Che cos'è una pompa a pistoni idraulica?

Cos'è una pompa a pistoni idraulica?

Una pompa a pistoni idraulica è un tipo di pompa a spostamento positivo che converte l'energia meccanica (da un albero rotante) in energia idraulica (una combinazione di flusso e pressione). Lo fa utilizzando pistoni che si muovono avanti e indietro all'interno di cilindri per aspirare il fluido e poi forzarlo all'esterno ad alta pressione.

Sono rinomate per la loro alta efficienza e la capacità di generare pressioni molto elevate, rendendole la scelta preferita per le applicazioni idrauliche industriali e mobili più esigenti.

Principio fondamentale: come funziona

Il funzionamento fondamentale può essere suddiviso in un semplice ciclo:

1. Corsa di aspirazione: Mentre il pistone si muove indietro, aumenta il volume nella sua camera cilindrica. Questo crea un vuoto, che apre una valvola di ingresso (o porta) e consente al fluido idraulico di essere aspirato dal serbatoio.

2. Corsa di scarico: Il pistone si muove quindi in avanti, diminuendo il volume della camera. Questo comprime il fluido, aumentandone la pressione. L'alta pressione chiude la valvola di ingresso e forza l'apertura della valvola di uscita, spingendo il fluido pressurizzato nel sistema idraulico.

Questo processo avviene simultaneamente e continuamente su più pistoni disposti in uno schema circolare, garantendo un flusso regolare e continuo.

Tipi principali di pompe a pistoni idrauliche

Esistono due architetture di progettazione principali per le pompe a pistoni:

1. Pompe a pistoni assiali

In queste pompe, i pistoni sono disposti parallelamente all'asse dell'albero motore. Sono il tipo più comune di pompa a pistoni ad alte prestazioni.

• Come funziona: L'albero ruota un blocco cilindri contenente i pistoni. I pistoni stessi sono collegati a una piastra oscillante (un disco inclinato). Mentre il blocco ruota, i pistoni sono costretti a muoversi avanti e indietro nei loro fori mentre seguono la superficie angolata della piastra oscillante.

• Caratteristica principale: cilindrata variabile. L'angolo della piastra oscillante può essere modificato. Un angolo più ripido si traduce in una corsa del pistone più lunga e in una maggiore quantità di fluido spostato per rivoluzione (cilindrata maggiore). Un angolo più piccolo si traduce in una minore quantità di fluido spostato. Se la piastra oscillante è impostata su un angolo zero, i pistoni non si muovono e il flusso si interrompe. Ciò consente un controllo preciso del flusso e della potenza in uscita senza modificare la velocità di azionamento della pompa.

• Usi comuni: Macchinari di produzione (stampaggio a iniezione, presse per metalli), attrezzature edili (escavatori, bulldozer) e applicazioni marine.

2. Pompe a pistoni radiali

In queste pompe, i pistoni sono disposti perpendicolarmente (radialmente) all'albero motore.

• Come funziona: I pistoni sono alloggiati in un blocco cilindri fisso attorno all'albero motore. L'albero ha una camma eccentrica o un rotore. Mentre l'albero ruota, la camma eccentrica spinge i pistoni verso l'interno in sequenza. Le molle o la pressione idraulica spesso spingono i pistoni indietro contro la camma mentre ruota. La valvolatura è tipicamente integrata nell'hub centrale.

• Caratteristica principale: alta pressione. Le pompe a pistoni radiali sono eccezionalmente robuste e sono note per raggiungere le pressioni operative più elevate di qualsiasi tipo di pompa (spesso superiori a 1.000 bar / 15.000 psi).

• Usi comuni: Applicazioni a pressione estremamente elevata come presse idrauliche, banchi di prova e martinetti.

Caratteristiche principali e vantaggi

• Capacità di alta pressione: Eccellono in sistemi che richiedono pressioni da 250 bar a oltre 700 bar (3.600 a oltre 10.000 psi).

• Alta efficienza: Hanno perdite interne molto basse (alta efficienza volumetrica) e basse perdite per attrito (alta efficienza meccanica), raggiungendo spesso oltre il 95% di efficienza.

• Cilindrata variabile: La capacità di regolare il flusso in uscita al volo (una caratteristica chiave di molti progetti assiali) consente di risparmiare una notevole quantità di energia, poiché la pompa fornisce solo il flusso e la pressione necessari al sistema.

• Controllo preciso: Eccellente per applicazioni che richiedono un controllo preciso della velocità e della posizione.

• Lunga durata: Progettate per un funzionamento continuo in ambienti difficili.

Svantaggi

• Costo elevato: Significativamente più costose da acquistare e riparare rispetto alle pompe a ingranaggi o a palette.

• Complessità: Il design intricato con tolleranze ristrette le rende sensibili alla contaminazione (fluido sporco).

• Rumore: Generalmente più rumorose delle pompe a palette o a ingranaggi interni, soprattutto ad alte pressioni.

Applicazioni

Le pompe a pistoni idrauliche sono i cavalli di battaglia dei sistemi idraulici ad alta potenza. Le troverai in:

• Attrezzature edili pesanti: Escavatori, terne, gru, bulldozer.

• Macchinari industriali: Macchine per stampaggio a iniezione, presse per stampaggio di metalli, macchine utensili.

• Macchinari agricoli: Trattori, mietitrebbie.

• Applicazioni marine e offshore: Verricelli, sistemi di sterzo, gru a ponte.

• Generazione di energia: Trasmissioni idrostatiche nelle turbine eoliche.

• Attrezzature minerarie: Minatori a parete lunga, supporti per tetti.