Pumpe s pozitivnim pomakom
Dio I - Pumpe sa povratnim klipom
Postoji mnogo dizajna pumpi koje spadaju u kategoriju pozitivnih premještanja, ali uglavnom se mogu podijeliti u dvije osnovne grupe. Povratna grupa djeluje preko klipa, klipa ili membrana, dok rotacione pumpe koriste zupčanike, režnjeve, vijke, krilce i peristaltičko djelovanje. Njihova zajednička dizajnerska nit je da se energija dodaje pumpanoj tekućini samo periodično gdje se, u dinamičkim pumpama, dodaje kontinuirano.
PUMPE ZA PISTON & PLUNGER
Klipna pumpa jedna je od najčešćih povratnih pumpi, a prije razvoja pokretača velike brzine koji su povećali popularnost centrifugala, bila je pumpa izbora za širok spektar primjene.
Danas se najčešće vide u malim pritiscima, umjerenim (do 2000 PSI) pritiscima. Njegov bliski rođak, klip pumpa, dizajniran je za veće pritiske do 40 000 PSI. Glavna razlika između ove dvije metode je metoda zaptivanja cilindara. Kod klipne pumpe sistem brtvljenja (prstenovi, pakovanje itd.) Je pričvršćen na klip i kreće se s njim tokom njegovog hoda. Sustav za brtvljenje pumpe za klip je nepomičan i klip se kreće kroz nju tokom svog hoda.
Povratne pumpe djeluju na principu da će kruta tvar istisnuti volumen tečnosti jednak njegovom vlastitom volumenu. Slika desno je generička klip s dvostrukim djelovanjem. Ako bismo uklonili dva ventila na lijevoj strani slike i zamijenili ih produžetkom cilindra, imali bismo pumpu s jednim djelovanjem. Pumpa s jednim djelovanjem ispušta vodu samo na svoj napredni hod, dok pumpa s dvostrukim djelovanjem ispušta i povratni hod. Za vrijeme usisnog hoda (s desna na lijevo) ispusni ventil pumpe s jednim djelovanjem zatvara se i dozvoljava tekućini da uđe u cilindar preko usisnog ventila. Kada klip promijeni smjer (uzvrati) usisni ventil se zatvara i kroz ispusni ventil se ispušta voda. Kod pumpe dvostrukog djelovanja događa se isti slijed tijekom oba udara i gotovo dvostruko više tekućine se ispušta po jedinici vremena.
Pritisak
Glava stvorena centrifugalnom pumpom zavisi od brzine kojom ona teče kroz rotor. Stoga, za svaki zadani promjer rotora i brzinu rotacije, glava će biti neka maksimalna, jednaka količina. Nije tako za klipne pumpe. Iako će imati maksimalan naziv radnog tlaka, maksimalni pritisak (P) postignut ovisi o primjeni.
Nasuprot zatvorenom ispusnom ventilu pritisak je ograničen samo mogućnošću vozača i čvrstoćom upotrijebljenih materijala. Samo „tačka loma“ neke komponente će ograničiti pritisak pražnjenja. Stoga se mora osigurati neki oblik oslobađanja tlaka ako aplikacija može prijeći vrijednost tlaka pumpe.
Kapacitet
Kapacitet (Q) klipa ili klipne pumpe s jednim djelovanjem proporcionalan je njegovom premještanju (D) po jedinici vremena. Zapremina je izračunati kapacitet crpke, pretpostavljajući 100% hidrauličku efikasnost, a proporcionalan je površini poprečnog presjeka klipa (A), duljini njegovog hoda (-a), broju cilindara (n) i brzina pumpe u okr / min. U litrima u minuti to je:
D = (A xsxnx o / min) / 231
U slučaju pumpi s dvostrukim djelovanjem, površina presjeka klipa ili klipa se udvostručuje, a površina poprečnog presjeka klipnjače (a) oduzima. Opet, u galonima u minuti D je:
D = ((2A - a) xsxnx rpm) / 231
U stvarnom životu teorijski kapacitet klipa ili klipne pumpe ublažava više faktora. Jedan je poznat kao proklizavanje (S). Glavna komponenta klizanja je istjecanje tekućine kroz ventil za pražnjenje ili usisavanje dok se zatvara (ili sjedi). Može smanjiti izračunati pomak od 2 do 10%, ovisno o dizajnu i stanju ventila. Povećana viskoznost će takođe negativno uticati na klizanje.
Drugi važan faktor koji utječe na kapacitet pumpe s povratnim klipom je nešto što se naziva volumetrijska efikasnost (VE). VE je izražen kao postotak i proporcionalan je odnosu ukupnog volumena pražnjenja sa klipom ili klipom. Slika desno prikazuje kako dolazimo do ovog omjera.
Pokazalo se da je odnos (r) jednak (c + d) / d, gdje je d zapremina potisnuta klipom ili klipom, a c dodatna zapremina između ispusnih i usisnih ventila. Što je ovaj omjer manji, to je veća zapreminska efikasnost. Izraženo matematički, izgleda ovako:
VE = 1 - (P xbxr) - S
gdje je P tlak, b je faktor stlačivosti tekućine, r omjer volumena, a S je klizanje. Faktor stlačivosti za vodu je prilično mali (3 X 10-6 inča po kilogramu pritiska na sobnoj temperaturi), ali pri pritiscima većim od 10 000 PSI to postaje faktor.
Slika gore također jasno prikazuje princip rada ovih pumpi sa volumetrijskim pomakom. Iako na dnu hoda nema zid cilindra oko klipa, on i dalje istiskuje tekućinu jednaku njegovoj zapremini. Sada konačno možemo navesti stvarni kapacitet pumpe sa pomicanjem unazad. Sasvim je jednostavno:
Q = D x VE
Snaga
Snaga potrebna za pokretanje klipne pumpe prilično je ravna. Jednostavno je proporcionalan pritisku i kapacitetu. Snaga kočenja je:
bhp = (QXP) / (1714 X ME)
gdje je 1714 faktor konverzije bhp, a ME mehanička efikasnost. Mehanička učinkovitost je postotak snage vozača koja se ne gubi u okviru napajanja pumpe i ostalim povratnim dijelovima. Mehanička efikasnost klipne ili klipne pumpe kreće se između 80 i 95%, ovisno o brzini, veličini i konstrukciji.
PUMPE DIJAPHRAGM
Dijafragmske pumpe su recipročne pumpe s pozitivnim pomakom koje koriste fleksibilnu membranu umjesto klipa ili klipa za izmještanje ispumpane tekućine. Oni se uistinu samopuzaju (mogu se osušiti) i mogu se osušiti bez oštećenja. Oni djeluju po istom principu volumetrijskog pomaka opisanom ranije. Slika s desne strane prikazuje radni ciklus osnovne, ručno upravljane jednostruke pumpe.
Da mu je bilo jednostavnije, ona bi se takmičila sa gravitacijom. Gornji dio slike prikazuje hod usisavanja. Ručica podiže dijafragmu stvarajući djelomični vakuum koji zatvara ispusni ventil, omogućujući tekućini da uđe u komoru pumpe preko usisnog ventila. Tijekom hoda pražnjenja dijafragma se gura prema dolje i postupak se preokreće. Ručne pumpe dizajnirane su za isporuku do 30 o / min pri brzini do 15 stopa, ali stvarni kapacitet izuzetno ovisi o fizičkom stanju vozača. Na raspolaganju su i jedinice za zrak, motor i motor koji nude kapacitete do 130 gpm. Glava za usisavanje i pražnjenje varira od 15 do 25 stopa.
Primijetit ćete da, za razliku od klipova i klipova, membrana ne zahtijeva sustav brtvljenja i zato ne propuštaju. Ova značajka, međutim, isključuje mogućnost dizajna dvostrukog djelovanja. Ako je potreban gotovo kontinuirani protok, obično se koristi dvostruka dijafragma ili dupleks pumpa. Donja slika je presjek dvostruke membranske pumpe sa zračnim pogonom.
Dupla membranska pumpa koristi zajednički usisni i ispusni razvodnik spojen s dvije dijafragme, čvrsto učvršćenim osovinom. Pumpana tekućina boravi u vanjskoj komori svakog dok se komprimirani zrak usmjerava prema i iz njihove unutarnje komore. Na slici je desna komora upravo dovršila svoj usisni hod i istodobno je lijeva komora dovršila svoj hod pražnjenja. Kao što bi se očekivalo, provjera usisavanja je otvorena tako da tekućina može teći u desnu komoru, a provjera pražnjenja lijeve komore je otvorena tako da tekućina može istjecati. Osim dvostruke komore, njegov rad je isti kao i klipna pumpa sa dvostrukim djelovanjem, viđena ranije. Razlika, naravno, leži unutar unutarnjih komora i u načinu na koji se održava povratno kretanje. To se postiže ventilom za raspodjelu zraka koji u jedan komad dijafragme uvodi komprimirani zrak, a istiskuje ga iz druge. Po završetku udara ventil se okreće za 90 stepeni i dolazi do reciprokcije.
Predstavio sam ovaj odjeljak tvrdnjom da su membranske pumpe u prirodi pozitivno istiskivanje. Općenito je ovo tačna izjava, ali se mogu nazvati i „polu“ pozitivnim pomakom. Razlog za to je elastičnost dijafragme i odgovarajuće smanjenje volumetrijske učinkovitosti s povećanjem tlaka pražnjenja. Takođe, propuštanje ventila često je znatno veće od one koju imaju klipne i klipne pumpe.
AFFINITET
Iako smo skloni povezati zakone afiniteta sa centrifugalnim pumpama, drugi mehanički uređaji takođe pokazuju ove "prirodne" odnose. U slučaju pumpi s pozitivnim pomakom zakoni afiniteta vrlo su jasni.
Tok - protok se mijenja izravno s promjenom brzine. Ako se brzina rotacije udvostruči, protok se također udvostručuje.
Pritisak - Pritisak ne ovisi o promjeni brzine. Ako zanemarimo gubitke učinkovitosti, tlak generiran u bilo kojoj datoj brzini vrtnje bit će onaj koji je potreban da podrži protok.
Konjska snaga - Konjska snaga direktno se mijenja s promjenom brzine. Ako udvostručimo brzinu rotacije, trebat će dva puta veća snaga.
NPSHr - Potrebna neto pozitivna usisna glava varira od kvadrata promjene brzine. Ako udvostručimo brzinu rotacije, NPSHR se povećava za četiri.
