Macchine Idrauliche Volumetriche...MACCHINE A FLUIDO Corso di Studio in Ingegneria Meccanica -...

MACCHINE A FLUIDO

Corso di Studio in Ingegneria Meccanica - Università degli Studi di Cagliari 1

Macchine Idrauliche Volumetriche CLASSIFICAZIONE DELLE POMPE OLEODINAMICHE

INGRANAGGI PALETTESTANTUFFI

EsterniInterni

compensatenon compensate

Stantuffi Radiali

Alternativea corpo cilindri fisso

Rotoalternativea corpo cilindri rotante Stantuffi Assiali

Piastra inclinata Corpo inclinato

Rotoalternativea corpo cilindri rotante

Alternativea corpo cilindri fisso

a corpo cilindrinon guidato

a corpo cilindriguidato da cardano

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Pompa ad Ingranaggi La portata è determinata dalle dimensioni degli ingranaggi e dalla velocità di rotazione.

La portata volumetrica della pompa è pulsante rispetto ad un valore medio

Trafilamento di liquido dalla mandata all’aspirazione nella regione di ingranamento dei denti

La pompa ad ingranaggi è una macchina reversibile perché invertendo il senso di rotazione si inverte anche la direzione del flusso

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Dipartimento di Ingegneria Meccanica - Università degli Studi di Cagliari 3

Pompa ad Ingranaggi – scheda costruttore

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Curve Caratteristiche Pompa a Ingranaggi

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Pompa a Palette Il rotore è montato eccentricamente rispetto alla cassa.

Le palette si muovono nelle scanalature radiali presenti sul rotore

Per effetto dell’eccentricità il liquido contenuto nella camera di pompaggio viene trasferito dall’aspirazione alla mandata senza subire alcuna variazione di volume

Il valore dell’eccentricità determina la portata elaborata dalla pompa.

Per eccentricità nulla la portata è nulla.

Se l’eccentricità si inverte anche il flusso di portata si inverte

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Pompa a Palette – scheda costruttore

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Curve Caratteristiche Pompa a Palette

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Pompa a Pistoni Assiali

Il moto alterno dei pompanti è determinato da una piastra inclinata sulla quale scivola un pattino unito ai pompanti da snodi sferici.

Il moto alterno dei pistoni si ottiene se esiste un moto relativo fra piastra inclinata e blocco cilindri (rotazione della piastra o del blocco cilindri.

Soluzione più diffusa per le piccole e medie cilindrate.

I pompanti sono disposti su di un cilindro il cui asse coincide con quello di rotazione.

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L’angolo di inclinazione della piastra determina la corsa dei pompanti e quindi la cilindrata della pompa che varia con l'inclinazione della piastra.

Pompe a cilindrata fissa con inclinazione della piastra fissata dal costruttore

Pompe a cilindrata variabile con inclinazione della piastra che può essere modificata dall’esterno.

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Pompa a Pistoni Assiali a corpo inclinato

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Pompa a Pistoni Assiali compensata in pressione

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Pompa a Pistoni Radiali

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o~~

VVQ αωω ==La portata volumetrica elaborata dalla pompa è direttamente dipendente dalla cilindrata V della macchina e dalla sua velocità di rotazione ω

Le principali variabili idrauliche di esercizio delle macchine idrostatiche sono essenzialmente la portata volumetrica e la pressione di esercizio.

La differenza di pressione presente ai capi della macchina determina la coppia assorbita dalla pompa ovvero quella disponibile all’asse della macchina idraulica.

Pistone

vk

p1

F

Ak

dsk

t t+dt

p2

Ak

Cilindrokkkkk AvQdtvdsApF === ∆

QpvApvFP kk ∆∆ ===

o~~

VpVpC α∆∆ ==

Caratteristiche ideali della macchine volumetriche idrauliche

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RR

ω

d

ω

d

INGRESSO

USCITA

sβ

Corpo Cilindri

Pistone

Piastra di Disttribuzione

Corpo Cilindri

Calcolo della cilindrata per macchine a pistoni assiali

corsa s = 2 R sinβ sezione pistone A = πd2/4 volume del cilindro Vi = s A = πd2/2 R sinβ cilindrata V = NVi = Nπd2/2 R sinβ = K sinβ

POMPA A CORPO INCLINATO

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corsa s = 2 R tanβ sezione pistone A = π d2/4 volume del cilindro Vi = s A =πd2/2 R tanβ cilindrata V = NVi = Nπd2/2 R tanβ = K tanβ

POMPA A PIASTRA INCLINATA

Calcolo della cilindrata per macchine a pistoni assiali

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ϑω=

ϑϑ

==ddV

dtd

ddV

dtdVQ iiii

)(FN)(FddVQ i

N

1ii

N

1i

i ϑω=ϑω=ϑ

ω= ∑∑==

<ϑϑ

−=ϑ

>ϑ

=ϑ

0ddV

ddV)(F

0ddV0)(F

iii

ii

Portata istantanea e media di macchine a pistoni assiali Portata istantanea del

singolo cilindro

Portata istantanea della pompa

Portata media della pompa

Aspirazione

Mandata

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teta [degree]

F [c

m3/r

ad]

teta [degree]

V [

cm3 /

giro

]

VidVi/dteta

0 45 900 45 90 135 180 225 270 315 360

-2

-1

0

1

2

3

4

135 180 225 270 315 3600

0.5

1

1.5

2

2.5

0 45 90 135 180 225 270 315 3600

1

2

3

4

5

teta [degree]

V [

cm3 /

giro

]

Vi

V

Vmean

Vi

V

VmeanR2

bSStgbS

tgR2S maxmax =⇒

β=β=

)cos1(tanR)cos1(2

SS max ϑ−β=ϑ−=

)sin(tanRA)(F)cos1(tanRA)(V

ii

ii

ϑβ=ϑϑ−β=ϑ

Portata istantanea e media di macchine a pistoni assiali

)cos1(Rb ϑ−=

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Caratteristiche reali della macchine operatrici

PM

S

C

ω

Qp

pQ

SCHEMA A BLOCCHI

Flusso delle informazioni fra la pompa e gli elementi contigui con cui essa interagisce.

M

POMPA MOTORE PRIMO

SERBATOIO

LINEE AUSILIARIE (Drenaggio)

LINEE DI CONNESSIONE

(Lavoro)

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V0 Vmin Vmax

V

p

∆p

pmin

pmax

aspirazione

mandata

esp. comp.

diagramma indicato

∫= pdVLind

Ciclo ideale Llim = Vo∆p

Comprimibilità del fluido ∆V

Press. nella camera di compressione

perdite di carico

Ciclo di lavoro del fluido operativo • Il ciclo ideale: trasformazioni ideali con un fluido ideale

• Il ciclo limite: trasformazioni ideali con un fluido reale

• Il ciclo reale: trasformazioni reali con fluido reale

DIAGRAMMA INDICATO E NON DI CICLO

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V0p0

V1p1

∆V=V1-V0 0

Comprimibilità del fluido operativo

β∆

−=∆ pVV

0

β modulo di comprimibilità

β è molto sensibile alle inclusioni d’aria

Per un olio minerale privo d’aria si può assumere β = 1400 MPa

Per p=150 bar -∆V/V ≅ 1 %.

Nel campo 0÷500 bar -∆V/V ≅ 3.6%

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Rendimenti delle pompe

ind

id

ind

idi P

PLL

==η ηmind

ass

PP

= ηvr

t

QQ

=

im

id

m

indass

PPPηη

=η

=tot

r

vim

r

im

tass

pQpQpQPη∆

ηηη∆

ηη∆

===

η η η η η η ηηηtot m i v m i mh

tot

v

= ⇒ = =

Rendimento interno o idraulico

Rendimento meccanico Rendimento volumetrico

Rendimento totale Rendimento meccanico-idraulico

Potenza assorbita

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η

α

α ω µmht

t t

CC C C C C

V p

f p=+

=+

=+

=∆ ∆ ∆

∆

∆1

11

10

/( , , , )

Rendimento meccanico-idraulico delle pompe

∆p

η

ηmhµ=cost.ω=cost.α=cost.

ω

η

ηmh

µ=cost.∆p =cost.α=cost.

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Rendimento volumetrico delle pompe

ηαω

α ω µvr

t

t L

t

L

t

LQQ

Q QQ

QQ

QV

f p= = − = − = − =∆ ∆ ∆ ∆1 10

( , , , )

∆pmax

∆p

η

ηv

µ=cost.ω=cost.α=cost.

ωmin ω

η

ηvµ=cost.∆p=cost.α=cost.

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M

Trasmissione idrostatica

Motore idraulico reversibile

Pompa

Valvola direzionale 4/2

Valvola di relief

Serbatoio

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Sistemi Rigenerativi Idro-Pneumatici

I Sistemi Ibridi HES (Hydraulic Energy Storage Systems)

Configurazione Hydraulic-Transmission

Configurazione Power-Assisted

ENGINE

HES-HT

ENGINE

HES-HT

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Parallelo Termico-Idropneumatico

Principali campi di applicazione:

- veicoli pesanti (raccolta

rifiuti solidi urbani, autobus, etc) sottoposti a continui cicli di start-stop (ambito urbano)

- applicabilità ad apparati di propulsione convenzionali, anche come retrofit

Diapositiva numero 1Diapositiva numero 2Diapositiva numero 3Diapositiva numero 4Diapositiva numero 5Diapositiva numero 6Diapositiva numero 7Diapositiva numero 8Diapositiva numero 9Diapositiva numero 10Diapositiva numero 11Diapositiva numero 12Diapositiva numero 13Diapositiva numero 14Diapositiva numero 15Diapositiva numero 16Diapositiva numero 17Diapositiva numero 18Diapositiva numero 19Diapositiva numero 20Diapositiva numero 21Diapositiva numero 22Diapositiva numero 23Diapositiva numero 24Diapositiva numero 25Diapositiva numero 26Diapositiva numero 27Diapositiva numero 28Diapositiva numero 29Diapositiva numero 30

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