پمپ کارتریجی یا پره ای هیدرولیک
پمپ کارتریجی هیدرولیک چیست؟
گاهی پمپ کارتریجی هیدرولیک را با عناوینی مانند پمپ پره ای یا تیغه ای نیز نام می برند. به طور کلی پمپ کارتریجی هیدرولیک به عنوان پمپ های فشار متوسط در صنایع به کار می رود. جریان خروجی در این پمپ ها می تواند دبی ثابت و دبی متغیر باشد. در ادامه ابتدا به معرفی پمپ کارتریجی و شناخت اجزای تشکیل دهنده آن می پردازیم؛ با نحوه عملکرد این پمپ ها آشنا شده و در نهایت شرایطی که نباید از پمپ های کارتریجی استفاده کرد را مورد بررسی قرار می دهیم.
همانطور که در شکل زیر مشاهده می کنید؛ اجزای اصلی پمپ کارتریجی هیدرولیک شامل تیغه ها، محفظه، روتور و شفت است.با توجه به اینکه تیغه ها، نقش اصلی در عملکرد پمپ های کارتریجی دارند، از آنها به عنوان پمپ های تیغه ای یا پره ای هم یاد می شود. به طورکلی پمپ کارتریجی هیدرولیک به عنوان پمپ های کم صدا در صنایع مورد استفاده قرار می گیرد. پمپ کارتریجی هیدرولیک معمولا با سرعت های 1200 تا 1750 rpm با الکتروموتور و با محرکه موتور احتراقی تا 2400 rpm مورد بهره برداری قرار گرفته و در فشار و سرعت کاری تعریف شده، دارای بازده حجمی بین 85 تا 90 درصد می باشند. علیرغم بازده مکانیکی خوب، بازده کلی آنها به دلیل افت های ناشی از نشتی های موجود در اطراف روتور پایین است (75 تا 87 درصد).
نحوه کار پمپ پره ای
یک پمپ کارتریجی هیدرولیک دارای عملکرد بسیار ساده ای است. نحوه عملکرد این پمپ ها را در زیر مشاهده می کنیم. روتور پمپ دارای شیارهای شعاعی است و با متصل شدن به محور محرک (شفت پمپ که به الکتروموتور کوپل شده است) در داخل رینگ بادامکی چرخش می کند، سپس به دلیل ایجاد نیروی گریز از مرکز تیغه هایی که در شیار روتور هستند به بیرون رانده می شوند و در تماس با سطح رینگ نگاه داشته می شوند. به بیانی ساده تر این نیروی گریز از مرکز است که باعث حرکت و انتقال سیال خواهد شد، لازم به ذکر است که این نیرو توسط الکتروموتور کوپل شده با شفت پمپ کارتریجی ایجاد می شود.
همانطور که مشخص است، نحوه کار پمپ کارتریجی هیدرولیک به این شکل است که در نیم دور اول فضای بین روتور و رینگ بادامکی افزایش می یابد و انبساط حجمی ایجاد شده منجر به کاهش فشار و ایجاد مکش می شود؛ به این ترتیب سیال به طرف مجرای ورودی جریان می یابد. در نیم دور دوم تیغه ها به داخل شیار باز می گردند و به همین دلیل حجم کاهش می یابد و در نتیجه سیال به طرف مجرای خروجی حرکت می کند. واضح است که اگر خروج از مرکز بین محور روتور و رینگ بادامکی به صفر برسد؛ هیچ جریانی در خروجی وجود نخواهد داشت.
پمپ کارتریجی هیدرولیک یا پمپ پره ای هیدرولیک دارای دو نوع متعادل و نامتعادل است. در پمپ کارتریجی هیدرولیک متعادل دبی خروجی نمی تواند متغیر باشد. خروج از مرکز برخی از انواع پمپ کارتریجی هیدرولیک که توسط مکانیزم قابل تنظیم است، به عنوان پمپ های جابجایی متغیر شناخته می شوند. در اصل خروج از مرکز این سری از پمپ ها به وسیله تنظیم دستی یا مکانیزم جبران کننده فشار کنترل می شوند.
در شکل زیر نمونه ای از پمپ کارتریجی هیدرولیک با سیستم جبران کننده فشار را مشاهده می کنید. اگر فشار در خروجی تا حدی افزایش پیدا کند که رینگ بادامکی به سمت چپ حرکت کند؛ مقدار خروج از مرکز کاهش خواهد یافت. واضح است که در صورت داشتن حداکثر خروج از مرکز، فشار در خروجی صفر خواهد شد.
تغییرات فشار و جریان خروجی از پمپ کارتریجی هیدرولیک با سیستم جبران کننده فشار در نمودار زیر رسم شده است؛ در اثر افزایش مداوم فشار در خروجی، میزان خروج از مرکز کاهش می یابد و در نهایت به صفر می رسد و این امر باعث قطع کامل جریان خروجی پمپ می شود.
نمودار فشار بر حسب جریان در پمپ کارتریجی هیدرولیک با سیستم جبران کننده فشار
پمپ کارتریجی یا پره ای هیدرولیک با سیستم جبران کننده فشار، به طور خودکار در برابر افزایش فشار در سیستم محافظت می شوند. هرگاه فشار به مقدار P1 برسد، نیروی فنر جبران کننده با نیروی پیستون هیدرولیکی برابر می شود. ادامه افزایش فشار باعث فشرده شدن بیشتر فنر جبران کننده شده تا در نهایت به فشار P2 برسد که خروج از مرکز در آن صفر است. در این شرایط جریان خروجی صفر است و در این حال ضمن جلوگیری از اتلاف توان، از میزان گرم شدن سیال هم کاسته می شود. لازم به ذکر است که شیب نمودار به ثابت فنر سیستم جبران کننده بستگی دارد.
نمونه برش خورده پمپ کارتریجی هیدرولیک با سیستم جبران کننده فشار
ویژگی های پمپ کارتریجی هیدرولیک
ویژگی های پمپ کاریجی که می تواند از دلایل محبوبیت این پمپ ها باشد، عبارتند از:
- قیمت مناسب
- طوری طراحی شده اند که حداقل فضای ممکن را اشغال می کنند.
- بازدهی بالا
- قابلیت تعویض کارتریج در زمان نیاز تعویض آن
- طول عمر بالا
- صدای تولیدی این پمپ ها به نسبت کم است. (نسبت به پمپ های دنده ای صدای کمتری دارند.)
با توجه به اینکه در سوله های صنعتی و کارگاهی همواره با محدودیت فضا مواجه هستیم، طراحی کامپکت این پمپ ها، آنها را در دسته ی محبوب ترین ها قرار می دهد. همینطور به منظور کنترل هزینه های ایجاد شده در کارگاه ها و کارخانه ها، بهتر است که پمپ یا هر تجهیز دیگری را در صورت ایجاد مشکل، با حداقل هزینه تعمیر و به چرخه ی سیستم بازگرداند؛ از این رو باید در نظر داشت که ویژگی تعویض کارتریج، ویژگی بسیار مهم و کارآمدی محسوب می شود.
نکته قابل توجه در زمینه استفاده از پمپ کارتریجی هیدرولیک این است که با توجه به نحوه ی عملکرد این پمپ ها که به کمک نیروی گریز از مرکز و حرکت تیغه ها است، در صورت رخ دادن سه مورد زیر در سیستم بهتر است از این پمپ ها استفاده نکرد.
- اگر فشار کاری سیال بالایی دارد.
- اگر سیال خاصیت سایندگی دارد.
- اگر سیال ویسکوزیته بالا دارد.
نحوه انتخاب پمپ کارتریجی هیدرولیک (پمپ پره ای هیدرولیک)
برای انتخاب صحیح پمپ کارتریجی هیدرولیک توجه به موارد زیر الزامی است:
- حداکثر فشار کاری
- حداکثر دبی خروجی
- نوع سیال
علاوه بر نکاتی که ذکر شد، درنظر داشتن مواردی چون قابلیت در دسترس بودن و تعویض اجزا، وزن پمپ کارتریجی هیدرولیک، نگهداری و قطعات یدکی و در نهایت قیمت پمپ کارتریجی هیدرولیک می تواند به انتخاب درستی از پمپ کمک کند.
اجزای اصلی تشکیل دهنده پمپ های پره ای
پمپ های پره ای از چهار بخش اصلی تشکیل شده اند که عبارت است از: پوسته پمپ، کارتریج یا تیغه، شفت و قطعات جانبی که در ادامه توضیحی در خصوص هرکدام از این اجزا داده می شود.
- پوسته پمپ پره ای: معمولا پوسته پمپ های پره ای از جنس چدن است تا علاوه بر داشتن مقاومت بالا، میزان آسیب پذیری آن حداقل باشد. پوسته به عنوان محل قرارگیری کارتریج و اجزای اصلی تشکیل دهنده پمپ است.
- کارتریج یا تیغه پمپ پره ای: تعدادی تیغه، ساچمه، روتور، همینطور پلیت های پشت و جلوی کارتریج و رینگ نگه دارنده اجزای اصلی تشکیل دهنده کارتریج پمپ پره ای هستند.
- شفت پمپ پره ای: شفت به عنوان ابزاری برای کوپل کردن الکتروموتور و پمپ پره ای است؛ به این ترتیب که از قسمت انتهایی شفت برای کوپل کردن پمپ به الکتروموتور استفاده می شود، قسمت ابتدایی آن به روتور و کارتریج درگیر است و به منظور جلوگیری از لقی شفت، توسط بلبرینگ به پوسته متصل می شود.
- لوازم و قطعات جانبی پمپ پره ای: قطعاتی مانند بلبرینگ، کاسه نمد، سیل ها و آببندها و غیره در دسته ی لوازم پمپ کارتریجی قرار می گیرد.
