پمپ ها به طور گسترده در سراسر جهان در صنایع مختلف برای کاربردهای متعدد مورد استفاده قرار می گیرند. یک پمپ انواع مختلفی دارد که با توجه به نیازهای کاربردهای مختلف طراحی می شوند.
در این مقاله به طور عمیق انواع آنها و عملکرد آنها را توضیح خواهم داد.
پمپ چیست؟
یک دستگاه مکانیکی است که برای انتقال سیالات مختلف از یک مکان به مکان دیگر استفاده می شود. این یک دستگاه هیدرولیک است که سیالات را از سطوح پایین به بالا می برد، سیالات را از مناطق کم فشار به مناطق پرفشار منتقل می کند. پمپ سیال را با تبدیل انرژی مکانیکی سیال به انرژی فشار (انرژی هیدرولیک) منتقل می کند.
پمپ هیدرولیک همچنین می تواند در فرآیندهایی که نیاز به فشار هیدرولیک بالا دارند استفاده شود. با تجهیزات سنگین قابل مشاهده است. به طور کلی، تجهیزات سنگین به فشار مکش کمتر و فشار تخلیه بالا نیاز دارند. فشار کم در سمت ورودی پمپ باعث بالا آمدن مایع از عمق خاصی می شود و فشار زیاد در سمت خروجی مایع را به سمت هد مورد نظر می راند.
یک پمپ عملکردی مشابه کمپرسور دارد. تفاوت اصلی آنها در استفاده از سیالات متفاوت است.
انواع پمپها
Pump انواع مختلفی دارند اما دو نوع اصلی پمپ در زیر آورده شده است:
- جابجایی مثبت
- دینامیک
پمپ های دینامیک
همانطور که در تصویر بالا نشان داده شده است، پمپهای دینامیک را می‌توان به انواع زیر طبقه‌بندی کرد:
- سانتریفیوژ
- سانتریفیوژ عمودی
- سانتریفیوژ افقی
- شناور
- سیستم‌های آتش‌نشانی
سانتریفیوژ
«پمپهای سانتریفیوژ» (Centrifugal Pump) یا پمپهای گریز از مرکز، پراستفاده‌ترین پمپ در دنیا به شمار می‌آیند چراکه عملکرد بسیار ساده‌ای دارند و تولید و ساخت آنها هزینه بسیار پایینی را شامل می‌شود به طور معمول، عمر بالایی دارند. نحوه عملکرد این پمپها به این صورت است که افزایش فشار از ورودی به سمت خروجی پمپ، سبب حرکت سیال می‌شود. این نیروی ایجاد کننده این فشار به کمک یک موتور الکتریکی تامین می‌شود که پروانه‌ای را به حرکت وادار می‌کند. سیال به مرکز پروانه وارد و از لبه‌های آن خارج می‌شود. نیروی گریز از مرکز سبب افزایش سرعت و انرژی جنبشی سیال می‌شود.
پمپهای سانتریفیوژ، خود به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند که در ادامه، آورده شده‌اند که البته این تقسیم‌بندی در منابع مختلف ممکن است کمی متفاوت باشد.
- «پمپ افقی جداشونده» (Horizontal Split Case)
- «مغناطیسی» (Magnetic Drive)
- «خود مکش» (Self-Priming)
- «تک‌مرحله‌ای» (Single Stage, End Suction)
- «پمپ دوغاب» (Slurry Pumps)
شناور
پمپهای شناور پایین‌تر از سطح سیال مورد نظر و به طور معمول درون مخزن قرار می‌گیرند. این پمپها با عایق‌بندی مناسب و به صورت خودمکش وجود دارند اما تعمیر و نگهداری آنها دشوار است. بسته به نوع سیال و مواد جامد عبوری، این نوع از پمپهای شناور نیز ساخته شده‌اند. همچنین، پمپهای شناوری موسوم به «Dry Pit» وجود دارند که هم در پایین و هم در بالای سطح سیال قابلیت نصب دارند و به دلیل وجود محفظه خنک کننده روغنی، دچار حرارت بیش از حد نمی‌شوند.
سانتریفیوژ عمودی
از انواع پمپها در صنعت باید به پمپ سانتریفیوژ عمودی اشاره کرد که خود بر دو نوع است:
- پمپ «عمودی چندمرحله‌ای» (Vertical Multi-Stage)
- توربین عمودی
سیستم های آتش نشانی
از این پمپها برای خاموش کردن آتش در ساختمان‌ها و همچنین برای آبیاری استفاده می‌شود.
جابجایی مثبت
در بررسی انواع پمپها به «پمپهای جابجایی مثبت» (Positive Displacement Pumps | PD) می‌رسیم. این پمپها با مکش سیال و پر کردن یک «حفره» (Cavity)، حجم ثابت و مشخصی را در هر سیکل پمپ فارغ از فشار خروجی، خارج می‌کنند. تفاوت پمپهای جابجایی مثبت از پمپهای سانتریفیوژ در این است که برای حرکت سیال، حجم حفره تغییر می‌کند. در این سیستم‌ها، زمانی که یک پلانجر (مکنده) برای افزایش حجم به عقب رانده شود، یک محیط خلا ایجاد و سبب پر شدن سیلندر خواهد شد.
عکس حرکت پلانجر نیز سبب خروج سیالات می‌شود. البته همیشه یک پلانجر برای جابجایی سیالات، مورد استفاده قرار نمی‌گیرد بلکه از دستگاه‌های مکانیکی دیگری نیز استفاده می‌شود که این دستگاه‌ها می‌توانند پیستون، دیافراگم، چرخ‌دنده یا لوب (گوشواره) باشد.
پمپهای جابجایی مثبت (PD) برای جابجایی سیالات حاوی مواد ساینده مورد استفاده قرار می‌گیرند. سرعت‌های بالای سیالات حاوی این مواد در پمپهای گریز از مرکز، بدنه و پره‌ها را به طور کامل از بین می‌برند. پمپهای جابجایی مثبت، سرعت کارکرد پایین‌تری دارند و برای سیالاتی با ویسکوزیته بالا یا سیالات حاوی مواد ساینده، انتخاب مقرون به صرفه‌ای به شمار می‌آیند. انواع پمپها در میان پمپهای جابجایی مثبت، به صورت زیر طبقه‌بندی می‌شوند:
- رفت و برگشتی
- دیافراگمی
- پیستونی و پلاجری
- دوپلکس
- مالتی‌پلکس
- دنده‌ای
- پریستالتیک (غلتکی)
- دنده قلوه‌ای (گوشواره‌ای)
- حفره پیش‌رونده
رفت و برگشتی
این پمپها از مکانیسم میل‌لنگ، همانند موتور خودروها استفاده می‌کنند. این مکانیسم، حرکت دوار میل‌لنگ را به حرکت مستقیم یا خطی پیستون تبدیل می‌کند. پمپهای رفت‌و‌برگشتی دارای ۳ جزء اصلی یعنی سوپاپ ورودی، پلانجر یا پیستون و سوپاپ خروجی هستند. با عقب رفتن پیستون، فشار هوای اطراف، سیال را از طریق سوپاپ ورودی وارد محفظه می‌کند. با برگشت پیستون، فشار باعث بسته شدن سوپاپ ورودی و باز شدن سوپاپ تخلیه خواهد شد. در هر چرخه پمپ، حجم سیال ثابت می‌ماند اما نوع پیکربندی پمپ، فشار و جریان پمپ را مشخص می‌کند.
دیافراگمی
پمپهای دیافراگمی (غشایی) از یک دیافراگم انعطاف‌پذیر برای ایجاد فشار پایین و بالا استفاده می‌کنند. با هر حرکت (رفت و برگشت) دیافراگم، سیال به کمک سوپاپ‌ها، به محفظه پمپ وارد و خارج می‌شود. این پمپها برای جابجای کردن سیالات ویسکوز و دوغاب‌های حاوی ذرات جامد، مورد استفاده قرار می‌گیرد و می‌توانند فشار تخلیه‌ای در حدود ۱۲۰۰bar1200bar ایجاد کنند.
پیستونی و پلانجری
هریک از این پمپها در صنعت می‌توانند سیال را با حرکت خطی در داخل سیلندر، جابجا کنند. تفاوت پمپ پیستونی با پلانجری در این است که در پمپ پیستونی، آب‌بندی توسط تماس پیستون با دیواره سیلندر انجام می‌گیرد اما در پمپ پلانجری، آب‌بند ثابت است و فشار بیشتری نسبت به پمپ پیستونی ایجاد می‌شود. دو نوع پمپ پیستونی وجود دارد که در زیر آورده شده است:
- پمپ «Lift»: این نوع از پمپها سه‌زمانه (سه‌حرکتی) هستند. در حرکت اول، حرکت رو به بالای پیستون، سیال را به پایین محفظه پمپ هدایت می‌کند. در حرکت دوم، آب با عبور از یک سوپاپ، محفظه بالایی سیلندر را پر می‌کند. در مرحله سوم نیز آب در محفظه بالایی خارج می‌شود.
- پمپ «Force»: این پمپها تنها به دو حرکت نیاز دارند تا در حرکت اول، سیلندر پر و در حرکت دوم، سیلندر خالی شود.
دوپلکس
این پمپها شامل دو سیلندر بخار (گاز) و دو سیلندر آب هستند که با یکدیگر کار می‌کنند. هوای فشرده بسته به حرکت محورها، وارد یک طرف سیلندر می‌شود. همانطور که در تصویر زیر مشاهده می‌کنید. در ابتدا بخار وارد حفره بالا در سمت چپ خواهد شد و حرکت رفت پیستون را بوجود می‌آورد. با رسیدن پیستون به انتها در طرف دیگر سوپاپ‌های خروجی و ورودی قرار دارند که جابجایی سیال را امکان‌پذیر می‌کنند. برای کاهش ضربه جریان نیز همواره از یک آکومولاتر هیدرولیکی در بالای پمپ بهره می‌گیرند.
مالتی پلکس
به بیان ساده، پمپهای مالتی‌پلکس، چندین پمپ پلانجری هستند که به صورت سری (پشت سرهم) با یک موتور و خروجی به یکدیگر متصل شده‌اند. در داخل این پمپ یک میل‌لنگ قرار دارد که محورهای متصل به آن در اثر حرکت میل‌لنگ، سبب حرکت پلانجرها می‌شوند. این نوع از پمپها دبی جریان بالایی را در فشارهای پایین فراهم می‌کنند که در صنایع نفتی و به هنگام حفاری مورد استفاده قرار می‌گیرند.
روتاری (دوار)
از انواع پمپها در صنعت می‌توان به «پمپهای روتاری» (Rotary Pumps) اشاره کرد. این نوع از پمپها به دلیل نوع طراحی خود، نسبت به پمپهای رفت‌و‌برگشتی با وزن مشابه، سیال بیشتری را پمپ می‌کنند. پمپهای روتاری شامل انواع زیر هستند. همانطور که در تصویر ابتدای متن هم به آن اشاره شده، پمپ روتاری یک پمپ جابجایی مثبت است به این معنی که حجم ثابتی فارغ از نوع سیال پمپ خواهد شد.
تیغه ای
در انتهای بررسی انواع پمپها باید به «پمپ تیغه‌ای» (Vane Pump) اشاره کنیم که شامل روتوری شیاردار است که کمی خارج از مرکز قرار دارد. تیغه‌ها در درون پروانه جای می‌گیرند با حرکت روتور، این تیغه‌ها به طرف بالا و پایین حرکت و ایجاد خلاء می‌کنند که در نهایت، جابجایی سیال را به همراه دارد. پمپهای تیغه‌ای می‌توانند سیالاتی با ویسکوزیته پایین مانند گاز پروپان، آمونیاک، حلال‌ها، الکل، سوخت‌ها و مواردی از این دست را حمل کنند. از نقاط ضعف این پمپها نیز باید به این نکته اشاره کرد که نمی‌توانند در فشارهای بالا و سیالات با ویسکوزیته بالا عملکرد مناسبی داشته باشند.