پمپ

میدانیم که مایعات دارای شکل ثابتی نیستند به همین دلیل برای جابجایی آنها از روش اختلاف فشار استفاده میشود تا بتوان آنها را انتقال داد؛ برای اینکار از پمپ ها یا تلمبه استفاده میشود.

عملیاتی که برای ایجاد اختلاف فشار و جابجایی مایعات مورد استفاده میشود را پمپاژ گویند. پمپ در همه جا، از ساختمان های ساده مسکونی گرفته تا صنایع نفت، گاز، پتروشیمی و نیروگاه ها استفاده میشوند.

مثالی در این رابطه وجود دارد که میگویند: “انتقال نفت خام را میتوان مصداق این جمله معروف دانست که پمپ ها گاهی پول را جابجا میکنند”

این مقاله با ارائه توضیح در مورد رایج ترین انواع پمپ های صنعتی و کشاورزی به بیان نکات کاربردی، در انتخاب هوشمندانه هر یک دنبال میشود.

تاریخچه پمپ

نیاز انسان به آب و جابجایی آن از نقطه ای به نقطه ای دیگر سبب شد که انسان به فکر ساخت دستگاهی که این مشکل را برطرف کند بیافتد. اولین نمونه های پمپ ها که نیروی محرک آنها توسط انسان یا حیوانات تامین میشد، توسط مصریان باستان در 17 قرن پیش از میلاد مسیح ساخته شد و مورد استفاده قرار گفتند. آنها توانسته بودند آب را با پمپ های رفت و برگشتی از عمق 91.5 متری زمین بیرون بکشند. در یونان باستان نیز پمپ های رفت و برگشتی با طرح ساده 4 قرن قبل از میلاد ساخته شده بود. تاریخ مشخصی در مورد ابداع پمپ های سانتریفیوژ وجود ندارد، اما گفته میشود که نقاشی های لئوناردو داوینچی در قرن پانزدهم میلادی نشان میدهد که چگونه با اعمال نیروی گریز از مرکز به آب درون یک لوله خمیده، آب را تا مقدار معینی بالا برد.

پمپ چیست؟

پمپ (Pump) دستگاهی هیدرولیکی است که با دادن انرژی مکانیکی (تولید شده توسط الکتروموتور) به سیال عبوری، باعث افزایش انرژی سیال میشوند. عملا از پمپ ها برای انتقال و جابجایی سیالات تراکم ناپذیر در سیستم استفاده میشود؛ این سیال میتواند خالص یا بصورت مخلوط با مواد جامد دارای چگالی و دمای متفاوت باشد.

دسته بندی انواع پمپ

پمپ ها بر اساس هندسه و مکانیزم عضو انتقال دهنده نیرو به دو دسته کلی تقسیم میشوند:

1. پمپ های جابجایی مثبت
2. پمپ های دینامیکی

آشنایی با انواع پمپ ها

1- پمپ های جابجایی مثبت (Positive Displacement Pumps)
1-1- پمپ های رفت و برگشتی (Reciprocating Pumps)
1-1-1- پمپ های پیستونی (Piston Pumps)
2-1-1- پمپ های پلانجری (Plunger Pumps)
3-1-1- پمپ های دیافراگمی (Diaphragm Pumps)
2-1- پمپ های روتاری (Rotary Pumps)
1-2-1- پمپ های اسکرو (Screw Pumps)
2-2-1- پمپ های دنده ای (Gear Pumps)
1-2-2-1- پمپ های دنده ای خارجی (External Gear Pumps)
2-2-2-1- پمپ های دنده ای داخلی (Internal Gear Pumps)
3-2-1- پمپ های تیغه ای (Vane Pumps)
4-2-1- پمپ های گوشواره ای (Lobe Pump)
2- پمپ های دینامیکی (Dynamic Pumps)
1-2- پمپ های سانتریفیوژ (Centrifugal Pumps)
1-1-2-پروانه جریان شعاعی (Radial Flow)
2-1-2- پروانه جریان محوری (Axial Flow)
3-1-2- پروانه جریان میکس (Mixed Flow)
2-2 پمپ ها با کاربری خاص
1-2-2- پمپ های پیتوت تیوب (Pitot Tube Pumps)
2-2-2- پمپ های ساید چنل (Side Channel Pumps)

1- پمپ های جابجایی مثبت (Positive Displacement Pump)

بر اساس نحوه انتقال انرژی از پمپ به سیال میتوان پمپ ها را بصورت زیر دسته بندی کرد:

در این نوع پمپ، انتقال انرژی به سیال متناوب یا دوره ای است. این پمپ ها با کاهش حجم محفظه پمپ و در نتیجه افزایش فشار، سیال را منتقل میکنند. تغییر حجم محفظه سیال بطور متناوب بین خطوط لوله فشار و سیستم مکنده رخ میدهد.

دو نوع اصلی از پمپ های جابجایی مثبت:

1-1- پمپ رفت و برگشتی (Reciprocating Pump)

معمولا موتورهای الکتریکی تامین کننده نیروی محرکه لازم در این مدل هستند. در این مدل پمپ، با چرخش میل لنگ، پیستون در سیلندر جلو و عقب رفته یا اصطلاحا حرکت رفت و برگشتی میکند. مکش ایجاد شده در سیلندر که ناشی از عقب رفتن پیستون است، باعث کشیده شدن مایع به داخل سیلندر میشود؛ مایع از یک شیر ورودی به داخل سیلندر کشیده میشود؛ وقتی پیستون به جلو حرکت کند، ورودی بسته شده و مایع از شیر خروجی خارج میشود.

شیرهای ورودی و خروجی یک طرفه هستند و ورود و خروج مایع را در هنگام حرکت پیستون کنترل میکنند تا مانع جابجایی اشتباه مایع به قسمت کم فشار و بالعکس شوند؛ اگرچه حجم انتقال یافته در این پمپ ها ثابت است، اما دامنه حرکت عضو رفت و برگشتی میتواند با مکانیزمی قابل تنظیم باشد. به همین دلیل این پمپ ها اولین انتخاب برای سرویس های تزریق هستند.

از معایب این پمپ ها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

1. نبض یا Pulse (بعنوان پدیده نامطلوب در سیستم لوله کشی)
2. وابستگی به عملکرد شیر یک طرفه (Check Valve) در ورودی و خروجی

• 1-1-1- پمپ پیستونی (Piston)
  

در پمپ های پیستونی ساختار انتقال قدرت شبیه به پمپ های پلانجری است؛ با این تفاوت که در اختلاف فشار کمتری میتوانند حجم مشخصی از سیال را جابجا کنند. علت آن را میتوان در ضریب رعنایی بالاتر میله پیستون آن (نسبت به پمپ پلانجری) و در نهایت کمانش (Buckling) راحت تر آن دانست.

محدوده کاری پمپ پیستونی: این پمپ ها معمولا تا اختلاف فشار 150bar مورد استفاده قرار میگیرند.

کاربرد پمپ پیستونی:

1. پمپ های هیدرولیکی برای ماشین آلات سنگین
2. پمپ انتقال نفت خام (Crude Oil Transfer Pump)

• 2-1-1- پمپ پلانجری (Plunger)

در پمپ های پلانجری، نیروی دورانی موتور از طریق میل لنگ و یک میل پیستون که حرکت دورانی را به حرکت رفت و برگشتی تبدیل مینماید به پیستون منتقل میشود؛ پمپ های پلانجری بهترین گزینه برای پمپاژ سیالات با ویسکوزیته بالا میباشند.

محدوده کاری پمپ های پلانجری: این پمپ ها معمولا تا اختلاف فشار 2100bar مورد استفاده قرار میگیرند.

مزایای پمپ های پلانجری: این پمپ در میان سایر انواع خانواده پمپ های جابجایی مثبت میتواند در بالاترین محدوده اختلاف فشار، سیال را جابجا نماید.

• 3-1-1- پمپ دیافراگمی (Diaphragm Pump)
  

پمپ های دیافراگمی را بر اساس تعداد دیافراگم میتوان به انواع ذیل تقسیم بندی نمود:

1. دیافراگم تکی (Single Diaphragm)
2. دیافراگم دوتایی (Double Diaphragm)

همچنین بالاترین درجه نشت بندی را دارا بوده و بجز در ویسکوزیته دینامیکی 400cp از رایج ترین پمپ های تزریق در صنعت نفت، گاز و پتروشیمی محسوب میشوند؛ در حالت دیافراگم دوتایی، فاصله میان دو دیافراگم با لایه نازکی از روغن پر شده یا آن را در فشاری نزدیک به فشار خلا قرار میدهند. یک سنسور معروف به Rupture Detector فضای موجود میان دو دیافراگم را مورد پایش قرار میدهد.

محدوده کاری پمپ دیافراگمی: این پمپ معمولا تا اختلاف فشار 250bar مورد استفاده قرار میگیرد، که در این اختلاف فشار معمولا میتوان دبی 500l/h را پمپاژ نمود.

مزایای پمپ های دیافراگمی: به دلیل قدرت نشت بندی بالا برای پمپ کردن مواد شیمیایی اشتعال پذیر و یا خطرناک مناسب هستند.
2-1- پمپ چرخشی (Rotary Pump)

این پمپ ها با استفاده از مکانیسم چرخشی، سیال را جابجا میکنند؛ در واقع خلاء ایجاد شده ناشی از چرخش چرخ دنده ها، منجر به جذب و هدایت سیال میشود.

مزیت مهم این پمپ ها که آنها را بسیار کارآمد کرده این است که میتوان از آنها برای پمپ کردن سیالات ویسکوز (چسبناک) استفاده کرد؛ در این پمپ ها با افزایش ویسکوزیته، سرعت گردش بالاتر میرود و سیال در سیستم انتقال می یابد. این پمپ ها که خود یکی از انواع پمپ های جابجایی مثبت هستند، در حالت کلی خود به چند دسته تقسیم میشوند که در شکل زیر میتوان مشاهده کرد:

پمپ های پرکاربرد از گروه پمپ های روتاری به شرح ذیل است:

1. پمپ های اسکرو
2. پمپ های دنده ای (دنده داخلی و خارجی)
3. پمپ های تیغه ای
4. پمپ های گوشواره ای

• 1-2-1- پمپ اسکرو (Rotary Screw Pump) یا پیچ ارشمیدس

 

این دسته پمپ اولین و مهمترین نماینده خانواده پمپ های چرخشی هستند؛ حرکت سیال در این گونه از پمپ ها بر اساس تغییر زاویه یک پیچ در پوسته است؛ به دلیل ابداع این پمپ توسط ارشمیدس این پمپ ها را با نام پیچ ارشمیدس (Archimedes Rotary Pump) نیز میشناسند.

محدوده کاری پمپ های اسکرو: 1- محدوده سرعت جریان: 189 تا 56781 لیتر در دقیقه 2- محدوده اختلاف فشار: 310 بار است.

• 2-1-1- پمپ دنده ای (Gear Pump)

این پمپ ها شامل دو نوع دنده ای داخلی و دنده ای خارجی میباشند.

• 1-2-2-1- پمپ دنده ای خارجی

پمپ های دنده خارجی یکی از پمپ های محبوب هستند و اغلب بعنوان پمپ های روان کاری در ماشین آلات، در واحد انتقال قدرت مایع و بعنوان پمپ های روغن در موتور استفاده میشود.

محدوده کاری پمپ دنده ای خارجی: پمپ های کوچک دنده خارجی معمولا در دور 1750Rpm یا 3450Rpm عمل میکنند و مدل های بزرگتر با سرعت تا 640 دور در دقیقه عمل میکنند. این پمپ ها بهتر است سیال را حداکثر در اختلاف فشار 120 بار جابجا نماید.

• 1-2-2-2- پمپ دنده ای داخلی

پمپ های دنده داخلی فوق العاده همه کاره هستند و میتوان از آنها در محدوده وسیع ویسکوزیته ای و دمایی استفاده کرد. این به دلیل نقطه ی تکین لقی (Clearance) (فاصله ی بین انتهای دنده روتور و سر پمپ) است. این لقی (Clearance) قابل تنظیم است تا بتواند خود را به درجه حرارت بالا، حداکثر بهره وری در مایعات ویسکوزیته بالا تطبیق دهد.

کاربرد پمپ دنده ای داخلی: 1- انواع نفت و روغن 2- رزین و انواع پلیمر 3- آسفالت و قیر 4- شربت ذرت، شکلات و کره بادام زمینی (استفاده در صنایع غذایی)

• 3-2-1- پمپ تیغه ای (Vane Pump)

تیغه ها معمولا با مکانیزم محرک فنری کار میکنند که همین موضوع به یکی از نقاط ضعف آنها نسبت به سایر انواع پمپ ها تبدیل شده است.

• 4-2-1- پمپ گوشواره ای (Lobe Pump)

در پمپ های گوشواره ای و یا پمپ های لوب عملکردی مشابه پمپ های دندانه خارجی در هدایت سیال دارند اما، برخلاف پمپ های دندانه خارجی، گوشواره های (Lobes) این پمپ با یکدیگر تماس ندارند و هماهنگی با چرخ دنده هایی در خارج از محفظه که Timing Gear نامیده میشوند، انجام میشود. همچنین فاصله میان گوشواره ها و پوسته بیشتر از پمپ های دنده ای است که تا حد بسیار کمی وجود ذرات تحمل شود.

2- پمپ های دینامیکی (Dynamic Pump)

 

انتقال انرژی به سیال در این پمپ ها بصورت مداوم انجام میشود؛ نحوه عملکرد این پمپ به اینصورت است که سیال در محفظه ای که یک سره به سیستم مکنده و خطوط لوله فشار متصل است، قرار میگیرد، با اعمال نیرو به سیال در این شرایط، عمل جابجایی آن در سیستم انجام میشود.

1-2- پمپ های سانتریفیوژ

نحوه کار پمپ گریز از مرکز براساس قانون برنولی و تبدیل سرعت سیال (انرژی جنبشی) به فشار است؛ افزایش فشار سیال با استفاده از یک پروانه گردان ممکن میشود؛ در واقع با چرخش پروانه، تیغه های متحرک روی آن فشار سیال را افزایش داده و به این ترتیب سیال شتاب میگیرد، سپس سیال به داخل پخش کننده رفته و در نهایت به سمت سیستم لوله کشی حرکت میکند.

مرسوم ترین و پرکاربرد ترین دسته بندی پمپ های سانتریفیوژ، دسته بندی براساس جهت ورود سیال به پروانه و خروج سیال از آن میباشد.

• • 1-1-2- پمپ محوری (Axial Flow Pump)

در این مدل، نیروی پرتاب پره های پروانه باعث افزایش فشار سیال میشود؛ این پمپ در تولید دبی های زیاد با ارتفاع کم بکار میرود. اساس کار این کلاس از انواع پمپ ها، تبادل مومنتوم بین پره و سیال میباشد، بنابراین انحنای پره پروانه و متعاقبا مسیر حرکت سیال بر روی مشخصات هیدرولیکی پمپ تاثیر خواهد گذاشت. از شاخص های این پمپ ها میتوان به تولید جریان پیوسته بدون نبض (Pulse) و همچنین تبعیت از مقاومت مدار هیدرولیکی در تولید دبی اشاره کرد.

2-2- پمپ های با کاربری خاص

• 1-2-2- پمپ پیتوت تیوب (Pitot Tube)

پمپ های پیتوت تیوب دارای بهترین عملکرد در دبی پایین و هد بالا میباشند. این پمپ ها را میتوان رقیب اصلی پمپ های سانتریفیوژ دور بالا و با جعبه دنده داخلی (OH6) دانست. سیال عبوری از این پمپ حتماً باید تمیز و عاری از ذرات باشد. در غیر اینصورت لوله پیتوت مورد استفاده بشدت صدمه خواهد دید.

محدوده کاری پمپ پیتوت تیوب: 1- ظرفیت: حداکثر تا دبی 80 متر مکعب بر ساعت 2- هد: حداکثر تا 1480 متر / 4856 فوت 3- فشار: حداکثر تا 160 بار / 2320psi
4- دما: حداکثر تا 200 درجه سانتی گراد / 390 درجه فارنهایت

کاربردهای پمپ پیتوت تیوب:

1. پمپ Wash Water
2. پمپ Caustic

• 2-2-2- پمپ ساید چنل (Side Channel)

یک پمپ کانال جانبی یا همان ساید چنل از یک یا چند پروانه (استیج) تشکیل میشود.

کاربرد پمپ ساید چنل:

1. پمپاژ LPG
2. اسمز معکوس

برخی از کاربرد های پمپ

• سیستم های آبیاری و آبرسانی
• منبع آب یا بنزین
• سیستم فاضلاب
• سیستم کنترل سیل
• سیستم های تهویه مطبوع و …

متناسب با کاربردهای گسترده پمپ ها، شکل ها و سایزهای متنوعی از آنها وجود دارد؛ از کوچک تا بزرگ، از فشار کم تا زیاد، از حجم کم تا زیاد و با قابلیت انتقال گاز یا مایع.

پمپ ها بر اساس کاربردشان انواع متفاوتی دارند:

• پمپ های مخصوص صنایع غذایی و بهداشتی (Sanitary Pumps): مورد استفاده در صنایع غذایی، دارویی و بیوتکنولوژی
• پمپ های فاضلاب کش (Wastewater Pumps): مورد استفاده در داخل حوضچه ها و چاه های فاضلاب
• پمپ های آب شناور (Immersible Pumps): مورد استفاده در سیستم های خنک کننده و صنایع ماشین کاری
• پمپ های مخصوص چاه های عمیق (Borehole Pumps): با قابلیت پمپاژ مایع از چاه های عمیق و همچنین قابلیت پمپاژ مایعات داغ
• پمپ های اندازه گیر (Dosing Pumps): با قابلیت تنظیم مقدار دبی و پمپاژ مقدار مشخصی از سیال با دقت بالا