پمپ وسیله ای است که برای انتقال سیالات مختلف از یک مکان به مکان دیگر استفاده می شود. پمپ ها با توجه به کاربردهای مختلف انواع مختلفی دارند. پمپ رفت و برگشتی یک نوع پمپ محبوب از دسته پمپ های جابجایی مثبت است. در این مقاله به طور عمیق به جنبه های مختلف پمپ رفت و برگشتی می پردازیم.
پمپ رفت و برگشتی چیست؟
پمپ رفت و برگشتی وسیله ای مکانیکی است که انرژی مکانیکی سیال را به انرژی هیدرولیک (انرژی فشار) تبدیل می کند. از یک پیستون برای پمپاژ سیال از یک مکان به مکان دیگر استفاده می کند. از آنجا که یک پمپ رفت و برگشتی از پیستون برای اهداف پمپاژ استفاده می کند، بنابراین به عنوان پمپ پیستونی نیز شناخته می شود.
در این پمپ پیستون به صورت رفت و برگشتی به سمت بالا و پایین در داخل سیلندر پمپ حرکت می کند. هنگامی که پیستون به سمت BDC حرکت می کند، سیال را می مکد در حالی که وقتی به سمت TDC حرکت می کند، سیال را تحت فشار قرار می دهد.
پمپ رفت و برگشتی با توجه به حرکت پیستون به سمت پایین و بالا کار می کند. در مقابل، پمپ های دینامیکی از پروانه و دیفیوزر برای پمپاژ سیال از نواحی هد پایین به نواحی هد بالا استفاده می کنند. در سال 200 قبل از میلاد، پمپ رفت و برگشتی توسط کاشف یونانی Ctesibius اختراع شد.
عملکرد این کمپرسورها کاملاً به پیستون آنها بستگی دارد. اگر پیستون آسیب ببیند، پمپ های رفت و برگشتی نمی توانند مایعات را انتقال دهند. بنابراین عملکرد صحیح پیستون در این پمپ ها بسیار مهم است. در حین کار پمپ رفت و برگشتی، پیستون انرژی جنبشی سیال را تبدیل کرده و آن را به انرژی فشار تبدیل می کند.
پمپ رفت و برگشتی زمانی استفاده می شود که لازم است مقدار نسبتاً کمی از سیال تحت فشار بالا منتقل شود. این نوع پمپ در مقایسه با پمپ های گریز از مرکز برای دبی های کوچک در فشار بالا مناسب تر است.
هنگام استفاده از پمپ پیستونی، باید مقدار مشخصی مایع از مخزن وارد پمپ شود و از پایین ترین قسمت به بالاترین منطقه منتقل شود. به عنوان مثال، اگر برای سرویس شست و شوی دوچرخه می روید، می توانید بررسی کنید که آب مورد استفاده برای شستن دوچرخه از مخزن جمع آوری شده و با وارد کردن فشار از طریق نازل، روی دوچرخه اسپری می شود.
اصل کار پمپ رفت و برگشتی
پمپ رفت و برگشتی بر اساس اصل جابجایی مثبت کار می کند. پمپ پیستونی رفت و برگشتی متشکل از پیستونی است که در یک سیلندر به جلو و عقب حرکت می کند. پیستون با یک میل لنگ با کمک شاتون متصل می شود. این پیستون با حرکت شاتون به دلیل حرکت میل لنگ حرکت می کند. میل لنگ به موتوری متصل می شود که آن را می چرخاند.
سیلندر پمپ به یک لوله مکش و یک لوله تخلیه با یک شیر مکش و یک شیر تخلیه متصل می شود. دریچه های ورودی و خروجی مانند گیت های بازرسی عمل می کنند که به سیال اجازه می دهد در یک جهت جریان یابد. سیال از طریق دریچه ورودی به داخل سیلندر مکیده می شود. سیال از طریق شیر خروجی از سیلندر پمپ خارج می شود.
یک پمپ رفت و برگشتی به روش زیر عمل می کند:
همانطور که در شکل بالا می بینید، زمانی که میل لنگ در موقعیت A قرار دارد، پیستون در سمت چپ داخل سیلندر قرار دارد. هنگامی که میل لنگ از A به C می چرخد (θ = 0 تا 180 درجه)، پیستون در سیلندر به سمت راست حرکت می کند.
در حین حرکت پیستون به سمت راست، خلاء جزئی در داخل سیلندر ایجاد می شود. با این حال، فشار اتمسفر بر روی سطح سیال در مخزن اعمال می شود و این فشار بیشتر از فشار در سیلندر است.
به دلیل اختلاف فشار داخلی سیلندر و فشار پمپ، پمپ سیال را از مخزن به لوله مکش می کشد.
سیال دریچه ورودی پمپ را باز می کند و شروع به ورود به داخل سیلندر می کند. با تکمیل فرآیند مکش، میل لنگ از C به A می چرخد (θ = 180 درجه تا θ = 360 درجه)، و پیستون نیز از موقعیت سمت راست سیلندر به سمت چپ حرکت می کند.
هنگامی که پیستون داخل سیلندر به سمت چپ حرکت می کند، حجم سیلندر را کاهش می دهد. به همین دلیل، فشار سیال داخلی سیلندر بیشتر از فشار اتمسفر می شود.
هنگامی که پیستون سیال را تحت فشار قرار می دهد و فشار داخلی سیلندر از فشار اتمسفر بیشتر می شود، دریچه ورودی بسته می شود و دریچه تخلیه باز می شود و سیال به لوله تحویل و به محل مورد نظر می رسد.
قطعات پمپ پیستونی
اجزای اصلی پمپ پیستونی یا رفت و برگشتی به تفصیل در زیر آورده شده است.
- شیر مکش (suction valve)
- لوله مکش (suction pipe)
- شیر تحویل یا تخلیه ( Delivery valve)
- لوله تحویل یا تخلیه (Delivery pipe)
- سیلندر (cylinder)
- شاتون یا میله ی اتصال (connecting rod)
- میل لنگ (crank)
- پیستون و میله پیستون (Piston and piston rod)
- مخزن هوا (Air Vessel)
- صافی (Strainer)
- شیر یا سوپاپ مکش
این شامل مهمترین اجزای پمپ رفت و برگشتی است. شیر مکش یا ورودی یک شیر یک طرفه است. به عبارت دیگر، این نوع شیر اجازه جریان را تنها در یک جهت می دهد. سوپاپ مکش بین سیلندر و لوله مکش قرار می گیرد. با تخلیه مایع، این دریچه باز می شود و در حین مکش بسته می باشد.
2) لوله مکش
لوله مکش برای کشیدن آب از مخزن ذخیره به داخل سیلندر پمپ استفاده می کند. این قسمت از پمپ رفت و برگشتی شیر ورودی را به مخزن متصل می کند. در واقع ورودی پمپ را به مخزن آب متصل می کند.
3) شیر تخلیه
شیر تخلیه از قسمت های ضروری پمپ رفت و برگشتی حساب می شود. همچنین این شیر از نوع یک طرفه است. این شیر بین لوله تحویل و سیلندر ارتباط برقرار می کند.
در طول فرآیند مکش، این دریچه بسته می شود در حالی که در طول فرآیند تخلیه سیال باز می شود.
4) لوله تخلیه
لوله تخلیه برای رساندن سیالات از سیلندر پمپ به ارتفاع یا موقعیت مورد نظر استفاده می شود و مستقیماً به شیر تحویل سیلندر پمپ پیستونی متصل می شود.
5) سیلندر
از چدن یا فولاد آلیاژی برای ساخت سیلندر پمپ استفاده می شود. میله پیستون و خود پیستون در سیلندر پمپ قرار می گیرند. سیال از سوپاپ مکش به داخل سیلندر کشیده می شود.
پیستون برای افزایش فشار در داخل سیلندر به جلو و عقب حرکت می کند. سیلندر به یک شیر تخلیه وصل می شود که از آنجا سیال به لوله تخلیه انتقال داده می شود.
6) میله ی اتصال یا شاتون
میله ی اتصال بین پیستون و میل لنگ ارتباط برقرار می کند. این قسمت از پمپ، پیستون را به میل لنگ متصل می کند. هنگامی که میل لنگ می چرخد، میله اتصال نیز می چرخد. شاتون چرخش میل لنگ را به حرکت خطی پیستون تبدیل می کند.
7) میل لنگ
میل لنگ جزء ضروری پمپ جابجایی مثبت است. این یک دیسک جامد است که از طریق شاتون به پیستون متصل می شود. میل لنگ مستقیماً به موتور الکتریکی متصل است. زمانی که موتور الکتریکی به آن نیرو می دهد می چرخد.
8) پیستون و میله پیستون
پیستون و میله پیستون از مهمترین قسمت های پمپ رفت و برگشتی هستند. پیستون یک قطعه فلزی جامد است. پیستون برای مکش و خروج سیال داخل سیلندر به جلو و عقب حرکت می کند. هنگامی که به سمت عقب حرکت می کند، هوا را به داخل سیلندر می مکد و هنگامی که به سمت جلو حرکت می کند، مایع را تحویل می دهد. پیستون به دلیل حرکت میل لنگ حرکت می کند. میله پیستون از پیستون در حرکت خطی پشتیبانی می کند.
9) مخزن هوا
این قطعه رفت و برگشتی به لوله های تخلیه و مکش متصل می شود. نیاز به سرهای اصطکاکی را از بین می برد. همچنین، نرخ تخلیه یکنواختی را فراهم می کند.
10) صافی
در انتهای لوله مکش فیلتری وجود دارد که ورود ذرات جامد از منبع آب به داخل سیلندر را متوقف می کند. در غیر این صورت، ذرات جامد مانع از تحویل می شوند.
انواع پمپ های رفت و برگشتی
پمپ رفت و برگشتی دارای انواع عمده زیر است.
1) پمپ تک مرحله ای
در این نوع پمپ های رفت و برگشتی تنها از یک سیلندر برای فشرده سازی آب استفاده می شود. این پمپ ها نسبت به پمپ های دو مرحله ای بازده کمتری دارند. اما اینها قیمت پایینی دارند و نسبت به پمپ های دو مرحله ای نیاز به نگهداری کمتری دارند.
2) پمپ دو مرحله ای
همانطور که از نام این پمپ پیداست پمپ دو مرحله ای از دو سیلندر برای فشرده سازی آب استفاده می کند. اول از همه، آب یا هر سیال دیگری را در سیلندر 1 می مکد، جایی که پیستون فشار خود را افزایش می دهد و سپس به سیلندر دوم می فرستد. در سیلندر دوم، پیستون دیگری فشار سیال را افزایش می دهد. پس از این، سیال به ناحیه مورد نظر پمپ می شود.
3) پمپ رفت و برگشتی تک اثر
در پمپ رفت و برگشتی تک اقدام، فقط یک طرف پیستون کار می کند در حالی که طرف دیگر ثابت است. فقط یک طرف پیستون برای هدف مکش و تحویل استفاده می شود. به عبارت ساده، حرکت اول پیستون آب را به داخل سیلندر می مکد در حالی که حرکت دوم انرژی جنبشی آب را به انرژی فشار تبدیل می کند و فشار آن را افزایش می دهد.
برای خرید پمپ کف کش کلیک کنید.
4) پمپ رفت و برگشتی دو اثر
در پمپ های رفت و برگشتی دو کاره، هر دو طرف پیستون کار می کنند. به عبارت ساده زمانی که پیستون به عقب حرکت می کند مایع را به درون سیلندر می مکد و زمانی که به جلو حرکت می کند حجم مایع را کاهش داده و فشرده می کند.
برای خرید پمپ لجن کش کلیک کنید.
5) پمپ رفت و برگشتی با مخزن هوا
یک پمپ رفت و برگشتی با یک پمپ مخزن هوا دارای یک محفظه بسته است که حاوی مایع در قسمت پایین و هوا در قسمت بالایی محفظه است. این محفظه دارای یک دهانه در پایین است که از آنجا مایع می تواند به داخل یا خارج از محفظه حرکت کند. علاوه بر این، این ظرف دارای یک دریچه ورودی و خروجی است که هوا از آنجا وارد و تخلیه می شود.
6) پمپ پیستونی رفت و برگشتی
معروف ترین و رایج ترین نوع پمپ رفت و برگشتی است. این پمپ برای پمپاژ سیال به جای تلمبه از پیستون استفاده می کند. در این پمپ پیستون به جلو و عقب حرکت می کند. این برای پمپاژ سیال در نواحی با هد بالا استفاده می شود.
7) پمپ دیافراگمی
پمپ دیافراگمی یک پمپ جابجایی مثبت است که از یک دیافراگم تفلونی، ترموپلاستیکی یا لاستیکی استفاده می کند. یک دیافراگم توسط دریچه هایی احاطه شده است. این پمپ به پمپ غشایی نیز معروف است. با ایجاد موقتی خلاء کار می کند.
8) پمپ پلانجر
این پمپ های رفت و برگشتی به جای پیستون از پلانجر استفاده می کنند. در این پمپ ها حرکت پلانجر همانند پیستون است. پمپ پلانجر برای کاربردهای پمپاژ مواد شیمیایی، آب شور و روغن بهترین است.
این پمپ ها وزن کم، چگالی کم، نیاز به تعمیر و نگهداری کم و دوام بالا دارند. پمپ های پلانجر در صنایع نوشیدنی، مواد غذایی، پتروشیمی، گاز، نفت، هسته ای، معدن و پزشکی کاربرد دارند. اینها مقاومت بالایی در برابر ضربه، شوک حرارتی، لرزش و سایش دارند. پمپ پلانجر طراحی فشرده ای دارد و تعمیر و نگهداری آسانی دارد.
چگونه بازده پمپ رفت و برگشتی را محاسبه کنیم؟
چگونه بازده پمپ رفت و برگشتی را محاسبه کنیم؟بازده یا راندمان یک پمپ نسبت بین توان خروجی و توان ورودی است. فرمول زیر می تواند بازده پمپ رفت و برگشتی را محاسبه کند:
Efficiency = output power / input power
بازده = توان خروجی تقسیم بر توان ورودی
در معادله فوق، توان خروجی را می توان با ضرب دبی سیال در افزایش فشار محاسبه کرد. در حالی که توان ورودی را می توان با ضرب گشتاور در سرعت محاسبه کرد. برای محاسبه توان ورودی و خروجی از فرمول های زیر استفاده کنید:
Out Power = Pressure Rise * Flow
توان خروجی = افزایش فشار * جریان
Input Power = Torque * Speed
قدرت ورودی = گشتاور * سرعت
راندمان حجمی و راندمان مکانیکی نیز نوعی بازده پمپ هستند.
راندمان مکانیکی مربوط به فشار و گشتاور است. راندمان مکانیکی پمپ شما نشان می دهد که پمپ چقدر گشتاور ورودی را به فشار خروجی تبدیل می کند.
راندمان حجمی به سرعت و دبی مربوط می شود. راندمان حجمی نشان می دهد که پمپ چقدر سرعت ورودی را به جریان خروجی تبدیل می کند.
بنابراین، راندمان کلی یک پمپ رفت و برگشتی برابر است با حاصلضرب راندمان حجمی و راندمان مکانیکی.
با استفاده از معادلات زیر می توانید به راحتی دبی Q))، گشتاور T))، توان شفت و توان هیدرولیک پمپ خود را محاسبه کنید:
در معادلات فوق، توان شفت نشان دهنده توان ورودی و توان هیدرولیک نشان دهنده توان خروجی است.
مزایا و معایب پمپ های رفت و برگشتی
پمپ رفت و برگشتی دارای مزایا و معایب زیر است:
مزایای پمپ های رفت و برگشتی
برای ارائه مکش در هد بالا استفاده می شود.
این پمپ های جابجایی مثبت نیازی به فرآیند پرایمینگ مانند شیر فشار ندارند.
این پمپ به دلیل حرکت پیستون کار می کند، در حالی که پمپ های دینامیکی بر اساس سرعت چرخش پروانه کار می کنند.
نرخ تحویل مداوم را نشان می دهد.
مشکل پرایمینگ ندارد.
این پمپ ها مشکل کاویتاسیون یا حفره زایی ندارند.
معایب پمپ های رفت و برگشتی
این پمپ ها نیاز به تعمیر و نگهداری بالایی دارند.
اکثر قطعات آن دچار ساییدگی و پارگی می شوند.
سرعت جریان پایینی دارد.
هزینه بالایی دارد.
این پمپ ها برای مایعات چسبناک خیلی مناسب نیستند.
از نظراندازه بسیار حجیم و سنگین است.
گشتاور یکنواختی ارائه نمی دهد.
نیاز به هزینه نگهداری بالایی دارد.
کاربردهای پمپ رفت و برگشتی
مورد استفاده در صنایع حفاری نفت.
برای پمپاژ سبک روغن استفاده می شود.
پمپ رفت و برگشتی در سیستم پنوماتیک استفاده می شود.
تامین دیگ های بخار کوچک با میعانات گازی.
برای باد کردن لاستیک دوچرخه.
مورد استفاده در صنعت گاز طبیعی
مورد استفاده در صنعت پتروشیمی
کاربرد پمپ پیستونی در پالایشگاه های نفت.
مورد استفاده در مرکز سرویس شست و شوی وسایل نقلیه و غیره