پمپ هیدرولیک کارتریجی (پرهای) یکی از انواع پمپهای جابجایی مثبت است که به دلیل عملکرد کم صدا، طراحی فشرده و توانایی کار در فشارهای متوسط از محبوبیت بالایی در صنایع برخوردار است. الگوی طراحی این پمپ مجموعهای از پرههای لغزنده است که داخل شیارهای یک روتور قرار گرفتهاند. روتور نیز به صورت خارج از مرکز نسبت به بدنه داخل استاتور میچرخد و فضای اشغال شده هر پره تا بدنه پمپ را کوچکتر میکند.
انواع پمپ هیدرولیک پرهای در مدلهای نامتعادل، متعادل و یا با جابجایی متغیر طراحی میشوند. این پمپها عملکردی نسبتاً آرام و کم صدا دارند و دبی یکنواخت بدون ضربه تولید میکنند. از طرفی خود مکش هستند و توانایی راه اندازی سریع در پروژههای مختلف بدون نیاز به مرحله هواگیری را دارند. تمام نکاتی که پمپهای کارتریجی را به گزینه شماره یک پروژههای متوسط تبدیل میکند. این مقاله یک راهنمای کامل برای معرفی، نحوه کار و نکات خرید پمپ هیدرولیک کارتریجی است.

ساختار داخلی پمپهای کارتریجی (Vane Pump) بر پایه روتور نامتقارن داخل یک محفظه بادامکی شکل است که تیغههایی در سطح روتور تعبیه شده است. وقتی این روتور میچرخد، هر پره (تیغه) با نیروی گریز از مرکز خارج شده و در تماس با دیواره پوسته پمپ یک محفظه کوچک برای انتقال سیال را تشکیل میدهد. اما با چرخش روتور این محفظه کوچکتر شده تا در نهایت سیال با فشار به سمت خروجی پمپ هدایت شود. این ساختار به ظاهر ساده از چند بخش کلیدی برخوردار است:
شفت ورودی یک قطعه فولادی آلیاژی با سطح سخت کاری شده است که نیروی محرک (موتور برقی یا دیزلی) را به سمت روتور نامتقارن پمپ منتقل میکند. این شفت دارای شیار خار (Spline) یا شیار کلید (Keyway) برای اتصال به روتور پمپ است.
روتور در پمپهای پرهای یک استوانه فولادی توپر است که روی شفت سوار شده و به شکل نامتقارن داخل رینگ پوسته میچرخد. البته در برخی مدلها رینگ اطراف روتور را به شکل نامتقارن طراحی میکنند. روی این روتور شیارهای شعاعی یا زاویهدار دقیق قرار دارد که پرهها داخل آنها جاسازی میشوند. در اکثر پمپها این شیارها را با زاویه ۱۰ الی ۱۵ درجه ماشین کاری میکنند تا پرهها هنگام تماس با رینگ، نیروی کمتری را تحمل کرده و فشار خشمی بهتری داشته باشند.
پرهها قطعات کوچک مستطیلی نازک از جنس فولاد یا مواد کامپوزیتی هستند که در داخل شیارهای روتور قرار میگیرند. تمام قابلیت جابجایی سیال توسط پمپ هیدرولیک کارتریجی به وسیله همین پرههای نازک انجام میشود. هر پره آزادانه داخل شیار روتور لغزش دارد و در هر دور یک بار به طور کامل خارج شده و سپس مجدداً به داخل شیار برمیگردند. ساختار این پرهها ممکن است تخت، لبههای پخ خورده یا گرد باشد تا به نرمی روی رینگ بلغزد.
مسیر بیضوی یا دایرهای داخل پوسته پمپ است که روتور با پرهها درون آن میچرخند. رینگهای بیضوی دارای دو قوس بزرگ در ناحیه مکش و دو قوس کوچک در ناحیه دهش هستند. اما برای جلوگیری از ضربه زدن پرهها، نواحی انتقال بین قوسها با شیب ملایمی طراحی میشود. سطح داخلی این رینگ را کاملاً صیقلی و سختکاری شده میسازند تا لبه پرهها به راحتی روی آن بلغزد.
این صفحهها در دو طرف روتور و رینگ برای هدایت سیال قرار میگیرند. روی این صفحهها نیز شیارهای هلالی حکاکی شده تا عملیات هدایت سیال به سمت پرههای روتور بهتر انجام شود. شیارهای ورودی برای مکش درست در فضای بین پرهها با رینگ قرار دارد.
تمام مجموعه روتور، رینگها و صفحه پورت درون یک پوسته چدنی یا آلومینیومی محکم قرار میگیرند. این بخش همان بدنه اصلی پمپ هیدرولیک کارتریجی است که پورتهای ورودی و خروجی روی آن تعبیه شده است. همچنین تعدادی اورینگ و کاسه نمد در بدنه پمپ برای جدا کردن نواحی کم فشار و پرفشار و یا ایزوله کردن از محیط بیرون پمپ قرار دارد.

پمپهای پرهای در یک طیف طراحی بزرگ قرار دارند که تلفیقی از دقت و انعطافپذیری هستند. برخی از این پمپها را با رویکرد ساختار ساده اما قیمت ارزان و طول عمر بالا طراحی میکنند. پمپهای متعادل بیشترین کاربرد را در جمع مدلهای مختلف کارتریجی دارند، زیرا میتوانند با عملکرد ساده و کم صدا فعالیت کنند. در مقابل پمپهای نامتعادل براساس فلسفه جابجایی متغیر کار میکنند. در ادامه انواع پمپ هیدرولیک کارتریجی را براساس بالانس نیروها و شکل رینگ بررسی خواهیم کرد.
پمپ هیدرولیک پرهای نامتعادل براساس یک اصل فیزیکی ساده اما هوشمندانه طراحی میشود. روتور این پمپها به شکل نامتقارن میچرخند و دقیقاً در مرکز رینگ نصب شده است. این چرخش خارج از مرکز باعث میشود تا پرههای روی روتور تحت نیروی گریز از مرکز خارج شده و به سطح داخلی رینگ دایرهای بچسبند. به این ترتیب هر پره با سطح رینگ یک محفظه برای به دام انداختن سیال را تشکیل میدهد. چرخش خارج از مرکز روتور باعث میشود تا حجم محفظههای بین پرهها در یک نیمه دائماً در حال افزایش (مکش) و در نیمه دیگر دائماً در حال کاهش (دهش) باشد. در این پمپها میتوان با جابجا کردن مکانیکی، دبی پمپ را کم یا زیاد کرد.
پمپهای هیدرولیک نامتعادل قابلیت تغییر دبی از طریق جابجایی محور روتور را دارند و همین نکته کافی است تا کاربری گسترده در سیستمهای فشار متوسط با دبی متغیر داشته باشند. انتخاب این پمپها تقریباً همیشه به یک دلیل منطقی انجام میشود. زمانیکه باید دبی سیال را کاملاً مطابق با سیکل کاری دستگاه بدون تولید حرارت اضافی تنظیم کنید. کاربردهایی مانند:

پمپهای متعادل از نوع جابجایی مثبت اما دبی ثابت هستند که در طراحی آنها از یک رینگ بیضوی استفاده شده است. روتور در این پمپها کاملاً هم مرکز میچرخد، اما فضای خالی اطراف آن با رینگ بیضوی کم و زیاد خواهد شد. به این ترتیب در هر دور چرخش متقارن روتور داخل رینگ بیضوی دو ناحیه مکش و دهش کاملاً روبروی هم شکل میگیرد. تقارن ذاتی این طراحی باعث میشود تا نیروهای هیدرولیکی وارد بر محور یکدیگر را خنثی کرده و باری روی یاتاقانها وارد نشود.
پمپهای پرهای متعادل نه طراحی هوشمندی دارند و نه از قابلیت انعطاف پذیری برخوردار هستند. اما در عین سادگی میتوانند فشار مداوم را برای مدت طولانی تحمل کرده و کاملاً بیصدا با خرابی خیلی کم کار کنند. به همین دلیل برای طراحی سیستمهای هیدرولیک با جریان پیوسته بدون نیاز به دبی متغیر کارایی گستردهای دارد. مواردی مانند:

انتخاب از میان پمپهای متعادل و نامتعادل در واقع انتخاب از میان یک پمپ جان سخت با استقامت بالا یا یک پمپ هوشمند با قابلیت تنظیم دبی است. پمپ کارتریجی متعادل با خنثیسازی نیروها از جمله کم صداترین و کم استهلاکترین پمپهای هیدرولیک برای کارکردهای طولانی مدت است، ولی از توانایی تنظیم دبی برخوردار نیست. در مقابل پمپ هیدرولیک کارتریجی نامتعادل قابلیت تنظیم دبی را در اختیار دارد اما دیگر یک پمپ جان سخت برای کارهای طولانی نیست. در جدول زیر این دو نوع پمپ هیدرولیک پرهای را مقایسه میکنیم:
| ویژگیهای فنی | پمپ پرهای نامتعادل | پمپ پرهای متعادل |
|---|---|---|
| شکل رینگ (استاتور) | دایرهای کامل | بیضوی (Cam Ring) |
| موقعیت روتور | خارج از مرکز | در مرکز رینگ |
| تعداد نواحی مکش / دهش | یک ناحیه مکش و یک ناحیه دهش | دو ناحیه مکش و دو ناحیه دهش |
| قابلیت تنظیم دبی | دارد | ندارد |
| بار وارده به یاتاقانها | بالا | تقریباً صفر |
| فشار کاری معمول | پایین (۷۰ الی ۱۰۰ بار) | بالاتر (۲۰۰ الی ۳۰۰ بار) |
| سطح صدا و لرزش | متوسط ناشی از عدم تقارن نیروها | بسیار کم و بیصدا |
| راندمان | عالی | نسبتا ضعیف |
اگر به هر دلیلی و برای هر پروژه صنعتی به خرید پمپ هیدرولیک پرهای نیاز دارید، باید تا قبل از تهیه محصول انواع پارامترهای فنی و تعیین کننده آن را بررسی کنید. هر کدام از این پمپها مجموعه رینگ، روتور و پرهها هستند که به صورت یکپارچه کنار هم قرار میگیرند. ولی نکته کلیدی در نظر گرفتن تکنولوژی ساخت، ظرفیت پمپاژ، فشار قابل تحمل و کارایی در شرایط مختلف است. در ادامه این مقاله پارامترهای فنی و نکات خرید پمپ هیدرولیک کارتریجی را بررسی خواهیم کرد.
تا قبل از آنکه وارد نکات خرید پمپ هیدرولیک پرهای شویم، بهتر است با پارامترهای فنی این پمپها آشنا شوید. به هر حال هر پمپی دارای یک پلاک مشخصات فنی است که روی آن این پارامترها را پیدا میکنید:
جابجایی مهمترین پارامتر فنی در پلاک انواع موتور هیدرولیک پرهای است که آن را با واحد سی سی (cc) بیان میکنند. این پارامتر حجم ثابتی از روغن است که پمپ در ازای هر یک دور چرخش کامل شفت به شکل تئوری جابجا میکند. این پارامتر معیار ظرفیت پمپ دندهای است، اما به معنای دبی خروجی آن نیست.

دبی اسمی مقدار سیال خروجی واقعی پمپ برحسب زمان است که آن را با واحد لیتر بر دقیقه (Lit/min) بیان میکنند. دبی اسمی را در یک سرعت و فشار مشخص با شرایط آزمایشگاهی اندازهگیری کردهاند. در عین حال مقدار دبی از حاصلضرب پارامتر جابجایی در سرعت (RPM) پمپ محاسبه میشود. دقت کنید که دبی اسمی درج شده در پلاک پمپ برای یک رنج سرعت و فشار مشخص است.
فشار کاری اسمی حداکثر فشاری است که پمپ هیدرولیک پرهای برای کار مداوم و بدون آسیب طراحی شده است و آن را با واحد بار (Bar) معرفی میکنند. در پمپهای پرهای متعادل این مقدار معمولاً بین ۱۶۰ الی ۲۵۰ بار و در نوع نامتعادل بین ۷۰ الی ۱۰۰ بار قرار دارد. فشار کاری سیستم هیدرولیک باید با فشار کاری اسمی پمپ مطابق باشد.
حداکثر فشار پیک سقف تحمل لحظهای پمپ را فقط برای کسری از ثانیه مانند ضربه قوچ یا استارت ناگهانی نشان میدهد. این پارامتر را با واحد بار (Bar) معرفی میکنند و مقدار آن معمولاً ۲۰ تا ۳۰ درصد بالاتر از فشار اسمی پمپ است. مهندسین هنگام طراحی سیستمهای هیدرولیک باید مقدار ضربات ناگهانی قوچ و یا فشار لحظهای ناشی از راهاندازی را محاسبه کرده و در نهایت مبنای حداکثر فشار پیک قرار دهند.
هر پمپ هیدرولیک دندهای یک محدوده سرعت مجاز دارد که به شکل حداقل و حداکثر با واحد RPM در پلاک مشخصات فنی درج میشود. این محدوده سرعت بازه مجاز دور چرخش شفت است که تضمین میکند پمپ بدون خرابی تا مدتها کار خواهد کرد. حداقل دور برای اطمینان از عملکرد پرهها تحت تاثیر نیروی گریز از مرکز است. زیرا در سرعتهای کمتر از این مقدار پرهها از شیار داخلی روتور خارج نمیشوند. حداکثر سرعت نیز یک مرز برای تعیین کردن محدوده خطر است. زیرا اگر پمپ با سرعت بالاتر از حد مجاز کار کند، خطر ایجاد خلا و پدیده کاویتاسیون وجود دارد.
در داخل پمپهای پرهای نشتی مختصری وجود دارد که هرچه سرعت بالاتر رود، مقدار این نشتی نیز بیشتر است. راندمان حجمی یک پارامتر تعیین کننده درصد جابجایی تئوری پمپ است. یعنی نشان میدهد که پمپ در هر سرعتی چه مقدار جابجایی تئوری را تحویل داده و چه مقدار نشتی وجود دارد. در کل اگر راندمان حجمی پمپی کم باشد، قاعدتاً یک محصول بیکیفیت است که نشتی زیادی در داخل آن ایجاد میشود.

به صرف اطلاع از پارامترهای درج شده روی پلاک مشخصات فنی پمپ قاعدتاً نمیتوانید درباره انتخاب آنها تصمیمگیری کنید. زیرا این پمپ باید کاملاً با شرایط پروژه و نیاز سیستم هیدرولیک شما سازگار باشد. حالا وقت آن است که مرحله به مرحله شرایط مختلف را ارزیابی کرده و یک پمپ کاملاً ایدهآل را تهیه کنید. نکات زیر یک راهنمای خرید گام به گام انواع پمپ هیدرولیک کارتریجی است.
اولین قدم شما برای تعیین نوع پمپ متعادل یا غیرمتعادل است. درباره این دو نوع پمپ هیدرولیک مفصل در همین مقاله صحبت کردهایم، اما حالا در لحظه انتخاب کافی است یک سوال درباره سیستم بپرسید. اینکه آیا مدار هیدرولیک شما دورههای توقف و نگهداری فشار دارد یا خیر؟
انواع پرسها، فیکسچرها یا سیستمهای تست فشار از این نوع هستند که در آنها دستگاه ممکن است تحت فشار به طور کامل متوقف شود. در این صورت به پمپی نیاز دارید که توانایی مدیریت شرایط توقف را داشته باشد. برای چنین سیستمهایی از پمپ هیدرولیک کارتریجی نامتعادل استفاده کنید. زیرا علاوه بر قابلیت تنظیم دبی، توانایی مدیریت هوشمند دبی در زمان بیکاری سیستم را دارد و با حذف پمپاژ غیرضروری از حرارت اضافی جلوگیری میکند.
هیدروموتورهای نقاله در صنایع سنگین، میکسرهای دائم کار و یا اسپیندل CNC از این نوع سیستمها هستند که در آنها مصرف کننده به شکل دائمی و پیوسته کار میکند. در این صورت خرید پمپ هیدرولیک کارتریجی متعادل با دبی ثابت بهترین انتخاب است.
منحنی عملکرد شناسنامه هر پمپی است که نشان میدهد در فشارهای گوناگون چه رفتاری دارند. لذا در هنگام خرید پمپ هیدرولیک پرهای حتماً از روی کاتالوگ محصول به منحنی عملکرد آن توجه کنید. این منحنی برای آن است که مقدار دبی پمپ را در فشار کاری سیستم مورد نظرتان بررسی کرده و مطمئن شوید که پمپ مورد نظر به خوبی توانایی کار با فشار سیستم شما را دارد. اما این منحنی میتواند معیار کلیدی ارزیابی کیفیت ساخت پمپ هیدرولیک پرهای نیز باشد.
در یک پمپ هیدرولیک پرهای باکیفیت، افزایش تدریجی فشار باعث کاهش تدریجی با شیب ثابت دبی خواهد شد. چنین پمپی قطعاً راندمان حجمی منطقی دارد و مقدار نشتی داخلی آن متناسب با افزایش فشار در حال زیاد شدن است. اما اگر در منحنی عملکرد پمپ یک افت ناگهانی یا شکستگی دیده شود، قاعدتاً محصول مورد نظر در آن نقطه عملکرد ضعیفی دارد. لذا مطمئن شوید که فشار عادی مورد نیاز سیستم شما در حوالی نقطه شکست احتمالی پمپ قرار نگیرد.

پمپهای پرهای معمولی و استاندارد فقط با روغنهای معدنی با خاصیت روانکاری کار میکنند. ویسکوزیته ایدهآل سیال برای عملکرد مناسب یک پمپ پرهای استاندارد ۱۶ الی ۴۰ سانتی استوک است. البته در اکثر پروژهها استفاده از همین پمپها و به کارگیری روغن هیدرولیک معمولی کافی است. ولی ممکن است پمپ را برای پروژه خاص با روغنهای مقاوم در برابر آتش یا ترکیب آب با گلایکول تهیه کنید. در این صورت باید پمپ هیدرولیک کارتریجی تخصصی با متالوژی خاص را انتخاب کنید که در مواجهه با سیالات خیلی غلیظ دچار کاویتاسیون نشده و یا در پمپاژ سیالات خیلی رقیق مقدار نشتی داخل آن از حد مجاز تجاوز نکند.
پمپهای هیدرولیک پرهای شدیداً نسبت به آلودگیهای روغن حساس هستند. یک ذره جامد بسیار ریز میتواند در حد فاصل پرهها تا جداره داخلی رینگ گیر کند. کافی است چنین ذرهای توسط یکی از پرههای پمپ با سرعت بالا بچرخد تا مانند دانههای سمباده سطح صیقلی رینگ را شیار بیاندازد. در این صورت نشتی داخلی پمپ هیدرولیک پرهای آنقدر زیاد میشود که عملاً کارایی و راندمان حجمی مناسب را نخواهد داشت. اما با نصب سیستم فیلتراسیون مناسب به خوبی میتوان از چنین اتفاقاتی در بهرهبرداری پمپهای پرهای جلوگیری کرد. نکته کلیدی انتخاب فیلتراسیون مناسب است:
در این پمپ درصد نشتی محدودی وجود دارد و نیاز چندان جدی به یک سیستم فیلتراسیون بسیار عالی نیست. نصب یک عدد فیلتر ۱۰ میکرون با شیر بای پس داخلی در خط برگشت این پمپها بهترین پیشنهاد است. از آنجا که این پمپها در یک سیستم هیدرولیک بسته با عملکرد ثابت و پیوسته کار میکنند، فیلتر میتواند روغن خط برگشتی را تصفیه کند.
فیلتراسیون پمپهای نامتعادل به دلیل قابلیت تنظیم دبی اندکی پیچیدهتر است. زیرا این پمپها ممکن است تا ساعتها در شرایط توقف دستگاه فعال باشند. در این صورت مسیر بازگشت سیال وجود ندارد تا فیلتر در خط برگشت آلودگیها را تصفیه کند. لذا برای چنین پمپهایی معمولاً یک خط بای پس به همراه فیلتر ۵ یا ۱۰ میکرون طراحی میکنند.

متریال پارامتر تعیین کننده هنگام خرید پمپ هیدرولیک کارتریجی است و در اینباره بررسی جداول زیر سودمند است:
پرههای پمپ حساسترین عضو فنی هستند که باید هم سخت و هم مقاوم به سایش با چغرمگی کافی انتخاب شوند. متریالهای مناسب پرههای پمپ هیدرولیک کارتریجی به قرار زیر هستند:
| جنس پره | کاربرد و سازگاری |
|---|---|
| فولاد ابزار (Tool Steal) | - مناسب برای روغنهای معدنی و فشار تا حداکثر ۳۰۰ بار |
| - کاملا وابسته به روانکاری روغن | |
| فولاد نیترید | - عمر طولانی در کار با روغنهای هیدرولیک معدنی |
| - مقاومت ایدهآل در برابر سیالات شیمیایی | |
| چدن خاکستری (Gray Iron) | - گزینه اقتصادی برای فشار پایین و متوسط |
| - کاملاً وابسته به روانکاری روغن | |
| کامپوزیت / گرافیت | - مناسب برای سیالات بدون روانکاری مانند آب یا ترکیب آب – گلایکول |
| - حداکثر فشار ۱۰۰ بار |
رینگ داخلی این پمپها باید در برابر سایش پرهها و خستگی ناشی از ضربات پی در پی آنها مقاومت کند. برای ساخت رینگ انواع پمپ هیدرولیک کارتریجی از متریالهای زیر استفاده میکنند:
| جنس رینگ | کاربرد و ویژگیها |
|---|---|
| فولاد استیل (Steel) | طراحی پمپهای فشار بالا |
| چدن آلیاژی (Alloy Cast Iron) | مناسب برای فشار متوسط و پروژههای عمومی |
| فولاد سخت کاری شده | مناسب برای طراحی پمپهای بسیار بزرگ پرهای |
| فولاد با پوشش داخلی PVD | - رینگ فولادی با لایهای نازک از نیترید تیتانیوم |
| - مناسب برای روغنها با قابلیت روانکاری کم یا روغنهای خیلی رقیق |
برندهای زیادی در زمینه طراحی و تولید انواع پمپ در سطح بینالملل فعالیت میکنند، اما محدود برندهایی هستند که پمپهای پرهای با کیفیت برتر و عملکرد کاملاً دست بالا را تولید کردهاند. شما میتوانید انواع این پمپها از برندهای اصلی از طریق فروشگاه اینترنتی تجهیز صنعت تهیه کنید. بهترین برندهای تولید کننده انواع پمپ هیدرولیک کارتریجی به قرار زیر است:

قیمت پمپ هیدرولیک پرهای یک عدد ساده روی برچسب محصول نیست، بلکه تحت تاثیر فاکتورهای زیادی مانند هزینه ساخت، نوع متریال، دقت مهندسی، راندمان و برند سازنده قرار دارد. جنس پرهها و رینگ در نمونههای ارزان قیمت، معمولاً فاقد عملیات حرارتی دقیق و یا پوششهای سطحی است. نشتی داخلی این پمپها در فشارهای بالاتر به شکل محسوس افزایش پیدا کرده و در نهایت هنگام کارهای سنگین یا طولانی از راندمان حجمی آنها کاسته میشود. لذا توصیه میکنیم که حتماً قیمت پمپ هیدرولیک کارتریجی را با در نظر گرفتن کیفیت ساخت از جمع برندهای معتبر بازار بررسی نمایید. شما میتوانید بهترین محصولات ساخت برندهای برتر را از فروشگاه اینترنتی تجهیز صنعت خریداری کنید. کارشناسان فروش تجهیز صنعت به شما کمک میکنند تا با در نظر گرفتن شرایط پروژه، محصول مورد نظر خود را با بهترین قیمت پمپ هیدرولیک پرهای تهیه کنید.
انتخاب این پمپها کاملاً به نوع پروژه شما بستگی دارد. اگر سیستم هیدرولیک شما دائم فعال است و کارکرد یکنواختی دارد، خرید پمپ متعادل را توصیه میکنیم. اما پمپهای غیر متعادل برای سیکل کاری با توقف ناگهانی مانند پرسهای هیدرولیکی مناسب هستند.
فیلتر را براساس ساختار طراحی پمپ تهیه کنید. برای پمپ پرهای متعادل با دبی ثابت فیلتر ۱۰ میکرون در خط برگشت مناسب است. اما برای پمپ نامتعادل باید یک بخش بای پس با فیلتر ۵ الی ۱۰ میکرون طراحی کنید.
یادتان باشد که این پمپها را هرگز در شرایط خشک راهاندازی نکنید و محفظه پمپ را حتماً از روغن پر کنید.