پمپهای پلانجری

پمپهای پلانجری

پمپهای پلانجری

اساس و عملکرد در پمپهای پلانجری :

فرض کنيد که بر روی سطحی ايستاده ايد.وزن شما به سطح نيرويی وارد می کند يا به عبارتی نيروی فشاری به سطح وارد می شود .اگر اندازه اين نيروی فشرنده را بر مساحت سطح تماس تقسيم کنيم فشار وارد برسطح بدست خواهد آمد . واحد آن نيوتن برمتر مربع است که پاسکال ناميده ميشود.

حال ستونی از مايع با ارتفاع hو مساحت مقطع A را در نظر بگيرد.حجم اين ستون مايع V=A.hو جرم آن m=v.pخواهد بود.pچگالی ماطع است بنابراين جرم مايع برابر باp.A.h خواهد بود .

نيروی فشاری وارد شده در عمق hهم اندازه وزن ستون مايع بوده و برابر با p.g.hخواهد بود. مايعات در جو زمين معمولا در سطوحی با هوا تماس دارند.هوا در سطوح تماس به مايعات فشاری معادل 5  Ù10پاسکال يا يک اتمسفر وارد می کند.فشارمايع در تمامی نقاطی که در يک فاصله از سطح آزاد مايع قرار دارند يکسان است .

يک لوله شيشه ای رادرداخل ظرفی ازمايع قرار می دهيم.آب به اندازه ارتفاع داخل ظرف درلوله بالا خواهد رفت.همانطور که قبلا هم گفته شد فشارمايع درتمامی نقاطی که دريک فاصله از سطح آزاد مايع قرار دارند يکسان است .چوب پنبه ای رادرانتهای لوله قرار داده و لوله را درداخل ظرف قرار می دهيم .آرام آرام چوب پنبه را به سمت بالامی کشيم .آب درداخل لوله شروع به بالا رفتن می کند.سئوال اينجاست که چه عاملی باعث بالارفتن آب در داخل لوله شده وآب تا چه ارتفاعی بالا خواهد رفت؟در حقيقت زمانی که پيستون به سمت

پمپهای پلانجری

بالا کشيده می شود،در داخل لوله خلائ ايجاد می شود .يعنی هيچ هوايی در داخل لوله وجود نخواهد داشت.از طرفی همانطور که قبلا گفته شد فشار مايع درتمام نقاط که دريک فاصله ازسطح آزاد مايع قرار دارند يکسان است .اگر لوله کاملا صاف و صيقلی باشد ودر داخل لوله هنگام کشيدن چوپ پنبه هوايی وجود نداشته باشد،فشار در سطح مقطع Aبايد يک اتمسفر باشدبنابراين آب درلوله بالا خواهدرفت تا ستون آب بتواند در سطح مقطع Aارتفاع يک اتمسفر را تامين کند .

زمانی که شمابرای خوردن مايعات از نی استفاده می کنيددرحقيقت ازهمان اصل پيروی می کنيد.يعنی با مکيدن،

هوای داخل نی را خارج کرده و در نی خلاءايجاد می کنيد.بنابراين فشار هوای وارد بر سطح سيال باعث بالا رفتن سيال در نی خواهد شد.

آب تا ارتفاع 10متر در لوله بالا می رود.اگر بتوان با روشی سيالی را که تا اين ارتفاع بالا آمده از آن خارج کنيم در حقيقت توانسته ايم که به يک پمپ رفت و برگشتی دسترسی پيدا کنيم.پمپهای رفت و برگشتی درگذشته بسيار استفاده می شده.ساختمان پمپهايی که درقديم استفاده می شدازلوله استوانه ای،پيستون،دهانه ورودی و خروجی،دو دريچه يکی در قسمت ورودی سيلندروديگری برروی پيستون وطناب برای بالا وپايين کشيدن پيستون تشکيل می شد.

دريچه Aدر انتهای لوله استوانه ای و دريچه Bبر روی پيستون قرار دارد.با حرکت پيستون به سمت پايين هوای موجود در سيلندر از دريچه Bخارج خواهد شد. هنگامی که پيستون به طرف بالا حرکت می کند،خلا ايجاد شده همانطور که قبلا هم گفته شد،باعث جريان يافتن سيال به سمت بالا و باز شدن دريچه Aمی شود.بنابراين سيلندر از سيال پر

          پمپهای پلانجری

خواهد شد.بعد از اينکه پيستون به انتهای سيلندر رسيد،پيستون را به پايين حرکت می دهيم.افزايش فشار وارد بر سيال توسط  پيستون باعث  بسته شدن دريچه Aو باز شدن دريچه Bميگردد. مقداری از سيال از داخل دريچه Bبه سمت بالا حرکت کرده و روی سيلندر قرار می گيرد .درمرحله آخر با حرکت پيستون به سمت بالا حرکت کرده و برروی سيلندر شده و سيال موجود بر روی سيلندرازشير خروجی خارج می شود.پمپ های رفت و برگشتی در قديم بر اين اساس عمل می کردند .

پمپ های رفت وبرگشتی جديد نيزعملکردی مشابه پمپ های قديمی دارند.پمپ رفت و برگشتی شامل يک پيستون،سيلندر وشير ورودی وخروجی می باشند.باحرکت پيستون به سمت  بالا،سيال از Check valveورودی وارد پيستون می شود.زمانی که پيستون به انتهای مسير رسيد پيستون به سمت پايين حرکت کرده،بنابراين فشار سيال باعث بسته شدن شير مکش و باز شدن check valveخروجی می شود.هر سيکل شامل يک حرکت رفت و برگشتی بوده که در رفت عمل مکش ودر برگشت عمل dischargeصورت می گيرد .

سيلندر

محفظه ای استوانه ای شکل است که پلانجر را در درون خود جای می دهد .عمل پمپاژدر پمپ های رفت و برگشتی بر اساس حرکت پيستون يا پلانجر در داخل سيلندر ايجاد می شود.با حرکت پلانجر به سمت بالا،سيال از check valveورودی وارد سيلندر می شودو سيلندر از مايع پر می شود .پس از پرشدن سيلندر از مايع،پلانجر در جهت مخالف حرکت کرده،در اين صورت شير دهانه مکش بسته و شير موجود در دهانه خروجی باز شده  و سيال پمپ می شود.در single acting cylinderدر هر بار رفت و برگشت پلانجر،يکبار عمل مکش ويکبار عمل رانش صورت می گيرد. هنگامی که سيلندر از مايع پر می شود و پلانجر به طرف راست حرکت می کند،جريان در ابتدای ضربه صفر بوده و بتدريج با رسيدن سرعت پلانجر به ماکزيمم،به حداکثر مقدار خود خواهد رسيد.سرعت در نقطه A ،صفر و در Bماکزيمم ودر Cدوباره صفر می شود.درمدت زمانی که پلانجر به سمت چپ درحرکت است،جريان صفر می باشد.دوباره از نقطه A¢منحنی دوم نظيرمنحنی اول شروع شده و به همين شکل يک حرکت قطع و وصل يا نبض بوجود آيد.

در پمپهای پلانجری جهت يکنواخت کردن دبی، روشهاي مختلفی اتخاذ می شود.يکی از اين روشها،استفاده از مخزن ضربه گير است که در خروجی پمپ نصب  می شود.روش ديگر جهت يکنواخت کردن دبی،افزايش تعداد سيلندرها می باشد. مثلا از دو سيلندر يا همان duplexيا سه سيلندر يا همان triplexويا چند سيلندر يا multiplexاستفاده می کنند.

پمپ دو سيلندر از دو پمپ تک سيلندرتشکيل می شود که درکناريکديگر ودر يک محفظه مشترک قرارمی گيرند. در پمپهای دو سيلندره،دو پلانجر معمولا از نظر عملکرد،اختلاف فاز 180 درجه ای دارند و جريان در يک لحظه کوتاه صفر می شود.

پلانجری

پلانجراستوانه ای شکل بوده و معمولا از فلز ساخته می شود.حرکت رفت و برگشتی پلانجر در داخل سيلندر منجر به عمل مکش ورانش می شود.پلانجر درحقيقت منتقل کننده نيرو به سيال می باشد که اين نيرو منجر به توليد فشار می شود.پلانجر به crossheadمتصل بوده وهمان حرکت خطی cross headرا دارد. پلانجر هايی با قطر 127 ميلی متر و کمتر،توپر می باشند .ولی جهت کاهش وزن پلانجرهايی با قطر بيشتر از 127 ميلی متر آنها را به صورت توخالی می سازند. محدوده سرعت پلانجر بين 46تا 107متر برساعت می باشد .طول پلانجر از طول مسافت طی شده در داخل سيلندر بيشتر می باشد. يکی از تفاوتهای مهم ميان پيستون و پلانجر در همين موضوع است،به عبارتی در پمپهای پيستونی طول پيستون از طول مسافت طی شده در سيلندر کمتر است.تفاوت ديگر ميان پيستون و پلانجر در اين است که پلانجر از سيلندر بيرون می آيد در حاليکه پيستون از داخل سيلندر بيرون نمی آيد. تفاوتهای ذکر شده تفاوتهای ظاهری ميان پيستون و پلانجر می باشد.مهمترين تفاوت ميان پمپهای پلانجری و پيستونی اين است که از پمپهای پلانجری در فشارهای بالاتری نسبت به پيستونی استفاده می شود اما علت آن؟ستون Aرا در نظر بگيرد که به آن نيروی Fوارد می شود . شروع به افزايش اين نيرو می کنيم .سرانجام درنقطه ای ستون خم شده وبه اصطلاح باکل (Buckle)خواهد کرد.حال سطح مقطع را افزايش می دهيم.طبيعی

است که نيروی لازم برای خم کردن ستون دوم از اول بيشتر است .همان ستونAتحت بار Pرا در نظر بگيريد.اين بار طول ستون را افزايش می دهيم ،می بينيم که امکان خم شدن با افزايش طول افزايش می يابد.Piston rodنيز دقيقا وضعيتی  مشابه به همان ستون را دارد. به عبارتی اگر فرض شود که piston rod در اثر نيروی Fخم شود،از آنجا که Plunger rodطول کمتری داشته ودرحقيقت در بخشی از دسته پلانجر ،پلانجر جايگزين شده که دارای سطح مقطع بزرگتری است،بنابراين جهت خم شدن plunger rod درمقايسه با piston rodبه نيروی بيشتری نياز است.از اين رو امکان استفاده از پمپ پلانجری در فشارهای بيشتری نسبت به پيستونی وجود دارد .

شيرهای سيلندر در پمپهای پلانجری

شيرهای استفاده شده برای ورود به خروج سيال از داخل سيلندر،چک ولو هستند يعنی تنها اجازه جريان يافتن سيال را در يک جهت می دهند.برای ورودی و خروجی پمپ از شيرهای يکسان استفاده می شود. با اين تفاوت که در صورتی که شير از نوع spring loadباشد،

فنر شير خروجی نيرومند تر است.همچنين طرز قرار گرفتن شيرها از نقطه نظر جهت جريان در ورودی و خروجی عکس يکديگر می باشد.از نظر اندازه در بعضی موارد از شيرهای هم اندازه برای ورودی و خروجی استفاده می شود.در موارد ديگر جهت جلوگيری از پديده کاويتاسيون شير ورودی از شير خروجی بزرگترمی باشد.در پاره ای از موارد از آنجا که باز کردن و بستن شير ورودی به علت طراحی سيلندر از محل شير خروجی انجام می شود،شير خروجی از شير ورودی بزرگتر می باشد.سطح عبوری جريان در شيرها بايد به اندازه کافی بزرگ باشد برای اين که از افت فشاردرشيرها جلوگيری شود.معمولا سطح شير در ورودی برای سرعت 8،1 تا 4،2 متر بر ثانيه و سطح شير خروجی برای سرعت بين 4،2تا6،3متر بر ثانيه طراحی شده است .از  انواع متداول چک ولوهای استفاده شده در پمپهای پلانجری می توان disc valve وball valveها را نام برد.

 Bisc valveها بايستی طور ساخته شوندکه هنگام نشستن discروی نشيمن گاه از اطراف آن سيال نشت نکند .بدين منظور بايستی discکاملا روی نشيمن گاه هدايت شودو روی آن جا گيرد.در نوع صفحه ای عمل هدايت توسط ساقه هادی انجام می پذيرد. می توان بجای ساقه هادی از بالهای هادی که از نظر ساختمان محکم تر و سخت تر از ساقه هادی می باشد.

شيرهای سيلندر در پمپهای پلانجری

در ball valveها،با حرکت گلوله ها روی مجراهای ورودی و خروجی،مجراها باز و بسته می شوند.گلوله ها بر روی مجراهای ورودی و خروجی نشيمن گاه يا همان seatقرار می گيرند .گلوله ها بايد کاملا در محل خودش قرار گيرد.عمل هدايت گلوله ها توسط ديواره شير انجام می شود.نيروی ناشی از وزن گلوله ها منجر به قرار گرفتن گلوله ها روی seatمی شود.برای باز شدن شير بايستی نيروی پمپ از نيروی وزن گلوله و فشاری که در پشت گلوله وجود دارد بيشتر باشد .درمواردی که از پمپهای پلانجری برای پمپاژ سيالات با ويسکوزيته بسيار بالا استفاده شوداز ball valveهايی که دارای فنرمی باشدد استفاده می کنند تا بالا وپايين رفتن بال رادر هنگام پمپاژ سيال ويسکوز تسريع بخشد.

مخزن ضربه گير (pulsation dampener)

درپمپهای رفت و برگشتی برای برطرف ساختن ضربان سيال که ناشی از حرکت رفت وبرگشتی پيستونها می باشد ويکنواخت ساختن جريان خروجی و ورودی پمپ از مخازن ضربه گير استفاده می شود.

مخزن ضربه گير،مخزن سربسته ای است که از هوا يا نيتروژن پر می شود.توجه شود که هرگز از اکسيژن برای اين منظور استفاده نمی شود.مخازن ضربه گير بايستی تا آنجا که مقدور است به قسمت خروجی يا ورودی پمپ که عامل ايجاد کننده ضربان است،نزديک باشد.در صورت امکان بهتر است که مخزن ضربه گيردرست بر روی شير خروجی يا ورودی نصب شود اگرمخزن ضربه گيربسيار بزرگ است و امکان نصب آن برروی شير خروجی وجود ندارد،مخزن به صورت مجزا ودر لوله خروجی ولی حتی الامکان نزديک به پمپ نصب می شود.مخازن ضربه گير به صورت افقی يا عمودی نصب می شود.در حالی که مايع با فشار پلانجر در حال خارج شدن از لوله خروجی است قسمتی از آن وارد محفظه هوا شده ،هوای داخل آن را فشرده می کند.با رسيدن پلانجر به انتهای حرکت خود جريان مايع درخروجی بواسطه نبودن فشار قطع می شود.دراين حال هوای فشرده درون محفظه،فشار آورده،جريان مايع درلوله خروجی برقرارمی شود.به طورخلاصه می توان گفت که يک سرعت متوسط درلوله تعريف می شود.اگر دبی از مقدار متوسط آن در لوله بيشتر شود،آن را به لوله می ريزد. بدين ترتيب سرعت جريان در لوله ای که دارای مخزن ضربه گير است ،ثابت باقی می ماند.فشرده شدن و منبسط شدن گاز درون مخزن از افزايش يا کاهش ناگهانی فشار در لوله خروجی ورودی پمپ جلوگيری می کند.به همين دليل جريان مايع در لوله خروجی و ورودی آرام تر ويکنواخت تر می گردد .درحقيقت اين مخازن ازايجاد ضربه قوچ درلوله ها جلوگيری می کنند.ذکر اين نکته ضروری است که مخزن ضربه گير موجود در لوله مکش علاوه بر جلوگيری از پديده ضربه قوچ،در لوله مکش اثری ديگر نيز دارد وآن اين است که در حقيقت با ثابت نگه داشتن سرعت و به عبارتی جلوگيری از کاهش فشار در لوله مکش از پديده کاو يتاسيون جلوگيری می کند.با افزايش سرعت در لوله مکش فشار کاهش و احتمال وقوع کاويتاسيون زياد می شود. بنابراين درمواردی که امکان نصب پمپ پلانجر درنزديکی منبعی که پمپاژ ازآن صورت می گيرد نيست توصيه می شودکه حتما مخزن ضربه گير درلوله مکش نصب شود.پمپهايی که دارای خروجی يکنواخت تری هستند مانند پمپهای چند سيلندره مخزن ضربه گير کوچکتری لازم دارند. مخزن بايد به اندازه ای باشد که حداقل 3برابر ظرفيت هر پالس رادر خود انباشته کند.برای جلوگيری از حل شدن مقداری از گاز در سيال

پمپ شونده،دو فاز مايع و گاز را از هم جدا می کنند يکی از روشهای جداسازی فاز مايع و گاز استفاده از ديافراگم ارتجاعی می باشد .

شير اطمينان (relief valve) در پمپهای پلانجری

در پمپهای جابجايی  مثبت فشار و دبی ازهم مستقل بوده و حد بالايی برای فشار در پمپی با قطعات محکم وجود ندارد بنابراين اگر بنابردلايلی فشارخروجی پمپ افزايش يابد مثلا درصورت بسته بودن شير موجود در لوله خروجی ويا انسداد در لوله  خروجی،فشار خروجی پمپ بالا می رود تا زمانی که موتور تريپ دهد و يا يکی از قطعات داخلی پمپ بر اثر فشار زياد خراب شود .در پمپهای جابجايی مثبت شير اطمينان يکی از قسمتهای بسيار مهم بوده که جهت محافظت پمپ و سيستم در مقابل فشار بيش از اندازه استفاده می شود.

شير اطمينان در پمپهای پلانجری همانند پمپهای gearمی تواند به صورت داخلی ويکپارچه ويا به صورت خارجی ودر لوله خروجی پمپ نصب شودکه در اين صورت خروجی آن به مخزنی که پمپاژ از ان صورت می گيرد فرستاده می شود.

شير اطمينان در پمپهای جابجايی مثبت بعد از يک دوره کاری ذکر شده در documeentباز شده،در valve shop موردبررسی قرار گرفته وتوسط دستگاه های تست موجود در آنجا،تست شده،در فشار مورد نظر تنظيم شده و سپس در محل اوليه نصب می گردد.

افزايش يا کاهش فشار از طريق پيچ تنظيم و با افزايش ويا کاهش نيروی وارد برفنر ايجاد می شود.به عبارتی جهت افزايش فشار،پيچ تنظيم را محکم تر می کنند و بالعکس .

سيستم آب بندی در پمپهای پلانجری

 برای جلوگيری  از نشت مايع از بين قطعات ثابت و متحرک،از سيستم آب بندی استفاده می شود.سيستم آب بندی پمپهای پلانجری از نوع packingمی باشد و از packing،  stuffing box،گلند،بوش های بالايی و پايينی و lantern ringتشکيل ميشود . بوشها وظيفه هدايت کردن پلانجر را در حين حرکت رفت و برگشتی پلانجر در داخل محفظه آب بندی به عهده دارندو packingها مابين آنها  نصب می شود.در پاره ای موارد بجای استفاده از بوش از واشر استفاده می شود.با توجه به نوع سيال و درجه حرارت سيال پمپ شونده بايستی از لايی مناسب استفاده نمود. Packing استفاده شده بايستی به اندازه کافی انعطاف پذير باشد برای اين که اجازه حرکت رفت و برگشتی پلانجر را در خود بدهد . همچنين از نظر جنسی بايد با سيال پمپ شونده سازگاری داشته و نشتی سريعا باعث خرابی آن نشود.packing همچنين بايستی استحکام کافی در برابر حرکت رفت و برگشتی پلانجر را داشته باشد.تعداد packingها به فشار و سيال پمپ شونده بستگی دارد. در پمپهای پلانجری لايی در انتهای بيرونی سيلندر قرار دارد و ثابت است و همراه پلانجر حرکت نمی کند.در موقع نصب لايی بايستی دقت شود که زيادازاندازه گلندفشرده نشود،چون فشردگی زياد باعث اصطکاک بيش ازحد شده ودرنتيجه packingگرم می شود و می سوزد.در پمپهای پلانجری معمولا با استفاده از lantern ringو تزريق سيال از يک منبع خارجی ،عمل روانکاری و خنک کردن packing را انجام می دهند .

نيروی محرکه در پمپهای پلانجری

امروزه در اغلب موراد از الکتروموتور برای به حرکت در آوردن پمپهای پلانجری استفاده می شود.شافت موتور دارای حرکت دورانی است .از انجا که پمپهای پلانجری بر اساس حرکت رفت و برگشتی عمل می کنند،بايستی از طريقی بتوان حرکت دورانی را به حرکت رفت و برگشتی تبديل نمود .برای اين منظور از ميل لنگ يا همان crank shaftاستفاده می کنند.موتور محرک می تواند مستقيما به ميل لنگ متصل شده ويا اينکه از يک کاهش  دهنده سرعت استفاده نمود.معمولاازجعبه دنده ها ياهمان gear boxبرای کم کردن سرعت استفاده می شود .اگر دورموتور متغير باشددر پاره ای ازموارد سيستم انتقال قدرت علاوه برجبعه دنده مجهز به کلاچ می باشد که مابين جعبه موتورنصب شده وازيک طرف با موتور و از سمت ديگر با جعبه دنده کوپل می شوند.کلاچ در حقيقت متصل    بوده وCrank shaftبهconnetingrod دستگاه قطع ووصل نيروبين موتوروجعبه دنده می باشد.

Crank shaftبه connectingمتصل بوده و connecting rodبه crossheadو cross headبه پلانجر متصل می باشد.بنابراين حرکت دورانی توسط crank shaftبه حرکت رفت و برگشتی تبديل شده و موجب حرکت خطی cross headو درنهايت رفت و برگشت پلانجر در داخل سيلندر می شود.

پمپهای پلانجری ” پمپهای پلانجری ” پمپهای پلانجری ” پمپهای پلانجری ” پمپهای پلانجری ” پمپهای پلانجری ” پمپهای پلانجری ” پمپهای پلانجری “