دسته بندی پمپ های جابجایی مثبت

پمپ, مطالب پیشنهادی, نوع تجهیز

شماره ویرایش: صفرم
بدون نظر

مقدمه

مطابق با مقاله پمپ ها به دو دسته کلی پمپ های سانتریفیوژ و جابجایی مثبت دسته بندی می شوند. توضیحات کلی در خصوص پمپ سانتریفیوژ در درس گذشته ارائه شده است. در این مقاله به بررسی انواع پمپ های جابجایی مثبت می پردازیم.

پمپ های جابجایی مثبت

پمپ های جابجایی مثبت انرژی را توسط قطعه مکانیکی به سیال (محبوس شده) اضافه می کنند و حجم سیال را به مقداری کاهش می دهند که فشار آن بر فشار خط غلبه کند و سیال از پمپ خارج شود. اساس عملکرد در این پمپ ها حمل سیال است. پس به صورت مستقیم انرژی مکانیکی به انرژی پتانسیل سیال تبدیل می شود. مطابق تصویر زیر، این پمپ ها به دو زیر دسته رفت و برگشتی و دورانی تقسیم می شوند. پمپ های جابجایی مثبت از سه ویژگی مهم زیر برخوردار هستند:

توانایی کار در فشار بالا با فشار مکش کم
خود مکش (Self-priming)
پمپ با دبی ثابت (تقریبا مستقل از فشار)

منحنی عملکرد پمپ های جابجایی مثبت

در تصویر زیر منحنی عملکرد پمپ های جابجایی مثبت مشاهده می شود. مطابق این منحنی، در یک سرعت ثابت، دبی این پمپ ها ثابت و مستقل از فشار است. اما در فشار های زیاد، به علت افزایش نشتی داخلی به علت وجود لقی به قطعات پمپ، مقداری از دبی خروجی پمپ کاهش می یابد.

از نظر تئوری، این پمپ ها توانایی ایجاد فشار بی نهایت را دارند اما به علت توان محرک و جنس متریال پمپ، لوله و اتصالات، فشار خروجی این پمپ ها محدود که با ریلیف ولو کنترل می شود.

پیستونی

در این پمپ ها حرکت دورانی الکتروموتور (محرک) از طریق میل لنگ به حرکت رفت و برگشتی تبدیل می شود. در زمان مکش، چک ولو ورودی باز و چک ولو خروجی بسته است و در زمان دهش، چک ولو ورودی بسته و چک ولو خروجی باز می شود. این پمپ ها به دو دسته تک کاره و دو کاره تقسیم می شوند. اساس عملکرد پمپ های پیستونی، عملکرد صحیح دو شیر یک طرفه (چک ولو) در ورودی و خروجی پمپ است.

انگشتی (پلانجر)

تفاوت پمپ پیستونی و پلانجری در این است که در پمپ پلانجری، پکینگ های آببند کننده ثابت هستند و پلانجر حرکت می کند ولی در پمپ پیستونی، پکینگ های آببند کننده همراه با پیستون حرکت می کنند. اساس عملکرد پمپ های پلانجری، عملکرد صحیح دو شیر یک طرفه (چک ولو) در ورودی و خروجی پمپ است.

پمپ پلانجر در نسبت فشار بالاتری نسبت به پمپ پیستونی می تواند کار کند.

مزایا پمپ های پلانجر و پیستونی

بازدهی این پمپ ها نسبت به دیگر پمپ ها بالا (در حدود 85 تا 95 درصد) است.
معمولا در سرعت دورانی کمتر از پمپ های سانتریفیوژ عمل می کنند.
دبی این پمپ ها ثابت و مستقل از فشار است.
میزان فشار تولید این پمپ ها وابسته به توان الکتروموتور و جنس مواد سازنده پمپ است.
این پمپ ها نیاز به پر شدگی اولیه ندارند. (Self-priming)

معایب پمپ های پلانجر و پیستونی

جریان خروجی این پمپ ها به صورت نوسانی است.
به علت جریان نوسانی و همچنین قطعات زیاد، هزینه تعمیر و نگهداری این پمپ ها زیاد است و از طرفی قابلیت اعتماد کمی دارند.
این پمپ های خیلی به آلودگی حساس هستند.
با توجه به افت فشار در چک ولو ورودی، این پمپ ها نیاز به فشار ورودی بیشتری (NPSHr) نسبت به پمپ های بدون چک ولو (دینامیکی و دورانی) دارند.
پمپ های به نسبت سنگینی هستند و به فضای بیشتری نیاز دارند.
در صورتی که در حین کارکرد هوا وارد این پمپ ها شود، این هوا نمی تواند بر فشار خط خروجی غلبه کند. در نتیجه به علت افزایش دما، احتمال آسیب به پکینگ ها وجود دارد. علیرغم خود مکش بودن این پمپ ها، توصیه می شود که این پمپ ها هواگیری شوند (تصویر زیر).

دیافراگمی

عملکرد این پمپ ها همانند پمپ های پیستونی و پلانجری است. با این تفاوت که انتقال نیرو بین محرک و سیال توسط صفحه دیافراگم انجام می شود. در این پمپ ها، محفظه تراکم ثابت است و با خمیدگی دیافراگم، عمل مکش و دهش انجام می شود. این پمپ ها دقت بسیار خوبی در دبی سیال، جهت انتقال دارند و از این پمپ ها به عنوان پمپ مترینگ استفاده می شود. از لحاظ نشتبندی، کاملا آببند هستند.

انواع محرک های دیافراگم

دیافراگم می تواند توسط محرک مکانیکی، هیدرولیک، پنوماتیکی و یا الکترومومغناطیسی تحریک شود. در حالت هیدرولیکی و پنوماتیکی، جهت جلوگیری از آسیب به دیافراگم باید از ریلیف ولو در پشت دیافراگم استفاده شود. در تصویر زیر پمپ دیافراگمی با دو محرک مکانیکی و هیدرولیکی را مشاهده می کنیم.

مزایا پمپ دیافراگمی

قادر است تا سیالات ویسکوز، خورنده و دو فازی (اسلاری) را جابجا کند.
با توجه به تعداد کم قطعات، عمر کاری بالا و هزینه تعمیر و نگهداری کمی دارد (با محرک مکانیکی).
با هزینه کم می تواند سیال با دبی کم را انتقال دهد (در حد چند سی سی بر ثانیه).
این پمپ ها نیاز به پر شدگی اولیه ندارند. (Self-priming)
جهت کاهش نوسانات جریان، می توانیم از دیافراگم موازی استفاده کنیم.

معایب پمپ دیافراگمی

در دبی های کم، فشار های متوسط و دمای متوسط کاربرد دارد.
با توجه به مکانیزم رفت و برگشتی، نیاز به تعمیرات دوره ای دارد.
بعد از یک مدت کارکرد باید دیافراگم تعویض شود (کمتر از 2 تا 3 میلیون سیکل).
در صورت نشتی دیافراگم، امکان ترکیب مواد شیمیایی (یا سمی) با روغن و هوای فشرده وجود دارد.

نکات مربوط به پمپ های رفت و برگشتی

جهت افزایش یا کاهش دبی این پمپ ها، می توانیم از روش های زیر استفاده کنیم:
تغییر دور محرک (الکتروموتور)
تغییر کورس پیستون، پلانجر یا دیافراگم.
در خروجی این پمپ ها حتما ریلیف ولو وجود داشته باشد.
توصیه می شود که این پمپ ها هواگیری شوند.

تیغه ای یا کاتریجی

در این پمپ ها، روتور به صورت خارج از مرکز قرار گرفته است و با چرخش روتور، سیال در ورودی به درون پمپ مکش می یابد و بین پره محبوس شده و به خروجی حمل می شود. این پمپ جهت پمپاژ سیال با ویسکوزیته کم مناسب است. این پمپ ها مکش خیلی خوبی دارند (خلا زیاد در ورودی). برای سیالات تمیز تنها مورد استفاده قرار گیرد. در مواقعی که مقداری هوا در مایع وجود دارد، می توانیم از این پمپ استفاده کنیم.

دنده خارجی

پمپ های دنده خارجی از دو چرخدنده یکسان تشکیل شده است که یک چرخدنده به محرک متصل شده است و چرخدنده دیگر به صورت هرز می چرخد. با چرخش چرخدنده ها، سیال بین پوسته و چرخدنده محبوس شده و به سمت پورت خروجی انتقال می یابد. پمپ های دنده ای از پمپ اسکرو ارزان تر هستند ولی عمر کارکرد کمتری دارند.

مطابق تصویر زیر، در این پمپ ها از سه نوع چرخدنده مارپیچ دوبل، ساده و مارپیچ استفاده می شود.

مزایا پمپ دنده خارجی

از نظر اندازه، جمع و جور هستند.
در فشار های بالا، توانایی کارکرد دارند.
برای انتقال سیالات با ویسکوزیته بالا مناسب هستند.
به راحتی با انوع متریال ها ساخته می شوند (متناسب با سیال فرایندی).
کاربرد بسیار زیادی دارد.

عیب پمپ دنده خارجی

به علت لقی کم بین چرخدنده ها، باید سیال فرایندی تمیز باشد.

دنده داخلی

در این پمپ، چرخدنده خارجی به محرک متصل است و چرخدنده وسطی هرز می چرخد. همچنین سیل بین دو چرخدنده قطعه ای به شکل هلال (ماه) است. به پمپ های ماه و ستاره ای نیز مشهور هستند.

نسبت به مواد جامد حساس هستند ولی در صورت انتخاب متریال مناسب در ساختار پمپ، می توانند تا حدودی سیال با ذرات جامد را پمپاژ کنند و عملکرد مناسب تری نسبت به پمپ های اسکرو و دنده خارجی دارند.

گوشواره ای یا لوب

همانند پمپ دنده ای است با این تفاوت که از دو، سه یا چهار لوب به جای چرخدنده استفاده می کند. لوب ها با یکدیگر تماس ندارند بلکه با استفاده از چرخدنده زمانبندی حرکت می کنند. بنابراین پمپ می تواند خشک کار کند. با توجه به وجود فضای زیادی بین لوب و پوسته، می تواند موادی مانند مواد غذایی (حساس به تنش برشی) یا مواد شیمیایی را جابجا کرد.

این پمپ ها به نسبت پمپ های دنده ای و تیغه ای گرانتر هستند و همچنین هزینه تعمیر و نگهداری بیشتری دارند. با توجه به اینکه چرخدنده های زمانبندی روانکاری می شوند، امکان آلودگی سیال فرایندی با روغن وجود دارد.

مارپیچ یا اسکرو

پمپ های اسکرو در دو مدل دو و سه اسکرو دسته بندی می شوند. در حالت دو اسکرو، از چرخدنده زمانبندی استفاده می شود. جهت برقراری همراستایی دو اسکرو به صورت دقیق از بیرینگ استفاده می شود. در دو حالت بیرینگ داخل یا خارج از محفظه کیسینگ وجود دارد. در حالتی که بیرینگ ها به صورت خارجی نصب شده اند، از چهار آببند کننده (مکانیکال سیل) استفاده می شود ولی نسبت به وجود ذرات جامد در سیال حساسیت کمتری نسبت به حالت نصب بیرینگ به صورت داخلی دارد.

بیرینگ پمپ سه اسکرو، توسط سیال فرایندی روانکاری صورت می پذیرد. شفت محرک به اسکرو وسط کوپل می شود و این اسکرو، دو اسکرو دیگر را می چرخاند. مزیت عمده پمپ های سه اسکرو این است که این پمپ ها تنها از یک مکانیکال سیل استفاده می کنند.

تک مارپیچ

در این پمپ، تک مارپیچ (روتور) درون یک استاتور لاستیکی می چرخد و سبب حرکت سیال می شود.این پمپ ها برای سیالات ویسکوز و همچنین سیالات با ذرات جامد زیاد به کار می رود.این پمپ گران قیمت، از نظر سایز به نسبت دبی بزرگ، تعمیرات آن دشوار و گران است.

شلنگی

از این پمپ معمولا برای انتقال سیالات و دوغاب مانند لجن، چسب، رنگ و اسلاری، ملات سیمان و آهک استفاده می شود. کفشک های متصل به روتور، روانکاری می شوند و با تماس این کفشک ها با جداره شیلنگ، انتقال سیال صورت می پذیرد. همچنین در مصارف آزمایشگاهی و پزشکی مورد استفاده قرار می گیرد.

از مزایا این پمپ می توان به موارد زیر اشاره کرد:

کارکرد خشک

بدون نیاز به شیر چک ولو

بدون نیاز به سیل

اعمال تنش برشی کم به سیال

از معایب این پمپ می توان به موارد زیر اشاره کرد:

عمر کارکرد کم

جریان نوسانی محدوده عملکردی کم (هد و دبی)

نکات در مورد پمپ های دورانی

بر خلاف پمپ های رفت و برگشتی، این پمپ ها دبی خروجی نسبتا یک نواخت و بدون نوسانی دارند.
برای حالت های استفاده می شوند که دبی خیلی کم و یا ویسکوزیته سیال خیلی زیاد است.
جهت تنظیم دبی، می توانیم سرعت محرک (الکتروموتور) را تغییر دهیم.
معمولا با توجه به وجود لقی بین اجزا ثابت و متحرک پمپ و برگشت جریان از ناحیه پرفشار به کم فشار، میزان دبی واقعی کمتر از دبی تئوری است. این موضوع تابع ویسکوزیته سیال، سرعت و اختلاف فشار دو سمت پمپ است (بازدهی حجمی).
در خروجی این پمپ ها حتما از یک ریلیف ولو استفاده شود.
پمپ های روتاری نیاز به پرشدگی اولیه ندارند ولی تنها در مدت زمان کوتاهی می توانند خشک کار کنند. پس باید همیشه این اطمینان حاصل شود که در ورودی، سیال به میزان کافی وجود دارد. بنابراین NPSH و سرعت پمپ (مطابق با ویسکوزیته سیال) در این پمپ ها از اهمیت بالایی بر خوردار است.
این پمپ ها قادر به پمپاژ سیال بدون روانکاری (همانند آب) یا سیال همراه با ذرات جامد سخت و سایشی نیستند.
قبل از پمپ حتما از استرینر (صافی) جهت جلوگیری از مواد جامد استفاده شود. هر چند وقت یک بار این صافی تمیز شود.
قبل از راه اندازی، حتما روانکاری انجام شود.