پمپ

پمپ در مهندسی و هیدرودینامیک وسیله ای است که برای جابجایی گازها ، مایعات یا سایر سیالات خشک مانند گرد و غبار، ماسه، غلات و … استفاده می شود. پمپ یک ماشین هیدرولیک مولد است که انرژی (به طور کلی انرژی مکانیکی ) را که با آن رانده می شود به انرژی هیدرولیکی سیال تراکم ناپذیری که حرکت می کند تبدیل می کند.

یک پمپ مایعات یا گازها را از فشار کم به فشار بالا منتقل می کند و با افزودن کار فیزیکی به سیستم بر اختلاف فشار غلبه می کند . پمپ بنزین را کمپرسور گاز می گویند ، البته علم هیدرولیک نیست و پنوماتیک است . قدیمی ترین سیستم پمپ، پیچ ارشمیدس است که قبلاً توسط سناخریب ، پادشاه آشور در قرن هفتم قبل از میلاد استفاده می شد. ^[1] پمپ ها با استفاده از نیروهای مکانیکی برای به حرکت درآوردن ماده توسط ارتفاع فیزیکی یا با نیروی فشار کار می کنند.

سیال تراکم ناپذیر می تواند گاز مایع یا مخلوطی از مایعات و جامدات مانند بتن قبل از سخت شدن یا خمیر کاغذ باشد. وقتی انرژی سیال افزایش می‌یابد، فشار، سرعت یا ارتفاع آن افزایش می‌یابد که همه اینها بر اساس اصل برنولی مرتبط هستند . به طور کلی، پمپ برای افزایش فشار یک مایع با افزودن انرژی به سیستم هیدرولیک برای انتقال سیال از ناحیه ای با فشار یا ارتفاع کمتر به منطقه ای با فشار یا ارتفاع بالاتر استفاده می شود.

انواع بمب

پمپ دو لوب.	پمپ دنده ای .
پمپ روتودینامیک محوری	پمپ سانتریفیوژ 5 مرحله ای.

بر اساس اصل عمل

طبقه بندی اصلی پمپ ها بر اساس اصل عملکردی است که بر اساس آن است:

پمپ های جابجایی مثبت یا حجمی که در آنها اصل کار بر پایه هیدرواستاتیک است ، به طوری که افزایش فشار با فشار دیواره های محفظه ها انجام می شود که حجم آنها را تغییر می دهد. در این نوع پمپ ها، در هر سیکل اندام محرکه به طور مثبت حجم یا جابجایی مشخصی تولید می کند، به همین دلیل به آنها پمپ های حجمی نیز می گویند . اگر حداکثر حجم ظرفیت سیلندر را بتوان تغییر داد، ما از پمپ های حجم متغیر صحبت می کنیم. اگر این حجم قابل تغییر نباشد، گفته می شود که پمپ دارای حجم ثابت است.

علاوه بر این، این نوع پمپ ها را می توان به زیر تقسیم کرد

پمپ های پیستونی جایگزین ، که در آنها یک یا چند محفظه ثابت وجود دارد، اما با حجم متغیر، به دلیل عملکرد یک پیستون یا یک غشاء. در این ماشین ها حرکت سیال ناپیوسته بوده و فرآیند بارگیری و تخلیه توسط دریچه هایی انجام می شود که متناوب باز و بسته می شوند. نمونه هایی از این نوع پمپ ها عبارتند از: پمپ پیستونی رفت و برگشتی ، پمپ پیستونی دوار و پمپ پیستونی محرک محوری.
پمپ های حجمی روتاری یا روتاستاتیک ، که در آن یک توده سیال در یک یا چند محفظه محصور می شود که از ناحیه ورودی (فشار کم) به ناحیه خروجی (فشار بالا) دستگاه حرکت می کند. نمونه هایی از این نوع ماشین ها عبارتند از پمپ پره ای ، پمپ لوب ، پمپ دنده ای ، پمپ پیچی یا پمپ پریستالتیک .
پمپ های روتودینامیکی که در آنها اصل کار بر اساس تبادل مقدار حرکت بین ماشین و سیال با اعمال هیدرودینامیک است. در این نوع پمپ یک یا چند غلتک وجود دارد که با چرخش یک میدان فشار در سیال ایجاد می کند. در این نوع ماشین جریان سیال پیوسته است.

این توربوماشین های هیدرولیک ژنراتور را می توان به موارد زیر طبقه بندی کرد:

شعاعی یا گریز از مرکز ، زمانی که حرکت سیال مسیری عمود بر محور پروانه را دنبال می کند.
محوری ، هنگامی که سیال از کانال های غلتک ها به دنبال یک مسیر موجود در یک استوانه عبور می کند.
مورب یا هلیکوسانتریفیوژ زمانی که مسیر سیال در جهت دیگری نسبت به موارد قبلی انجام می شود، یعنی در یک مخروط محوری با محور غلتک.

با توجه به نوع درایو

پمپ های الکتریکی . به طور کلی، آنها موتورهای الکتریکی هستند تا آنها را از بمب های موتوری متمایز کنند که معمولاً توسط موتورهای انفجاری هدایت می شوند.
پمپ های پنوماتیکی پمپ های جابجایی مثبت هستند که در آنها انرژی ورودی پنوماتیک و معمولاً از هوای فشرده است .
پمپ های درایو هیدرولیک ، مانند پمپ رم یا پمپ آب .
پمپ های دستی یکی از انواع پمپ های دستی، پمپ های راکر است.

پمپ پیستونی مکش

در یک “پمپ مکش”، سیلندر حاوی پیستون متحرک توسط یک لوله به منبع آب متصل می شود. یک سوپاپ مانع از ورود لوله به داخل سیلندر می شود. دریچه مانند دری لولایی است که فقط به سمت بالا باز می شود و آب را بالا می برد اما پایین نمی آید. در داخل پیستون یک شیر دوم وجود دارد که به همین ترتیب عمل می کند. هنگامی که اهرم فعال می شود، پیستون بالا می رود. این باعث افزایش حجم موجود در زیر پیستون می شود و در نتیجه فشار کاهش می یابد. فشار هوای معمولی که روی سطح آب، چاه عمل می کند، باعث می شود مایع از لوله بالا بیاید و از شیر – که باز می شود – عبور کند و آن را وارد سیلندر کند. با پایین آمدن پیستون، سوپاپ اول بسته می شود و دریچه دوم باز می شود و اجازه می دهد آب از بالای پیستون عبور کند و سیلندر بالای آن را اشغال کند. حرکت بعدی به سمت بالا، آب را بالا می برد و در عین حال باعث می شود آب بیشتری وارد سیلندر، زیر پیستون شود. عمل با بالا و پایین رفتن پیستون ادامه می یابد.

پمپ مکش از برخی جهات عملکرد محدودی دارد. نمی تواند جریان مداوم مایع را فراهم کند یا آب را در فاصله بیش از 10 متر بین سطح چاه و شیر پایینی به سمت بالا وادار کند زیرا فشار هوای معمولی فقط می تواند با نیروی کافی برای حفظ یک ستون آب در این حالت عمل کند. ارتفاع یک پمپ پیشران بر این موانع غلبه می کند.

بمب سویا

نوعی پمپ مکنده که می تواند آب را به بیش از ده متر برساند، پمپ سویل است که به طور تصادفی کشف شد که در آثار خارجی مورد استناد و اظهار نظر قرار گرفت. ^[2] این پمپ مخلوطی از هوا و آب را بلند می کند. این می تواند مورد معکوس لوله آب باشد .

پمپ پیستونی پروانه

پمپ پروانه ای شامل یک سیلندر، یک پیستون و یک لوله است که تا مخزن آب پایین می رود. به همین ترتیب، دریچه ای دارد که آب را وارد سیلندر می کند، اما به عقب نمی رود. هیچ دریچه ای در پیستون وجود ندارد که کاملاً جامد است. از انتهای پایینی سیلندر لوله دومی می آید که به محفظه هوا می رسد . ورودی این محفظه توسط دریچه ای مسدود می شود که آب را به داخل می دهد اما از آن خارج نمی شود. از انتهای پایین محفظه هوا، لوله دیگری آب را به مخزن زیر شیروانی یا شلنگ مکش می برد .

پرایمر پمپ های روتودینامیکی

برای عملکرد صحیح پمپ های روتودینامیکی لازم است که با سیال تراکم ناپذیر یعنی مایع پر شوند، زیرا در صورت پر شدن با سیال تراکم پذیر (هر گازی مانند هوا) به درستی کار نمی کنند.

پرایمینگ پمپ شامل پر کردن لوله مکش و محفظه پمپ با مایع است تا مکش مایع را تسهیل کند و از حفره های هوا در داخل جلوگیری کند. از آنجایی که این عمل در پمپ های روتودینامیک ضروری است، گفته می شود که ظرفیت خود پرایمینگ ندارند. با این حال، پمپ های جابجایی مثبت خود پرایمینگ هستند، یعنی حتی اگر پر از هوا باشند، می توانند مدار مکش را با سیال پر کنند.

ارتفاع ارتفاع $H$ ارائه شده توسط پمپ همیشه یکسان است و به فرمول زیر پاسخ می دهد: $H={P_{I}-P_{A} \over \rho g}$ جایی که $P_{I}$ فشار افزایش است ، $P_{A}$ فشار مکش است، $\rho$ چگالی سیال i است $g$ شتاب گرانش نمایش اختلاف فشار باقی می ماند: $(P_{I}-P_{A})={\rho \ g\ H}$

از این فرمول می توان دریافت که اختلاف فشار بدست آمده توسط پمپ بین درایو و مکش بیشتر است هر چه چگالی سیال مورد حرکت بیشتر باشد. به این صورت که در مورد آب داریم: $(P_{I}-P_{A})_{air}={\rho _{air}\ g\ H}=1.29\cdot 9.81\cdot H$ $(P_{I}-P_{A})_{water}={\rho _{water}\ g\ H}=1000\cdot 9.81\cdot H$

با کدامیک: ${(P_{I}-P_{A})_{air} \over (P_{I}-P_{A})_{water}}={\rho _{air} \over \rho _ {water}}={1.29 \over 1000}=0.00129$

به عبارت دیگر، اگر پمپ پر از هوا باشد، فشار مکش 0.00129 برابر آن چیزی است که چنین پمپی اگر پر از آب باشد، یعنی اگر پرایم شده باشد، به آن می رسد. بنابراین اگر پمپ خالی باشد، ارتفاعی که آب در مدار مکش از سطح آب در مخزن بالاتر می رود، حداقل و برای رسیدن آب به پمپ ناکافی است.

از طرف دیگر، عملکرد پمپ گریز از مرکز در خلاء می تواند آب بندی پمپ را به دلیل خنک کننده ضعیف خراب کند، زیرا هیچ سیالی در داخل آن در گردش نیست که به بهبود اتلاف گرمای تولید شده توسط پمپ کمک کند.

آب بندی پمپ ها

پمپ ها برای جلوگیری از خروج سیالاتی که از طریق مسیر انتقال حرکت از موتور به قسمت های داخلی متحرک پمپ به خارج از دستگاه خارج می شوند، نیاز به آب بندی های هیدرولیکی دارند.

موارد خاص

انواع خاصی از پمپ ها رایج هستند. بمب های دیگر کمتر شناخته شده اند، اما نقش مرتبطی دارند یا داشته اند. ذکر چند مثال عینی باید باعث درک بهتر موضوع شود.

پمپ آبگیری

تصویر یک پمپ آب‌گیری از کشتی Vasa را نشان می‌دهد که در سال 1628 غرق شده است (قطعات چوبی قدیمی را ببینید، با اهرم محرک کج شده). این پمپ پیستونی حجمی از نوع مکش است. ^[3]

سرنگ بالینی

یک سرنگ مانند یک پمپ پلانجر عمل می کند. با کشیدن مایع از آمپول و تزریق آن با سوزن زیرپوستی داخلی.

پمپ های بخار و انژکتورها

در بویلرهای موتورهای بخار، با مصرف بخار برای به حرکت درآوردن پیستون، سطح آب کاهش می یابد. برای غلبه بر فشاری که در داخل آن حاکم است، به دستگاهی نیاز است تا آب را وادار به ورود به دیگ بخار کند. اولین لوکوموتیوها از پمپ هایی استفاده می کردند که با حرکت پیستون ها حرکت می کردند. قبل از استفاده از انژکتورهای بخار و برخی ماشین ها از پمپ های توربو استفاده می کنند. رایج ترین آنها داشتن دو سیستم مستقل برای تامین آب به دیگ بود. یک لوله شیشه ای عمودی، نشانگر سطح ، سطح آب در دیگ را نشان می دهد.

پمپ انژکتور

موتورهای دیزلی دارای پمپ تزریق سوخت هستند. در شکل یک پمپ مکانیکی با 6 انژکتور مطابق با سیستم بوش نشان داده شده است. این سیستم اجازه می دهد تا سوخت با فشار بالا تزریق شود و در عین حال میزان سوخت تزریقی را تنظیم کند.

بمب قوچ

رم پمپ یا رام هیدرولیک یک پمپ حلقوی است که از انرژی جنبشی چکش آب در یک سیال برای بالا بردن بخشی از آن سیال به سطح بالاتر استفاده می کند. بنابراین نیازی به تامین انرژی خارجی دیگری ندارد. این و سادگی آن به این معنی است که فقط در مکان های دورافتاده یا فقیر روستایی که برق یا موتورهای دیگر وجود ندارد استفاده می شود. ^[4]

کیف دوچرخه

دم دوچرخه نوعی پمپ باد با جابجایی مثبت است که به طور خاص برای باد کردن لاستیک دوچرخه طراحی شده است . در ابتدایی ترین شکل آن، دم دوچرخه توسط یک پیستون دستی کار می کند . در طول حرکت به سمت بالا، پیستون هوا را از طریق یک دریچه عدم بازگشت (حس زمین) از بیرون دم می کشد. در طول حرکت رو به پایین، پیستون هوای دم را به لاستیک دوچرخه فشرده می کند.

مبدل گشتاور

مبدل گشتاور هیدرودینامیکی یک گیربکس هیدرودینامیکی علاوه بر گیربکس اتوماتیک است . عنصر ورودی تغییر خودکار را تشکیل می دهد. اصل مبدل گشتاور برای اولین بار توسط هرمان فوتینگر در سال 1905 در کشتی سازی اعمال شد. به همین دلیل، مبدل گشتاور اغلب به عنوان مبدل فوتینگر شناخته می شود. ^[5]

شکل نشان دهنده بخش مبدل گشتاور است. A نشان دهنده قرقره پمپ است. B استاتور است. C توربین. D شفت ورودی است که به موتور متصل است. E شفت خروجی است که به گیربکس متصل است. ^[6]^[7]

فتوسنتز

اثر پمپاژ شیره باعث حرکت آب از ریشه های عمیق تر به برگ های بالاتر طوقه می شود. هر ده متر ستون آب به معنای فشار 1 بار تقریباً است.

برخی از کارشناسان از “بمب عرق” صحبت می کنند.

پمپ رفت و برگشتی

پمپ رفت و برگشتی یک مکانیزم پمپاژ است که بر اساس حرکت رفت و برگشتی یک قطعه آب بندی شده است که برای به حرکت درآوردن سیالات استفاده می شود. شامل پمپ های پیستونی و پمپ های غشایی. هنگامی که پمپ های رفت و برگشتی به درستی نگهداری شوند، می توانند سال ها یا حتی دهه ها دوام بیاورند. اگر چه در صورت غفلت، می توانند چکه و سایش شدید را تجربه کنند. ^[1] آنها اغلب زمانی استفاده می شوند که مقادیر نسبتاً کمی از مایعات باید با فشار تحویل نسبتاً بالا استفاده شوند . در پمپ های پیستونی، محفظه ای که مایع به داخل آن رانده می شود، سیلندر ثابتی است که حاوی پیستون است.

تایپ های پمپ رفت و برگشتی

بر اساس نوع درایو

پمپ دستی: ساده ترین مثال پمپ دوچرخه است که به طور گسترده برای باد کردن لاستیک دوچرخه و انواع توپ از ورزش های مختلف استفاده می شود. نام پمپ برای این ظروف واقعا مناسب ترین اصطلاح نیست، زیرا آنها فشرده سازی بیشتری نسبت به حجم جریان ایجاد می کنند.
پمپ های چاه عمیق : به طور دستی با یک اهرم کار می کردند، اگرچه معمولاً مشاهده می شود که توسط آسیاب های بادی یا موتورهای انفجاری کوچک هدایت می شوند. هنگامی که پیستون روی سطح قرار می گیرد، آنها با مکش کار می کنند که ارتفاع پمپاژ مفید آنها را به کمتر از 9 متر ارتفاع (به دلیل تأثیر فشار اتمسفر) محدود می کند.

با مکانیسم

عمل ساده : از یک پیستون تشکیل شده است که تنها یکی از طرفین آن سیال را به حرکت در می آورد. ساده ترین مثال می تواند یک سرنگ باشد .
عملکرد دوگانه : دو طرف پیستون سیال را حرکت می دهند. بنابراین، با هر ضربه پیستون، مکش و خروج همزمان اتفاق می‌افتد . به همین دلیل به دو لوله ورودی و دو لوله خروجی دیگر نیاز دارد.
عمل سه گانه.

مثالها

چند نمونه از پمپ های جایگزین:

پمپ دستی
پمپ رفت و برگشتی محوری
پمپ پیستونی دوار

پمپ پیستونی

پمپ پیستونی نوعی پمپ جابجایی مثبت است که در آن آب بندی فشار بالا با پیستون مطابقت دارد. پمپ های پیستونی را می توان برای حرکت مایعات یا فشرده سازی گازها استفاده کرد . آنها می توانند در طیف وسیعی از فشارها عمل کنند. عملکرد فشار بالا را می توان بدون تأثیر قوی بر سرعت جریان به دست آورد. پمپ های پیستونی همچنین می توانند محیط های چسبناک و محیط های حاوی ذرات جامد را کنترل کنند. ^[3] این نوع پمپ از طریق یک گنبد پیستونی کار می‌کند، یک مکانیسم نوسانی که در آن حرکات رو به پایین باعث اختلاف فشار می‌شود، محفظه‌های پمپ را پر می‌کند، جایی که حرکت رو به بالا مایع را برای استفاده شما از پمپ خارج می‌کند. پمپ های پلانجر اغلب در سناریوهایی که نیاز به فشار زیاد و ثابت دارند و در سیستم های آبیاری یا تامین آب استفاده می شود. ^[4]

تایپ کنید

دو نوع اصلی پمپ های پیستونی عبارتند از پمپ بالابر و پمپ نیرو . هر دو نوع می توانند به صورت دستی یا با استفاده از یک موتور کار کنند.

پمپ بالابر

در پمپ بالابر، حرکت پیستون به سمت بالا، آب را از طریق یک سوپاپ به پایین سیلندر می کشد. در حرکت رو به بالا، آب از دریچه های نصب شده در پیستون به سمت بالای سیلندر عبور می کند. در حرکت بعدی به سمت بالا، آب از بالای سیلندر از طریق یک فیلتر تخلیه می شود.

پمپ برق

در پمپ قدرت، حرکت پیستون به سمت بالا، آب را از طریق دریچه ورودی به داخل سیلندر می کشد. در حرکت رو به پایین، آب از طریق یک شیر خروجی به لوله خروجی تخلیه می شود.

دیگر

پمپ پیستونی محوری
پمپ پیستونی شعاعی