EN
Zakaj hidravlična črpalka močno vibrira?
Močno nihanje hidravličnih črpalk v hidravličnih sistemih je pogost, a zahteven problem pri vzdrževanju opreme. To intenzivno nihanje ne povzroča le nadležnega hrupa, temveč tudi pospešuje obrabo komponent, povzroča ohlapnost priključkov cevi ali celo razpoke, v hudih primerih pa lahko vodi do okvar hidravličnih komponent, kar vpliva na varnost in učinkovitost proizvodnje. Nihanje črpalk ni redkost na gradbiščih in njegove škode ne smemo podcenjevati. Zato je za inženirje hidravličnih sistemov in osebje za vzdrževanje opreme zelo pomembno razumeti vzroke močnega nihanja črpalk ter hitro odpraviti težave. Spodaj bomo analizirali razloge za močno nihanje črpalk z vidika tehničnih principov, skupaj s praktičnimi uporabami zobnikih črpalk, lamelastih črpalk in batnih črpalk
- Vdiranja zraka in pojav kavitacije
Ko se zrak prime v hidravlični sistem, stisljivost hidravličnega olja upade, kar pogosto povzroči kavitacijo in posledično nepravilne intenzivne vibracije med delovanjem hidravlične črpalke. Kavitacija pomeni hitro propadanje mehurčkov, ki nastanejo v olju, ko vstopijo v področje visokega tlaka, pri čemer nastanejo lokalni udarni učinki. Kavitacija ne povzroča le ostrega hrupa črpalke, temveč tudi razjeda kovinske površine, pri čemer nastanejo jamice, podobne spužvi, kar dodatno poslabnjuje vibracije in poškodbe opreme. Zrak v sistem lahko vdre na naslednje načine: puščanje na vpihni liniji olja, nizka raven olja v rezervoarju za hidravlično olje, konec povratne cevi ni potopljen pod gladino olja ter slabo tesnenje ohišja črpalke. Ko je ravnanost ohišja zobniške črpalke in končne pokrovke nedovolj dobra ali kadar poslabusa tesnilo, se med obratovanjem zrak sesa v notranjost. Lopatične črpalke, ki imajo slabšo sposobnost samodejnega polnjenja v primerjavi s zobniškimi črpalkami (še posebej majhne zmogljivosti), zahtevajo posebno pozornost glede gladkega vpiha olja in nedotaknjenega tesnenja. Batne črpalke so prav tako občutljive na vpih zraka na vpihni strani pri zahtevnih obratovalnih pogojih; če se zrak enkrat prime in povzroči prekinitev dovajanja goriva, lahko pride do hudih udarnih učinkov in vibracij zaradi kavitacije. Zato je ključnega pomena vzdrževati dobro tesnenje in pravilno raven olja v hidravličnem sistemu. Če sumimo na kavitacijo, jo lahko ocenimo po zvoku in tlakomeru: če se kazalec tlakomerja nenavadno močno nihaja in mu sopoti zvok »ščapanja«, to pogosto kaže na kavitacijo, povzročeno s slabim vpihom olja, zato je takoj treba preveriti vpihno ustje črpalke in filter na morebitno zamašitev ali puščanje.
- Težave pri vlečenju olja in neustrezni delovni pogoji.
Neustrezni delovni pogoji hidravličnih črpalk lahko privedejo tudi do močnega tresenja, pri čemer se pogosto pojavljata dve situaciji: črpalka ne more vzeti dovolj olja in obratovanje v nadmeri. Ko je hitrost hidravlične črpalke previsoka, postopek sesanja olja morda ne more slediti ritmu izpusta olja, kar povzroči nezadostno sesanje olja, nastanek delnega vakuumа na vhodu črpalke ter spremljajoče nihanje tlaka, kar končno vodi do močnega tresenja črpalke. Preprosto povedano, če se črpalka vrti prehitro, a ne more dobaviti olja, deluje v prazno in povzroča vibracije. To velja zlasti za zobniške črpalke: pri visokohitrostnem obratovanju bo medzobno tesnilno komoro ponavljajoči sunkovit pritisk in nenaden vakuum močno vzbujal vibracije in hrup. Zato se na konstrukciji zobniških črpkam običajno izvaja freziranje razbremenilnih žlebov, da se zmanjša udareni učinek zaradi ujetja olja v zobnikih. Druga situacija je obratovanje hidravličnega sistema v nadmeri, ko črpalka deluje dolgo časa nad projektiranim tlakom ali pretokom, kar povzroči nepravilen napetostni stan na notranjih komponentah in posledično splošno vibracijo stroja. Ko batna črpalka hitro spremeni pri visokem tlaku in visokem pretoku, če zmogljivost sesanja ne more slediti, pride tudi do prehodnega »loka odcepljanja tekočine«, kar povzroči močan udarni tres. Poleg tega lahko spremembe temperature in viskoznosti hidravličnega olja vplivajo na zmogljivost sesanja olja: visoka viskoznost olja pri nizkih temperaturah poveča upor pri sesanju, kar oteži črpalki, da bi v primernem času privzela dovolj olja; če je olje pri visokih temperaturah pretenko, lahko pride do izparevanja (predčasnega izparevanja olja). Vse to oteži črpalki absorpcijo olja in sproži vibracije. V inženiringu je treba izogibati dolgotrajnemu obratovanju črpalk nad njihovo nazivno hitrostjo ali obremenitvijo. Če je potrebno, je mogoče zmanjšati hitrost ali preusmeriti oskrbo z oljem, hkrati pa je treba zagotoviti ustrezno temperaturo hidravličnega olja. V sistemih lopatičnih in batnih črpk se včasih namestijo pomožne oskrbovalne črpalke ali akumulatorji, da se zagotovi zahteva po sesanju olja pri visokofrekvenčnem obratovanju in prepreči tresenje zaradi nezadostne oskrbe z oljem.
- Viskoznost olja in dejavniki onesnaženja.
Prevelika ali premajhna viskoznost hidravličnega olja lahko povzroči nenavadno vibracijo pri delovanju hidravlične črpalke. Ko je viskoznost previsoka (na primer zagon pri nizkih temperaturah ali uporaba olja z visoko stopnjo viskoznosti), se poveča upornost pretoka olja in sesanje na vhodu črpalke ni gladko, kar lahko povzroči lokalni vakuum, ki vodi do kavitacije in vibracij. Nasprotno pa nizka viskoznost (na primer visoka temperatura olja ali uporaba pretenkega olja) povzroči tanjši mazilni film, poveča notranje trenje v črpalki ter slabše mazanje sestavnih delov, kar vodi do obrabe in nenavadnih vibracij. Zato je treba glede na delovno okolje opreme izbrati hidravlično olje ustrezne stopnje viskoznosti in zagotoviti, da je temperatura sistema v normalnem območju. Poleg tega je čistost olja ključnega pomena za gladko delovanje črpalke. Onesnaževala lahko pospešijo obrabo črpalke in celo povzročijo zatikanje gibljivih delov, kar vodi do vibracij in hrupa. Pri vilični črpalki je razmik med točno prilegajočimi se deli majhen, zaradi česar je zlasti občutljiva na onesnaženost olja; že majhne nečistoče, ki omejijo gibanje vilice, lahko povzročijo nestabilen tlak na izhodu črpalke in vibracije. Če pride v zobno črplako delcev, kot so železni ostružki, lahko povzročijo poškodbe površin zob, ekscentrično obrabo zobnikov ter med obratovanjem proizvajajo hrup in vibracije, podobne grizenju zob. Batna črpalka ima najvišje zahteve glede čistosti olja, saj lahko celo majhni delci pospešijo obrabo bata in valja ter povzročijo pulziranje tlaka in vibracijske motnje. Vzdrževanje čistosti hidravličnega olja lahko znatno zmanjša take tveganja. Redno menjavanje filtričnih elementov in spremljanje kakovosti olja za preprečevanje poslabšanja viskoznosti ter prekomernega onesnaženja sta vsakodnevni prednostni nalogi osebja za vzdrževanje opreme.
- Mehanska namestitev in strukturna vprašanja:
Namestitev in notranji strukturni dejavniki hidravličnih črpalk lahko povzročijo tudi hud tresenje. Najprej nepravilna namestitev. Če pogonski gred hidravlične črpalke ni poravnana z motorjevo osjo ali je sklopka slabo nameščena, se med delovanjem črpalke ustvarijo dodatna mehanska napetost in ekscentrična sila, kar povzroči hudo vibracijo ogrodja. Številni primeri na terenu so pokazali, da že majhna neujemanja osi lahko povzročijo odskakovanje črpalke med hitrim vrtenjem, kar vodi do predčasnega poškodovanja tesnenj in obrabe ležajev. Pri pravilni namestitvi uporabite sklopko za poravnavo osi in pritrdite nosilce črpalke. Po potrebi dodajte podložke za dušenje vibracij. Drugič, proizvodnja ali obraba notranjih komponent črpalke morda predstavlja koreninski vzrok vibracij. Na primer, pri zobnikih s slabo natančnostjo zob, majhnim razmikom med zobmi ali obrabljenimi ležaji se lahko moti ravnotežje delovanja in nastanejo pomembne vibracije in hrup. Zobna črpalka ima sam po sebi prisotno slabost radialne neravnovesne sile, ki ustvarja izmenične obremenitve na ležajih in ohišju ter je še bolj nagnjena tresenju, kadar je slabo zasnovana ali sestavljena. Če obstaja lokalna obraba na notranji površini statorja ali pa listi v listnati črpalki nimajo dovolj elastičnosti, to lahko povzroči neenakomerno obremenitev listov in posledično vibracije med vrtenjem. Batna črpalka vsebuje več visokohitrostnih vratilskih komponent. Če so posamezni batki ali drsne patice obrabljeni ali ohlapni, lahko pride do udarcev in pulzacij pretoka, kar se kaže kot splošno tresenje. Poleg tega lahko ohlapni vijaki, ki pritrjujejo črpalko in cevovode, ter nedostosten togost podpore temeljev povečajo tudi najmanjše vibracije med normalnim delovanjem, kar rezultira v vidno »hudo tresenje«, opazno s prostim očesom. Zato mora biti med vzdrževanjem opreme preverjeno stanje sklopk, pritrdilnih elementov in notranjih delov črpalke ter naj bodo vsi problematični deli takoj popravljeni ali zamenjani.
Predlog inženirja
Glede na težavo s hudim tresenjem hidravličnih črpalk, ponujajo inženirji naslednje predloge za referenco:
Takojšnja preveritev kavitacije in uhajanja zraka: V primeru nenavadnega hrupa ali hudih nihanj kazalca manometra je treba najprej preveriti, ali je element sesalnega filtra zamašen, ali je tesnilo spojnice sesalnega cevovoda nedotaknjeno, ali je raven olja v rezervoarju nizka ter ali je povratna cev potopljena pod gladino olja. Odprava nevarnosti vstopa zraka lahko učinkovito zmanjša vibracije hidravlične črpalke. Po potrebi povečajte dovolj tlak dodajanja olja na vhodu črpalke (na primer z namestitvijo dodatne črpalke ali dvigom višine rezervoarja), da preprečite kavitacijo.
Umerjeno nadzorujte obratovalne parametre: spoštujte nazivne specifikacije hitrosti in tlaka hidravlične črpalke ter se izogibajte dolgotrajnemu obratovanju s previsoko hitrostjo in obremenitvijo. Pri črpalkah z omejeno sposobnostjo samosesanja, kot so zobniške črpalke, je pri nizkih temperaturah treba napravo segreti s prostim tekom, da zmanjšate viskoznost olja, preden začnete z delom pri polni obremenitvi, da preprečite vibracije zaradi težav pri sesanju olja. V veččrpalkovih sistemih lahko v ta namen stabilizacije tlakovnih nihanj in zmanjšanja vpliva hitrega delovanja na črpalko upoštevamo vzporedno namestitev akumulatorja.
Izberite ustrezno olje in redno vzdržujte: Izberite hidravlično olje z ustreznim stopnjem viskoznosti glede na okolno temperaturo, da se izognete preveliki ali premajhni viskoznosti olja, kar lahko vpliva na sesanje in mazanje črpalke. Redno zamenjujte ali filtrirajte olje, da ohranite njegovo čistost. Še posebej pri opremi s krilnimi in batnimi črpalkami mora biti načrt za filtracijo in zamenjavo olja strogo izveden, da se prepreči vstop nečistoč in povzročanje vibracijskih motenj.
Preverite namestitev in stanje delov: Zagotovite, da sta vodilni gredi hidravlične črpalke in motorja pravilno poravnani, da namestitev spojke ustreza zahtevom ter redno zategnite sidrne vijake črpalke in nosilce cevovodov. Če najdete notranje obrabljeni ali razrahljane dele, jih takoj popravite ali zamenjajte. Pri zobnikih lahko preverite obrabo zobnikov in ležajev; pri lamelni črpalki preverite, ali se lopatica in stator pravilno prilegata; pri batni črpalki pa je treba pozornost nameniti obrabi bata, drsnih čevljakov in poševne plošče. Odpravljanje težav na opremi mora biti izvedeno postopoma od zunanjega proti notranjemu, od enostavnega do težjega, da se težave zgodaj odkrijejo in preprečijo škoda, preden pride do nje.
Iz zgoraj navedene analize je razvidno, da »zakaj hidravlične črpalke močno vibrirajo« ni nerazrešljiva uganka. Med pogoste vzroke spadajo kavitacija, težave pri vpijanju olja, neustrezni delovni pogoji, težave z oljem ter mehanski dejavniki namestitve. Za strokovnjake na področju hidravlike je obvladanje teh načel in sprejetje preventivnih ukrepov nujno, da se učinkovito zmanjša hrup in vibracije zobničastih črpalk, podaljša življenjska doba opreme ter zagotovi stabilen in učinkovit obrat hidravličnih sistemov. Takrat, ko opazimo nenavaden tres ali vibracije hidravlične črpalke, priporočamo pregled zgoraj navedenih točk za odpravljanje težav s opremo. Verjamemo, da vam bo to pomagalo hitro ugotoviti vzrok, pravilno diagnosticirati težavo in jo rešiti.