I pose og sekk

Brukerne venter at pumper skal bli stadig mer effektive og likevel mer kompakte. Og det blir de. Utviklingen har vært mulig fordi produksjonsteknikken for tilvirkningen stadig forbedres. Mer sofistikerte verktøymaskiner og produksjons- og måleutstyr gir høyere nøyaktighet og bedre toleranser ved fabrikasjon av komponenter. I tillegg utvikles etter hvert mer hensiktsmessige materialer og legeringer.

Dermed kan bransjen konstruere og tilvirke stadig mer kostnadseffektive pumper og pumpeutstyr. Modularisering og variantbegrensing er andre stikkord. Generelt består nye pumper av færre deler enn før. Logistikken er blitt enklere og rimeligere.

Styrer slagvolum

Fabrikanter av pumper med variabel levering tilbyr muligheter for styrefunksjoner. Sivilingeniør og dr. ing.-student Øyvind Haave ved Institutt for maskinteknikk, Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU), peker på følgende utviklingstrekk:

* Begrensing av maksimalt systemtrykk, der pumpens servo virker slik at slagvolumet reduseres (trykkompensering).

* Variabel volumstrøm der trykkfallet over styreventilen brukes som inngangssignal til pumpens servo.

* Begrensing av pumpens inngangsmoment (pumpeeffekt ved konstant hastighet), der pumpens slagvolum varieres inverst (motsatt) av systemtrykket.

Tradisjonelt er denne styringen en hydromekanisk servo, selv om noen elektroniske styringer er tilgjengelige.

– Alle disse styrefunksjonene vil innbefatte elektrohydrauliske reguleringsventiler som bruker elektriske transducere til måling av pumpens slagvolum og systemets trykk. Dette skal bedre respons og nøyaktighet og mangfold i valget av regulerte funksjoner, sier Haave.

Totalvirkningsgrad

Ved å variere hastigheten til pumper med fast slagvolum, kan variabel volumstrøm oppnå relativt høy totalvirkningsgrad. Mye arbeid rettes mot å utvikle elektroniske hastighetsregulatorer for dette formålet. Begrensende faktorer vil sannsynligvis være responstiden i forhold til ønskede endringer i volumstrøm, og i tillegg kostnader. I noen anvendelser vil økningen i totalvirkningsgrad rettferdiggjøre den økte kapitalkostnaden.

Økt totalvirkningsgrad ved redusert belastning for pumper med variabelt slagvolum kan oppnås ved å redusere friksjon og indre lekkasje. Det øker sannsynligvis enhetskostnaden, men slik som for hastighetsregulerte pumper, vil dette bli kostnadseffektivt i noen anvendelser.

Eksperter i Hamburg

Den eneste kvinnelige professoren innen hydraulikk i Europa, Monica Ivantysynova ved universitetet i Hamburg, leder forskningsarbeidet på hydrauliske fortreningsmaskiner, det vil si pumper og motorer. Dette universitetet har prosjekter rettet mot å minske indre lekkasje og væskefriksjon i hydrauliske komponenter.

Komponentene modelleres, og strømniningsforhold analyseres med CFD-software (Computational Fluid Dynamics). Variasjonene i klaringer mellom roterende og stillestående deler i maskinen, for eksempel på grunn av produksjonstoleranser og slitasje, studeres. Dataverktøyet gjør det enklere å prøve konstruksjonsendringer. Forskjellige oljeegenskaper og materialer kan også legges inn, og man beregner virkningen av endringer for lekkasje og smøring.

Tribologi er læren om smøring, friksjon og slitasje. Med tribologisk teori modellerer man væskestrømmen og smøringsforholdene mellom den roterende sylinderblokken og den stillestående ventilplaten i en pumpe matematisk. Ligningene kan deretter løses (simuleres), og optimal klaring og kanalutforming bestemmes.

Samspill

Laboratoriearbeidet er viktig for å verifisere at konstruksjonen også gir gode resultat i praksis, sier Øyvind Haave:

– Avansert prototyp-produksion gjort av erfarne mekanikere og forskere, sammen med god måleteknikk, bidrar sterkt til at utviklingen går fremover for hydrauliske pumper.

Ved hjelp av interessant matematisk modellering og godt laboratoriearbeid for å finne riktige koeffisienter, kan dynamikken og virkemåten til nye konstruksjoner for pumper analyseres. Pumpen er en del av et hydraulisk system. Samspillet er viktig. Systemet som helhet skal ofte ha høy dynamisk ytelse. Da må pumpen også kunne styres raskt og presist.