جدول محتوا
پمپ پره ای (Vane Pump) یکی از پمپهای جابجایی مثبت است که در کاربردهای صنعتی بسیاری استفاده میشود. این پمپ برای انتقال سیال، از تیغههایی استفاده میکند که بهصورت محوری حرکت کرده و تغییر طول میدهند. فشار خروجی سیال در پمپ تیغهای بالا است و وجود هوا در سیال، عملکرد آن را تحت تأثیر قرار نمیدهد. لازم به ذکر است که به آن پمپ تیغه ای یا کاتریجی نیز می گویند.
نحوهی عملکرد پمپ پره ای
پمپ تیغهای میتواند تحت شرایط مختلف، دبی ثابتی را ایجاد کند. این پمپ، خود پر شونده است؛ بدین معنی که برای شروع به کار، نیاز به پر شدن با سیال ندارد. نامگذاری این پمپ به دلیل افزایش فشار سیال توسط تماس با تیغهها انجام شده است و برای اولین بار، ساکویل و برونسویک در سال 1874 این پمپ را اختراع کردند.
پمپ کارتریجی دارای تعدادی تیغه است که روی روتور نصب شدهاند و طول تیغهها متغیر است تا تماس آنها با دیواره، قطع نشود. این پمپ دارای یک شیر اطمینان است تا در صورت افزایش فشار بیشتر از حد مجاز، آسیبی به پمپ وارد نشود.
تیغهها طوری تعبیه شدهاند که میتوانند بهصورت شعاعی، حرکت کنند. روتور پمپ تیغهای نیز در داخل بدنهی نامتقارن، دوران میکند که وجود این نامتقارنی، باعث تغییر فاصلهی شعاعی روتور با بدنه میشود. با تغییر فاصله، این امکان برای تیغهها به وجود میآید که بتوانند در یک دور کامل، افزایش و کاهش طول داشته باشند. با چرخش روتور، شکلهای نامتقارن بدنه باعث میشود تا پرهها با حرکت آزادانه، سیال را بین روتور و بدنه، حبس کنند. با این مکانیسم، سیال دور پمپ میچرخد و در خروجی، با فشار به بیرون رانده میشود.
توان ورودی از طریق شفت و با استفاده از یک الکتروموتور به روتور منتقل میشود. با چرخش روتور، یک نیروی گریز از مرکز شعاعی به تیغهها اعمال میشود که جهت آن، به سمت خارج روتور است. به دلیل اعمال این نیرو، پرهها به سمت بیرون حرکت کرده و فنری که پره و روتور را به هم متصل میکند، باز میشود. تیغهها تا جایی که با دیوارهی پمپ تماس پیدا کنند، باز میشوند و این تماس در طی دوران پمپ، باقی میماند. در طی افزایش فاصلهی شفت و بدنه، فنر، باز شده و اندازهی محفظهی بین تیغهها، بدنه و روتور، افزایش مییابد. برعکس درزمانی که این فاصله کم میشود، اندازهی محفظه کوچکتر شده و سیال، تحت فشار قرار میگیرد. فاصلهی بین شفت و بدنه از ورودی تا خروجی، ابتدا افزایش و سپس کاهش مییابد.
پسازاینکه روتور مدتی دوران میکند، در ورودی پمپ، مکش ایجاد شده و سیال به داخل پمپ وارد میشود. با حرکت سیال در محفظهی محصورشده توسط تیغهها، بدنه و روتور، اندازهی محفظه ابتدا بزرگتر میشود که باعث افزایش توانایی پمپ در مکش سیال خواهد شد. در طی حرکت سیال در پمپ، نیروی گریز از مرکز به آن وارد شده و باعث افزایش فشار آن میشود. این افزایش فشار همراه با کاهش حجم محفظه در خروجی پمپ، عملکرد پمپاژ سیال را تکمیل میکند.
انواع پمپ تیغهای
1- پمپ تیغهای نامتعادل
این نوع از پمپهای تیغهای، معمولترین نوع است که عملکرد آن در بخش قبل، توضیح داده شد. در این نوع، روتور، استوانهای بوده و مرکز آن با مرکز بدنهی پمپ، فاصله دارد. در هنگام پمپاژ، هیچ نشتی بین تیغهها و بدنه وجود ندارد. به دلیل اختلاف فشار در ورودی و خروجی، یک نیروی رانشی جانبی در پمپ ایجاد میشود. این نیرو باید توسط یاتاقانهای شفت، تحمل شود که باعث کاهش طول عمر آنها خواهد شد.
2- پمپ تیغهای متعادل
شکل محفظهی داخلی پمپ تیغهای متعادل، بیضوی است و مرکز روتور دقیقاً در مرکز این بیضی قرار گرفته است. برای خنثی کردن مؤلفههای نیروها، دو ورودی و دو خروجی در پمپ تعبیه شدهاند. ورودیها و خروجیها در طرفین پمپ و در مقابل یکدیگر قرار گرفتهاند. با این آرایش قرارگیری، نیروی فشاری اعمالشده به روتور، شفت و یاتاقان، خنثی شده و طول عمر و مدتزمان سرویس پمپ افزایش مییابد. حجم محفظهی محصورشده بین تیغهها و بدنه با حرکت از ورودی به خروجی، کاهش و از خروجی به ورودی، افزایش مییابد؛ به همین دلیل در ورودی، مکش و در خروجی، تخلیهی سیال به سمت بیرون اتفاق میافتد.
3- پمپ تیغهای با جابجایی متغیر
حجم محفظهی بین تیغهها و بدنه در این نوع پمپ پره ای، متغیر است. با این تغییر حجم، دبی خروجی پمپ نیز تغییر میکند. برخلاف مدلهای قبلی، در پمپ تیغهای با جابجایی متغیر، تیغهها تماس مستقیمی با بدنه ندارند. بین بدنه و تیغهها یک حلقهی دیگر تعبیه شده که به آن، حلقهی واکنش گفته میشود. در یک سمت بیرونی حلقهی واکنش، فنر و در سمت دیگر آن، پیچ تنظیم قرار گرفته است. با چرخاندن پیچ تنظیم، حجم محفظهای که سیال در طی پمپاژ در آن حبس میشود، تغییر میکند. همچنین چرخاندن پیچ تنظیم باعث تغییر فاصلهی بین مرکز روتور و بدنه شده و نیروهای اعمالی به یاتاقانها نیز تغییر میکند.
کاربردهای پمپ کارتریجی
- بیشترین استفاده از پمپهای پره ای برای کاربردهایی با نیاز به فشار بالا مانند سیستمهای کنترل توان، تهویه هوا و سوپرشارژرها است.
- ماشینهای فرآوری نوشیدنیها
- انتقال روغن و گاز
- کاربردهایی که به فشار متوسط نیاز دارند؛ مانند دستگاههای قهوهساز.
- آئروسل و پیشرانهها
- پر کردن سیلندرهای LPG
- انتقال سوخت بهصورت هوایی
- انتقال عمدهی LPG و NH3
مزیتهای پمپ پره ای
طراحی پمپهای کارتریجی دارای مزیتهایی است که عبارتاند از:
- تماس کم فلز به فلز: پرهها معمولاً از گرافیت کربنی ساخته شدهاند؛ بنابراین تماس واقعی فلز به فلز داخل بدنه وجود ندارد. این مسئله هم سایش قطعات را کم میکند که باعث کاهش نیاز به تعمیر، نگهداری و هزینههای جاری میشود و هم به پمپ این امکان را میدهد که بتواند سیالاتی مانند الکل و بنزین که خاصیت روغنکاری ندارند را پمپاژ کند.
- رنج وسیع کاربرد: طراحی پمپ تیغهای باعث میشود تا این پمپ بتواند سیالات با لزجت پایین و متوسط، با دمای بالا و حاوی بخار و هوا را بدون هیچ مشکلی، پمپاژ کند.
- نگهداری راحت: در پمپ کارتریجی، قطعهای که بیشترین سایش را دارد، تیغه است. طراحی تیغهها طوری انجام شده که بدون هزینهی بالا و با صرف کمترین زمان، تعویض شوند؛ بنابراین نگهداری از این پمپ، بسیار آسان است.
- قابلیت مکش بالا: به دلیل فاصلهی بسیار کم بین تیغهها، روتور و بدنه، آببندی نسبتاً قوی در هنگام پمپاژ سیال ایجاد میشود که باعث میشود تمام هوای موجود در خط مکش، بهراحتی منتقل شده و عملکرد پمپ، دچار مشکل نشود.
- تأثیر کم هد مکش روی عملکرد: عملکرد پمپ پره ای مانند اکثر پمپهای جابجایی مثبت، با تغییر فشار ورودی، تغییر زیادی نمیکند. تغییر فشار ورودی در پمپهای گریز از مرکز، باعث تغییر زیاد نقطهی عملکرد و دور شدن از بهترین نقطهی عملکرد خواهد شد اما در این پمپها، نوسانات فشار ورودی و کاهش دبی، بازده پمپ را چندان کاهش نمیدهند؛ بنابراین برای سیستمهایی که رنج فشار و دبی گستردهای دارند، پمپ تیغهای یک انتخاب مناسب است. برای آشنایی بیشتر به مطلب پمپ جابجایی مثبت چیست و چه کاربردی دارد؟ مراجعه کنید.
- کار کردن بدون وجود سیال برای مدت کوتاه: باوجوداینکه نمیتوان پمپهای تیغهای را برای مدت طولانی بدون سیال استفاده کرد، استفادهی کوتاهمدت هیچ مشکلی به وجود نمیآورد.
معایب پمپ پره ای
- در صورت بسته شدن ناگهانی خروجی پمپ، آسیب شدیدی به قطعات وارد میشود؛ پس پمپ کارتریجی حتماً باید دارای شیر اطمینان باشد.
- پمپهای پره ای برای سیالات خورنده مناسب نیستند.
- این پمپها نیاز به آببندی زیادی دارند.
- برای استفاده از پمپ پره ای، یک سیستم فیلترکنندهی قوی موردنیاز است؛ چراکه ذرات جامد در صورت ورود به پمپ، میتوانند باعث آسیب شوند.
- بهطورکلی، طراحی این پمپها پیچیده است.
- پمپهای کارترجی توانایی پمپاژ سیالات لزج در فشار بالا را ندارند.
- هزینهی این پمپها به دلیل استفاده از قطعات زیاد و روشهای طراحی و ساخت پیچیده، بالا است.
قطعات پمپ پره ای
- بدنه: بدنه پوشش بیرونی پمپ پره ای است و تمام قطعات پمپ داخل آن قرار میگیرند.
- ورودی: محل ورود سیال به داخل پمپ
- خروجی: محل خروج سیال از پمپ
- شفت: شفت، میلهای توپر است که الکتروموتور یا هر نوع محرک دیگری را به روتور وصل کرده و وظیفهی انتقال توان را بر عهده دارد.
- تیغهها: در اطراف روتور به فاصلهی برابر، تیغهها قرار گرفتهاند و وظیفهی انتقال انرژی به سیال را بر عهده دارند.
- حلقهی داخلی: این حلقه در قسمت داخلی بدنهی محفظه قرار گرفته و تیغهها با سطح آن تماس دارند.
معیارهای انتخاب پمپ پره ای
- مقاومت در برابر خوردگی: یکی از مهمترین ویژگیهای پمپ که قیمت نهایی را مشخص میکند، جنس قطعات پمپ است. برای سیالاتی که خاصیت خورندگی دارند، حتماً باید از فلزات مقاوم استفاده شود.
- دبی جریان: معمولاً برای کاربردهای مختلف، مقدار دبی موردنیاز، مشخص است. همچنین اگر از سیالی به غیر از آب استفاده میشود، حتماً دبی حجمی و جرمی پمپ را با شرایط، مطابقت دهید.
- روغنکاری: اکثر پمپهای تیغهای نیازمند روغنکاری هستند اما برای مدلهای مختلف، میزان روغن موردنیاز، متفاوت است. بسیاری از کاربران از پمپهای خشک استفاده میکنند تا نیاز به نگهداری پمپ، کاهش یابد اما پمپهایی که روغنکاری میشوند، عملکرد بهتری ارائه میدهند.
- میزان نیاز به نگهداری: پمپهای کارتریجی هیدرولیک مختلف نیازمند تغییر دورهای قطعات هستند که فاصلهی زمانی این عملیات، وابسته به طراحی و نوع قطعات پمپ است. گارانتی بلندمدت نیز از مزایای پمپ بهحساب میآید.
نصب پمپ تیغهای
شفت پمپها توسط اتصال مستقیم یا پولی و دنده متصل میشوند. در حین اتصال، از زدن ضربهی محکم به دلیل احتمال آسیب به یاتاقان، خودداری کنید. دو نوع اتصال معمول شفت در ادامه توضیح داده شدهاند.
1- اتصال مستقیم: صفحهی هادی روی فلنج پمپ مطابق با شکل زیر، اتصال در جهت صحیح را نشان میدهد. از سفت بودن صفحهی هادی روی جایگاه آن، مطمئن شوید. اگر از واشر استفاده میشود، نصب آن باید بهدقت انجام شده و بهصورت کاملاً صاف قرار گیرد. خارهای شفت و سایر اتصالات برای جلوگیری از لغزش و بریده شدن، باید بهصورت صحیح نصب شوند.
2- اتصال غیرمستقیم: اتصال دندهای و تسمهای از این نوع اتصالات هستند که هنگام نصب، برای اجتناب از بارهای جانبی زیاد روی یاتاقانها، جهت اتصال باید بادقت تنظیم شود.
معمولاً جهت دوران پمپها راستگرد (ساعتگرد) است (در صورت دید از سمت شفت). تمام لولهها و اتصالات باید قبل از نصب، تمیز شوند. برای کاهش مقاومت در برابر سیال و احتمال نشتی، تنها اتصالاتی که وجود آنها ضروری باشد را نصب کنید. تعداد خمها در لولهکشی نیز باید حداقل باشند تا از آشفتگی زیاد جلوگیری شود. استفاده از خمهایی با شعاع انحنای کم توصیه نمیشود.
نگهداری از پمپ تیغهای
پمپهای تیغهای زمان طولانی در صنعت برای کاربردهای مختلف استفاده شده و امتحان خود را پس دادهاند. درصورتیکه نگهداری از این پمپها بهدرستی انجام شود، سالها بدون هیچ مشکلی کار خواهند کرد اما اگر به دستورالعملهای نگهداری توجه نشود، طول عمر پمپ به میزان زیادی کاهش مییابد. هر تکنسین باتجربه و ماهری میتواند فرایند نگهداری و سرویس پمپ را انجام دهد.
- تعویض روغن: تعویض دورهای روغن برای ادامهی کار پمپ کارتریجی ضروری است. توصیهی کلی برای تمام پمپها، تعویض روغن دو بار در سال است اما تعداد دفعات با زمان استفاده از پمپ، نوع سیال و شرایط کاری، رابطهی مستقیم دارد. با بررسی رنگ روغن میتوان زمان تقریبی تعویض را فهمید. روغن تازه، شفاف است اما پس از استفاده، رنگ آن تیرهتر میشود. اجازه ندهید که روغن به رنگ قرمز تیره یا سیاه برسد و قبل از این مرحله، آن را تعویض کنید.
- باز کردن پمپ و تمیزکاری: تمام پمپهای تیغهای دارای قطعاتی هستند که باید بهصورت دورهای تعویض شوند. این قطعات شامل قطعاتی مانند اُرینگ، واشر و قطعات آببندی است و بدون تعویض آنها، توانایی پمپ در آببندی کاهش یافته و عملکرد آن بهطور قابلملاحظهای افت میکند. بازهی زمانی تمیزکاری و باز کردن پمپ وابسته به اندازهی آن است. پمپهای بزرگ نیاز به تمیزکاری سالانه دارند درحالیکه پمپهای کوچک میتوانند تا دو سال بدون نیاز به تمیزکاری کار کنند.
- دمونتاژ کلی پمپ: پمپهای تیغهای بر اساس فناوری تیغههای چرخشی ساخته شدهاند که با نام پره نیز شناخته میشود. به دلیل اینکه پرهها دائماً تحت سایش قرار گرفته و با گازها و سیالات مختلف تماس دارند، نیاز است تا بهطور دورهای تعویض شوند. توصیه میشود تعویض تیغهها همراه با باز کردن و تمیزکاری پمپ باشد. زمان تعویض نیز برای پمپهای بزرگ، سه سال و برای پمپهای کوچک، چهار سال در نظر گرفته میشود.
اگر پمپ را در تحت شرایط ذکرشده نگهداری کنید، عملکرد خوبی داشته و بهترین نتیجه را ارائه خواهد داد.
عیبیابی و تعمیر پمپ کارتریجی
مشکل به وجود آمده | ریشه مشکل | راهحل |
---|---|---|
عدم وجود جریان یا فشار | عدم چرخش روتور | · محل اتصال الکتروموتور و روتور را بررسی کنید. اگر حرکتی مشاهده نکردید، الکتروموتور را بررسی کنید.
· سالم بودن شفت را بررسی کنید. · خارهای شفت را که به روتور و الکتروموتور متصل هستند، بررسی کنید. |
چرخش در جهت نادرست | · فلش روی پمپ را با جهت قرارگیری آن مقایسه کرده و در صورت نیاز، جهت پمپ را تعویض کنید.
· اگر اتصالات الکتریکی الکتروموتور صحیح نباشند، احتمالاً پمپ در جهت برعکس خواهد چرخید؛ بنابراین نقشهی اتصالات را با سیمها تطبیق دهید. |
|
عدم تکمیل هواگیری پمپ | · اکثر پمپهای تیغهای توانایی خودپرشوندگی دارند اما در برخی از این پمپها در صورت وجود هوای زیاد در خط مکش، پمپ توانایی انتقال سیال را نخواهد داشت. | |
اتصالات ورودی | · شیر دروازهای ورودی حتماً باید بهصورت کامل، باز باشد.
· بررسی کنید تا هیچ هوایی از طریق لولهها یا اتصالات، وارد خط مکش نشود. |
|
سیال با لزجت بسیار بالا | · مشخصات سیال پمپاژ شونده را که توسط سازنده ارائه میشود، بررسی کنید. دما و لزجت سیال باید در محدودهی قابلقبول قرار بگیرد؛ در غیر این صورت، سیال لزج به تیغهها چسبیده و اجازهی مکش را به پمپ نمیدهد. | |
مسیر اشتباه سیال | · مدار هیدرولیکی سیستم را بررسی کرده و از درست کار کردن شیرها اطمینان حاصل کنید. همچنین جهت نصب شیرهای یکطرفه نیز باید مطابق با فلش روی آنها باشد.
· اگر شیر اطمینان اصلی در فشاری بسیار پایین تنظیم شده باشد، تمام سیال پرفشار به مخزن بازگشته و سیستم را از کار میاندازد. |
|
درست کار نکردن محرک | · جریان ورودی را بررسی کنید تا نشتی به داخل محفظهی شفت متصل به الکتروموتور وجود نداشته باشد. آببندیهای داخلی پمپ باید بهصورت صحیح عمل کنند. | |
مناسب نبودن سرعت | · مدارک فنی پمپ را بررسی کرده و از رسیدن پمپ به حداقل سرعت مجاز، اطمینان حاصل کنید. | |
دبی پایینتر از مقدار نامی | وجود ایراد در قطعات | · سرعت پمپ را بررسی کنید تا مقدار بسیار زیاد یا بسیار کم نباشد.
· فشار شیر اطمینان نباید در مقدار پایینی تنظیم شده باشد. · وجود نشتی از آببندیها را بررسی کنید. |
ایراد در اتصال مخزن به پمپ | · بررسی کنید تا هوایی وارد مخزن نشود.
· سایز لولهی ورودی باید متناسب با دبی سیال باشد. بهعبارتدیگر، رنج سرعت سیال در ورودی پمپ بین 0/5 تا 1/9 متر بر ثانیه پیشنهاد میشود. · ارتفاع پمپ نباید بالاتر از حد مجاز باشد. |
|
مخزن با اندازهی نامناسب | · اتصال خروجی مخزن باید با زاویهای بیشتر از 45 درجه به سمت پمپ خارج شده باشد.
· لولهی خروجی از مخزن نباید نزدیک به ته آن باشد. · لولهی که توسط شیر اطمینان به مخزن وارد میشود باید دارای فاصلهی مناسب با لولهی خروجی از مخزن باشد. · در برخی از مخزنها، نیاز به صفحاتی است تا سیال بدون آشفتگی وارد پمپ شود. |
|
نامناسب بودن نوع روغن | · مشخصات روغن را با مشخصات موردنیاز در مدارک فنی پمپ، مقایسه کنید.
· اگر لزجت سیال بیشتر از حد مجاز باشد، باعث کاهش عملکرد پمپ میشود. همچنین دمای زیاد باعث کاهش کارایی سیستم آببندی خواهد شد. |
|
عدم وجود فشار | طراحی نادرست مدار هیدرولیکی | · نقشههای مدار هیدرولیکی را بررسی کنید. |
لولهکشی نادرست مدار | · لولههای مدار را با نقشههای فنی رسمشده مقایسه کنید. | |
اشكال در يكي از اجزا | · تمام مدار را بررسي كرده و از كاركرد شيرها يا هر وسيلهي متصل در مدار، اطمينان حاصل كنيد.
· مطمئن شود شير اطمينان اصلي روي فشار پایینی تنظیم نشده باشد. · درست بودن جهت شیرهای یکطرفه را بررسی کنید. |
|
فشار کم سیال خروجی | موارد عدم وجود فشار را بررسی کنید. | |
انتخاب نادرست اندازهی سیستم | · مقدار دبی موردنیاز سیستم را محاسبه کنید. این مقدار نباید بیشتر از دبی نامی پمپ باشد. | |
وجود نشتی | · وجود نشتی در هر یک از اجزای متصل به سیستم، فشار سیال را مقدار زیادی کاهش میدهد. | |
میزان صدای غیرمعمول | صدای زیاد از داخل پمپ | · اتصال مکانیکی پمپ به الکتروموتور یا همان شفت را بررسی کنید تا خارها کاملاً در جای خود نشسته و اتصالات بالانس باشند.
· تخلیهی هوای پمپ باید بهطور کامل انجام شده باشد. · بررسی کنید تا هوایی از طریق مخزن یا آببندی شفت وارد پمپ نشود. · سطح روغن پمپ را بررسی کنید. · گرفتگی فیلتر هوا را بررسی کنید. همچنین اندازهی فیلتر را با مقدار موردنیاز سیستم، مقایسه کنید. · سرعت دوران پمپ نباید بیشتر از مقدار نامی آن باشد. · نوع روغن باید مناسب پمپ باشد. |
گرمای زیاد | گرمای زیاد به دلیل نبود سیال در پمپ | · سطح روغن و لولهی مکش را بررسی کنید. از ورود روغن به داخل پمپ، اطمینان حاصل کنید.
· وجود هوای زیاد در داخل محفظهی اصلی پمپ میتواند گرمای تولیدشده را افزایش دهد. · سرعت و کیفیت سیال را بررسی کنید. · اندازه و مشخصات واحد فیلتر را بررسی کنید. |
گرمای زیاد باوجود سیال داخل پمپ | · لزجت سیال را بررسی کنید.
· فشار ایجادشده در خروجی و فشار نامی پمپ را مقایسه کنید. · ممکن است شیر اطمینان گرمای ایجادشده را تولید کند. |
|
نشتی از آببندی شفت | وجود نشتی در آببندی | · تراز بودن شفت را بررسی کرده و از نبود نیروی محوری روی شفت، اطمینان حاصل کنید.
· ممکن است لبههای آببندی در طی فرایند تعمیر و نگهداری، بریده شده باشند. · فشار ورودی سیال باید در محدودهی مجاز باشد. · سیالهای خورنده میتوانند قطعات آببندی را تجزیه کرده و باعث نشتی شوند. · آببندی نباید بیشتر از حد مجاز، سفت شده باشد. |
مقایسه پمپهای کارتریجی با سایر پمپها
ویژگی | پمپ تیغهای | پمپ گریز از مرکز | پمپ دندهای |
---|---|---|---|
قابلیت کار بدون وجود سیال | بله | خیر | خیر |
پمپ بدون نشتی | بله | بله | بله |
فناوری بدون آببندی | بله | بله | بله |
قابلیت پمپاژ مایع همراه هوا | بله | خیر | خیر |
NPSH موردنیاز کم | بله | خیر | خیر |
توانایی مدیریت ذرات جامد و سیالات خورنده | بله | خیر | خیر |
رنج گستردهی بهترین نقطهی عملکرد | بله | خیر | بله |
قابلیت خودپرشوندگی | بله | خیر | خیر |
قابلیت بازیافت | بله | خیر | خیر |
بیشتر بخوانید: هد مکش خالص یا NPSH در پمپ چیست و چه کاربردی دارد؟