Nguồn cung cấp và hệ thống phân phối thủy lực

1. Bơm thủy lực

1.1. Bơm bánh răng (Gear pump)

Cấu tạo của bơm thông thường có từ hai bánh răng trở lên ăn khớp với nhau, có thể ăn khớp ngoài hoặc ăn khớp trong.

1.1.1. Bơm bánh răng ăn khớp ngoài (External gear pump)

1.1.1.1. Cấu tạo – nguyên lý hoạt động

Hình 1. Cấu tạo bánh răng ăn khớp ngoài: 1. Trục bơm (Drive shaft); 2. Phớt bơm (Seal); 3. Cổng xả (Suction port); 4. Bánh răng (Drive gear); 5. Gioăng làm kín (Case seal); 6. Bánh răng bị động (Idler gear); 7. Bạc lót trục (Bushings); 8. Cổng hút (Pressure port); 9. Thân bơm (Mounting flange).

Bơm bánh răng ăn khớp ngoài hoạt động tương tự như bơm chân không trong hai bánh răng vào và ra khỏi lưới để tạo ra dòng chảy. Tuy nhiên, bơm bánh răng ăn khớp ngoài sử dụng hai bánh răng giống hệt nhau quay với nhau – một bánh được lái bởi một động cơ(motor) và nó lần lượt lái đến các bánh răng khác. Mỗi bánh răng được hỗ trợ bởi một trục với vòng bi ở cả hai mặt của bánh.

Hình 2. Nguyên lý hoạt động của bánh răng ăn khớp ngoài.

(1) Khi bánh răng đi ra khỏi lưới, chúng tạo ra khối lượng mở rộng ở phía đầu vào của bơm. Chất lỏng chảy vào khoang và bị mắt kẹt bởi các răng bánh răng khi chúng xoay.

(2) Chất lỏng di chuyển quanh bên trong vỏ bọc trong các túi giữa răng và vỏ – nó không đi qua giữa các bánh răng.

(3) Cuối cùng, sự ăn khớp của bánh răng lực lượng lỏng thông qua cảng lối thoát dưới áp lực.

1.1.1.2. Các công thức

Hình 3. Hệ thống bơm đơn giản.

Tính toán thông số cho bơm dựa vào các thông số sau:

  • V (cm3/rev): thể tích dịch chuyển qua bơm.
  • Q (l/min): lưu lượng chất lỏng.
  • p (bar): áp suất.
  • M (N/m): momen trục bơm.
  • n (rev/min): tốc độ quay của trục bơm.
  • P (kw): công suất động cơ sơ cấp.

Các hiệu suất trong hệ thống:

  • ηv (%): hiệu suất thể tích.
  • ηhm (%): hiệu suất thủy lực – cơ khí.
  • ηt (%): hiệu suất toàn phần.

Các công thức xác định các thông số chính:

\begin{aligned}
&\ Q=V.n.ɳ_v.{10}^{-5}\\
&\ p=\frac{M.ɳ_{hm}}{1,59.V}\\
&\ P=\frac{p.Q}{6.ɳ_t}\\
&\ V=\frac{Q}{n.ɳ_v}.{10}^5\\
&\ V=\frac{M.ɳ_{hm}}{159.p}\\
&\ Q=\frac{6.P.ɳ_t}{p}\\
&\ n=\frac{Q}{V.ɳ_v}.{10}^5\\
&\ M=\frac{1,59.V.p}{ɳ_{hm}}\\
&\ p=\frac{6.P.ɳ_t}{Q}
\end{aligned}

1.1.2. Bơm bánh răng ăn khớp trong (Internal gear pump)

Cấu tạo bơm bánh răng ăn khớp trong đơn giản như hình 4. Bao gồm các phần tử: mặt bích để gắn bơm (1), thân bơm (2), vỏ hình trụ chứa trục quay (3), trục bánh răng (4), bánh răng trong (5), vòng bi thẳng (6), đĩa trục (7) và lưỡi chắn hình lưỡi gà (8).

Hình 4. Cấu tạo bơm bánh răng ăn khớp trong.

Quá trình hút và đẩy trong bơm: động cơ sơ cấp thông qua trục bánh răng 4 dẫn động cho bánh răng 5 quay theo chiều như hình vẽ. Lực được cấp đến cả hai bánh răng, sự di chuyển của bánh răng kéo dầu từ cửa hút (S) và kéo dầu vòng theo hai mặt của bản chắn hình lưỡi liềm. Khi bánh răng trên bề mặt đối nhau với lưỡi chắn hình lưỡi liềm, dầu thủy lực được đẩy vào của xả (P) của bơm.

Hình 5. Bơm bánh răng nhiều cấp và ký hiệu.

Để tăng áp suất và lưu lượng, bơm bánh răng có thể được chế tạo nhiều cấp. Thực chất đó là các bơm được gắn chung trong 1 vỏ, cùng trục truyền động như hình 5.

1.2. Bơm cánh gạt (Vane pump)

Bơm cánh gạt là một loại bơm thủy lực rotor có kết cấu đơn giản và làm việc ít ồn. Bơm cánh gạt có khả năng điều chỉnh được lưu lượng. Loại bơm này nhạy với chất bẩn hơn so với bơm bánh răng, nên có yêu cầu việc lọc chất lỏng khắt khe hơn (< 25 μm).

Bơm cánh gạt được sử dụng nhiều trong hệ thống máy công cụ (máy khoan, doa, phay, tiện, mài, …), trong công nghiệp đúc áp lực, trong giao thông vận tải, trong công nghiệp hóa chất, trong các nhà máy chế biến thực phẩm và trong công nghiệp khai thác.

Theo nguyên lý có thể phân làm 2 loại:

  • Bơm cánh gạt tác động đơn: loại này chỉ có 1 khoang làm việc. Phạm vi làm việc của bơm cánh gạt tác động đơn tương đối hẹp.
  • Bơm cánh gạt tác động kép: có 2 khoang làm việc nhằm mục đích tăng lưu lượng bơm. Đối với bơm cánh gạt tác động kép, phạm vi làm việc của nó được mở rộng nhiều so với bơm cánh gạt đơn.

1.2.1. Bơm cánh gạt đơn (Single chamber vane pump)

Bơm cánh gạt đơn chỉ có 1 khoang làm việc khi khi stator và rotor có sự chuyển động tương đối với nhau. Với bơm cánh gạt đơn có thể phân thành 3 loại tùy theo khả năng điều khiển lưu lượng dầu qua bơm như sau:

  • Bơm cánh gạt lưu lượng không đổi (fix displacement).
  • Bơm cánh gạt điều chỉnh lưu lượng trực tiếp (variable displacement).
  • Bơm cánh gạt điều khiển lưu lượng tự động (pilot operated).
1.2.1.1. Bơm cánh gạt lưu lượng không đổi

Trên hình 6 trình bày nguyên lý cấu tạo của bơm cánh gạt tác động đơn. Trên rotor có sẽ các rãnh để các cánh gạt chuyển động tịnh tiến ở trong rotor và stator được đặt lệch tâm với nhau để tạo nên sự thay đổi thể tích của các khoang làm việc khi stator và rotor có sự chuyển động tương đối với nhau.

Khi bơm làm việc, các cánh gạt luôn tì sát vào thành stator dưới tác dụng của lực ly tâm hoặc lực lò xo hoặc áp lực chất lỏng dẫn từ buồng đẩy tới. Với chiều quay trên hình 5 thì khi làm việc, khoang V được mở rộng ra sẽ hút chất lỏng theo khoang hút vào trong bơm. Khi khối chất lỏng chuyển sang vùng V , thể tích này bị thu hẹp lại và đẩy chất lỏng vào khoang đẩy V với áp lực cao.

Hình 6. Nguyên lý bơm cánh gạt đơn.

Với kết cấu cánh gạt như trên thì ta thấy rằng trong một vòng quay, bơm thực hiện một lần hút và một lần đẩy. Vì lý do này cho nên bơm được gọi là bơm tác dụng đơn. Bơm càng nhiều cánh gạt thì lưu lượng càng đều. Thông thường, số cánh gạt có từ 4 đến 12 cánh. Nhược điểm lớn của loại bơm tác dụng đơn này là gây nên lực hướng kính lệch (từ phía khoang đẩy), làm phá hủy cục bộ các ổ đỡ, nhất là khi áp suất cao.

1.2.1.2. Bơm cánh gạt điều chỉnh lưu lượng trực tiếp

Hình 7. Cấu trúc bơm cánh gạt điều chỉnh lưu lượng trực tiếp.

Cấu tạo cơ bản gồm vỏ bơm (1), nắp (2), rotor (3), các cánh gạt (4), vành stator (5), lò xo nén (6), vít chỉnh định (7) và đĩa điều khiển (8). Để giới hạn lưu lượng cực đại, bơm được lắp một vít chỉnh (9). Rotor (3) sẽ quay trong vành stator (5). Các cánh van (4) được lai bởi rotor (3) và tì sát vào mặt trong của vành stator (5) nhờ lực ly tâm.

Quá trình nén và đẩy trong bơm: Các khoang làm việc (10) sẽ chuyển chất lỏng thông qua các cánh van (4), rotor (3), vành stator (5), đĩa điều khiển (8) và nắp (2). Thể tích của khoang tăng dần khi rotor quay và các khoang này sẽ hút chất lỏng thông qua cửa hút S. Khi thể tích khoang đạt giá trị lớn nhất thì các khoang này sẽ dịch chuyển ra khỏi của hút của bơm.

Do rotor tiếp tục quay và chất lỏng sẽ được nén và đẩy ra cửa đẩy (P) của bơm.

Khi rotor quay hết một vòng thì kết thúc một chu kỳ hút và đầy trong bơm cánh gạt.

Điều khiển áp lực: Vành stator (5) được giữ tại vị trí lệch tâm ban đầu bởi lò xo 6. Giá trị áp lực làm việc yêu cầu trong hệ thống được đặt bởi vít chỉnh 7 thông qua lò xo 6. Áp lực được tạo ra bởi lực tác động phía bên khoang đẩy của bơm sinh ra ở mặt trong của vành stator, chống lại lực ép của lò xo 6.

Khi áp lực đạt giá trị đặt, được xác định bởi lực đặt lên lò xo, vành stator 5 sẽ chuyển từ vị trí lệch tâm về vị trí “0”. Lưu lượng qua bơm sẽ tự điều chỉnh đền giá trị đặt tại thời điểm đó. Khi đạt giá trị áp lực đặt cực đại, thì bơm sẽ điều chỉnh lưu lượng về vị trí “0” ảo. Áp lực hoạt động được duy trì ở giá trị đặt.

1.2.1.3. Bơm cánh gạt điều khiển lưu lượng tự động

Cấu tạo cơ bản bao gồm vỏ bơm (1), nắp (2), các cánh gạt (3), vành stator (4), cơ cấu điều khiển áp lực (5), vít chỉnh định (6). Vành stator (4) thì được giữ bởi piston (10) và piston (11). Cơ cấu thứ 3 điều khiển vành stator là vít chỉnh định (7).

Rotor (2) chuyển động quay trong vành staor (4). Các cánh van được dẫn động trong rotor và tì vào vành stator do lực ly tâm tạo ra khi hoạt động.

Hình 8. Cấu trúc bơm cánh gạt lưu lượng thay đổi.

Quá trình hút và đẩy trong bơm khi hoạt động: Khoang áp lực đẩy (8) sẽ chuyển dòng chất lỏng được tạo bởi các cánh van (3), rotor (2), vành stator (4) và đĩa điều khiển (9). Để đảm bảo chức năng của bơm trong quá trình hiệu chỉnh, vành stator (4) được giữ bởi lò xo (12) phía sau piston lớn (11) trong vị trí lệch tâm (vị trí thay đổi).

Khi rotor (2) quay, thể tích của khoang (8) tăng dần và các khoang này sẽ hút chất lỏng từ cửa hút (S) vào trong bơm. Khi các khoang này đạt giá trị thể tích lớn nhất thì nó sẽ chuyển ra khỏi vị trí nối với cửa hút. Rotor tiếp tục quay và các khoang này sẽ nối qua của đẩy, thể tích của chúng giảm dẩn và chuyển khối chất lỏng trong khoang qua của áp lực (P) cấp nguồn áp lực cho hệ thống.

Hình 9. Nguyên lý điều chỉnh tự động.

1.2.2. Bơm cánh gạt kép (Double chamber vane pump)

Trên hình 10 giới thiệu sơ đồ kết cấu của bơm cánh gạt tác động kép. Khác với trường hợp bơm cánh gạt tác động đơn, để tăng thể tích làm việc trong các quá trình hút đẩy, người ta không bố trí rotor và stator lệch tâm nhau, mà mặt trong của stator có dạng của những cung tròn có bán kính khác nhau nối tiếp nhau. Hai khoang hút và hai khoang đẩy được bố trí đối xứng qua tâm của vỏ. Như vậy trong môt lần quay, bơm thực hiện hai lần hút – đẩy. Để tăng chiều dài khe hẹp, giảm lực dẫn động các cánh gạt và tránh cho các cánh gạt không bị kẹt, người ta có thể bố trí cánh gạt nằm nghiêng so với phương hướng kính một góc α = 6º ÷ 13º . Khi bơm được bố trí các cánh gạt nghiêng như vậy, máy chỉ làm việc quay theo một chiều cố định.

Hình 10. Kết cấu của bơm cánh gạt kép.

Cũng tương tự như bơm bánh răng, ở bơm cánh gạt, để tăng áp suất, người ta dùng nhiều cấp có nhiều rotor lắp trên cùng một trục. Còn để tăng lưu lượng, người ta chế tạo bơm cánh gạt kép. Loại này thực chất là 2 bơm cánh gạt gắn đồng trục. Chúng có cùng cửa hút nhưng cửa đầy thì riêng biệt.

Hình 11 giới thiệu bơm cánh gạt kép có chung cửa hút và cửa đẩy thì riêng biệt.

Hình 11. Bơm cánh gạt kép.

1.3. Bơm trục vít (Screw pump)

Hình 12 là nguyên lý cấu tạo của một số loại bơm trục vít.

Khi trục vít chủ động quay, kéo theo trục vít bị động quay theo. Chất lỏng chứa trong rãnh ren của các trục vít, được hình dung như các “đai ốc chất lỏng”, chuyển động tịnh tiến quay từ miệng hút đến miệng đẩy. Sự ăn khớp của hai trục vít có tác dụng làm kín và đẩy “đai ốc chất lỏng” chuyển động.

Hình 12. Bơm 1 trục vít.

Hình 13. Bơm 2 trục vít.

Hình 14. Bơm 3 trục vít.

1.4. Bơm piston hướng trục (Axial piston pump)

Trong bơm piston hướng trục hình 15 hành trình của piston song song với trục truyền động hay song song với trục của khối xy-lanh.

Hình 15. Cấu trúc nguyên lý của bơm piston hướng trục.

Sự tịnh tiến tới lui của các piston được điều khiển bởi tấm đĩa nghiêng gắn lệch một góc trên trục truyền động. Khi trục quay, khối xy-lanh quay theo, tấm đế của piston tì vào tấm điều khiển. Vì vậy khi tấm điều khiển quay các piston sẽ chuyển động tịnh tiến trong các xy-lanh.

Lượng dầu bơm cung cấp trong mỗi vòng quay phụ thuộc vào đường kính xy-lanh, số piston và hành trình của piston. Góc nghiêng của đĩa điều khiển sẽ xác định hành trình của piston. Vì thế, có thể thay đổi góc lệch này để điều chỉnh lưu lượng dầu của bơm.

Trong thực tế, góc lệch của đĩa điều khiển có thể cố định, có thể điều chỉnh được tùy từng loại bơm cụ thể. Do đó, về nguyên tắc có thể chia làm 2 loại:

  • Bơm piston hướng trục lưu lượng không đổi (fix displacement).
  • Bơm piston hướng trục biến lượng (variable displacement).

1.4.1. Hoạt động của bộ bù áp suất

Hình 16 b) cho ta thấy một bơm thủy lực sử dụng bộ điều tiết áp suất. Bộ điều tiết áp suất sẽ điều khiển vị trí của tấm chắn một cách tự động (hoặc bằng tay trong chế độ sự cố) để giới hạn áp suất ở ngõ ra. Bộ này gồm một bộ van cân bằng lực của lò xo và áp suất hệ thống, van sẽ điều khiển một piston điều khiển trong bơm.

Ban đầu lò xo trở về của tấm chắn giữ tấm này ở vị trí lượng dầu phát ra cao nhất. Áp suất từ ngõ thoát của bơm thông qua đường dầu điều khiển được đưa đấn van điều tiết. Lực đẩy của lò xo điều chỉnh trên van điều tiết chống lại áp suất dầu trong cửa dầu điều khiển. Khi áp suất điều khiển thắng được lực của lò xo điều chỉnh, van điều chỉnh sẽ tịnh tiến cho phép dầu đi vào piston tác động tấm chắn. Dầu đẩy piston làm cho tấm chắn chuyển động và làm giảm hành trình chuyển động của piston trong khối xy-lanh, dầu phát ra giảm. Nếu áp suất điều khiển giảm (áp suất dầu ở ngõ giảm), dầu trong piston tác động lên tấm chắn sẽ xả ra. Lúc này, lò xo trở về của tấm chắn làm cho tấm đó chuyển động trở về vị trí lượng dầu phát ra là cực đại.

Hình 16. Cấu trúc của bơm piston hướng trục lưu lượng không đổi (a)
và bơm piston hướng trục biến lượng (b).

1.4.2. Bơm piston có trục lệch

Trong bơm piston có trục lệch hình 17, thanh truyền được nối với trục truyền động bằng khớp bi. Khối xy-lanh được nối với trục truyền động bằng khớp nối các-đăng, vì vậy chúng có thể cùng quay nhưng lệch nhau một góc. Nòng xy-lanh tùy vào một tấm van có lỗ nối với ngõ nạp, và ngõ thoát.

Hình 17. Cấu trúc của bơm piston hướng trục có trục lệch.

Hoạt động của bơm tương tự như bơm hướng trục có trục thẳng. Lượng dầu phát ra trong mỗi vòng quay sẽ được điều khiển thông qua thông qua góc lệch giữa trục khối xy-lanh và trục truyền động.

1.5. Bơm piston hướng kính (Radial piston pump)

Bơm piston hướng kính hay còn gọi là bơm rotor hình sao. Thông thường số piston của bơm là số lẻ: 3, 5, 7, … piston. Để tăng lưu lượng của bơm, có thể tăng gấp đôi số piston bằng cách chế tạo hai bộ piston song song nhau gọi là bơm hướng kính kép. Cấu trúc chi tiết bơm piston hướng kính như hình 18.

Về cơ bản, bơm gồm các chi tiết chính sau: thân bơm (1), trục lệch tâm (2), trục piston và xy-lanh (3), van hút (4), van xả (5) và piston (6).

1.5.1. Quá trình hút và đẩy trong bơm

Các piston (6) được lắp hướng kính đối với trục lệch của bơm (2). Piston dạng lõm (6) với van hút (4) chuyển động tịnh tiến trong xy-lanh (7) và được định vị ở vị trí hành trình ra nhờ lò xo (8) ép trên trục lệch tâm (2). Bán kính của mặt trượt của piston phụ thuộc vào bán kính của trục lệch tâm. Xy-lanh (7) tựa vào gối đỡ bán cẩu (9).

Khi piston 6 chuyển động hướng xuống, thì khoang làm việc (10) mở rộng trong xy-lanh. Áp suất trong khoang giảm làm cho van hút mở ra. Đồng thời, đường nối cửa hút (12) thông với khoang làm việc (10) mở ra nhờ rãnh hướng kính (11) trong trục lệch tâm (2).

Khoang làm việc lúc này đã chứa đầy dầu. Và khi piston chuyển động lên, van hút (4) đóng lại và van xả (5) mở ra. Dầu áp lực cao lúc này chuyển qua cửa ra (P).

Hình 18. Cấu trúc bơm piston hướng kính (a)
Cấu trúc chi tiết 1 piston xy-lanh (b).

Quá trình bơm hoạt động có thể tóm tắt như hình 19. Quá trình này có thể chia thành 4 giai đoạn như sau:

  1. Piston ở vị trí cao nhất, khoang làm việc lúc này có thể tích nhỏ nhất. Cả van hút và van xả đều đóng.
  2. Khi trục bơm quay, piston dịch chuyển. Khoang làm việc tăng dần thể tích lên và van hút mở do áp lực trong khoang giảm xuống và lò xo đẩy piston đi xuống. Dầu được đưa vào khoang làm việc thông qua cửa hút.
  3. Khi piston dịch chuyển đến vị trí thấp nhất thì lúc này, thể tích khoang làm việc là cực đại. Van hút và van xả đều đóng lại.
  4. Do trục tiếp tục quay cho nên piston sẽ chuyển động hướng lên. Dẩu được nén trong khoang làm việc. Do áp suất trong khoang tăng, cho nên van xả mở, dầu áp lực được cấp cho hệ thống thông qua cửa xả của bơm.

Hình 19. Quá trình hoạt động 1 vòng quay của 1 piston.

Đối với bơm piston hướng kính cũng có khả năng điều chỉnh lưu lượng. Để thay đổi lưu lượng làm việc của bơm, thông thường người ta sẽ thay đổi vành định tâm bơm, tức là thay đổi độ lệch tâm của trục truyền động. Lúc này sẽ thay đổi khoảng dịch chuyển của piston trong xy-lanh, do đó thay đổi thể tích dầu bơm ra sau một vòng quay.

1.6. Bơm con lăn ống mềm

Nguyên lý làm việc của bơm con lăn ống mềm là chất lỏng trong ống mềm bị ép (và dãn) dưới tác dụng của con lăn trên ống.

Trên hình 20 là sơ đồ cấu tạo của một bơm con lăn ống mềm.

Hình 20. Bơm con lăn ống mềm
1. Rotor; 2.Stator; 3. Thân ống mềm;
4. Con lăn; 5. Măng sông nối với vòng kẹp.

Trong quá trình làm việc, bơm thực hiện ba quá trình: hút, vận chuyển và đẩy chất lỏng. Lưu lượng của bơm thay đổi theo đường kính ống và vận tốc quay của rotor.

Hình 21. Quá trình làm việc của bơm con lăng ống mềm
a. Quá trình hút; b. Quá trình vận chuyển; c. Quá trình đẩy.

  1. Quá trình hút: Dưới tác dụng của con lăn, ống mềm bị nén và bịt lại. Phía sau con lăn,ống mềm đàn hồi trở lại trạng thái ban đầu tạo nên thể tích chân không hút chất lỏng hình 21a.
  2. Quá trình vận chuyển: Dưới tác dụng quay của con lăn, thể tích chất lỏng chứa giữa hai con lăn được vận chuyển trong ống từ khoang hút đến khoang đẩy hình 21b.
  3. Quá trình đẩy: Dưới sức nén của con lăn thứ hai, chất lỏng được đẩy ra kênh hình 21c.

1.7. Bơm màng (Diaphragm pump)

Bơm màng là một loại bơm có nguyên lý hút đẩy kiểu piston đơn trong đó người ta thay thế piston bằng màng. Tuy nhiên, sự khác nhau giữa hai loại bơm này như sau:

  • Đối với bơm piston, sự thay đổi thể tích làm việc của bơm được xác định theo hành trình chuyển động tương đối giữa piston và xy-lanh. Do vậy, có khe hở giữa piston và xy-lanh và kết cấu làm kín giữa hai phía của piston là ở dạng động.
  • Đối với bơm màng, sự thay đổi thể tích làm việc sinh ra do chuyển động tịnh tiến của màng. Ở bơm này không có kết cấu làm kín động như bơm piston. Vì vậy, chúng được sử dụng trong những trường hợp bơm chất bẩn, độc hại, có tính lây nhiểm.
  • Bơm màng có thể hoạt động bằng năng lượng điện hoặc khí nén tùy theo yêu cầu công nghệ của các hệ thống.

Nguyên lý cấu tạo và hoạt động minh họa như hình 22. Có thể giải thích hoạt động theo 3 quá trình như sau:

  1. Hành trình qua phải (right stroke): như hình 22a. Van khí điều khiển khí nén vào trong mặt sau của màng A. Khí nén sẽ tác động lên khối chất lỏng được thông qua bằng màng đàn hồi cách ly. Màng đàn hồi đóng vai trò là màng phân cách giữa khí nén điều khiển và chất lỏng trong bơm, cân bằng tải và loại trừ ứng suất cơ khí tại vị trí màng bơm. Khí nén tác động làm màng A chuyển động dịch ra khỏi vị trí trung tính của bơm. Màng đối diện B sẽ bị kéo và chuyển động thông qua trục nối giữa các màng. Màng B lúc này ở trạng thái hoạt động ở chu trình hút; khí ở phía sau màng sẽ bị ép và đẩy ra cửa xả của bơm. Chuyển động của màng B về phía trung tính của bơm tạo môi trường áp lực thấp trong khoang B. Áp lực này kéo chất lỏng vào trong khoang thông qua van cửa vào lúc này đã ở vị trí mở. Chất lỏng sẽ chảy tự do vào trong khoang B.
  2. Hành trình đến điểm giữa (mid stroke): Khi màng A chuyển động đến vị trí giới hạn ép cực đại, thì van khí nén điều khiển chuyển hướng đưa khí nén vào mặt sau của màng B. Khí nén đẩy màng B ra khỏi vị trí trung tính của bơm và kéo màng A về vị trí trung tính. Màng B lúc này ở giai đoạn hành trình xả. Màng B tác động đóng van cửa vào và mở van cửa ra, bơm sẽ cấp lưu lượng chất lỏng cho hệ thống thông qua cửa ra (P) của bơm. Chuyển động của màng A về vị trí trung tính làm cho khoang A hoạt động ở giai đoạn hút chất lỏng vào khoang A (tương tự trường hợp hút chất lỏng của khoang B ở trên).
  3. Hành trình qua trái (left stroke): Khi hoàn thành hết hành trình, van khí nén vẫn tiếp tục cấp khí cho mặt sau của màng A. Chuyển động của màng A do lực ép khí nén vẫn duy trì khoang B hoạt động ở giai đoạn xả. Khi bơm đến đạt đến điểm khởi động ở (1), mỗi màng đã hoàn thành 1 chu trình hút và xả.

Bơm màng có thể mất vài chu trình hút-xả mới hoàn thành quá trình khởi động.

Hình 22. Nguyên lý bơm màng điều khiển bằng khí nén.

2. Đường ống thủy lực và co nối

Có nhiều loại liên kết nối khác nhau được sử dụng để đưa dòng thủy lực từ nguồn cung cấp và dẫn đến nơi tác động. Ống dẫn trong hệ thống thủy lực cho phép dòng thủy lực đi từ két chứa đến cơ cấu vận hành. Ở chừng mực nào đó, hầu hết chúng ta điều biết các ống dẫn các ống dẫn, và các loại liên kết mềm sử dụng trong hệ thống vận hành thủy lực. Tuy nhiên, tính quan trọng thật sự của hệ thống đường ống có khuynh hướng bị xem thường. Thực tế là mỗi chi tiết nhỏ của hệ thống đường ống cũng quan trọng như mọi thiết bị khác trong hệ thống thuỷ lực. Nếu chi tiết đó không được thiết kế và lắp đặt một cách đúng đắn, cẩn thận, sạch sẽ, ổn định và có kích cỡ chính xác, toàn bộ hệ thống có thể bị hỏng hóc, và phải tốn kém thêm để sửa chữa.

Những chú ý về hệ thống ống dẫn:

  • Giữ hệ thống sạch sẽ: dầu thủy lực bẩn cũng làm bẩn hệ thống và dầu bẩn gây phần lớn các hỏng hóc trong hệ thống thủy lực. Cần phải chọn lựa đường ống kỹ lưởng, làm sạch dầu mỡ, tẩy rửa chất bẩn và thổi cát trong giai đoạn đường ống làm vệ sinh trước khi lắp đặt. Những thông tin về quá trình xử lý này được giới thiệu bởi nhà chế tạo hoặc các đại lý phân phối các thiết bị vệ sinh trong công nghiệp.
  • Gá đỡ hệ thống: công tác gá đỡ những đường ống dài trong hệ thống thủy lực là cần thiết, để giữ cho hệ thống giảm thiểu sự rung động. Để dễ dàng trong công việc tháo ráp, cần cố gắng để các thiết bị kẹp chặt hoặc các đầu gá đỡ cách xa các khớp nối, nếu có thể được. (Ngoại trừ những đường ống áp suất cao, có các đầu nối được hàn bằng đồng thau, hoặc những mối liên kết hàn bằng điện được sử dụng, để tăng thêm độ chắc chắn, an toàn).
  • Đối với đường ống nạp (ống hút): những đường ống nạp (đường ống hút) cần ngắn và có đường kính bên trong lớn nếu có thể được. Ở những hệ thống sử dụng đường ống nạp dài, nên lắp một đường ống có dung tích lớn hơn độ mở của ống nạp bơm. Các đường ống nạp không được phép nhỏ hơn kích cỡ của cửa nạp vào bơm. Nên sử dụng tối thiểu các đoạn cong và khớp nối ở ống nạp gắn vào bơm, không nên sử dụng những khối nối áp suất cao trên ống nạp. Nếu chúng ta không nhận được dầu thuỷ lực vào, thì chúng ta cũng không có lượng dầu ra. Các mối liên kết ở đường ống nạp phải luôn luôn chặt, kín khít, nếu các đầu nối lỏng, không khí sẽ đi vào hệ thống thuỷ lực.
  • Đối với đường ống trở về: nên tránh việc sử dụng ống mềm áp suất cao cho các đường ống trở về. Các ống này có thể làm tăng thêm sự sụt áp qua hệ thống. Những đường ống trở về khi bị lỏng có thể rút không khí vào hệ thống thuỷ lực. Chúng nên có đầu trống nằm ở dưới mức dầu thuỷ lực. Ở những nơi cần có đường ống trở về dài, phải sử dụng loại ống tube hoặc ống mềm có đường kính lớn hơn các cổng ra ở thiết bị thuỷ lực. Kích cỡ của đường ống trở về không được làm giảm bớt đi. Chỉ nên sử dụng rất ít các đoạn cong và khớp nối trên đường ống.
  • Đối với đường ống áp suất: tất cả các đường ống áp suất ở những hệ thống sử dụng loại ống pipe (loại ống lớn) phải có các khớp nối bằng thép rèn thích hợp, và tuỳ thuộc vào áp suất hoạt động của hệ thống. Những đường ống áp suất thường dẫn dòng thuỷ lực với áp suất 2000 psi (138 bar), 3000 psi (207 bar) và 5000 psi (345 bar).
  • Đối với các khớp nối: sự chọn lựa kỹ lưỡng, đúng đắn, các loại khớp nối và ống dẫn là rất quan trọng. Các loại ống tube ít bị rò rỉ hơn ống pipe. Các loại khớp nối bằng gang dẻo chỉ thích hợp đối với các đường ống nạp, ống trở về và ống xả. Các khớp nối và ống mạ kẽm không sử dụng trong hệ thống thủy lực, ngoại trừ để nối đường ống nước làm nguội đến bộ trao đổi nhiệt (bộ làm mát dầu thuỷ lực). Sự tránh kẽm có tác động bất lợi trên một số loại chất phụ gia có trong dầu thuỷ lực, và có thể tạo thành các vảy làmhư hỏng thiết bị thuỷ lực. Chúng ta cũng nên tránh sử dụng ống tube bằng đồng trong các hệ thống thuỷ lực. Sự rung động là một đặc trưng cố hữu của những ứng dụng thuỷ lực. Các ống dẫn bằng đồng có khuynh hướng bị chai cứng và nứt vỡ ở tại các đầu ống được làm loe miệng.
  • Đối với đường ống mềm: khi thiết đặt ống mềm, chúng ta phải dự trù ống có đủ độ chùng, tránh độ căng và vặn xoắn ống, … Cần chú ý chỉ có ống dẫn làm mềm, còn khớp nối không phải là loại uốn. Ống mềm được lắp đặt quá căng sẽ không dịch chuyển với áp suất đột ngột, nếu có độ chùng ở đường ống, sẽ bù hoàn và làm giảm bớt sự căng. Ống mềm không được làm xoắn trong lúc thiết đặt hoặc trong khi vận hành, nếu ống mềm bị xoắn sẽ bị yếu và làm lỏng các đầu nối. Một thiết đặt đơn giản, gọn gàng có thể thực hiện bằng cách sử dụng thêm những khớp nôí để thu ngắn những vòng mạch thuỷ lực quá dài, không cần thiết. Các ống mềm phải được kẹp chặt một cách tương xứng để tránh sự cọ xát và bảo đảm chúng không bị vướn mắc với các bộ phận chuyển động. Ở những nơi mà ống mềm dễ trầy xướt, bị cọ vào các góc cạnh, chúng phải được lắp với ống cao su tổng hợp loại neoprene để bảo vệ.

3. Két chứa dầu (oil tank)

Két chứa dầu trong hệ thống thủy lực đáp ứng một số chức năng chính sau:

  • Nhận và chứa dầu thủy lực cung cấp cho hoạt động của hệ thống.
  • Tản nhiệt cho dầu khi hoạt động.
  • Tách khí, chất bẩn, nước, … lẫn trong dầu.
  • Hỗ trợ lắp các thiết bị phụ trợ khác như: van điều khiển, van điều chỉnh, đồng hồ đo, bơm, động cơ, …

Kích thước két dầu phụ thuộc vào một số tham số như sau:

  • Lưu lượng của bơm thủy lực.
  • Nhiệt sinh ra trong quá trình hoạt động so với nhiệt độ tối đa cho phép của loại dầu thủy lực trong hệ thống.
  • Yêu cầu về lắp đặt, sử dụng.

Két dầu có kết cấu cao thích hợp cho việc tách khí trong dầu và két dầu rộng thích hợp cho giải nhiệt cho dầu. Két dầu có trang bị vít xả đáy đồng thời đáy két phải chế tạo có độ nghiêng để phù hợp cho việc xả nước lằng đọng và xả bẩn.

Trong két dầu thường trang bị vách ngăn giữa khoang hút (khoang dầu vào cho bơm) và khoang dầu hồi, khoang dầu cung cấp. Chức năng của vách ngăn giúp kéo dài thời gian lắng đọng cặn bẩn, nước, … trong dầu. Chú ý là khi lắp đặt phải để ống dầu hút và ống dầu hồi càng xa nhau càng tốt, đồng thời càng thấp so với mực chất lỏng càng tốt.

Hình 23. Kết cấu một két dầu điển hình.

4. Bộ lọc dầu (oil filter)

Bộ lọc dầu giữ vai trò quan trọng trong hệ thống thủy lực nhằm đảm bảo cho các thiết bị trong hệ thống hoạt động chính xác, tin cậy và lâu dài.

Dầu thủy lực bị nhiễm bẩn do có thể chúng xuất hiện trong giai đoạn lắp đặt thiết bị, vận hành hệ thống chẳng hạn như các hạt kim loại, bụi cát, rỉ hàn, bụi sơn, … Các chất bẩn này sẽ gây nên hiện tượng mài mòn, xâm nhập vào hệ thống làm thay đổi tính chất của dầu thủy lực, gây hỏng hóc cho các thiết bị chuyển động, các đường ống dẫn, …

Nhiệm vụ của bộ lọc dầu là làm giảm chất bẩn trong dầu thủy lực đến mức thấp nhất có thể. Tùy thuộc vào yêu cầu từng hệ thống mà trang bị bộ lọc dầu đến mức nào. Trong hệ thống thủy lực, một số loại bộ lọc thông dụng:

Bộ lọc đường dầu hồi (return line filter): bộ lọc dầu hồi được lắp trực tiếp ở két dầu, và đặt trên đường ống dẫn dầu về két dầu của hệ thống. Vỏ và lõi lọc phải được thiết kế sao cho có thể chịu được áp lực đỉnh có thể xảy ra khi van mở đột ngột hoặc dầu được rẽ nhánh thẳng vào két dầu qua van giảm áp.

Hình 24. Bộ lọc đường dầu hồi.

Các tham số khi tính toán chọn lựa bộ lọc dầu hồi:

  • Áp suất làm việc: tùy thuộc vào thiết kế, có thể lên đến 30 bar.
  • Lưu lượng: có thể lên đến 1300 l/phút trong trường hợp bộ lọc cho hệ thống két và đến 3000 l/phút cho hệ thống đường ống lớn.
  • Độ lọc: 10 ÷ 25 μm.
  • Chênh lệch áp suất: có thể đến khoảng 70 bar, tùy thuộc vào thiết kế ruột lọc.

Có thể trang bị bộ lọc kép để tránh việc ngưng trệ hoạt động trong lúc bảo trì bộ lọc. Trong kiểu thiết kế này, 2 bộ lọc mắc song song nhau, khi bảo trì, bảo dưỡng có thể tháo một lõi lọc để lấy chất bẩn mà không cần ngưng hoạt động của hệ thống.

Hình 25. Bộ lọc kép.

Bộ lọc đường dầu hút (in line filter): các bộ lọc đường ống hút của bơm, do đó dầu thủy lực được hút ra từ két dầu phải đi qua bộ lọc. Đối với đường dầu hút, chỉ cần trang bị 1 bộ lọc là đủ.

Độ lọc loại này được sử dụng chủ yếu trong các hệ thống mà độ sạch của dầu thủy lực không đảm bảo. Chức năng chính là bảo vệ cho bơm thủy lực, có độ lọc thấp cỡ khoảng 60 ÷ 100 μm.

Hình 26. Bộ lọc đường dầu hút.

Bộ lọc áp suất: những bộ lọc này được lắp đặt trên đường áp suất của hệ thống trước các thiết bị nhạy cảm với chất bẩn như của van ra của bơm, van tiết lưu, …

Hình 27. Bộ lọc áp suất.

Các bộ lọc này chịu tác dụng của áp suất làm việc tối đa của hệ thống (có thể lên đến hơn 400 bar) nên phải thiết kế chắc chắn. Thông thường, các bộ lọc loại này cần trang bị một bộ chỉ báo độ bẩn. Độ lọc của các loại này vào khoảng 3 ÷ 5 μm, áp suất chênh lệch cho phép cỡ khoảng 200 bar, lưu lượng cỡ 300 l/phút.

5. Bộ làm mát dầu (oil cooler)

Trong các hệ thống thủy lực, khi hoạt động, dầu thủy lực ma sát với thành ống làm tổn hao năng lượng và gia tăng nhiệt. Điều này làm cho dầu thủy lực bị hâm nóng khi làm việc. Nhiệt độ làm việc của dầu không được vượt quá 50º ÷ 60ºC . Khi nhiệt độ cao hơn mức cho phép, độ nhớt của dầu giảm, dẫn đến tình trạng lão hóa và làm giảm tuổi thọ của toàn hệ thống nói chung.

Một số loại thiết bị làm mát được sử dụng cho dầu thủy lực như sau:

  • Bộ làm mát bằng không khí: dầu chảy qua ống và được làm mát tự nhiên hoặc làm mát bằng quạt gió. Ưu điểm của loại này là chi phí vận hành thấp, dễ dàng trong lắp đặt. Tuy nhiên, nó có một nhược điểm là gây tiếng ồn lớn khi hoạt động.
  • Bộ làm mát bằng nước: ống dầu chạy qua hệ thống nước làm mát. Ưu điểm của loại này là có thể tái sử dụng tổn thất nhiệt, không gây tiếng ồn khi làm việc. Nhược điểm là chi phí vận hành cao, dễ ảnh hưởng bởi chất bẩn và sự ăn mòn do môi chất làm mát.

Hình 28. Bộ làm mát dầu và ký hiệu.

6. Bộ sấy dầu (oil heater)

Bộ sấy dầu thực chất là các điện trở sấy, có chức năng giữ cho nhiệt độ làm việc của dầu thủy lực nằm trong phạm vi hoạt động tối ưu. Mục đích nhằm đảm bảo cho hệ thống sẵn sàng khi khởi động, độ nhớt của dầu khi sấy đạt đến giá trị tối ưu. Nếu như độ nhớt quá cao thì sẽ gia tăng độ ma sát và hiện tượng xâm thực trong hệ thống.

Đối với hệ thống thủy lực thông thường thì nhiệt độ dầu nằm trong khoảng từ 35ºC ÷ 65ºC trong két chứa dầu.

Hình 29. Bộ sấy dầu.

error: Real Group - Efficiency Projects