پمپ پیستونی

[bigbang]

پمپ های پیستونی با دارا بودن بیشترین نسبت توان به وزن، از گرانترین پمپ ها هستند و در صورت آب بندی دقیق پیستون ها می تواند بالا ترین بازدهی را داشته باشند. معمولا جریان در این پمپ ها بدون ضربان بوده و به دلیل عدم وارد آمدن بار جانبی به پیستونها دارای عمر طولانی می باشند، اما به خاطر ساختار پیچیده تعمیر آن مشکل است. از نظر طراحی پمپ های پیستونی به دو دسته شعاعی و محوری تقسیم می شوند.
پمپ های پیستونی محوری با محور خمیده (Axial piston (pumps(bent-axis type) در این پمپ ها خط مرکزی بلوک سیلندر نسبت به خط مرکزی محور محرک در موقعیت زاویه ای مشخصی قرارداردمیله پیستون توسط اتصالات کروی (Ball&socket joints) به فلنج محور محرک متصل هستند به طوری که تغییر فاصله بین فلنج محرک و بلوک سیلندر باعث حرکت رفت وبرگشت پیستون ها در سیلندر می شود. یک اتصال یونیورسال ( Universal link) بلوک سیلندر را به محور محرک متصل می کند.در پمپ پیستونی میزان خروجی پمپ با تغییر زاویه بین دو محور پمپ قابل تغییر است.در زاویه صفر خروجی وجود ندارد و بیشینه خروجی در زاویه 30 درجه بدست خواهد آمد.
پمپ های پیستونی محوری با صفحه زاویه گیر (Axial piston pumps(Swash plate) در این نوع پمپ ها محوربلوک سیلندر و محور محرک در یک راستا قرار می گیرند و در حین حرکت دورانی به خاطر پیروی از وضعیت صفحه زاویه گیر پیستون ها حرکت رفت و برگشتی انجام خواهند داد ، با این حرکت سیال را از ورودی مکیده و در خروجی پمپ می کنند. این پمپ ها را می توان با خاصیت جابه جایی متغیر نیزطراحی نمود.در پمپ های با جابه جایی متغییر وضعیت صفحه زاویه گیر توسط مکانیزم های دستی، سرو کنترل و یا از طریق سیستم جبران کننده تنظیم می شود. حداکثر زاویه صفحه زاویه گیر حدود 17.5 درجه می باشد.
پمپ های پیستونی شعاعی: (Radial piston pumps)
در این نوع پمپ ها ، پیستون ها در امتداد شعاع قرار میگیرند. پیستون ها در نتیجه نیروی گریز از مرکز و فشار سیال پشت آنها همواره با سطح رینگ عکس العمل در تماسند. برای پمپ نمودن سیال رینگ عکس العمل باید نسبت به محورمحرک خروج ازمرکز داشته باشد درناحیه ای که پیستون ها از محور روتور فاصله دارند خلا نسبی بوجود آمده در نتیجه مکش انجام میگیرد ، در ادامه دوران روتور، پیستونها به محورنزدیک شده و سیال موجود درروتوررا به خروجی پمپ می کند.درانواع جابه جایی متغییر این پمپ ها با تغییر میزان خروج از مرکز رینگ عکس العمل نسبت به محورمحرک میتوان مقدارخروجی سیستم را تغییرداد.
پمپ های پلانچر (Plunger pumps)
پمپ های پلانچر یا پمپ های پیستونی رفت و برگشتی با ظرفیت بالا در هیدرولیک صنعتی کاربرد دارند. ظرفیت برخی ازاین پمپ ها به حدود چند صد گالن بر دقیقه می رسد. پیستون ها در فضای بالای یک محور بادامکی (شامل تعدادی رولر برینگ خارج ازمرکز)درآرایش خطی قرار گرفته اند.ورود و خروج سیال به سیلندرها ازطریق سوپاپ ها(شیر های یک ترفه)انجام می گیرد.
راندمان پمپ ها (Pump performance)
بازده یک پمپ بطور کلی به میزان تلرانسها و دقت بکار رفته در ساخت ، وضعیت مکانیکی اجزاء و بالانس فشار بستگی دارد. در مورد پمپ ها سه نوع بازده محاسبه می شود:
1- بازده حجمی که مشخص کننده میزان نشتی در پمپ است و از رابطه زیر بدست می آید.
( دبی تئوری كه پمپ باید تولید كند /میزان دبی حقیقی پمپ )= بازده حجمی
2- بازده مکانیکی که مشخص کننده میزان اتلاف انرژی در اثر عواملی مانند اصطکاک در یاتاقان ها و اجزای درگیر و همچنین اغتشاش در سیال می باشد.
(قدرت حقیقی داده شده به پمپ /قدرت تئوری مورد نیاز جهت کار پمپ ) = بازده مکانیکی
3- بازده کلی که مشخص کننده کل اتلاف انرژی در یک پمپ بوده و برابر حاصضرب بازده مکانیکی در بازده حجمی می باشد.

[bigbang]

به طور کلی پمپ های پره ای به عنوان پمپ های فشار متوسط در صنایع مورد استفاده قرار می گیرند. سرعت آنها معمولا ازrpm 1200 تاrpm 1750 بوده و در مواقع خاص تاrpm 2400 نیز میرسد . بازده حجمی این پمپ ها 85% تا 90% است اما بازده کلی آنها به دلیل نشت های موجود در اطراف روتور پایین است (حدود 75% تا 80%.( عمدتا این پمپها آرام و بی سر و صدا کار می کنند ، از مزایای جالب این پمپ ها این است که در صورت بروز اشکال در ساختمان پمپ بدون جدا کردن لوله های ورودی و خروجی قابل تعمیر است. فضای بین روتور و رینگ بادامکی در نیم دور اول چرخش محور ، افزیش یافته و انبساط حجمی حاصله باعث کاهش فشار و ایجاد مکش می گردد، در نتیجه سیال به طرف مجرای ورودی پمپ جریان می یابد. در نیم دور دوم با کم شدن فضای بین پره ها سیال که دراین فضاها قراردارد با فشاربه سمت خروجی رانده می شود. همانطور که درشکل می بینید جریان بوجود آمده به میزان خروج ازمرکز (فاصله دو مركز)محور نسبت به روتور پمپ بستگی دارد و اگر این فاصله به صفر برسد دیگردرخروجی جریانی نخواهیم داشت.پمپ های پره ای که قابلیت تنظیم خروج از مرکز را دارند می توانند دبی های حجمی متفاوتی را به سیستم تزریق کنند به این پمپ ها ، جابه جایی متغییر می گویند. به خاطر وجود خروج از مرکز محور از روتور(عدم تقارن) بار جانبی وارد بر یاتاقان ها افزایش می یابد و در فشار های بالا ایجاد مشکل می کند. برای رفع این مشکل از پمپ های پره ای متقارن (بالانس) استفاده می کنند. شکل بیضوی پوسته در این پمپ ها باعث می شود که مجاری ورودی و خروجی نظیر به نظیر رو به روی هم قرار گیرند و تعادل هیدرولیکی برقرار گردد. با این ترفند بار جانبی وارد بر یاتاقان ها کاهش یافته اما عدم قابلیت تغییر در جابه جایی از معایب این پمپ ها به شمار می آید ) چون خروج از مرکز وجود نخواهد داشت). حداکثر فشار قابل دستیابی در پمپ های پره ای حدودpsi 3000 است.

[bigbang]

یک پمپ گریز از مرکز بر اساس تبدیل [[انرژی جنبشی]] یک [[سیال]] جاری به فشار ایستا کار می‌کند. این نحوه عمل بوسیله [[قانون برنولی]] توصیف می‌شود. قاعده عملکرد پمپ گریز از مرکز را می‌توان با ملاحظه تاثیر تکان دادن یک سطل آب بر روی یک مسیر دایره‌ای شکل توسط یک طناب، نشان داد. نیرویی که آب را به کف سطل فشار می‌دهد، نیروی گریز از مرکز است. اگر یک سوراخ در کف سطل تعبیه شود، آب از طریق این سوراخ جریان می‌یابد. از این گذشته اگر یک لوله ورودی در بالای سطل تعبیه شود، جریان آب به بیرون سوراخ منجر به تولید یک خلاء موضعی در داخل سطل خواهد شد. این خلاء آب را از یک منبع در سمت دیگر لوله ورودی به داخل سطل خواهد کشید. بدین روش یک جریان پیوسته از منبع و به بیرون سطل بوجود می‌آید.
در رابطه با پمپ‌های گریز از مرکز، سطل و سرپوش آن متناظر با قاب پمپ، سوراخ و لوله ورودی متناظر با ورودی و خروجی پمپ هستند و طناب و بازو متناظر کار پروانه را انجام می‌دهد.
پمپ گریز از مرکز پمپی است که از یک پروانه گردان بمنظور افزودن فشار یک سیال استفاده می نماید. پمپ‌های گریز از مرکز عموما برای جابجا کردن سیال از طریق یک سیستم لوله کشی کاربرد دارد. سیال در امتداد یا نزدیک محور چرخان وارد پروانه پمپ گشته و بوسیله این پروانه شتاب می‌گیرد و به سرعت به سمت بیرون و به داخل یک پخش کننده یا محفظه حلزونی جریان می‌یابد که از آنجا به درون سیستم لوله کشی پائین جریان خارج می‌گردد.
تیغه‌های روی پروانه بطور تصاعدی از مرکز پروانه پهن می‌شوند که سرعت را کاهش داده و [[فشار]] را افزایش می‌دهد. این امکان به پمپ گریز از مرکز اجازه می‌دهد تا جریان‌های پیوسته با [[فشار]] بالا ایجاد نماید.
[[پمپ‌های سانتریفوﮊ]] دارای یک محفظه هستند که حلزونی شکل است و پوسته یا [[کِیسینگ]] نامیده می‌شود و درون آن یک یا چند چرخ قرار دارند که روی یک محور (شفت) نصب شده اند. هر چرخ مجهز به تعدادی پره می‌باشد. انتقال انرﮊی به سیال در این قسمت انجام می‌شود. برای اینکه از محل خروج شفت از [[کِیسینگ]] پمپ سیالی خارج نشود و اصطلاحا نشتی به خارج نداشته باشیم از ابزاری به نام مکانیکال سیل استفاده شده است. نکته بسیار مهم در مورد این نوع پمپها هواگیری یا پرایم کردن پمپ پیش از روشن کردن آنها می‌باشد. یعنی پس از لاین آپ نمودن پمپ و اطمینان از ورود سیال به داخل پمپ، باید از خروج کامل هوا یا گاز حبس شده در داخل پمپ نیز اطمینان حاصل نمود. از این نوع پمپها در ابعاد و اندازه‌های مختلف برای مصارف گوناگون ساخته می‌شوند.
دسته بندی پمپ‌های گریز از مرکز
پمپ‌های گریز از مرکز را می‌توان به چند صورت دسته بندی نمود. یک شیوه دسته بندی، بر پایه جریانی است که بوجود می‌آورند. در این شیوه پمپ‌های گریز از مرکز به سه دسته تقسیم می شوند:
* [[پمپ های جریان شعاعی]]:
در این پمپ ها فشار سیال تنها با اعمال [[نیروی گریز از مرکز]] افزایش می یابد. پمپ‌های این دسته، با یک سری پروانه‌های ورودی دارای [[سرعت مخصوص]] کمتر از 4200 و با دو سری پروانه‌های مکشی دارای [[سرعت مخصوص]] کمتر از 6000 هستند. در این پمپ‌ها سیال به طور معمول از طریق توپی وارد پروانه شده و به صورت شعاعی به محیط جریان می یابد.
* [[پمپ های جریان مختلط]]:
در این پمپ ها فشار تا حدودی با اعمال [[نیروی گریز از مرکز]] و تا حدودی نیز با اعمال نیروی بالابری (lift) که از جانب تیغه‌ها اعمال می‌شود افزایش می یابد. این دسته از پمپ‌ها دارای یک سری پروانه ورودی با جریان خروجی محوری هستند و تخلیه در راستاهای محوری و شعاعی انجام می شود. پمپ‌های این دسته به صورت معمول دارای [[سرعت مخصوصی]] مابین 4200 تا 9000 هستند.
* [[پمپ‌های جریان محوری]]:
پمپ‌های این دسته که گاه پمپ‌های پروانه‌ای هم نامیده می شوند بیشترین افزایش فشار سیال را از طریق اعمال پروانه‌ها و یا عملیات بالابری تیغه‌ها اعمال می کند. این گروه یک سری پروانه ورودی به همراه جریان ورودی محوری و خروجی تقریبا محوری دارند. پمپ‌های این گروه غالبا دارای سرعت مخصوص هایی بیش از 9000 هستند. در حالت کلی از پمپ‌های جریان محوری هنگامی که افزایش فشار لازم باشد استفاده می‌کنند و از پمپ‌های جریان شعاعی بمنظور تولید دبی سود می‌برند.
اجزای تشکیل دهنده الكتروپمپ گریز از مرکز
قسمت‌های اساسی یک الكتروپمپ گریزازمرکز عبارتند از:
* [[الکتروموتور]]:
که شامل قسمت الکتریکی پمپ است.
* [[کوپل]] یا هم محور سازی :
که متصل کننده الکترومتر به شافت (محور )پمپ است.
* [[هاوس برینگ]]:
که محل قرار گیری برینگها می باشد.
* [[مکانیکال سیل]]:
که محل آب بندی پمپ و جدا کننده سیال پمپاژ شده و قسمت مکانیکی پمپ است.
* [[پره|پره‌های]] پمپ:
که با توجه به نوع کاربرد دارای انواع گوناگون هستند.
دو جزء اصلی پمپ‌های گریز از مرکز [[پروانه (یک قطعه مکانیکی)|پروانه]] و [[تیغه]] هستند.
* [[پروانه (یک قطعه مکانیکی)|پروانه]]:
نقش پروانه‌ها در پمپ گریز از مرکز تامین انرژی لازم برای سیال می‌باشد. در پمپ‌ها دو نوع پروانه پایه‌ای وجود دارند:
** مارپیچی
** توربینی
پروانه‌های توربینی با تیغه‌های پخش کننده‌ای احاطه شده اند که مسیرهای بتدریج پهن شونده‌ای فراهم می‌آورند تا سرعت آب را به آهستگی کاهش دهند. بنابراین هد سرعت به هد فشار تبدیل می‌شود.
پروانه مارپیچی با ویژگی نداشتن تیغه‌های پخش کننده مشخص می‌شوند. در عوض پروانه آن درون محفظه‌ای که حلزونی شکل است قرار گرفته و سرعت آب به دلیل ترک کردن پروانه کاهش می‌یابد که همراه با افزایش فشار می‌باشد.
انتخاب بین این دو نوع پروانه بسته به شرایط استفاده تغییر می‌کند. نوع مارپیچی بدلیل ظرفیت بالا و هد مصرفی پائین در چاه‌های کم عمق معمولاً ترجیح داده می‌شوند. نوع توربینی در چاه‌های آب عمیق استفاده می‌شود.
* [[تیغه]]:
تیغه نقش راندن مایع به خروجی پمپ را دارد که سرعت را به فشار تبدیل می نماید. جزء تیغه در داخل پمپ که معمولاً به پروانه متصل است به نوبه خود دارای شکل‌های گوناگونی است. دسته بندی شکلی تیغه‌ها را می‌توان به طور کلی به دو دسته تقسیم نمود:
** صاف
** مارپیچ
که این دسته بندی نیز می‌تواند منجر به دسته بندی کلی در مورد پروانه‌ها گردد.
مزایا و معایب پمپ گریز از مرکز
از مزایای پمپ گریز از مرکز می‌توان به ویژگی تولید یک جریان هموار و یکنواخت اشاره نمود. برخی انواع پمپ‌های گریز از مرکز مقداری شن نیز پمپ می‌کنند و در کل مطمئن و دارای عمر کاری خوبی می‌باشند.
از معایب این پمپ‌های می‌توان به از دست دادن سطح کیفی راه اندازی اشاره نمود که بعد از راه اندازی رخ می‌دهد. همچنین راندمان این پمپ‌ها وابسته به کار تحت هد و سرعت طراحی می‌باشد.
در راه اندازی یک پمپ گریز از مرکز از آنجاییکه این پمپ‌ها از مکش استفاده می‌کنند قابلیت پمپ کردن هوا را ندارند. پس بعنوان یک نتیجه پمپ و لوله بایستی از آب پر باشند تا مشکلی در پمپ آب بروز نکند.
نابالانسی در پمپ‌های گریز از مرکز
وقتی اجزای چرخان پمپ نابالانس باشند، ارتعاش حاصل از عضو چرخان نابالانس می‌تواند ترسناک باشد. این ارتعاش می‌تواند موجب لرزش سطح زمینی که دستگاه روی آن قرار گرفته است شود، دستگاه‌های اطراف آن در جای خود تکان می‌خورند، پیچ‌های نگه دارنده شل می‌شوند و قطعات می شکنند. یک عضو چرخان نابالانس یر روی یاتاقان‌های خود نیرو اعمال می‌کند و آنرا از طریق سازه خود به بیرون منتقل می نماید و نهایتا این نیرو به فندانسیون می‌رسد.
دلایل بروز نابالانسی:
* خمش یا قوس برداشتن بین یاتاقان‌های تکیه گاهی
* وزن معلق تحت نیروی ثقل محور محرک را خمیده می‌کند
* ماده یا سیال غیریکنواخت توزیع شده در روتور
* قطعات هرز و لق شده بر روی روتور
* قطرهای مختف المرکز بر روی روتور که ناشی از ساخت می‌باشد و قطعات روی روتور هم مرکز نشده اند
* هم تراز نبودن مسیر رانش با محور روتور
* کوپلینگ‌های راننده لق از پشت هم پرش می‌کنند
* از بین رفتن تلرانس‌های بین قطعات مونتاژ شده بر روی روتور
* شانه‌ای‌های روی روتور خارج از میدان محور دوران ساخته شده اند
* خلل و حفره‌های روی روتور
* هم تراز نبودن یاتاقان‌ها به محور نیرو وارد کرده و آنرا قوس می‌دهد

[bigbang]

زمان شروع استفاده از gear pump ها به قرن 16میلادی برمی‌گردد. در بین‌ پمپ‌های روتاری میزان استفاده از gear pumpها بسیار زیاد است .
External gear pump از یك پوسته ثابت و یك قسمت دوار تشكیل شده است . در این نوع پمپ‌ها افزایش فشار به وسیله قسمت دوار صورت می‌گیرد . قسمت دوار دو چرخ دنده است كه یكی از چرخ‌دنده‌ها به وسیله یك محور به محرك خارجی متصل است و به آن Drive gear گفته می‌شود. چرخ دنده دوم در اثر درگیری با چرخ‌دنده اول به گردش در می‌آید و به آن idler gear یا چرخ‌دنده هرزگرد می‌گویند.
دو چرخ دنده در خلاف جهت یكدیگر گردش می‌كنند. اكثر پمپ‌های دنده‌ای راست‌گرد هستند. اگر از سمت موتور به پمپ نگاه شود ،‌محور در جهت عقربه‌های ساعت در حال چرخش است . در تجهیزات خاص ممكن است از پمپ‌های دنده‌ای چپ گرد نیز استفاده شود . از بیشتر پمپ‌های دنده‌ای در دو جهت می‌توان استفاده نمود كه این عمل با تغییر جهت دوران موتور انجام می‌شود در ناحیه مكش دنده ها از یكدیگر فاصله گرفته و فضای خالی بین آنها زیاد می شود. كه این امر باعث ایجاد خلا‌ شده و این فرآیند در ورودی باعث مكش می‌شود . در ناحیه خروجی دنده‌ها به یكدیگر نزدیك شده و فضای بین آنها در اثر فرورفتن دنده‌ها در یكدیگر كاهش می‌یابد و از آن جهت كه اجازه نشتی سیال از بین دنده‌ها به دهانه مكش وجود ندارد بنابراین سیال به دهانه discharge ریخته می‌شود. انتقال سیال به صورت محیطی صورت می‌گیرد.
اصول كاری كلی پمپ‌های External gear به این شكل است كه مقداری از مایع بین قسمت‌های دوار به تله افتاده و با حركت دورانی این قسمت‌ها به سمت خروجی فرستاده می‌شود.
در این پمپ‌ها امكان برگشت سیال به دهانه suction بسیار زیاد است . برای جلوگیری از پدیده Slippage یا برگشت سیال به suction لازم است كه لقی بین قسمت‌های دورانی و ثابت در یك حالت می‌نیمم نگه داشته شود . بنابراین به علت لقی كم از این پمپ‌ها در سرعت دورانی پایین استفاده می‌شود.
استفاده از پمپ‌های External gear در سرعت دورانی پایین دو فایده دارد :
اول این كه از تماس قسمت‌های ثابت و دوار كه منجر به فرسایش در آنها و افزایش لقی می‌شود جلوگیری می‌كنند.
دلیل دوم این است كه با جلوگیری از افزایش سرعت سیال در نوك دنده‌ها ،‌از فرسایش دنده‌ها به علت سرعت زیاد سیال جلوگیری می‌شود .
این نوع پمپ‌ها برای سیالات بسیار لزج مناسب هستند زیرا سیالات لزج به علت لزجت‌شان فضای لقی را پر می‌كنند و لقی كمتر باعث می‌شود كه پمپ بهتر كار كند . در یك قاعده كلی می‌توان گفت كه بازده پمپ‌های External gear برای سیالات لزج از سیالات غیر لزج به علت جلوگیری از پدیده‌ Slippage بیشتر است .
پمپ‌های دنده‌ای برای سیالاتی كه عاری از ذرات جامد می‌باشند مناسبند. چون ذرات در فواصل لقی‌های بسیار كم بین قطعات می‌چسبند و باعث فرسایش قطعات و خرابی پمپ می‌شوند .
یكی از كاربردهای مهم External gear pump ها تزریق روغن به قسمت‌های مورد نیاز كمپرسورها و توربین‌های گازی و موتورهای الكتریكی كه نیاز به روغن‌كاری دارند ،‌می‌باشد . تجهیزات دوار بزرگ معمولا در سرعت‌های بالایی كار می‌كنند و دارای یاتاقانهای بزرگی هستند كه روان‌كاری مداوم آنها عملی اجتناب ناپذیر است . برای این منظور از سیستم روان‌كاری با گردش روغن استفاده می‌شود . در سیستم روان‌كاری با گردش روغن،‌از آنجا كه روغن یك سیكل بسته را طی می‌كند و روانكاری تحت فشار انجام می‌شود،‌بنابراین نیاز به وجود پمپ می‌باشد . جهت تزریق روغن معمولا از پمپ‌های جابجایی مثبت استفاده می‌شود . در بین پمپ‌های جابجایی مثبت ، دبی خروج پمپ‌هایgear با ضربان كمتری توام است .
بنابراین برای روان‌كاری مناسب‌تر هستند . روغن از مخزن روغن پمپاژ شده به داخل یاتاقان‌ها و قسمت‌های مورد نیاز فرستاده می‌شود و روغن خارج شده از این قسمت ها دوباره به مخزن روغن برگشت می شود و این سیكل مرتبا تكرار می‌شود . روغن خروجی از یاتاقان معمولا داغ است . افزایش دما موجب كاهش لزجت روغن می‌شود بنابراین بایستی از افزایش دمای روغن جلوگیری نمود . برای خنك كردن روغن از مبدل‌های حرارتی یا همان كولرها استفاده می‌شود .