) ovat useimmiten kolmiruuvisia, keskimmäinen ruuvi on käyttävä. Sivuruuvit ja hammaskosketus muodostavat tiivistyksen, joka erottaa imu- ja painepuolen. Öljy etenee hammassolissa suoraviivaisesti ja saatu tuotto on erittäin tasaista. Tasaisesta tuotosta johtuen käyntiääni on hiljainen ja pumppua voidaan käyttää suurilla nopeuksilla ilman kavitaation vaaraa. Ruuvipumput ovat pitkäikäisiä.
Ruuvipumppujen hyötysuhde on muita alhaisempi n 0,7...0,8
...
ja
...
maksimipaineet
...
usein
...
alle
...
200
...
bar.
...
Imu
...
-
...
ja
...
painepuoli
...
ovat
...
eri
...
päädyissä,
...
joten
...
laakereille
...
syntyy
...
aksiaalivoima.
...
Keskeltä
...
imevällä
...
pumpulla
...
aksiaalivoima
...
kumoutuu,
...
koska
...
molemmissa
...
päädyissä
...
on
...
painepuoli.
...
Kuva 9.8
...
9.7
...
SIIPIPUMPUT
...
Siipipumput
...
voidaan
...
jakaa
...
tasapainotettuihin
...
pumppuihin
...
(monikammiopumput)
...
ja
...
tasapainottomiin
...
pumppuihin
...
(yksikammiopumput).
...
Neste
...
kulkeutuu
...
radiaalisesti
...
liikkuvien
...
siipien
...
välissä
...
imupuolelta
...
painepuolelle.
...
Siivet
...
painautuvat
...
aa
...
rengasta
...
vasten
...
keskipakovoiman
...
ansiosta
...
(matalilla
...
paineilla)
...
Korkeammilla
...
paineilla
...
siipien
...
alle
...
johdetaan
...
paineöljy.
...
Siipiratkaisuja
...
on
...
monenlaisia,
...
joissakin
...
siipi
...
pyritään
...
tasapainottamaan
...
voimien
...
suhteen
...
johtamalla
...
sen
...
alle
...
sama
...
paine
...
kuin
...
siipisolassa
...
vaikuttaa.
...
Sivuilta
...
tiivistys
...
aikaansaadaan
...
painamalla
...
pumpun
...
aikaansaamalla
...
paineella
...
painelevyä
...
vasten
...
roottoria.
...
9.7.1
...
TASAPAINOTETUT
...
PUMPUT
...
Kaksikammioisessa
...
pumpussa,
...
kuva
...
9.9,
...
on
...
kaksi
...
imu
...
-
...
ja
...
painepuolta
...
vastakkaisilla
...
puolilla
...
toisiaan
...
nähden,
...
näin
...
radiaalivoima
...
kumoutuu.
...
Imu
...
-
...
ja
...
painetilat
...
on
...
aikaansaatu
...
pesän
...
muotoilulla.
...
Näiden
...
pumppujen
...
kierrostilavuutta
...
ei
...
voi
...
muuttaa.
...
Kuva 9.9.
...
9.7.2
...
YKSIKAMMIOISET
...
PUMPUT
...
Yksikammioisessa
...
pumpussa
...
roottori
...
ja
...
rengas
...
ovat
...
sijoitettu
...
epäkeskeisesti
...
toisiinsa
...
nähden.
...
laajeneva
...
ja
...
supistuva
...
tilavuus
...
syntyy
...
epäkeskeisyydestä
...
ja
...
sen
...
suuruus
...
riippuu
...
epäkeskeisyyden
...
määrästä.
...
Imu
...
-
...
ja
...
painetilat
...
ovat
...
vastakkaisilla
...
puolilla,
...
joten
...
roottoriin
...
kohdistuu
...
radiaalivoima.
...
Näiden
...
pumppujen
...
tuottoa
...
voidaan
...
säätää
...
epäkeskeisyyttä
...
muuttamalla
...
(käytännössä
...
renkaan
...
avulla).
...
Kuvassa
...
9.10
...
on
...
säädettävällä
...
kierrostilavuudella
...
varustettu
...
yksikammioinen
...
siipipumppu.
...
Siipipumppujen
...
tuotto
...
on
...
melko
...
tasaista
...
ja
...
käyntiääni
...
hiljainen.
...
Maksimipaine
...
on
...
n.
...
200
...
bar
...
(riippuu
...
pumppukoosta)
...
ja
...
hyötysuhde
...
parhaimmillaan
...
0,9.
...
Kuva 9.10
...
9.8
...
MÄNTÄPUMPUT
...
Mäntäpumpuissa
...
neste
...
siirretään
...
imupuolelta
...
painepuolelle
...
mäntien
...
edestakaisen
...
liikkeen
...
avulla.
...
Imu
...
ja
...
painetapahtumaa
...
ohjataan
...
automaattitoimisilla
...
venttiileillä
...
tai
...
jakolaitteella
...
(kun
...
männät
...
ovat
...
pyörivässä
...
osassa).
...
Tuoton
...
tasaisuus
...
riippuu
...
mäntien
...
lukumäärästä.
...
Mäntiä
...
on
...
pariton
...
lukumäärä
...
(3,
...
5,
...
7,
...
9,...),
...
jolloin
...
tuottojen
...
huiput
...
osuvat
...
limittäin
...
tasaten
...
kokonaistuottoa.
...
Mäntäpumput
...
voidaan
...
jakaa:
...
- radiaalimäntäpumppuihin
- aksiaalimäntäpumppuihin
- rivimäntäpumppuihin
9.8.1
...
RADIAALIMÄNTÄPUMPUT
...
Radiaalimäntäpumpuissa
...
männät
...
liikkuvat
...
kohtisuoraan
...
akselia
...
vastaan.
...
Radiaalimäntä-pumppuja
...
on
...
kahta
...
tyyppiä:
...
9.8.1.1
...
Pyörivä
...
sylinteriryhmä
...
Kuvassa
...
9.11
...
on
...
pyörivällä
...
sylinteriryhmällä
...
varustettu
...
radiaalimäntäpumppu.
...
Männät
...
sijaitsevat
...
roottorissa
...
3,
...
jota
...
pyöritetään.
...
Mäntien
...
edestakainen
...
liike
...
aiheutuu
...
sylinteriryhmän
...
epäkeskeisyydestä
...
renkaaseen
...
7
...
nähden.
...
Epäkeskeisyyttä
...
säätämällä
...
(männän
...
9
...
avulla)
...
voidaan
...
tuottoa
...
säätää.
...
Säätö
...
muuttaa
...
pumpun
...
kierrostilavuutta.
...
Pumppu
...
imee
...
nesteen
...
akselin
...
4
...
kautta,
...
joka
...
samalla
...
ohjaa
...
imu
...
-
...
ja
...
painetapahtumaa.
...
Kuva 9.11
...
9.8.1.2.
...
Pyörimätön
...
sylinteriryhmä
...
Tässä
...
pumpputyypissä
...
mäntien
...
edestakainen
...
liike
...
aikaansaadaan
...
epäkeskon
...
avulla.
...
Tilavuusvirtaa
...
ohjataan
...
venttiileillä,
...
jotka
...
näkyvät
...
kuvassa
...
9.12.
...
Näissä
...
pumpuissa
...
kierrostilavuutta
...
ei
...
voi
...
säätää.
...
Radiaalimäntäpumppujen
...
maksimipaineet
...
ovat
...
n.
...
800
...
bar
...
ja
...
kokonaishyötysuhde
...
0,9.
...
Kuva
...
9.12
...
9.8.2
...
AKSIAALIMÄNTÄPUMPUT
...
Aksiaalimäntäpumpuissa
...
mäntien
...
liike
...
on
...
akselin
...
suuntainen.
...
Männät
...
muodostavat,
...
rakenteesta
...
riippuen
...
kiinteän
...
tai
...
pyörivän
...
kehän
...
ja
...
saavat
...
liikkeensä
...
vinosta
...
käyttölevystä
...
tai
...
käyttöakselin
...
ja
...
sylinteriryhmän
...
välisestä
...
kulmasta.
...
Rakennevaihtoehtoja
...
on
...
useita.
...
Pumppuja
...
tehdään
...
sekä
...
kiinteällä,
...
että
...
säädettävällä
...
kierrostilavuudella.
...
Seuraavassa
...
esitellään
...
yleisimmät
...
pumpputyypit:
...
- Vinolevypumput
...
- (Swashplate)
...
- Vinoakselipumput
...
- (kulmaroottoripumput)
...
- (Bent
...
- axis)
...
9.8.2.1
...
Vinolevypumput
...
Vinolevypumpuissa
...
sylinteriryhmä
...
pyörii
...
ja
...
männät
...
saavat
...
edestakaisen
...
liikkeen
...
pyörimättömästä
...
vinolevystä.
...
Kiinteätuottoisissa
...
pumpuissa
...
vinolevyn
...
kulmaa
...
ei
...
voi
...
säätää.
...
Kuvassa
...
9.13
...
on
...
säädettävällä
...
kierrostilavuudella
...
varustettu
...
pumppu.
...
Tällöin
...
vinolevyn
...
kallistuskulmaa
...
saadaan
...
säädettyä.
...
Vinolevyn
...
ollessa
...
kohtisuorassa,
...
on
...
kierrostilavuus
...
nolla,
...
koska
...
männät
...
eivät
...
liiku
...
lainkaan.
...
Avoimen
...
hydraulijärjestelmän
...
pumpuilla
...
on
...
aina
...
sama
...
imu
...
-
...
ja
...
painepuoli.
...
Niiden
...
vinolevy
...
voi
...
kallistua
...
ainoastaan
...
neutraaliakselin
...
toiselle
...
puolelle.
...
Suljetun
...
hydraulijärjestelmän
...
pumput
...
ohjaavat
...
myös
...
liikesuuntaa
...
ja
...
siksi
...
niden
...
virtaussuunta
...
voi
...
vaihtua
...
(myös
...
imu
...
-
...
ja
...
painepuoli
...
vaihtuvat).
...
Tämä
...
saadaan
...
aikaan
...
sallimalla
...
vinolevyn
...
kallistua
...
neutraaliakselin
...
molemmille
...
puolille.
...
Mäntään
...
on
...
nivelöity
...
kuppimainen
...
osa,
...
joka
...
liukuu
...
vasten
...
vinolevyä.
...
Vinolevyn
...
ja
...
kupin
...
välissä
...
on
...
nestetasku,
...
johon
...
johdetaan
...
paineenalaista
...
nestettä.
...
Tätä
...
sanotaan
...
hydrostaattiseksi
...
laakeroinniksi
...
ja
...
sen
...
johdosta
...
kuppi
...
ei
...
käynnin
...
aikana
...
koske
...
vinolevyyn.
...
Kuva
...
9.13
...
Nesteen
...
virtausta
...
sylinteriin
...
ohjaa
...
paikoilaan
...
pysyvä
...
jakolevy.
...
Se
...
sallii
...
männän
...
imeä
...
nestettä
...
sylinteriin
...
puolen
...
kierroksen
...
ajan
...
ja
...
akselin
...
kääntyessä
...
edelleen
...
mäntä
...
alkaa
...
painua
...
takaisin
...
sylinteriin.
...
Tällöin
...
vinolevy
...
ohjaa
...
nesteen
...
pumpun
...
painepuolelle.
...
9.8.2.2
...
Vinoakselipumput
...
Vinoakselipumpussa
...
pyörii
...
sekä
...
käyttöakseli,
...
että
...
sylinteriryhmä.
...
Männät
...
saavat
...
edestakaisen
...
liikkeen
...
käyttöakselin
...
ja
...
sylinteriryhmän
...
välisestä
...
kulmasta.
...
Kuvassa
...
9.14
...
on
...
vinoakselipumppu,
...
jossa
...
kierrostilavuus
...
ja
...
akselien
...
välinen
...
kulma
...
on
...
kiinteä.
...
Kuva 9.14
...
Kuvassa
...
9.15
...
on
...
vinolevypumppu,
...
jossa
...
akselin
...
ja
...
sylinteriryhmän
...
välistä
...
kulmaa
...
voidaan
...
säätää.
...
Samalla
...
säädetään
...
männän
...
iskunpituutta
...
ja
...
edeleen
...
pumpun
...
kierrostilavuutta.
...
Vinoakselipumpuissa
...
nesteen
...
virtausta
...
ohjaa
...
samantyyppinen
...
jakolevy
...
kuin
...
vinolevypumpuissakin.
...
Suljetun
...
järjestelmän
...
pumpuissa
...
sylinteriryhmän
...
sallitaan
...
kääntyä
...
neutraaliakselin
...
molemmille
...
puolille.
...
Kuva 9.15
...
Vinoakselipumpuilla
...
on
...
hyvä
...
hyötysuhde
...
ja
...
ne
...
sallivat
...
suuria
...
pyörimisnopeuksia.
...
Käyttöakselin
...
ja
...
sylinteriryhmän
...
välinen
...
kulma
...
voi
...
olla
...
suuri,
...
jopa
...
45
...
°.
...
Haittapuolena
...
on,
...
että
...
läpimenevää
...
akselia
...
ei
...
voi
...
käyttää,
...
joten
...
toisen
...
pumpun
...
kytkeminen
...
tällaisen
...
pumpun
...
perään
...
on
...
mahdotonta.
...
Aksiaalimäntäpumppuja
...
käytetään
...
monissa
...
sovellutuksissa,
...
Niiden
...
maksimipaineet
...
ovat
...
tyypillisesti
...
350...500
...
bar
...
ja
...
käyttöpaineet
...
250...350
...
bar.
...
Hyötysuhde
...
on
...
hyvä,
...
parhaimmillaan
...
jopa
...
0,95
...
ja
...
se
...
pysyy
...
hyvänä
...
laajalla
...
käyttöalueella.
...
9.8.3
...
RIVIMÄNTÄPUMPUT
...
Rivimäntäpumpuissa
...
männät
...
ovat
...
peräkkäin
...
rivissä
...
ja
...
ne
...
saavat
...
liikkeensä
...
kampikoneistolta
...
tai
...
epäkeskolta
...
Kampikoneistolla
...
toimivat
...
pumput
...
ovat
...
hidaskäyntisiä,
...
maksimi
...
pyörimänopeus
...
alle
...
600
...
r/min.
...
Epäkeskopumppuja
...
voi
...
pyörittää
...
kovempaa,
...
25...
...
50
...
r/s.
...
Rivimäntäpumpuilla
...
savutetaan
...
suuria
...
paineita
...
1000
...
bar,
...
jopa
...
2500
...
bar.
...
Rivimäntäpumppuja
...
käytetään
...
suurten
...
kiinteiden
...
laitteiden
...
yhteydessä,
...
jotka
...
tarvivat
...
suuria
...
paineita
...
(esim
...
puristimet).
...