Budowa i zastosowanie pomp łopatkowych

Budowa pompy łopatkowej

Rotacyjna pompa łopatkowa to rodzaj automatu wyporowego, w którym elementem roboczym jest walec z umieszczonymi w nim promieniście ruchomymi (wysuwającymi się i chowającymi) łopatkami. Ich osadzenie w relacji do walca roboczego może być promieniowe lub ukośne (zazwyczaj stosowane w wielu rozwiązaniach konstrukcyjnych). Rzadziej spotyka się również rozwiązanie z rotorami o łopatkach przesuwanych osiowo.

Łopatki są rozpierane w kierunku korpusu sprężynami lub za pomocą działania siły odśrodkowej i ciśnienia cieczy dopływającej pod łopatki. W celu zwiększenia ich przylegania umieszcza się je pod pewnym kątem (ukośnie) w stosunku do promienia wału roboczego. Poprawia to charakterystykę ruchu łopatek wewnątrz walca, zmniejsza tarcie i utrudnia zakleszczenie. W niektórych rodzajach pomp stosowane są podwójne łopatki, zbudowane z dwóch warstw przylegającego do siebie metalu. Rozwiązanie to poprawia szczelność styku krawędzi łopatki i gładzi cylindra, dzięki czemu zmniejsza straty wynikające z przecieków. Podobne działają łopatki dwuwargowe.

W niektórych zastosowaniach, np. w przemyśle spożywczym, stosowane są pompy łopatkowe, w których zarówno wirnik, jak i łopatki wykonano z silikonu – materiał ten jest bowiem dopuszczony do kontaktu z żywnością.

Przestrzenie boczne w celu zapewnienia szczelności zabezpieczone są pokrywami.

Zasada działania pompy łopatkowej

W przypadku pompy łopatkowej osie rotora i cylindra wewnątrz pompy nie pokrywają się. Rotacja elementu roboczego dookoła osi powoduje okresowe powiększanie przestrzeni ssawnej i jednoczesne zmniejszanie przestrzeni tłoczącej. Łopatki umieszczone w rotorze obracają się wraz z nim, a w czasie wysuwania zasysają ciecz lub gaz do wewnętrznej przestrzeni. Następnie odcinają i przetłaczają pobrany materiał do przestrzeni tłocznej, którą otwiera łopatka poprzedzająca. Zasysanie cieczy lub gazu do wnętrza pompy i tłocznie na zewnątrz zachodzi więc jednocześnie. Dzięki temu, że element roboczy oddziela te dwie przestrzenie, znika konieczność stosowania zaworów sterujących, jak w pompach wyporowych o ruchu postępowo-zwrotnym lub obrotowo-zwrotnym.

Z powyższą budową wiążą się następujące zalety pomp łopatkowych:

• Mają one równomierną wydajność;
• Ich wymiary mogą być mniejsze od innych typów pomp o tej samej wydajności.

Rodzaje pomp łopatkowych

Ze względu na budowę wyróżnia się pompy:

• O łopatkach wysuwanych promieniowo, jednostronnego działania (np. typu Samaina), w których wał z łopatkami tworzą jedną przestrzeń, w której przemieszczana jest transportowana ciecz;
• O łopatkach wysuwanych promieniowo, dwustronnego działania (np. typu Vickersa), których wał wraz z łopatkami tworzą dwie przestrzenie robocze odpowiadające za przetłaczanie cieczy.

Zastosowanie pomp łopatkowych

Pompy łopatkowe stosowane są w różnych gałęziach przemysłu. Ze względu na specyficzne rozwiązania konstrukcyjne w różnych modelach wykorzystywane są one do konkretnych celów. Jest to między innymi pompowanie gazów, które stanowi podstawę działania niektórych modeli olejowych sprężarek powietrza oraz pomp próżniowych. Takie urządzenia służą do przetłaczania czystych i samosmarujących lepkich cieczy oraz smarów. Stosuje się je w hydraulicznych napędach różnych narzędzi, takich jak prasy, obrabiarki, podnośniki oraz w układach odpowiadających za samosmarowanie urządzeń mechanicznych.

Na co zwracać uwagę w czasie użytkowania pomp łopatkowych?

Pompy łopatkowe użytkowane prawidłowo, zgodnie z zaleceniami producenta, są w stanie przez wiele lat pracować bez oznak zużycia. Najczęstsze problemy wynikają z nieprawidłowego podłączenia urządzenia do układu hydraulicznego lub do jednostki napędowej. Pospolitą przyczyną jest też zła jakość czynnika roboczego. Na spadek żywotności pomp wpływają też błędy mechaniczne, takie jak:

• nadmierne obciążenie wału pompy,
• złe wyważenie sprzęgła lub nierównoległość jego tarcz,
• niezachowanie osiowości między wałem pompy a silnikiem,
• niewłaściwe połączenie między wałem a sprzęgłem.

Uszkodzenia może też wywołać niewłaściwy smar lub jego brak na łączeniu wału ze sprzęgłem.

Kolejną grupą przyczyn uszkodzenia pompy są te związane z ciśnieniem pracy pompy:

• przekraczanie dopuszczalnych wartości lub cykliczne nadciśnienie wynikające np. z niewłaściwego działania zaworu zabezpieczającego pompę,
• zbyt duża odległość między pompą a zaworem zabezpieczającym.

Są to najczęściej skutki błędów popełnianych na etapie projektowania, wykonania lub samej eksploatacji układu hydraulicznego.

Błędy w pracy pompy łopatkowej, skutkujące nierzadko jej uszkodzeniem, powoduje niewłaściwe odpowietrzenie urządzenia przed rozruchem oraz niezalanie pompy lub zalanie jej cieczą roboczą o zbyt dużej lepkości. Często dochodzi również do zjawiska kawitacji, które wywołuje korozję metalowych powierzchni pompy w formie miniaturowych kraterów. Powietrze może też być zasysane przez działającą pompę w czasie pracy poprzez niewłaściwie uszczelniony przewód ssawny lub wadliwe uszczelnienie wału. Zapowietrzenie cieczy roboczej nierzadko powoduje zatarcie elementów roboczych urządzenia na skutek zmiany właściwości fizycznych tak powstałej mieszaniny, która nie wykazuje już właściwości smarujących. W przypadku nadmiernego zużycia, czasem istnieje możliwość dokupienia łopatek pompy olejowej w rozsądnej cenie.

Inną przyczyną problemów z pompami łopatkowymi są również cząstki stałe dostające się do czynnika roboczego i powodujące rysy na powierzchniach roboczych, a ponadto woda w czynniku roboczym – obydwie te przyczyny powodują destabilizację pracy łopatek pompy.