پمپ پیستونی
1403-08-13 1403-08-12 22:37پمپ پیستونی
پمپ پیستونی چیست؟
پمپ پیستونی نوعی پمپ جابه‌جایی مثبت محسوب می‌شود. از پمپ‌های پیستونی می‌توان برای پمپاژ و انتقال سیالات یا فشردن گازها استفاده کرد. آنها می‌توانند در مقادیر مختلفی از فشار کار کنند.
پمپ پیستونی یا همان واترجت یک پمپ جابه‌جایی مثبت است. این نوع پمپ عملیات پمپاژ را با حرکت رفت و برگشتی پیستون در سیلندر انجام می‌دهد. پمپ‌های پیستونی در مواقعی که احتیاج است فشار در خروجی زیاد باشد، مورداستفاده قرار می‌گیرند و این فشار به‌صورت میانگین معمولاً بین 100 تا 1000 مرتبه است. البته توجه به این نکته ضروری است که بدون فشار زیاد روی میزان جریان نیز می‌توان عملیات فشار بالا را به دست آورد. همچنین این پمپ ها می‌توانند با محیط چسبناک و محیط حاوی ذرات جامد مقابله کنند. همان‌طور که پیش از این نیز گفته شد، پمپ‌های پیستونی غالباً در سناریوهایی که به فشار زیاد و مداوم نیاز دارند و در سیستم‌های آبیاری یا تحویل آب استفاده می‌شوند.
موارد استفاده از پمپ‌های پیستونی
پمپ پیستونی در تولید آبپاش‌های فشارقوی که در صنایع مختلف همچون کارواش‌ها مورداستفاده قرار میگیرد کاربرد دارد. این پمپ‌ها فشاری زیاد و دبی پایینی دارند و با توجه به خصوصیات مکانیکی‌شان در صنایع مختلف مورداستفاده قرار می‌گیرند. یکی دیگر از کاربردهای این نوع پمپ‌ها علاوه بر شستشو و کارواش در تولید نوشابه‌های گازدار است. در کارگاه‌های تولید این محصول پمپ پیستونی آب گرم کاربرد دارد. در دستگاه‌های تولید آب شیرین در تصفیه‌خانه‌ها نیز پمپ‌های پیستونی که جنس استیل دارند، کاربردی هستند.
انواع پمپ پیستونی
پمپ‌های پیستونی دو نوع اصلی دارند که هر دو نوع می‌توانند هم به‌صورت دستی و هم به‌صورت ماشینی و با موتور کار کنند. علاوه بر دو نوع اصلی پمپ‌های پیستونی، انواع دیگری نیز از این نوع پمپ وجود دارند که پمپ پیستون محوری، محوری خم شده، محوری خطی و شعاعی نمونه‌ای از آنها هستند. دو نوع اصلی پمپ‌های پیستونی به شرح زیر است:
- پمپ‌های بالابر
- پمپ‌های نیرو
پمپ پیستونی بالابر
در پمپ پیستونی بالابر، ضربه بالایی پیستون، آب را از طریق یک سوپاپ به قسمت پایین سیلندر می‌کشد. در سراشیبی، آب از دریچه‌های تنظیم شده در پیستون به قسمت بالای سیلندر عبور می‌کند. در سراشیبی بالایی بعدی، آب از قسمت بالای سیلندر از طریق یک جرقه تخلیه می‌شود. این نوع پمپ با ارتفاع آبی که می‌تواند توسط فشار هوا در برابر خلأ پشتیبانی شود، محدود می‌شود.
پمپ نیرو
در یک پمپ نیرو، ضربه بالایی پیستون آب را از طریق یک سوپاپ ورودی به داخل سیلندر می‌کشد. در سراشیبی، آب تخلیه می‌شود. باید یک دریچه خروجی به طور کامل در لوله خروجی قرار گیرد.
پمپ محوری
پمپ‌های محوری به دلیل طراحی پروانه، پمپ پروانه نیز نامیده می‌شوند. این پمپ‌ها جریان مایعات را به‌صورت مارپیچی مانند در امتداد محور فشار می‌دهند.
پمپ‌های پیستونی محوری کاربردهای مختلفی دارند، از جمله پیچ‌های بزرگ محرک یا استفاده برای جت‌ها. آنها می‌توانند در دمای حداکثر 248 درجه فارنهایت کار کنند و از انواع دیگر پمپ، از جمله پمپ‌های محوری و پیستونی محوری درون خطی تشکیل شده‌اند. این پمپ‌ها برای تولید جریان‌های زیاد مایعات ایده‌ال هستند و در سیلاب‌های آبگیری ضروری هستند.
پمپ محوری خطی
پمپ‌های پیستونی محوری خطی از جمله پمپ‌های پیستونی بسیار کارآمد هستند. این نوع پمپ‌های پیستونی محوری برای مدیریت جریان‌های زیاد مایعات ایده‌آل هستند و آنها را برای فشار دادن آب مناسب می‌کنند. این نوع پمپ به همان روش پمپ محور خم شده کار می‌کند اما دارای قابلیت چرخشی کمتری است. با این حال، توانایی آن در تولید فشار به‌اندازه کافی آن را به یک نوع بسیار قابل‌اعتماد پمپ پیستون محوری تبدیل می‌کند که برای انواع برنامه‌ها کاربرد دارد.
پمپ محوری خم شده
این نوع پمپ پیستون هیدرولیک دارای انعطاف‌پذیری بیشتری نسبت به پمپ پیستونی محوری درون خطی است. زیرا می‌تواند تا 20 درجه بیشتر از پمپ درون خطی تا 40 درجه خم شود. طراحی آن همچنین به شما امکان می‌دهد تا با سرعت بیشتری نسبت به پمپ‌های درون خطی چرخش داشته باشید. این پمپ‌ها با خم شدن بلوک سیلندر روی محور خود کار می‌کنند که باعث چرخش آن در یک زاویه می‌شود.
پمپ شعاعی
پمپ‌های پیستونی شعاعی با فشار دادن جریان مایع به بیرون، انرژی را به سیستم‌های سیال توزیع می‌کنند. پمپ‌های پیستونی شعاعی قادر به ایجاد مقادیر زیادی فشار هستند و این باعث می‌شود فرم‌های بسیار قابل‌اعتماد و کارآمد از پمپ‌های پیستون هیدرولیک تولید شود. این پمپ‌ها در کاربردهای مختلف از جمله آزمایش دکل، ماشین‌آلات و تولید انرژی بسیار مهم هستند.
ساختار کلی پمپ پیستونی
پمپ پیستونی از لحاظ سطحی و ظاهری شبیه موتور اتومبیل است و یک آرایش تک سیلندر ساده دارد. بااین‌وجود، چنین پمپ ساده‌ای، با تحمل یک پالس مایع در هر دور، پالس‌های فشار غیرقابل‌قبول زیادی را به سیستم وارد می‌کند؛ بنابراین پمپ‌های پیستونی در واقع از چندین سیلندر و پیستون استفاده می‌کنند تا مایعات را صاف و یک‌دست کنند. باید گفت که در طراحی پمپ‌های چند سیلندر که به طرز شگفت‌انگیزی جمع‌وجور هستند، نبوغ زیادی به‌کاررفته است.
شکل رو به رو یک پمپ پیستونی شعاعی را نشان می‌دهد. پمپ شامل چندین پیستون توخالی در داخل یک گروه سیلندر ثابت است. هر پیستون دارای دریچه‌های ورودی و خروجی فنردار است. با چرخش بادامک داخلی، مایع نسبتاً نرم و روان از درگاه ورودی به درگاه خروجی منتقل می‌شود.
در این پمپ نیز تقریباً از همان اصل استفاده شده است، اما یک بادامک ثابت و یک بلوک سیلندر چرخان وجود دارد. این آرایش به چندین دریچه ورودی و خروجی نیاز ندارد و در نتیجه ساده‌تر، قابل‌اطمینان‌تر و ارزان‌تر است و جای تعجب نیست که بیشتر پمپ‌های پیستونی شعاعی این ساختار را دارند. پمپ‌های پیستونی شعاعی مانند پمپ‌های دنده‌ای و پره‌ای می‌توانند با استفاده از چندین مجموعه رانده شده از یک شافت مشترک، جابه‌جایی بیشتری را ایجاد کنند.
بخش‌های اصلی در پمپ پیستونی شامل قسمت‌های زیر است:
- سیلندر
- پیستون
- شیر خروجی پیستون
متریال استفاده شده در پمپ‌های پیستونی
مواد مورداستفاده برای طراحی پمپ پیستونی عمدتاً به کاربرد پمپ بستگی دارد. پوشش و سیلندر باید دارای مقاومت کافی بوده و همچنین مجبور باشند تا در مجاورت شرایط محیط کار، دستگاه را سالم نگه دارند. چدن قدرت کشش، استحکام و مقاومت بالایی در برابر خراش در مقابل نیروی زیاد را ارائه می‌دهد.
مواد پلاستیکی ارزان هستند و همچنین مقاومت گسترده‌ای در برابر زنگ‌زدگی و همچنین در برابر حمله مواد شیمیایی دارند و در برخی پمپ‌های پیستونی مورداستفاده قرار می‌گیرند. آلیاژهای فولاد ضدزنگ و فولاد، ایمنی در برابر زنگ‌زدگی و مواد شیمیایی را ایجاد می‌کنند و دارای قدرت کششی بیشتر در مقایسه با پلاستیک‌ها هستند.
انواع دیگر مواد مورداستفاده برای طراحی پمپ عمدتاً شامل آلومینیوم، برنج، برنز، سرامیک و آلیاژ نیکل است. با همه این حرف‌ها پمپ‌های پیستونی اغلب از جنس برنج ساخته می‌شوند یا به عبارتی پمپ‌های برنجی کاربرد بیشتری دارند، اما پمپ‌هایی هم تولید می‌شوند که آلومینیومی باشند.
می‌توان گفت بیشترین استفاده از پمپ‌های پیستونی در کارواش‌ها است. پمپ‌هایی که در کارواش مورداستفاده قرار می‌گیرند، پمپ پیستونی 200 بار هستند، این در حالی است که پمپ‌های 100 و 110 بار نیز از پمپ‌های پرمصرف و پرفروش در بازار هستند که در مه پاش‌ها و سیستم میست استفاده می‌شوند.
پمپ پیستونی چگونه کار می‌کند؟
پمپ‌های پیستونی دستگاه‌هایی بادوام و نسبتاً ساده هستند. پمپ پیستونی پایه از پیستون، محفظه و دو سوپاپ تشکیل شده است. پمپ با حرکت پیستون به داخل محفظه کار می‌کند، در نتیجه باعث فشرده‌سازی محیط داخل می‌شود.
در پمپ هیدرولیک، نوعی مایع داخل محفظه است که اغلب آب یا روغن است. هنگامی‌که فشار مایع از فشار فنر دریچه خروجی بیشتر شد، سیال فشرده شده از دریچه خروجی باز عبور می‌کند. وقتی‌که پیستون به عقب کشیده می‌شود، سوپاپ ورودی را بازکرده و دریچه خروجی را می‌بندد. در نتیجه با استفاده از مکش سیال را پمپاژ می‌کند.
پمپ پیستونی از کارآمدترین انواع پمپ‌ها هستند. آنها دارای درجه فشار عالی (بالغ‌بر 10،000 psi)هستند، اما طراحی آنها به‌گونه‌ای است که محیط را تا حدودی در معرض آلاینده‌ها قرار می‌دهد. این نوع پمپ‌ها کاربرد پمپاژ روغن هیدرولیک فشار بالا را ارائه می‌دهند. پمپ‌های هیدرولیک در دسته ماشین‌های جابه‌جایی مثبت هستند که در کاربردهای سیالات برای تأمین جریان هیدرولیکی دستگاه‌های مایع مانند سیلندرها، موتورها و سایر دستگاه‌ها استفاده می‌شوند.
مزایا و معایب استفاده از پمپ پیستونی
استفاده از پمپ پیستونی مزایای بسیاری دارد که در ادامه به برخی از این مزیت‌ها می‌پردازیم.
این پمپ‌ها دارای دامنه فشار گسترده‌ای هستند و می‌توانند به فشارهای بالایی برسند و در نتیجه به‌وسیله آنها می‌توان فشار را تحت تأثیر قرارداد بدون اینکه بر سرعت جریان تأثیر گذاشت. پمپ‌های پیستونی همچنین دارای سرعت تخلیه مداوم هستند. تغییرات فشار و میزان تخلیه حداقل تأثیر را بر عملکرد آنها دارند. پمپ‌های پیستونی در صورت طراحی صحیح شیرآلات، می‌توانند مایعات چسبناک، حجم زیاد گاز و جامدات را نیز منتقل کنند.
استفاده از این پمپ‌ها البته می‌تواند معایبی هم داشته باشد اگر چه شاید معایب این دسته از پمپ‌ها در مقایسه با مزایای آنها چندان با اهمیت نباشد. در ادامه به برخی از این معایب اشاره شده است.
هزینه پمپ‌های پیستونی در واحد کار در مقایسه با پمپ‌های سانتریفیوژ و غلتک بیشتر است. قطعات مکانیکی آنها مستعد سایش هستند، بنابراین هزینه‌های نگهداری می‌تواند زیاد باشد. برای عبور مواد جامد بزرگ، شیرآلات باید در برابر ساینده مقاوم باشند. پمپ‌های پیستونی به دلیل بزرگ بودن و وزن میل‌لنگ محرک پمپ، سنگین هستند.
سخن پایانی
پمپ‌های پیستونی که به آنها پمپ‌های رفت و برگشتی نیز گفته می‌شود، می‌توانند توسط یک موتور الکتریکی، بخار یا توربین، مکانیزم محرک هیدرولیک را تأمین کنند. این پمپ‌ها توانایی فشارهای دیفرانسیل تا 10،000 پوند بر اینچ مربع (psi) را دارند.
یک پمپ پیستونی با استفاده از حرکت رفت‌وبرگشت یک میله پیستون، مایع را در امتداد یک محور از طریق یک محفظه استوانه‌ای‌شکل حرکت می‌دهد. با حرکت پیستون از طریق سیلندر، فشار جمع شده و مایع از طریق پمپ پمپاژ می‌شود. سیالی که از طریق پمپ جریان دارد به دلیل حرکت پیستون از طریق سیلندر حرکت می‌کند. کاربردهای پمپ پیستونی عمدتاً شامل انتقال رنگ، شیرینی، شکلات و در کارواش‌ها، مه پاش‌ها و غیره است. اندازه لوله‌ها در این پمپ‌ها برای استفاده در صنایع مختلف، متفاوت است. انواع پمپ‌های پیستونی به‌صورت شعاعی و محوری نیز در کاربردهای پیشرفته صنعتی استفاده می‌شود.
