Unabhängig davon, ob Sie in einem Ingenieurbereich mit Bezug zur Hydraulik oder in einem anderen Berufsfeld tätig sind, ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass Sie mit Hydraulikpumpen arbeiten. In diesem Artikel besprechen wir, wie Ihnen die Berechnungsformel für Hydraulikpumpen dabei helfen kann, die Durchflussrate und den Druck für Ihre Hydraulikpumpe zu berechnen.
Die wichtigsten technischen Parameter der Hydraulikpumpe
(1) Pumpenverdrängung (mL/r) Pumpe pro Umdrehungswoche, das Flüssigkeitsvolumen, das abgegeben werden kann.
(2) Taenretkalkapazität der Pumpe (l/min) Bei der Nenndrehzahl kann der maximale Förderstrom der Pumpe pro Zeiteinheit rechnerisch ermittelt werden.
(3) Pumpennenndurchfluss (l/min) unter normalen Betriebsbedingungen; um sicherzustellen, dass die Pumpe über einen längeren Zeitraum mit maximaler Förderleistung betrieben werden kann.
(4) Nenndruck der Pumpe (MPa) unter normalen Betriebsbedingungen; um sicherzustellen, dass die Pumpe lange Zeit den höchsten Druck betreiben kann.
(5) Maximaler Pumpendruck (MPa) ermöglicht es der Pumpe, den Nenndruck kurzzeitig zu überschreiten, wenn sie mit dem höchsten Druck betrieben wird.
(6) Nenndrehzahl der Pumpe (U/min) Im Nenndruck kann sichergestellt werden, dass die höchste Drehzahl über einen langen Zeitraum im Normalbetrieb gewährleistet ist.
(7) Maximale Pumpenumdrehungen (U/min) bei Nenndruck, sodass die Pumpe bei Betrieb mit Nenndrehzahl kurzzeitig die maximale Drehzahl überschreiten kann.
(8) Pumpenvolumeneffizienz (%) das Verhältnis des tatsächlichen Förderstroms der Pumpe zum theoretischen Förderstrom.
(9) Gesamtwirkungsgrad der Pumpe (%) das Verhältnis der hydraulischen Leistungsabgabe der Pumpe zur mechanischen Leistungsaufnahme.
(10) Pumpenantriebsleistung (kW) Unter normalen Betriebsbedingungen kann die mechanische Leistung die Hydraulikpumpe antreiben.
Berechnungsformel für Hydraulikpumpen
PUMPENAUSLASSDURCHFLUSS:
DURCHFLUSS = U/min x PUMPENVERDRÄNGUNG (Kubikzoll/Umdrehung)/231
Q = nd/231
PUMPEN-EINGANGSLEISTUNG
PS-INPUT = DURCHFLUSSRATE (GPM) x DRUCK (PSIG)/1714 x EFFIZIENZ (insgesamt)
HP =QP/1714 Eff
EFFIZIENZ DER PUMPE(INSGESAMT IN PROZENT)
Gesamtwirkungsgrad (%) = Ausgangsleistung/Eingangsleistung x 100
EffOV= HPOUT/HPINx 100
EFFIZIENZ DER PUMPE(VOLUMETRISCH IN PROZENT)
VOLUMETRISCHE EFFIZIENZ (%) = TATSÄCHLICHE DURCHFLUSSRATE (GPM)/THEORETISCHE DURCHFLUSSRATE (GPM) x 100
EffVOL =QACT./QTHEO.x 100
EFFIZIENZ DER PUMPE(MECHANISCH IN PROZENT)
MECHANISCHER WIRKUNGSGRAD (%) = THEORETISCHES ANTRIEBSDREHMOMENT/TATSÄCHLICHES ANTRIEBSDREHMOMENT x 100
EffMECH = TTHEO./TACT.x 100
PUMPENVERDRÄNGUNG(IN KUBIKZOLL/REVOLUTION)
VERDRÄNGUNG = (DURCHFLUSSRATE (GPM) x 231)/PUMPE U/MIN
CIPR = (GPM/RPM) x 231
PUMPENDREHMOMENT(IN ZOLL-PFUND)
DREHMOMENT = (PS x 63025)/RPM
T=63025 PS/U/min
PUMPENDREHMOMENT (ZOLL PFUND)
DREHMOMENT = (DRUCK (PSIG) x PUMPENVERDRÄNGUNG (CIPR)/(2 x 3.14)
T=PSIG d/(2 x 3.14)
T=Pd/(2 x 3.14)
LEBENSDAUER DER PUMPE(B10 LAGER-LEBENSDAUER)
B10 STUNDEN LEBENSDAUER DES LAGERS = STUNDEN DER NENNLEBENSDAUER x NENNDREHZAHL (U/min)/NEUE DREHZAHL (U/min) x (NENNDRUCK (PSIG))3/(NEUER DRUCK (PSIG))3
B10 = BEWERTETE STUNDEN. xRPMr/RPMnx(P r)3/(P n)3
Wirkungsgrade von Hydraulikpumpen
Zur Beschreibung von Hydraulikpumpen (und -motoren) werden drei Wirkungsgradkategorien verwendet: volumetrischer Wirkungsgrad, mechanischer/hydraulischer Wirkungsgrad und Gesamtwirkungsgrad.
Der volumetrische Wirkungsgrad wird bestimmt, indem der von einer Pumpe bei einem bestimmten Druck tatsächlich geförderte Durchfluss durch den theoretischen Durchfluss dividiert wird. theoretisch Fluss wird berechnet, indem die Verdrängung der Pumpe pro Umdrehung mit ihrer Antriebsgeschwindigkeit multipliziert wird. Wenn die Pumpe also einen Hubraum von 100 cm³/Umdrehung hat und mit 1000 U/min betrieben wird, beträgt ihr theoretischer Durchfluss 100 Liter/Minute.
Tatsächlich Fluss muss mit einem Durchflussmesser gemessen werden. Wenn die obige Pumpe beim Test einen tatsächlichen Durchfluss von 90 Litern/Minute bei 207 bar (3000 PSI) hatte, können wir sagen, dass die Pumpe einen volumetrischen Wirkungsgrad von 90 % bei 207 bar (90 / 100 x 100 = 90 %) hat.
Sein volumetrischer Wirkungsgrad wird in der Praxis am häufigsten zur Bestimmung des Zustands einer Hydraulikpumpe verwendet – basierend auf der Zunahme der internen Leckage durch Verschleiß oder Beschädigung. Ohne Bezug auf den theoretischen Durchfluss wäre der vom Durchflussmesser tatsächlich gemessene Durchfluss jedoch bedeutungslos.
Der mechanische/hydraulische Wirkungsgrad einer Pumpe wird durch Division ermittelt theoretisches Drehmoment erforderlich, um es durch das zu fahren präsentieren Drehmoment, das zum Antrieb erforderlich ist. Ein mechanischer/hydraulischer Wirkungsgrad von 100 Prozent würde bedeuten, dass für den Antrieb der Pumpe keine Kraft oder kein Drehmoment erforderlich wäre, wenn sie Förderstrom bei Nulldruck liefern würde. Intuitiv wissen wir, dass dies aufgrund der mechanischen Reibung und der Flüssigkeitsreibung nicht möglich ist.
Wie der theoretische Durchfluss kann auch das theoretische Antriebsdrehmoment berechnet werden. Für die obige Pumpe, in SI-Einheiten: 100 cm³/Umdrehung x 207 bar / 20 xp = 329 Newtonmeter. Aber wie der tatsächliche Durchfluss muss auch das tatsächliche Antriebsdrehmoment gemessen werden, und dies erfordert den Einsatz eines Dynamometers. Nichts, was wir vor Ort tun können oder müssen. Für die Zwecke dieses Beispiels gehen wir jedoch davon aus, dass präsentieren Das Antriebsdrehmoment betrug 360 Nm. Der mechanische Wirkungsgrad würde 91 % betragen (329 / 360 x 100 = 91 %).
Der Gesamtwirkungsgrad ist einfach das Produkt aus volumetrischem und mechanischem/hydraulischem Wirkungsgrad. Um mit dem obigen Beispiel fortzufahren, beträgt der Gesamtwirkungsgrad der Pumpe 0.9 x 0.91 x 100 = 82 %. Typische Gesamtwirkungsgrade für verschiedene Arten von Hydraulikpumpen
Systementwickler verwenden zur Berechnung den Wert des volumetrischen Wirkungsgrads der Pumpenhersteller präsentieren Durchflussmenge, die eine Pumpe mit einem bestimmten Hubraum und einem bestimmten Druck liefern kann.
Wie bereits erwähnt, wird der volumetrische Wirkungsgrad in der Praxis verwendet, um den Zustand einer Pumpe anhand der Zunahme der internen Leckage aufgrund von Verschleiß oder Beschädigung zu beurteilen.
Bei der Berechnung des volumetrischen Wirkungsgrads auf der Grundlage tatsächlicher Durchflusstests ist es wichtig zu beachten, dass die verschiedenen Leckagepfade innerhalb der Pumpe normalerweise konstant sind. Das heißt, wenn der Pumpendurchfluss bei weniger als der vollen Verdrängung (oder maximaler Drehzahl) getestet wird, verzerrt dies den berechneten Wirkungsgrad – es sei denn, die Leckage wird als Konstante behandelt und eine notwendige Anpassung vorgenommen.
Betrachten Sie beispielsweise eine Verstellpumpe mit einer maximalen Durchflussrate von 100 Litern/Minute. Wenn der Durchfluss bei voller Verdrängung getestet wurde und die gemessene Durchflussrate 90 Liter/Minute betrug, würde der berechnete volumetrische Wirkungsgrad 90 Prozent (90/100 x 100) betragen. Wenn jedoch dieselbe Pumpe bei demselben Druck und derselben Öltemperatur, jedoch bei halber Fördermenge (50 l/min), einem Durchflusstest unterzogen würde, würden die Leckageverluste immer noch 10 Liter/Minute betragen, und der berechnete volumetrische Wirkungsgrad läge somit bei 80 Prozent (40/50 x 100).
Die zweite Rechnung ist eigentlich nicht falsch, bedarf aber einer Qualifizierung: Diese Pumpe hat einen Wirkungsgrad von 80 Prozent halber Hubraum. Da die Leckageverluste von 10 Litern/Minute nahezu konstant sind, hat dieselbe Pumpe, die unter denselben Bedingungen getestet wurde, bei 90 Prozent Fördermenge (100 l/min) einen Wirkungsgrad von 100 Prozent – und bei 0 Prozent Fördermenge (10 L/min) einen Wirkungsgrad von 10 Prozent.
Um zu verstehen, warum die Pumpenleckage bei einem bestimmten Druck und einer bestimmten Temperatur nahezu konstant ist, stellen Sie sich die verschiedenen Leckagewege als feste Öffnungen vor. Die Durchflussrate durch eine Öffnung hängt vom Durchmesser (und der Form) der Öffnung, dem Druckabfall darüber und der Flüssigkeitsviskosität ab. Das heißt, wenn diese Variablen konstant bleiben, bleibt die Rate der internen Leckage unabhängig vom Fördervolumen oder der Wellengeschwindigkeit der Pumpe konstant.
Mithilfe des Gesamtwirkungsgrads wird die Antriebsleistung berechnet, die eine Pumpe bei einem bestimmten Durchfluss und Druck benötigt. Berechnen wir beispielsweise anhand der Gesamtwirkungsgrade aus der obigen Tabelle die erforderliche Antriebsleistung für eine Außenzahnradpumpe und eine Schrägachsen-Kolbenpumpe bei einem Durchfluss von 90 Litern/Minute bei 207 bar:
Außenzahnradpumpe: 90 x 207 / 600 x 0.85 = 36.5 kW
Schrägachsen-Kolbenpumpe: 90 x 207 / 600 x 0.92 = 33.75 kW
Wie zu erwarten ist, benötigt die effizientere Pumpe bei gleichem Förderstrom und gleichem Druck weniger Antriebsleistung. Mit etwas mehr Mathematik können wir schnell die Wärmelast jeder Pumpe berechnen:
Die Antriebsleistung für eine (nicht vorhandene) 100 % effiziente Pumpe wäre: 90 x 207 / 600 x 1 = 31.05 kW
Bei diesem Durchfluss und Druck beträgt die Wärmelast bzw. der Wärmeverlust jeder Pumpe:
Außenzahnradpumpe: 36.5 – 31.05 = 5.5 kW
Schrägachsen-Kolbenpumpe: 33.75 – 31.05 = 2.7 kW
Kein Wunder, dass ein System mit Zahnradpumpen und -motoren einen größeren Wärmetauscher erfordert als ein gleichwertiges (unter sonst gleichen Bedingungen) System mit Kolbenpumpen und -motoren.
Hydraulikpumpen werden in der Industrie häufig eingesetzt