الکتروپمپ های پیستونی شناور یا پمپ های پلانچر

الکتروپمپ های پیستونی شناور یا پمپ های پلانچر، توانایی تولید فشار بالایی را دارند. از معایب این نوع از الکتروپمپ ها، نیاز همیشگی آن ها به روغن کاری است.

الکتروپمپ های پیستونی شناور باید یک نیروی دورانی را به نیروی محوری تبدیل کنند و مانند پیستون ماشین با جابجایی آن میزان مشخص سیال را در هر دور از حرکت پیستون پمپ کنند.

تفاوت الکتروپمپ های پیستونی شناور با پمپ های پیستون:

1. طول سر پیستون کوتاه‌تر از مسافتی است که پیستون درون سیلندر طی می کند، در حالی که طول پلانجر یا الکتروپمپ های پیستونی شناور بیش‌تر از طول مسافت طی شده توسط آن در داخل سیلندر است.
2. معمولا پمپ‌های پلانجری کم ظرفیت هستند ولی فشار خروجی سیال را می‌توانند تا مقدار زیادی افزایش دهند. بنابراین از این پمپ‌ها در جاهایی که نیاز به جابه‌جا کردن سیالی با حجم کم ولی فشار بالا می‌باشد استفاده می‌کنند.
3. در پمپ‌های پیستونی از حلقه یا رینگی جهت آب‌بندی (sealing) پیستون و سیلندر استفاده شده است که روی بدنه پیستون قرار گرفته و همراه آن حرکت می‌کند، در حالی که در پمپ‌های پلانجری این رینگ روی سیلندر قرار دارد و ثابت می باشد.

الکتروپمپ های دیافراگمی و توانایی های آن ها

نوع دیگر پمپ های جابجایی مثبت، الکتروپمپ های دیافراگمی می باشند. تفاوت این نوع پمپ با پمپ های پیستونی شناور این است که در آن به جای استفاده از حرکت یک پیستون درون یک سیلندر، از جلو و عقب رفتن یک دیافراگم استفاده می شود. نکته ای که در مورد این پمپ ها مطرح است، قطع و وصل شدن جریان در آنها به واسطه حرکت این دیافراگم است.

الکتروپمپ های دیافراگمی از انواع الکتروپمپ های با جابجایی مثبت هستند که با استفاده هم زمان از خاصیت رفت و برگشتی یک غشاء پلاستیکی و یک شیر یک طرفه مناسب، سیال را پمپ می کنند.

توانایی های الکتروپمپ های دیافراگمی:

• راندمان بالا تا 97 درصد
• توانایی کار با سیالات ویسکوز
• ایجاد فشار مناسب خروجی تا 1200 bar
• توانایی کار با حداقل روغن کاری
• توانایی استفاده در ایجاد قلب مصنوعی

الکتروپمپ ها و آشنایی با عملکرد پمپ های سانتریفیوژ

الکتروپمپ وسیله ای مکانیکی برای انتقال سیال است که با افزایش فشار در جریان، امکان جابه جایی سیال را به ارتفاعی بالاتر (با افزایش هد) یا حتی پایین دست (معمولاً حوضچه یا مخزن) فراهم می آورد. به طور کلی پمپ به دستگاهی گفته می شود که انرﮊی مکانیکی را از یک منبع خارجی اخذ و به سیال مایعی که از آن عبور می کند، انتقال می دهد. مهم ترین پمپ هایی که در این واحد استفاده شده اند عبارت اند از:

• پمپ های چرخ دنده ای
• پمپ های سانتریفوﮊ
• پمپ های رفت و برگشتی

ما در اینجا فقط به توضیح پمپ های سانتریفیوژ می پردازیم: پمپ های سانتریفیوژ: پمپ های سانتریفوﮊ دارای یک محفظه هستند که حلزونی شکل است و پوسته یا کِیسینگ نامیده می شود و درون آن یک یا چند چرخ قرار دارند که روی یک محور (شفت) نصب شده اند. هر چرخ مجهز به تعدادی پره می باشد. انتقال انرﮊی به سیال در این قسمت انجام می شود. برای اینکه از محل خروج شفت از کِیسینگ پمپسیالی خارج نشود و اصطلاحا نشتی به خارج نداشته باشیم از ابزاری بنام مکانیکال سیل استفاده شده است. نکته بسیار مهم در مورد این نوع پمپ ها هواگیری یا پرایم پمپ پیش از روشن کردن آنها می باشد. 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 پمپ ها در ابعاد و اندازه های مختلف برای مصارف گوناگون ساخته می شوند. این پمپ ها از نوعی می باشند که انتقال انرژی از آنها به سیال به طور دائمی انجام می پذیرد. پمپ های سانتریفوﮊ معمولاً نیروی محرکه خود را از طریق یک الکترو موتور (موتور الکتریکی) دریافت می کنند. انتقال نیروی محرکه از موتور به پمپ از طریق یک محور به نام شَفت منتقل می شود. شفت موتور به وسیله نوعی تجهیزات مکانیکی به نام کوپلینگ به شَفت پمپ متصل شده است. به این ترتیب انتقال نیرو به راحتی از طریق شفت موتور الکتریکی به شفت پمپ منتقل می شود. 

الکتروپمپ های سانتریفوژ و مزایا و معایب آن ها

 پمپ های جابجایی غیر مثبت نیز به دو دسته زیر تقسیم می شوند:

• الکتروپمپ های خطی
• الکتروپمپ های سانتریفوژ

در الکتروپمپ های دینامیکی یا همان جابجایی غیر مثبت، یک پره ی متحرک با حرکت دورانی، انرژی جنبشی را به فشار یا سرعت تبدیل می کند. باید در نظر داشت پمپ با جابجایی منفی نداریم.

مزایای الکتروپمپ های سانتریفوژ                                                  

• در دسترس بودن
• تنوع در جنس پروانه ها
• هزینه های جاری پایین نسبت به پمپ های دیگر
• اشغال فضای کم
• قیمت مناسب
• طراحی ساده

معایب الکتروپمپ های سانتریفوژ

• نیاز به آب بندی دارند
• برای تولید فشار های بالا بسیار گران قیمت هستند (پمپ های طبقاتی)
• در حالت عادی فشار ها و دبی ها ی بالا را تامین نمی کنند.

الکتروپمپ های خطی و آشنایی با کارایی آن ها

الکتروپمپ های خطی جز پمپ های دینامیکی یا همان جابجایی غیر مثبت می باشند، که یک پره ی متحرک با حرکت دورانی، انرژی جنبشی را به فشار یا سرعت تبدیل می کند.

در پمپ های خطی سیال وارد شده در همان راستایی که وارد پمپ شده است از آن خارج می شود و تغییر زاویه ای در جریان رخ نمی دهد. الکتروپمپ های خطی توانایی تولید دبی بالا را در هد پایین دارند.

برای مثال در مصارف کشاورزی برای پمپ کردن آب از رودخانه های جاری به سمت مزارع از این نوع از پمپ ها استفاده می شود که دبی بالایی را در اختیار ما قرار می دهند.

به پمپ های خطی، پمپ های پروانه ای نیز می گویند چون در آنها پروانه ی پمپ با گردش خود ایجاد دبی می کند.همچنین در نیروگاه ها هم برای تامین آب از رودخانه، دریاچه و مخازن برای تصفیه آن  از این نوع از پمپ استفاده می شود.

الکتروپمپ ها و محاسبه توان و راندمان آن ها

در این نوشتار به محاسبه توان و راندمان الکتروپمپ ها می پردازیم:

محاسبه توان الکتروپمپ ها:

برای محاسبه توان در سیستم SI از رابطه زیر استفاده می کنیم:

P_v= q_v h_v ρ_v g / (3.6 10⁶  μ_v)     

که در این رابطه P_v  توان جبرانی برای ویسکوزیته بر حسب (Kw)، ρ_v  چگالی سیال ویسکوزیته بر حسب (kg/m³ ) است.

 برای محاسبه توان در سیستم Imperial از رابطه زیر استفاده می کنیم:

P_v= q_v h_v SG / (3960 μ_v)        

که در این رابطه P_v  قدرت جبرانی برای ویسکوزیته بر حسب (bhp) و SG  وزن مخصوص سیال ویسکوزمی باشد.

محاسبه راندمان الکتروپمپ ها(Efficiency):

برای محاسبه الکتروپمپ از رابطه زیر استفاده می کنیم:

μ_v= c_μ μ         

که در این رابطه μ_v   راندمان جبرانی ویسکوزیته، c_μ ضریب راندمان ویسکوزیته و μ راندمان اصلی بر اساس منحنی الکتروپمپ است.

الکتروپمپ‌ های پلانجری و پیستونی و آشنایی با آن ها

الکتروپمپ‌ های پلانجری و پیستونی، برای ایجاد حرکت رفت و برگشتی در یک محور از یک مکانیزم لنگ (crank mechanism) استفاده می‌کنند که باعث فشار سازی در یک سیلندر و یا برل (barrel) می‌شود تا بتواند گاز یا سیال را پمپ کند. فشار درون محفظه باعث حرکت شیرها در سمت مکش یا تخلیه می‌شود.

این عملکرد الکتروپمپ‌ های پلانجری و پیستونی نشان می دهد که هر دوی آن ها جز، پمپ‌های رفت و برگشتی هستند که برای انتقال ماده از یک محفظه استوانه‌ای از یک پلامجر یا پیستون استفاده می‌کنند. پیستون  پلانجر به وسیله توان بخار، پنوماتیک، هیدرولیک و یا درایو الکتریکی کار می‌کنند.

الکتروپمپ‌های پلانجری در کاربردهایی که دارای بازه فشاری از 70 تا 2070 بار هستند به کار می‌روند. الکتروپمپ‌های پیستونی در بازه‌های فشاری کم‌تر کار می‌کنند. حجم سیالی که جابه‌جا می‌شود با حاصل‌ضرب مساحت پلانجر یا پیستون در کورس حرکتی آن برابر است. ظرفیت کل الکتروپمپ‌ های پلانجری و پیستونی را می‌توان با ضرب مساحت پیستون یا پلانجر در کورس حرکتی در تعداد پیستون‌ها و پلانجرها و سرعت چرخش درایو به دست آورد. توان مورد نیاز از سمت درایو متناسب است با فشار و ظرفیت پمپ. جنس قطعات الکتروپمپ‌های پلانجری بر اساس سایش و نوع سیال انتخاب می‌شود. متریال قطعات شامل برنز، برنج، فولاد، استنلس استیل، آهن، آلیاژ نیکل و مواد دیگر می‌شود. به عنوان مثال الکتروپمپ‌های پلانجری که در سرویس‌های عمومی و یا سرویس‌های نفتی به کار می‌روند، معمولا دارای یک سیلندر و پلانجر آهنی هستند. متریال شیرهای مکش و تخلیه که در تماس با سیال پمپ شده هستند، بر حسب نوع سیال انتخاب می‌شود. در کاربردهای نیروگاهی که در آن پمپ‌های پلانجری با کارکرد پیوسته مورد نیاز هستند، برای کار با آب یا روغن می‌توان از پلانجرهای سرامیکی صلب استفاده کرد ولی این مواد برای کار در سیالات اسیدی قوی مناسب نیستند. سیل یا آب‌بندی بخشی از الکتروپمپ‌ و پلانجر هستند که برای جداسازی سیال پر فشار از محیط استفاده می‌شود. از یک کاسه نمد (stuffing box) یا پکینگ (packing) برای سیل کردن اتصال بین مخزنی که سیال در آن منتقل می‌شود و پلانجر یا پیستون استفاده می‌شود. کاسه نمد می‌تواند از بوشینگ (bushing)، پکینگ (packing) یا رینگ‌های آب‌بندی (seal rings) و یا گلند (gland) تشکیل شده باشد. 

الکتروپمپ‌های پلانجری و نحوه ی عملکرد آن ها

الکتروپمپ‌های پلانجری (plunger pump) در کنار پمپ‌های دیافراگمی و پمپ های پیستونی در گروه پمپ‌های جابه‌جایی مثبت رفت و برگشتی قرار می‌گیرند. الکتروپمپ‌های پلانجری از یک سیلندر به نام برل (barrel) تشکیل شده است که یک پلانجر رفت و برگشتی درون آن قرار دارد. شیرهای مکش و تخلیه در سر سیلندر قرار دارند. در کورس مکش (suction stroke)، پلانجر جمع و ولوهای مکش باز می‌شوند که باعث مکش سیال به داخل سیلندر می‌گردد. در کورس ارسال (forward stroke)، پلانجر سیال را به سمت خارج از ولو تخلیه هل می‌دهد. در پمپ‌های پلانجری، آب‌بندی فشار بالا به صورت ثابت (high pressure stationary seal) انجام می‌شود و پلانجر استوانه‌ای با سطح صاف خود از میان یک سیل (seal) حرکت می‌کند. این باعث تفاوت الکتروپمپ‌های پلانجری با پمپ‌های پیستونی می‌شود و امکان کارکرد آن‌ها را در فشارهای بالا فراهم می‌کند. پمپ‌های پلانجری اغلب برای انتقال پساب‌های مسکونی و صنعتی به کار می‌روند. هنگامی که تنها یک پلانجر وجود دارد، جریان سیال بین مقدار ماکزیمم آن در زمانی که پلانجر در میانه راه قرار دارد و صفر هنگامی که پلانجر در موقعیت صفر قرار دارد تغییر می‌کند. هنگامی که حرکت سیال داخل سیستم پایپینگ شتاب‌دار شود، انرژی زیادی به هدر می‌رود. لرزش و ضربه قوچ نیز می‌توانند تبدیل به مشکلات عمده‌ای شوند. این مشکلات معمولا با استفاده از دو یا چند سیلندر که فاز کارکرد متفاوتی دارند جبران می‌شود. 

الکتروپمپ‌های سانتریفوژ و دورانی و مقایسه بین آن ها

الکتروپمپ‌های دورانی(rotary pumps) دارای حرکت دایره‌ای هستند و در هر دور گردش شافت پمپ، مقدار ثابتی از مایع را جابه‌جا می‌کنند. معمولا حرکت اجزای الکتروپمپ دورانی مانندچرخ‌دنده (gear)، لوب (lobe)، پره (vane) و یا پمپ (screw) به شکلی است که حجمی را باز می‌کنند تا سیال به داخل الکتروپمپ دورانی وارد شود. سپس این حجم بسته می‌شود و تحت فشار قرار می‌گیرد و پس از آن دوباره باز می‌شود تا سیال با فشار بالاتر به خارج از الکتروپمپ هدایت شود.

به طور کلی می توان گفت: الکتروپمپ‌های سانتریفوژ و دورانی هر دو دارای حرکت دایره‌ای هستند اما اجزای داخلی، طرز کار و عملکرد آن‌ها تفاوت بسیاری با یکدیگر دارند.

در الکتروپمپ جابه‌جایی دورانی، جریان از اختلاف فشار تاثیر نمی‌گیرد و ملایم و پیوسته است. الکتروپمپ های جابه‌جایی دورانی دارای شکاف‌های داخلی (internal clearance) بسیار کمی هستند که باعث به حداقل رسیدن مایعی می‌شود که از سمت تخلیه به سمت مکش پمپ فرار می‌کند؛ به همین دلیل راندمان بسیار خوبی دارند. این الکتروپمپ‌ها مخصوصا در ویسکوزیته‌های بالا در بازه گسترده‌ای از ویسکوزیته عالی کار می‌کنند. الکتروپمپ‌های سانتریفوژ و دورانی از این نظر نیز با هم متفاوت هستند که در الکتروپمپ های سانتریفوژ به جای استفاده از وسایل مکانیکی برای راندن سیال بر انرژی جنبشی تکیه دارند. سیال از مرکز ایمپلر وارد الکتروپمپ می‌شود و در حین حرکت به سمت قطر خروجی ایمپلر انرژی می‌گیرد . مایع با انرژی که از ایمپلر می‌گیرد به سمت خروجی هدایت می‌شود. الکتروپمپ‌های سانتریفوژ می‌توانند حجم زیادی از مایع را منتقل کنند و با افزایش فشار و یا ویسکوزیته، راندمان آنها به سرعت افت می‌کند.

پمپ‌های گریز از مرکز دسته بندی آن ها براساس نحوه عمکلرد

پمپ‌های گریز از مرکز را می توان براساس نحوه عمکلرد آنها به دسته های زیر تقسیم بندی نمود.

1. پمپ های محوری
2. پمپ های سانتریفوژ (جریان شعاعی)
3. پمپ های نیمه سانتریفوژ (یا با جریان مختلط)

• الکتروپمپ های محوری:سیال موازی محور وارد پمپ می گردد و به طور موازی نسبت به محور ازچرخ خارج می گردد. این پمپ ها برای ایجاد فشارها و دبی های متوسط به کار می روند.
• پمپ سانتریفوژ (شعاعی): عملکرداین پمپ به این صورت است که درآن سیال موازی محور وارد چرخ پمپ شده و عمود برآن از چرخ خارج می گردد. این پمپ ها معمولاً برای ایجاد فشارهای بالا در دبی های کم به کارمی روند. بنابراین اغلب پمپ های سانتریفوژ توانایی خوبی در ایجاد فشارهای بالا دارند. پمپ های سانتریفوژ شایع ترین نمونه از پمپ ها هستند.
• پمپ های نیمه سانتریفوژ (مختلط):سیال موازی محور وارد چرخ پمپ می گردد و به طور مایل نسبت به محور از چرخ خارج می گردد. این الکتروپمپ ها برای ایجاد فشارها و دبی های متوسط به کارمی روند. این پمپ ها نسبت به پمپ های سانتریفوژ توانایی بیشتری در استفاده و به کارگیری دبی های بالا را دارند.