آشنایی با پمپ هیدرولیک

مقدمه

گفتن دقیق اینکه چه کسی هیدرولیک یا چه زمانی سیستم های هیدرولیک اختراع شده است دشوار است. سیستم های هیدرولیک از کار ذهن های بزرگ و دانشمندان بزرگی در طول تاریخ ساخته شده است. هیدرولیک در نهایت با کاربردهای گسترده و قدرتمند جایگاه خود را در دنیای مدرن پیدا کرد.

هیدرولیک باستان در یونان و روم

اگرچه سیستم های هیدرولیک باستانی در بین فرهنگ ها وجود داشته است، اما کلمه “هیدرولیک” ریشه در زبان یونانی دارد. یونانی ها سیستم های پیچیده ای از آب و نیروی هیدرولیک، از جمله سیستم های آبیاری، کانال ها و قنات ها را توسعه دادند. یکی از کاربرد های هیدرولیک در گذشته بحث قناتها بوده است تا بتوانند با امکانات ابتدایی و بسیار کم آب را از نقاط دوردست به مناطقی که سکونت داشتند برسانند.
یونانی ها یک نسخه پیشرفته از یک ساعت آبی را توسعه دادند که شامل یک اشاره گر متحرک و زنگ هشدار بود.
یکی دیگر از اختراعات مهم هیدرولیک که به یونانی نسبت داده می شود، پیچ آب یا ارشمیدس است. این هلیس یا پیچ ارشمیدس یکی از اجزای اصلی روش های آبیاری باستانی بود. با اینکه ساخت این پیچ به ارشمیدس یونانی نسبت داده شده است اما این قدیمی‌ترین پمپ جابجایی مثبت بود که قدمت آن به مصر باستان برمی‌گردد، جایی که در رود نیل مورد استفاده قرار می‌گرفت. حتی برخی معتقدند که از آن برای آبیاری باغ های معلق بابل که یکی از عجایب هفتگانه جهان باستان می باشد، استفاده شده است.

علاوه بر غرب و یونان، در شرق و در زمان ایرانیان باستان سیستم هیدرولیک تاریخی شوشتر را در قرن سوم پس از میلاد، تکمیل کردند. این سیستم یک پروژه عظیم مهندسی بود و اهداف مختلفی از جمله تامین آب، آبیاری، آسیاب، حمل و نقل رودخانه ای و سیستم دفاعی را انجام می داد. به طور مشابه، سریلانکایی ها سیستم های آبیاری در مقیاس بزرگ را ساختند و مفهوم شیر و کنترل خروجی را برای تنظیم خروج آب توسعه دادند.
بلز پاسکال فرانسوی در نوجوانی کار بر روی ماشین حساب های مکانیکی را آغاز کرد و یکی از دو مخترع اول این دستگاه شد. او به پیشرفت ریاضیات کمک کرد – مانند مثلث پاسکال – و همچنین هیدرولیک سیالات را مطالعه کرد. قانون پاسکال می گوید که اگر فشار به سیال در داخل یک سیستم بسته اعمال شود، فشار به طور یکسان در همه جهات منتقل می شود. اساساً فشار درون یک سیستم بسته ثابت می ماند. این اصل زمینه را برای برخی از حیاتی ترین نوآوری های هیدرولیک در دنیای صنعتی فراهم کرد. نحوه استفاده از انرژی را مشخص می کند و بنابراین این اصل اساس اکثر سیستم های هیدرولیک مدرن است. کار پاسکال منجر به اختراع پرس هیدرولیک شد و یک اصل بسیار ارزشمند برای هر چیزی که با حرکت سیال کار می کند ارائه کرد. بخشی از چیزی که پرس هیدرولیک را بسیار مفید می کند این است که یک پرس هیدرولیک از لوله های کوچک و انعطاف پذیر استفاده می کند.
در سال ۱۸۳۸، ویلیام جورج آرمسترانگ، مردی که پدربزرگ نیروی هیدرولیک مدرن به حساب می‌آمد، شروع به آزمایش هیدرولیک کرد و یک موتور دوار ساخت. او بعداً جرثقیلی را طراحی کرد که از هیدرولیک با یک پیستون رفت و برگشتی نیرو می گرفت.

کاربردهای مدرن هیدرولیک

با شروع قرن بیستم، کاربردهای جدید و متنوعی برای هیدرولیک افزایش یافت. هیدرولیک ها سیستم های محبوبی هستند زیرا قابل انطباق هستند و شیلنگ های انعطاف پذیر و لوله های کوچک را همراه با انواع مختلف محرک ارائه می دهند. به غیر از وسایل نقلیه و استفاده صنعتی، می توانید دستگاه های هیدرولیک را در همه جا پیدا کنید. حتی ممکن است روی یکی نشسته باشید. حتی صندلی های اداری و ماشین ظرفشویی دو وسیله خانگی هستند که در برخی مدل ها از هیدرولیک استفاده می کنند. سایر ماشین آلات پیچیده تر شامل هواپیما، تجهیزات ساختمانی و آسانسور هم از سیستم هیدرولیک استفاده می کنند.

در حالی که تاریخ ما را مجبور به استفاده از آب به عنوان سیال هیدرولیک اولیه می کند، پیشرفت های مهندسی نشان داده است که آب اغلب بهترین گزینه نیست. برخی از گزینه های رایج برای سیال هیدرولیک عبارتند از:

1. روغن معدنی
2. روغن های طبیعی مانند کانولا
3. ترکیبات مصنوعی

کاربران، سیالات هیدرولیک خود را با اهداف و ویژگی های مختلفی مانند ویسکوزیته، چگالی، اثرات زیست محیطی، وزن و هزینه انتخاب می کنند. پاسخ سیال به گرما، تبخیر و سایر مواد نیز از عوامل مهم هستند. برخی از مایعات به گونه ای طراحی شده اند که سطح آلودگی را پایین نگه دارند، در حالی که برخی دیگر ممکن است برای مقاومت در برابر گرما یا تشعشع بسیار بالا طراحی شده باشند. این مایعات را می توان در هر چیزی از کاربردهای نظامی گرفته تا ماشین آلات صنعتی و روغن ترمز در ماشین استفاده کرد.

یکی از مکان هایی که ماشین آلات هیدرولیک زیادی پیدا خواهید کرد، در یک سایت ساخت و ساز و عمرانی است. جرثقیل ها، بولدوزرها و انواع تجهیزات سنگین با استفاده از سیستم هیدرولیک کار می کنند. سیستم های سیال تحت فشار در انواع خودروها بسیار رایج هستند. یک پمپ و موتور هیدرولیک دارای چگالی توان بالاتری نسبت به موتور الکتریکی و ژنراتور هستند یعنی در یک فضای کم، توان بالایی تولید می کنند که بیشتر از سیستم های هیدرولیکی است.
حوزه دیگری که مزایای قابل توجهی از سیستم های هیدرولیک به خود دیده است، کشاورزی است. تجهیزات کشاورزی اکنون قادر به کاربردهای قوی تری هستند و کارهای سنگینی انجام می دهند. بسیاری از تجهیزات کشاورزی از هیدرولیک برای راندن و جابجایی قطعات استفاده می کنند، مانند تراکتور فورد-فرگوسن.

پمپ هیدرولیک

پمپ های هیدرولیکی انرژی الکتریکی را از موتورالکتریکی دریافت کرده و به حرکت در می آیند و این انرژی به سیال منتقل کرده و منجر می شود تا سیال با سرعت و دبی بیشتر حرکت کند. پمپ ها برای تمام سیستم های هیدرولیک ضروری هستند. سپس فشار سیال توسط سیال هیدرولیک به سیلندرها و عملگرها و موتورهای هیدرولیک در سطح فشار و حجم مورد نیاز تحویل داده می شود.
پمپ های هیدرولیک یا باصطلاح پمپ روغن هیدرولیک معمولاً در سرعت و فشار بالاتری نسبت به موتورهای هیدرولیک کار می کنند. مانند موتورهای هیدرولیک، سه نوع اصلی پمپ هیدرولیک شامل دنده، پیستونی و پره ای وجود دارد. هر پمپ برای بارهای مورد نیاز برای راه اندازی سیستم هیدرولیک یکسان و اندازه است. پمپ ها از نوع جابجایی ثابت یا مثبت یا نوع متغیر هستند. برای پمپ های جابجایی ثابت، حجم توسط ظرفیت پمپ و سرعت موتور الکتریکی کنترل می شود. پمپ های جابجایی ثابت شامل پمپ های دنده ای داخلی و خارجی، پمپ های پیستونی محوری و شعاعی، پمپ های پیچی و پمپ های پره ای می باشند. پمپ های حجم متغیر به صورت دبی یا جابجایی متغیر طراحی و ساخته می شوند و معمولاً پمپ های پره ای هستند.
ساده ترین و ناهموارترین پمپ جابجایی مثبت که فقط دو قسمت متحرک دارد، پمپ دنده ای است. پمپ های دنده ای تحمل بالایی در برابر آلودگی سیال دارند، راندمان کلی خوبی دارند و نسبتاً بی صدا هستند. در جایی که آلودگی سیال یک نگرانی مداوم است، پمپ های دنده ای احتمالا انتخاب بهتری هستند. در حالی که این پمپ ها حجم ثابتی در یک سرعت معین (بر حسب دور در دقیقه) دارند، سرعت جریان و مشخصات سرعت آنها در محدوده کارایی آنها خطی است.

پمپ پیستونی بالاترین راندمان حجمی، بالاترین راندمان کلی، بالاترین فشار خروجی و طولانی ترین طول عمر را دارد. این نوع پمپ در انواع جابجایی متغیر با انواع سیستم های کنترل فشار و ظرفیت موجود است. موتور محرک الکتریکی اغلب به ۹۰۰-۱۲۰۰ دور در دقیقه محدود می شود تا نویز کاهش یابد و عمر پمپ افزایش یابد. پمپ های پیستونی محوری برای کاربردهای پرفشار و حجم بالا استفاده می شوند و پیستون ها به موازات محور محرک قرار می گیرند. دو نوع اصلی پمپ پیستونی محوری عبارتند از صفحه کج و طرح های محور خم شده. طراحی محور خم شده معمولاً دارای نویز، ارتعاش و سایش کمتری نسبت به طراحی صفحه کج در نظر گرفته می شود.