ปั๊มลูกสูบแกนหมุนเป็น ปั๊ม ปริมาตร คงที่ที่มี ลูกสูบหลายตัวเรียงเป็นวงกลมอยู่ภายในบล็อกกระบอกสูบ

สามารถใช้เป็นปั๊มแบบเดี่ยวมอเตอร์ไฮดรอลิกหรือคอมเพรสเซอร์ สำหรับระบบปรับอากาศ ในรถยนต์ได้

ปั๊มลูกสูบแบบแกนหมุนมีลูกสูบจำนวนหนึ่ง (โดยปกติจะเป็นจำนวนคี่) เรียงตัวเป็นวงกลมอยู่ภายในตัวเรือนซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่าบล็อกกระบอกสูบโรเตอร์หรือบาร์เรลบล็อกกระบอกสูบนี้ถูกขับเคลื่อนให้หมุนรอบแกนสมมาตรโดยเพลาในตัวซึ่งวางตัวอยู่ในแนวเดียวกับลูกสูบสูบฉีด (โดยปกติจะขนานกันแต่ไม่จำเป็นเสมอไป)

• พื้นผิวสัมผัสปลายด้านหนึ่งของบล็อกกระบอกสูบมีลักษณะนูนและเสียดสีกับพื้นผิวสัมผัสบนแผ่นวาล์ว ที่อยู่กับที่ ของเหลวขาเข้าและขาออกของปั๊มไหลผ่านส่วนต่างๆ ของพื้นผิวสัมผัสระหว่างบล็อกกระบอกสูบและแผ่นวาล์ว แผ่นวาล์วมีช่องรูปครึ่งวงกลมสองช่องที่ช่วยให้ของเหลวทำงานไหลเข้าและของเหลวขาออกไหลออกตามลำดับ
• ลูกสูบที่ยื่นออกมาลูกสูบสูบฉีดจะยื่นออกมาจากปลายอีกด้านหนึ่งของบล็อกกระบอกสูบ มีการกำหนดค่าต่างๆ มากมายสำหรับปลายที่ยื่นออกมาของลูกสูบ แต่ในทุกกรณีจะสัมผัสกับลูกเบี้ยว ในหน่วยปริมาตรแปรผัน ลูกเบี้ยวสามารถเคลื่อนที่ได้และโดยทั่วไปเรียกว่าสวอชเพลทโยคหรือแฮงเกอร์เพื่อให้เข้าใจง่ายขึ้น ลูกเบี้ยวสามารถแทนด้วยระนาบ ซึ่งการวางแนวของระนาบนี้ เมื่อรวมกับการหมุนของเพลา จะทำให้เกิดการทำงานของลูกเบี้ยวซึ่งนำไปสู่การเคลื่อนที่ไปกลับของลูกสูบและทำให้เกิดการสูบฉีด มุมระหว่างเวกเตอร์ที่ตั้งฉากกับระนาบของลูกเบี้ยวและแกนการหมุนของบล็อกกระบอกสูบ เรียกว่ามุมลูกเบี้ยวเป็นตัวแปรหนึ่งที่กำหนดปริมาตรการสูบฉีดของปั๊มหรือปริมาณของเหลวที่สูบฉีดต่อการหมุนของเพลาหนึ่งรอบ หน่วยปริมาตรแปรผันสามารถปรับมุมลูกเบี้ยวได้ในระหว่างการทำงาน ในขณะที่หน่วยปริมาตรคงที่ไม่สามารถทำได้
• ลูกสูบแบบเคลื่อนที่ขึ้นลง ขณะที่บล็อกกระบอกสูบหมุน ปลายลูกสูบที่โผล่ออกมาจะถูกจำกัดให้เคลื่อนที่ตามพื้นผิวของระนาบลูกเบี้ยว เนื่องจากระนาบลูกเบี้ยวทำมุมกับแกนหมุน ลูกสูบจึงต้องเคลื่อนที่ขึ้นลงในแนวแกนขณะที่หมุนรอบแกนของบล็อกกระบอกสูบ การเคลื่อนที่ในแนวแกนของลูกสูบเป็นแบบไซน์ในช่วง ที่ลูกสูบ เคลื่อนที่ขึ้นลงลูกสูบจะเคลื่อนที่เข้าหาแผ่นวาล์ว ในช่วงเวลานี้ ของเหลวที่ถูกกักอยู่ระหว่างปลายลูกสูบที่จมอยู่ และแผ่นวาล์วจะถูกระบายออกไปยังพอร์ตจ่ายของปั๊มผ่านทางช่องครึ่งวงกลมช่องหนึ่งของแผ่นวาล์ว ซึ่งก็คือพอร์ต จ่ายเมื่อลูกสูบเคลื่อนที่เข้าหาแผ่นวาล์ว ของเหลวจะถูกผลักหรือแทนที่ผ่านพอร์ตจ่ายของแผ่นวาล์ว
• ผลของการหมุนควงเมื่อลูกสูบอยู่ที่จุดสูงสุดของวัฏจักรการเคลื่อนที่ขึ้นลง (โดยทั่วไปเรียกว่าจุดศูนย์ตายบน หรือ TDC) การเชื่อมต่อระหว่างห้องกักเก็บของเหลวกับพอร์ตจ่ายของปั๊มจะปิดลง หลังจากนั้นไม่นาน ห้องกักเก็บนั้นจะเปิดออกสู่พอร์ตทางเข้าของปั๊ม เมื่อลูกสูบหมุนควงรอบแกนของกระบอกสูบต่อไป มันจะเคลื่อนที่ออกห่างจากแผ่นวาล์ว ทำให้ปริมาตรของห้องกักเก็บเพิ่มขึ้น เมื่อเกิดเหตุการณ์นี้ ของเหลวจะเข้าสู่ห้องกักเก็บจากทางเข้าของปั๊มเพื่อเติมเต็มช่องว่าง กระบวนการนี้ดำเนินต่อไปจนกระทั่งลูกสูบถึงจุดต่ำสุดของกระบอกสูบ (โดยทั่วไปเรียกว่าจุดศูนย์ตายล่าง หรือ BDC) ที่ BDC การเชื่อมต่อระหว่างห้องสูบและพอร์ตทางเข้าจะปิดลง หลังจากนั้นไม่นาน ห้องกักเก็บจะเปิดออกสู่พอร์ตจ่ายอีกครั้ง และวัฏจักรการสูบจะเริ่มต้นใหม่
• ปั๊ม แบบปรับ ปริมาตรได้ ในปั๊มแบบปรับปริมาตรได้หากเวกเตอร์ที่ตั้งฉากกับระนาบของลูกเบี้ยว (แผ่นสวอชเพลท) ถูกตั้งให้ขนานกับแกนหมุน จะไม่มีการเคลื่อนที่ของลูกสูบในกระบอกสูบ ดังนั้นจึงไม่มีการไหลออก การเคลื่อนที่ของแผ่นสวอชเพลทจะควบคุมการไหลของปั๊มจากศูนย์ถึงค่าสูงสุด ปั๊มลูกสูบแกนหมุนแบบปรับปริมาตรได้มีสองประเภท:
  • ปั๊มควบคุมการแทนที่โดยตรง เป็นปั๊มลูกสูบแกนหมุนชนิดหนึ่งที่มีการควบคุมการแทนที่โดยตรง การควบคุมการแทนที่โดยตรงใช้คันโยกเชิงกลที่ติดอยู่กับแผ่นสวอชเพลทของปั๊มลูกสูบแกนหมุน แรงดันระบบที่สูงขึ้นต้องการแรงมากขึ้นในการเคลื่อนคันโยก ทำให้การควบคุมการแทนที่โดยตรงเหมาะสำหรับปั๊มงานเบาหรืองานปานกลางเท่านั้น ปั๊มงานหนักต้องใช้การควบคุมเซอร์โว^{[ 1 ]}ปั๊มควบคุมการแทนที่โดยตรงประกอบด้วยข้อต่อและสปริงและในบางกรณีใช้แม่เหล็กแทนเพลาไปยังมอเตอร์ที่อยู่นอกปั๊ม (จึงลดจำนวนชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ ) ทำให้ชิ้นส่วนได้รับการปกป้องและหล่อลื่น และลดแรงต้านทานต่อการไหลของของเหลว
  • ปั๊มควบคุมเซอร์โว
• แรงดันในปั๊มแบบชดเชยแรงดันทั่วไป มุมของแผ่นสวอชเพลทจะถูกปรับผ่านการทำงานของวาล์วซึ่งใช้การป้อนกลับของแรงดันเพื่อให้ปริมาณการไหลออกของปั๊มในทันทีนั้นเพียงพอที่จะรักษาแรงดันที่กำหนดไว้ หากปริมาณการไหลเพิ่มขึ้น แรงดันจะลดลงชั่วขณะ แต่ตัววาล์วชดเชยแรงดันจะตรวจจับการลดลงนั้นแล้วเพิ่มมุมของแผ่นสวอชเพลทเพื่อเพิ่มปริมาณการไหลออกของปั๊มเพื่อให้แรงดันที่ต้องการกลับคืนมา ในความเป็นจริง ระบบส่วนใหญ่ใช้แรงดันเป็นตัวควบคุมสำหรับปั๊มประเภทนี้ แรงดันใช้งานจะถึง 200 บาร์ (20 MPa หรือ 2900 psi) และแผ่นสวอชเพลทจะถูกขับเคลื่อนไปที่มุมศูนย์ (ระยะชักของลูกสูบเกือบเป็นศูนย์) และด้วยการรั่วไหลที่มีอยู่ในระบบจะทำให้ปั๊มมีเสถียรภาพที่ปริมาณการส่งที่รักษาแรงดันที่ตั้งไว้ เมื่อความต้องการเพิ่มขึ้น แผ่นสวอชเพลทจะถูกเคลื่อนไปยังมุมที่มากขึ้น ระยะชักของลูกสูบจะเพิ่มขึ้น และปริมาณของไหลจะเพิ่มขึ้น หากความต้องการลดลง แรงดันจะสูงขึ้น และปริมาณที่สูบจะลดลงเมื่อแรงดันสูงขึ้น เมื่อความดันระบบสูงสุด เอาต์พุตจะเกือบเป็นศูนย์อีกครั้ง หากความต้องการของเหลวเพิ่มขึ้นเกินความสามารถของปั๊มในการส่ง ความดันระบบจะลดลงจนเกือบเป็นศูนย์ มุมของแผ่นสวอชเพลทจะยังคงอยู่ที่ค่าสูงสุดที่อนุญาต และลูกสูบจะทำงานที่ระยะชักเต็มที่ กระบวนการนี้จะดำเนินต่อไปจนกว่าความต้องการการไหลของระบบจะลดลงและความสามารถของปั๊มจะมากกว่าความต้องการ เมื่อความดันเพิ่มขึ้น มุมของแผ่นสวอชเพลทจะปรับเปลี่ยนเพื่อพยายามไม่ให้เกินความดันสูงสุดในขณะที่ตอบสนองความต้องการการไหล^{[ 2 ]}

นักออกแบบต้องเผชิญกับปัญหาหลายประการในการออกแบบปั๊มลูกสูบตามแนวแกน หนึ่งในนั้นคือการผลิตปั๊มที่มีความคลาดเคลื่อนต่ำตามที่จำเป็นต่อการทำงานอย่างมีประสิทธิภาพ พื้นผิวสัมผัสระหว่างชุดลูกสูบหมุนและตัวปั๊มที่อยู่กับที่ต้องมีการซีลที่สมบูรณ์แบบเกือบทั้งหมด ในขณะที่ส่วนที่หมุนได้นั้นหมุนด้วยความเร็วประมาณ 3000 รอบต่อนาทีลูกสูบมักจะมีเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่าครึ่งนิ้ว (13 มม.) และมีระยะชักที่ใกล้เคียงกัน การรักษาความแน่นของการซีลระหว่างผนังกับลูกสูบหมายความว่าต้องมีช่องว่างที่เล็กมาก และวัสดุต้องมีความใกล้เคียงกันเพื่อให้มีค่า สัมประสิทธิ์การขยาย ตัวที่ใกล้เคียงกัน

ลูกสูบจะต้องถูกดึงออกไปด้านนอกภายในกระบอกสูบด้วยวิธีการใดวิธีการหนึ่ง ในปั๊มขนาดเล็ก สามารถทำได้โดยใช้สปริงภายในกระบอกสูบที่ดันลูกสูบขึ้นไปในกระบอกสูบ นอกจากนี้ยังสามารถปรับแรงดันของของเหลวขาเข้าเพื่อให้ของเหลวดันลูกสูบขึ้นไปในกระบอกสูบได้ บ่อยครั้งที่ปั๊มใบพัดจะถูกติดตั้งบนเพลาขับเดียวกันเพื่อสร้างแรงดันนี้ และยังช่วยให้ชุดปั๊มสามารถดูดของเหลวจากถังเก็บ ได้โดยมีแรงดูด ซึ่งเป็นคุณสมบัติของ ปั๊มลูกสูบตามแนวแกนแบบไม่มีตัวช่วย

อีกวิธีหนึ่งในการดึงลูกสูบขึ้นไปในกระบอกสูบคือการยึดหัวกระบอกสูบเข้ากับพื้นผิวของแผ่นสวอชเพลท ด้วยวิธีนี้ การเคลื่อนที่ของลูกสูบจะเป็นไปในลักษณะกลไกทั้งหมด อย่างไรก็ตาม ปัญหาของผู้ออกแบบในการหล่อลื่นพื้นผิวของแผ่นสวอชเพลท (ซึ่งเป็นจุดสัมผัสแบบเลื่อน) ก็จะยิ่งยากขึ้นไปอีก

การหล่อลื่นภายในของปั๊มทำได้โดยใช้ของเหลวที่ใช้ในการทำงาน ซึ่งโดยปกติเรียกว่าของเหลวไฮดรอลิกระบบไฮดรอลิกส่วนใหญ่มีอุณหภูมิการทำงาน สูงสุด ที่จำกัดโดยของเหลว ประมาณ 120 °C (250 °F) ดังนั้นการใช้ของเหลวนั้นเป็นสารหล่อลื่นจึงก่อให้เกิดปัญหาในตัวเอง ในปั๊มประเภทนี้ การรั่วไหลจากหน้าสัมผัสระหว่างตัวเรือนกระบอกสูบและบล็อกตัวปั๊มจะถูกนำมาใช้เพื่อระบายความร้อนและหล่อลื่นภายนอกของชิ้นส่วนที่หมุนได้ จากนั้นการรั่วไหลจะถูกส่งไปยังถังพักหรือไปยังด้านทางเข้าของปั๊มอีกครั้งของเหลวไฮดรอลิกที่ใช้แล้วจะถูกทำให้เย็นลงและกรองผ่านตัวกรองขนาดไมโครเมตรก่อนที่จะหมุนเวียนกลับเข้าสู่ปั๊ม อีกครั้ง

แม้จะมีปัญหาตามที่ระบุไว้ข้างต้น ปั๊มประเภทนี้ก็สามารถรวมระบบควบคุมวงจรที่จำเป็นส่วนใหญ่ไว้ในตัว (เช่น การควบคุมมุมแผ่นสวอชเพลท) เพื่อควบคุมการไหลและแรงดัน มีความน่าเชื่อถือสูง และทำให้ระบบไฮดรอลิกส่วนที่เหลือมีความเรียบง่ายและราคาไม่แพง

ปั๊มลูกสูบตามแนวแกนใช้ในการขับเคลื่อนระบบไฮดรอลิกของเครื่องบินไอพ่น โดยขับเคลื่อนด้วยเฟืองจากเพลาหลักของเครื่องยนต์กังหัน ระบบที่ใช้ในเครื่องบิน F-14 ใช้ปั๊ม 9 ลูกสูบ ซึ่งสร้างแรงดันใช้งานมาตรฐานของระบบที่ 3000 psi และอัตราการไหลสูงสุด 84 แกลลอนต่อนาที

ปัจจุบันคอมเพรสเซอร์ แอร์รถยนต์สำหรับทำความเย็นในห้องโดยสารส่วนใหญ่ใช้การออกแบบปั๊มลูกสูบตามแนวแกน (บางรุ่นใช้คอมเพรสเซอร์แบบเกลียวหรือปั๊มใบพัดหมุน ) เพื่อควบคุมน้ำหนักและพื้นที่ในห้องเครื่องของรถยนต์ และลดการสั่นสะเทือน มีให้เลือกทั้งแบบปริมาตรคงที่และแบบปรับปริมาตรได้ และขึ้นอยู่กับการออกแบบของคอมเพรสเซอร์ แผ่นหมุน (swashplate) อาจขับเคลื่อนลูกสูบที่ติดอยู่กับขอบโดยตรงผ่านชุดลูกปืนโลหะทรงครึ่งวงกลม หรืออาจขับเคลื่อนแผ่นหมุน (nutating plate) ที่มีลูกสูบติดตั้งอยู่โดยใช้ก้านเชื่อมต่อ

นอกจากนี้ยังใช้ในเครื่องฉีดน้ำแรงดันสูง บางรุ่นด้วย ตัวอย่างเช่นKärcherมีหลายรุ่นที่ใช้ปั๊มลูกสูบแกนหมุนที่มีลูกสูบสามตัว^{[ 3 ]}

มอเตอร์ลูกสูบแบบแกนหมุนยังใช้ในการขับเคลื่อนเครื่องจักร หลายชนิด โดยทำงานบนหลักการเดียวกันกับที่อธิบายไว้ข้างต้น ยกเว้นว่าของเหลวที่ไหลเวียนจะถูกส่งมาภายใต้แรงดันสูง และตัวเรือนลูกสูบจะหมุนเพื่อส่งกำลังไปยังเครื่องจักรอื่น การใช้งานทั่วไปของมอเตอร์ลูกสูบแบบแกนหมุนคือการขับเคลื่อนเครื่องจักรกลหนักขนาดเล็ก เช่น รถ ตักดิน อีกหนึ่งการ ใช้ งานคือการขับเคลื่อนใบพัดของตอร์ปิโด

• ตัวอย่างแรกสามารถพบได้ในหน้า 213 (หรือหน้า 89 ตามการจัดหน้าของหนังสือ)ใน หนังสือ Le diverse et artificiose machineโดยAgostino Ramelli

• www.rotarypower.com ผู้ผลิตปั๊มลูกสูบแกนหมุน
• บริการซ่อม/ประกอบปั๊มลูกสูบแกนหมุน Tecnapol