ETAMühendislik

Ana sayfa / E-Kütüphane / Hidrolik

Makale 02 · Hidrolik

Hidrolik güç ünitesi boyutlandırma: pompa, motor, tank ve boru

Gerekli debiden pompa hacmini, basınç ve debiden elektrik motoru gücünü, tank hacmini ve boru çaplarını bulma. Ön tasarım için hesap aracıyla.

Silindirlerin ne kuvvet ve ne hız istediği belli olunca sıra güç ünitesine gelir: pompa kaç cm³ olmalı, motor kaç kW, tank kaç litre, hatlar kaç mm? Bu yazıda ön tasarımda kullandığımız sıralamayı, formülleri ve tipik kabulleri veriyoruz.

Hesap sırası

  1. Silindirlerden gereken en yüksek basınç ve eş zamanlı debi belirlenir.
  2. Debiden pompa hacmi bulunur.
  3. Basınç ve debiden motor gücü bulunur.
  4. Tank hacmi ve ısı dengesi kontrol edilir.
  5. Boru çapları hız sınırlarına göre seçilir.

Pompa hacmi

Q [L/dk] = Vg [cm³/dev] · n [dev/dk] · η_v / 1000
Vg = 1000 · Q / ( n · η_v ) Vg: pompanın geometrik hacmi, n: motor devri, η_v: hacimsel verim (dişli ve pistonlu pompalarda yeni durumda genelde 0,92–0,97).

4 kutuplu bir asenkron motor 50 Hz'de senkron 1500 dev/dk'dır. Yük altında kayma nedeniyle yaklaşık 1450 dev/dk ile çalışır. Hesapta 1500 yerine 1450 kullanmak daha doğrudur.

Hesaplanan hacim çoğu zaman standart bir pompa boyutuna denk gelmez. Bir üst standart boyut seçilir ve gerçek debi yeniden hesaplanır. Debi artınca hızlar da artar, bu yüzden silindir hızını bu yeni debiyle kontrol edin.

Motor gücü

P [kW] = p [bar] · Q [L/dk] / ( 600 · η_t ) η_t: pompanın toplam verimi (hacimsel × mekanik), tipik 0,80–0,90. 600 katsayısı birim dönüşümünden gelir.

Hesap, sistemin en yüksek basınçta ve pompanın tam debisinde çalıştığı durum içindir. Emniyet valfi pompayı bu noktada tutabileceği için motoru bu değere göre seçmek güvenlidir. Çevrim süresinin büyük bölümünde düşük basınçta çalışan, kısa süre tepe basıncına çıkan sistemlerde duty cycle ve motor termal sınırları dikkate alınarak daha küçük motor düşünülebilir, ancak bu bir mühendislik kararıdır ve ölçümle doğrulanmalıdır.

Tank hacmi ve ısı

Endüstriyel sabit sistemlerde yaygın pratik kural, tank hacminin pompa debisinin dakikadaki hacminin 3–5 katı olmasıdır. Tank yağı soğutur, hava ve kirliliği ayırır, sistem kaçaklarını karşılar.

Güç ünitesi çalışırken verimsizlikler ısıya dönüşür. En büyük kayıplar emniyet valfinden ya da kısma valflerinden geçen yağdan gelir. Yağ sıcaklığı sürekli 60 °C üzerinde seyrediyorsa şu sırayla düşünün: gereksiz basıncı düşürmek, boşta çalışmada pompayı yüksüze almak (boşaltma valfi, frekans sürücü ya da basınç-debi kontrollü pompa), tank hacmini büyütmek, son olarak yağ soğutucu eklemek.

Neden 60 °C? Sıcaklık arttıkça yağ incelir, iç kaçaklar büyür, conta ve yağ ömrü kısalır. Her 10 °C'lik artışta yağ ömrünün yaklaşık yarıya indiği sık kullanılan bir kuraldır. ISO VG 46 yağ yaklaşık 40 °C'de 46 mm²/s, 60 °C'de 22 mm²/s civarındadır.

Boru çapı

Hat içi hız, basınç kaybını ve gürültüyü belirler. Çok yüksek hız türbülans ve ısı, çok düşük hız ise gereksiz büyük boru ve maliyet demektir. Tipik hız aralıkları:

HatHız aralığıNot
Emme0,5–1,5 m/sPompa kavitasyonunu önlemek için düşük tutulur.
Basınç3–6 m/sBasınç yükseldikçe üst sınır düşürülür.
Dönüş1,5–3 m/sFiltre ve soğutucu kayıpları ayrıca eklenir.
d_iç [mm] = 4,61 · √( Q [L/dk] / v [m/s] ) Bulunan değer boru iç çapıdır. Standart boru ya da hortum çapına yukarı yuvarlayın. Hortum seçiminde ayrıca çalışma basıncı, patlama basıncı ve bükülme yarıçapı kontrol edilir.

Hesap aracı

Güç ünitesi ön boyutlandırma
Gereken hacim
Seçilecek standart boyut
Gerçek debi
Gereken motor gücü
Standart motor (IEC)
Tank hacmi (3–5 × Q)
Emme hattı iç çapı (1 m/s)
Basınç hattı iç çapı (4,5 m/s)
Dönüş hattı iç çapı (2,5 m/s)

Standart pompa boyutları üreticiye göre değişir. Burada yaygın bir kademe dizisi kullanılır: 4, 6,3, 8, 10, 12,5, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125 cm³/dev. Bu bir ön hesaptır, nihai seçimi pompa ve motor kataloğundan yapın.

Örnek hesap

Basınç 160 bar, gerekli debi 32 L/dk, motor 1450 dev/dk, η_v = 0,95, η_t = 0,85 olsun.

  • Gereken hacim: 1000 · 32 / (1450 · 0,95) = 23,2 cm³/dev. Bir üst standart boyut 25 cm³/dev.
  • Gerçek debi: 25 · 1450 · 0,95 / 1000 = 34,4 L/dk.
  • Motor gücü: 160 · 34,4 / (600 · 0,85) = 10,8 kW. Standart motor 11 kW. Pay çok dar olduğundan basıncı sınırda çalıştırmayacaksanız kabul edilebilir, değilse 15 kW seçin.
  • Tank: 34,4 × 3…5 ≈ 100–170 L, uygulamaya göre 120–160 L'lik bir tank makul.
  • Boru iç çapları: emme yaklaşık 27 mm, basınç yaklaşık 12,8 mm, dönüş yaklaşık 17 mm.

Emniyet valfi ve ayar

Emniyet valfini, en yüksek çalışma basıncının yaklaşık %10–15 üzerine ayarlayın. Çok yüksek ayar elemanları gereksiz zorlar, çok düşük ayar ise silindir yük altında hareket ederken valf açıp ısı üretir. Ayarı yaparken manometreyi ve devreye alma basınç talimatını kullanın, ayar sonrası vidayı kilitleyin.

Bu yazı genel mühendislik bilgisi içerir ve ön boyutlandırma amaçlıdır. Projeye özgü hesaplarda ilgili standartları ve bileşen üreticisinin kataloğunu esas alın. Hesap aracı sonuçları, kendi tasarım doğrulamanızın yerine geçmez.

Projeniz için hesap, tasarım ya da saha desteği gerekirse bize yazın.