Srednja strukovna škola Tomislavgrad

Tomislavgrad

Struka: Strojarska

Zanimanje: Računalni tehničar za strojarstvo

MATURALNA RADNJA

Naziv teme: Dvoradna klipna crpka

Mentor: Ivica Papac Učenik: Josipa Tokić

Tomislavgrad, svibanj, 2015

SADRŽAJ

UVOD………………………………………………………………………………………….3

1. OSNOVNA PODJELA HIDROSTATIČKIH UREĐAJA…………………………………4

2. KARAKTERISTIKE IDEALNIH CRPKI I MOTORA.......................................................7

3. DVORADNE KLIPNE CRPKE............................................................................................8

ZAKLJUČAK...........................................................................................................................13

POPIS PRILOGA.....................................................................................................................14

POPIS LITERATURE..............................................................................................................15

2

UVOD

U ovom ćemo radu pisati o dvoradnoj klipnoj crpki. Rad smo podijeli na tri velika

poglavlja kroz koja ćemo pokušati objasniti dvoradnu klipnu crpku. No, da bismo bolje

razumijelu dvoradnu klipnu crpku, prvo ćemo opisati općenito glavne karakteristike

hidrostatičkih uređaja, točnije crpki i motora. Upravo o tome će nam govoriti prvi dio ovoga

rada. Sljedeće poglavlje će nam opisati kokao to izgledaju idealne crpke i motori, a posljednje

poglavlje, tj. treće , opisati će nam dvoradnu klipnu crpku. U tom ćemo poglavlju opisati

općenito klipne crpke, te jednoradnu, a onda dvoradnu klipnu crpku.

3

1. OSNOVNA PODJELA HIDROSTATIČKIH UREĐAJA

Osnovna podjela hidrostatičkih uređaja izvršena je prema konstrukciji, odnosno na koji način

oni prenose fluid, pa se tako razlikuju zupčaste, vijčane, krilne i klipne pumpe ili motori, sa

čitavim nizom različitih izvođenja. Ponekad isti hidraulički uređaj može raditi i kao pumpa, i

kao motor. Osim osnovne podjele prema konstrukcijskom izvođenju,važna je podjela i prema

promjenjljivosti zapremine pumpe ili motora. Dakle, pumpe i motori mogu biti:

- Nepromjenljive (fiksne) zapremine,i

- Promjenljive (varijabilne) zapremine.

Nisu sve vrste pumpi ili motora pogodne za izvođenje sa promjenljivom zapreminom.

Uglavnom se krilne jedno komorne, aksijalno−klipne pumpe i motori rade u izvođenjima sa

promjenljivim zapreminama. Ostalima konstrukcija se onemogućava, ili barem bitno otežava

promjenljivost zapremine. Potrebno je spomenuti i tzv. digitalne pumpe i motore, kao nova

konstruktivna rešenja. One su po pravilu radijalno−klipne konstrukcije, a promjenljivost

zapremine osiguravaju im periodi otvaranja i zatvaranja ventila za distribuciju fluida.

Mehanizmi koji mijenjaju zapreminu pumpi ili motora mogu biti sa mehaničkim izvođenjem

(npr. ručnom polugom), hidrauličkim izvođenjem (npr. hidrauličkim cilindrom kojim se

upravlja ventilima), elektro−hidraulički (npr. Hidrauličkim cilindrom kojim se upravlja

ventilima posredstvom elektrike i elektromagneta), te elektro−mehanički (npr. polugom, ili

polužnim mehanizmom, kojima se upravlja posredstvom elektrike, elektromagneta i/ili

elektromotora). Jasno je da mogućnost promjenljive zapremine znatno poskupljuje pumpu ili

motor. Može se reći (vrlo površno) da jedan hidraulički uređaj promjenljive zapremine košta

od 30% pa i značajno više, u odnosu na identičan uređaj fiksne zapremine. Važno je

napomenuti da se promjena protoka pumpe može mijenjati i promjenom broja okretaja kojom

se pumpa pokreće. U tom slučaju pumpa može biti fiksne radne zapremine, međutim primarni

pogon (elektromotor, motor sa unutrašnjim sagorijevanjem) mora imati mogućnost promjene

broja obrtaja.

4

Slika 1. Podjela Hidrauličkih crpki

Slika 2. Podjela hidrauličkih motora

5

Prema konfiguraciji hidrauličkog kruga pumpe i motore mogu se podijeliti na one

namijenjene radu u otvorenom krugu ( open − loop hydraulic system), i one namijenjene radu

u zatvorenom krugu (closed − loop hydraulic system). U otvorenom krugu fluid iz aktuatora

odlazi u rezervoar, dok pumpa usisava fluid iz njega. U zatvorenom krugu fluid koji izlazi iz

aktuatora direktno ulazi u pumpu. Teoretski, nikakav rezervoar nije potreban. Ipak, svaki

zatvoreni hidraulički krug ima rezervoar (mali u odnosu na otvoreni krug), te ima manju

pumpu koja služi za napajanje glavne pumpe (tj. napaja hidrauličku liniju u kojoj je manji

pritisak). Opće prednosti zatvorenog kruga su neka bolja svojstva (dinamički odzivi,

preciznost, kompaktnost), dok su nedostaci slabija mogućnost hlađenja, te složenije

upravljanje sistemom.

Slika 3. Otvoreni i zatvoreni hidraulički krugovi

Hidrauličke pumpe i motori predviđeni su za jednosmjerno ili dvosmjerno okretanje, pa i

protok koji može ići u samo jednom, ili oba smjera.

Slika 4. Režimi rada hidrauličkih uređaja

6

2. KARAKTERISTIKE IDEALNIH CRPKI I MOTORA

Idealni hidraulički uređaj (pumpa ili motor) služi da se jednostavnije prikaže njegov

rad, kao model (referentan) za uspoređenje. Idealni znači da nema trenja, nema curenja fluida,

dijelovi su apsolutno kruti, a prelazi za vrijeme promjene komande su bez kašnjenja. Također,

ako idealni uređaj radi sa idealnim fluidom, to znači da se stišljivost fluida ne uzima u obzir a

izrazi za moment i snagu hidrauličkog uređaja dati su izrazima (2.14) i (2.16). Transformacija

protok Q- brzina okretanja n, kao i momenta T– pritisak p, za pumpu i motor dati u tablici 5.1

pomoću blok algebre. V predstavlja istisnutu zapreminu (tj. jediničnu zapreminu) pumpe ili

motora Vrijednost V , kod pumpi ili motora promjenljive radne zapremine, predstavlja

zapreminu kao razliku između maksimalnog i minimalnog radnog volumena tokom jednog

okretaja njihove osovine.

Slika 5. Transformacije kod pumpe i motora

Slika 6. Karakteristike idealnih crpki

7

Slika 7. Karakteristike idealnih motora

Slika 8. Karakteristika protoka i pritisak crpke

3. DVORADNE KLIPNE CRPKE

Prije nego što krenemo s obrađivanjem dvoradne klipne crpke, moramo objasniti općenito

klipne crpke, kako bismo bolje razumjeli dvoradne. Glavni dijelovi klipnih crpki su:

• Cilindar

• Klip, koji se giba translatorno i naizmjenično usisava kapljevinu u cilindar i iz cilindra

istiskuje u cjevovod

• Ventili, koji periodički spajaju prostor cilindra s usisnim i tlačnim cjevovodom

• Usisna i tlačna zračna komora

• Mehanizam za pokretanje klipa

• Usisni i tlačni cjevovod

• Usisna rešetka sa nepovratnim ventilom

8

Klipne pumpe se redovito izranuju s neparnim brojem cilindara (7, 9, 11), jer se tako

dobiva ravnomjerniji protok i tlak.

a) Klipno-aksijalna pumpa

Uz relativno miran rad, ove pumpe omogućuju relativno visoke protoke i tlakove uz vrlo

visoke brojeve okretaja.

Pumpa s nagibnom pločom

Naziva se još i pumpa s mirujućim ekscentrom ili pločom. Ploča miruje, a postavljena je koso

obzirom na os rotacije (Sl. 9.8). Ploča je podijeljena na rotirajući i mirujući dio pomoću

odgovarajućih ležajeva. Na rotirajući dio ploče vezan je niz (vijenac) klipova. Blok cilindara

zakreće se pomoću pogonskog vratila.

Pumpa s nagibnom osi

Naziva se još pumpa s kardanskim zglobom (vratilom) ili s rotirajućim ekscentrom. I ovdje se

zakretanje bloka cilindara ostvaruje pomoću pogonskog vratila. Pogonsko vratilo vezano je i

na klipnjače preko veze koja nalikuje na kardansko vratilo. Pomoću te veze ostvaruje se hod

klipova naprijed-natrag.

b) Klipno-radijalna pumpa

Klipne pumpe omogućavaju dobivanje najviših tlakova (preko 50 MPa).

Pumpa s unutrašnjim djelovanjem

Ova pumpa još se naziva radijalna pumpa s vanjskim ekscentrom. Ekscentricitet između

statora i rotora (blok cilindara) određuje hod klipova. Tijekom jednog punog okreta rotora

svaki klip obavi hod naprijed-nazad (usis i tlačenje). Usisna i tlačna cijev smještene su u

sredini rotora i završavaju s nepokretnom cilindričnom razdjelnom pločom koja po obodu ima

prstenasti kanal podijeljen na usisni i tlačni dio. Protok se može regulirati promjenom

ekscentriciteta.

Pumpa s vanjskim djelovanjem

Ova pumpa naziva se i radijalna pumpa s unutrašnjim ekscentrom. Blok cilindara miruje

(stator). Klipovi su postavljeni zvjezdasto obzirom na vratilo s brijegom (vratilo s

ekscentricitetom). Usisavanje i tlačenje fluida odvija se preko samoradnih nepovratnih ventila

ugrađenih u konstrukciju cilindra. Pumpa je pogodna za male protoke i visoke tlakove, a

promjena ekscentriciteta i odgovarajuća regulacija protoka nije moguća.

9

Prema vrsti pogona klipne pumpe dijelimo s elektromotorom i parnim strojem. Što se tiče

položaja klipa dijelimo ih na vodoravne i uspravne, a prema načinu rada dijelimo ih na

jednoradne, dvoradne, višeradne i diferencijalne.

Klipne crpke se najčešće koriste kada je potrebno ostvariti visok pritisak po-tiskivane teĉnosti, uz

mali protok, odnosno postići veću potisnu visinu (visinu dizanja). Kod ovih pumpi neophodno je

postojanje krivajnog mehanizma (kole-nasto vratilo i klipnjaĉa) radi pretvaranja rotacionog kretanja

kolenastog vratila motora u pravolinijsko oscilatorno kretanje klipa pumpe.

Kako bismo bolje razumjeli dvoradnu klipnu crpku, moramo prije toga objasniti ukratko što je i kako

radi jednoradna klipna crpka. Jednoradne klipne crpka prilikom kretanja klipa od spoljne ka

unutrašnjoj mrtvoj točki, u cilindru se ostvaruje podpriti-sak koji izaziva usisavanje tečnosti (izložene

djelovanju atmosferskog pritiska) iz donjeg rezervoara (izvora vode) kroz usisnu cijev. Struja tečnosti

otvara usisni jednosmerni ventil i ispunjava zapremunu cilindra. Jednosmerni ventili imaju osobinu da

dozvoljavaju protok tečnosti samo u jednom smjeru. Pri kretanju klipa od unutrašnje ka spoljnoj

mrtvoj točki, klip potiskuje vodu iz cilindra u potisni cijevovod kroz potisni jednosmerni ventil na

cilindru, pri čemu je usisni ventil zatvoren i ne dozvoljava povratni tok vode.

10

Slika 9. Jednoradna klipna crpka

1. usisna cijev

2. usisna zračna komora

3. usisni ventil

4. klip

5. klipnjača

6. potisni ventil

7. potisna zračna komora

8. potisna cijev

11

Sada ćemo pokazati na slici dvoradnu klipnu crpku.

Slika 10. Dvoradna klipna crpka

Dvoradne klipne pumpe imaju po par jednosmjernih ventila (usisni i potisni) na oba kraja

cilindra. Princip rada isti je kao i u prethodnom slučaju, s tim što su kod dvoradnih pumpi

istovremeno u toku i takt usisavanja i takt potiskivanja, sa obe strane klipa, za vrijeme jednog

njegovog hoda. Na ovaj način se dobija ujednačeniji tok potisnute količine tečnosti.

Neravnomernost toka potisnute koliĉine teĉnosti pedstavlja problem kod klipnih pumpi.

Ukoliko su pumpe jednoradne, posledice se ublažavaju po-stavljanjem ulaznih i izlaznih

vazdušnih komora u neposrednoj blizini cilindra. Ove komore ispunjene su zrakom, koji

svojom stišljivošću znatno amortizira udare koje izaziva neujednačeni tok tečnosti.

Ujednačavanje protoka postiže se i kombiniranjem jednoradnih pumpi (npr. tri pumpe

dobijaju pogon sa zajedničkog kolenastog vratila) koje naizmjenično šalju vodu u istu potisnu

cijev, što odgovara trocilindričnoj jednoradnoj pumpi.

Vrijednost zapreminskog koeficijenta korisnosti kod klipnih pumpi kreće se u intervalu 0,85-

0,95. Klipne pumpe rade pri relativno niskom broju obrtaja (30 do 400 o/min).

12

ZAKLJUČAK

Dvoradne klipne su u principu rada jednake jednoradnim crpkama, osim što upotrebljavaju

obje strane stapa za izvođenje radnog ciklusa. Shodno tomu, moraju imati dodatni

par ventila spojen na drugu stranu stapa i sustav brtvljenja stapajice koji sprječava prolaz

tekućine prema vani. Treba napomenuti da klipne sisaljke ne mogu biti izvedene kao

dvoradne.

Dobava dvoradnih stapnih sisaljki teoretski je dvostruko veća od jednoradnih:

 gdje je

Q - volumenska dobava

h - stapaj stapne sisaljke

d - promjer cilindra sisaljke

n - broj ciklusa sisaljke (radnih taktova)

što nije u stvarnosti, jer na jednoj strani imamo stapajicu, pa je dobava manja

za taj dio:

gdje je:

 - promjer stapajice

13

POPIS PRILOGA

Slika 1. Podjela Hidrauličkih crpki

Slika 2. Podjela hidrauličkih motora

Slika 3. Otvoreni i zatvoreni hidraulički krugovi

Slika 4. Režimi rada hidrauličkih uređaja

Slika 5. Transformacije kod pumpe i motora

Slika 6. Karakteristike idealnih crpki

Slika 7. Karakteristike idealnih motora

Slika 8. Karakteristika protoka i pritisak crpke

Slika 9. Jednoradna klipna crpka

Slika 10. Dvoradna klipna crpka

14

POPIS LITERATURE

Petrić, J., Hidraulika, Zagreb, 2012.

Siminiati, D., Hidraulika i pneumatika, Rijeka, 2000.

Žagar, M., Hidraulika, Zagreb, 1998.

Korbar, R., Pneumatika i hidraulika, Karlovac, 2007.

15