Pumpe s pozitivnim pomakom
Dio I - Pumpne pumpe
Postoje mnoge izvedbe crpki koje spadaju u kategoriju pozitivnih premještanja, ali uglavnom se mogu podijeliti u dvije osnovne skupine. Povratna skupina djeluje preko klipa, klipa ili membrana, dok rotacijske pumpe koriste zupčanike, režnjeve, vijke, krilce i peristaltičko djelovanje. Njihova zajednička konstrukcijska nit je da se energija dodaje u pumpanu tekućinu samo periodično, gdje se u dinamičkim crpkama dodaje kontinuirano.
PUMPE PUMPE I PLUMERA
Klipna pumpa jedna je od najčešćih povratnih pumpi, a prije razvoja brzih pokretača koji su povećali popularnost centrifuga, ona je bila pumpa izbora za širok raspon primjena.
Danas se najčešće vide u malim pritiscima, umjerenim (do 2000 PSI) tlačnim primjenama. Njegov bliski rođak, klip pumpa, dizajniran je za veće pritiske do 40 000 PSI. Glavna razlika između njih je metoda brtvljenja cilindara. Kod klipne pumpe sistem brtvljenja (prstenovi, pakiranje itd.) Je pričvršćen na klip i kreće se s njim tijekom njegovog hoda. Sustav brtvljenja pumpe za klip je nepomičan i klip se kreće kroz nju tijekom svog hoda.
Povratne crpke djeluju na principu da će krutina istisnuti volumen tekućine jednak njegovom vlastitom volumenu. Slika desno je generička klipna pumpa s dvostrukim djelovanjem. Ako bismo uklonili dva ventila na lijevoj strani slike i zamijenili ih produžetkom cilindra, imali bismo pumpu s jednim djelovanjem. Crpka 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 s jednom radnom pumpom se zatvara i omogućuje ulazak tekućine u cilindar preko usisnog ventila. Kada klip promijeni smjer (uzvrati) usisni ventil se zatvara i kroz ispusni ventil se ispušta voda. Kod pumpe s dvostrukim djelovanjem događa se isti slijed tijekom oba udara i gotovo dva puta više tekućine se ispušta po jedinici vremena.
Pritisak
Glava stvorena centrifugalnom crpkom ovisi o brzini koju fluid daje kroz svoj propeler. Stoga će za svaki zadani promjer rotora i brzinu vrtnje glava biti maksimalna, jednaka količini. Nije tako za klipne pumpe. Iako će imati maksimalan stupanj radnog tlaka, najveći postignuti tlak (P) ovisi o primjeni.
Nasuprot zatvorenom ispusnom ventilu pritisak je ograničen samo sposobnošću pokretača i čvrstoćom upotrijebljenih materijala. Samo "točka loma" neke komponente ograničava tlak pražnjenja. Zbog toga se mora osigurati neki oblik oslobađanja tlaka ako aplikacija može prijeći nazivnu vrijednost tlaka crpke.
Kapacitet
Kapacitet (Q) klipa ili klipne pumpe s jednim djelovanjem proporcionalan je njegovom pomaku (D) po jedinici vremena. Zapremina je izračunati kapacitet crpke, uz pretpostavku 100% -tne hidrauličke učinkovitosti, a proporcionalan je površini 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 nekoliko čimbenika. 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 također će negativno utjecati na klizanje.
Drugi važan faktor koji utječe na kapacitet pumpe s povratnim klipom je nešto što se naziva volumetrijska učinkovitost (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 omjer (r) jednak (c + d) / d gdje je d volumen pomaknut klipom ili klipom, a c dodatni volumen između ispusnih i usisnih ventila. Što je ovaj omjer manji, to je veća volumetrijska učinkovitost. Matematički izraženo, 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 on postaje faktor.
Slika gore također jasno prikazuje princip rada ovih pumpi s volumetrijskim pomakom. Iako na dnu hoda nema zid cilindra oko klipa, on i dalje istiskuje tekućinu jednaku njegovom vlastitom volumenu. Sada konačno možemo navesti stvarni kapacitet pumpe s pomicanjem unazad. Sasvim je jednostavno:
Q = D x VE
Vlast
Snaga potrebna za pokretanje klipne pumpe prilično je naprijed. Jednostavno je proporcionalan pritisku i kapacitetu. Snaga kočenja je:
bhp = (QXP) / (1714 X ME)
gdje je 1714 faktor konverzije bhp, a ME mehanička učinkovitost. Mehanička učinkovitost je postotak snage pokretača koja se ne gubi u okviru napajanja crpke i ostalim povratnim dijelovima. Mehanička učinkovitost klipne ili klipne pumpe kreće se između 80 i 95%, ovisno o brzini, veličini i konstrukciji.
DIJAPHRAGMNE PUMPE
Dijafragmske pumpe su međusobno pomične pumpe s pozitivnim pomakom koje upotrebljavaju 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 ranije opisanom volumetrijskom pomaku. Na slici desno je prikazan radni ciklus osnovne ručne membranske pumpe.
Da mu je bilo jednostavnije, ona bi se takmičila s 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 je obrnut. 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. Oboje 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 neprekinuti 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 povezane osovinom. Pumpana tekućina boravi u vanjskoj komori svakog dok se komprimirani zrak usmjerava u i iz njihovih unutarnjih komora. Na slici je desna komora upravo završila 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 je rad sličan ranije klipnoj pumpi s dvostrukim djelovanjem. Razlika, naravno, nalazi se unutar unutarnjih komora i u načinu na koji se održava povratno gibanje. 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 stupnjeva i dolazi do uzajamnosti.
Predstavio sam ovaj odjeljak tvrdnjom da su dijafragmske pumpe po prirodi pozitivna pomaka. Općenito je ovo točna izjava, ali oni se mogu nazvati i „polu“ pozitivnim pomakom. Razlog za to je elastičnost dijafragme i odgovarajuće smanjenje volumena s povećanjem tlaka pražnjenja. Također, propuštanje ventila često je znatno veće od one koju imaju klipne i klipne pumpe.
AFINITETA
Iako smo skloni povezati zakone afiniteta s centrifugalnim crpkama, drugi mehanički uređaji također pokazuju ove "prirodne" odnose. U slučaju pumpi s pozitivnim pomakom zakoni afiniteta vrlo su ravni.
Protok - protok izravno varira s promjenom brzine. Ako se brzina rotacije udvostruči, protok se također udvostručuje.
Tlak - Tlak je neovisan o promjeni brzine. Ako zanemarimo gubitke učinkovitosti, tlak generiran pri bilo kojoj određenoj brzini vrtnje bit će onaj koji je potreban da podrži protok.
Konjska snaga - Konjska snaga izravno 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.
