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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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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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Pompa a Pistoni Assiali
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
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Pompa a Pistoni Assiali
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Pompa a Pistoni Assiali
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Pompa a Pistoni Assiali a corpo inclinato
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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