Positiivisen siirtymän pumput
Osa I - mäntäpumput
On monia pumppumalleja, jotka kuuluvat positiivisen siirtymisen luokkaan, mutta suurimmaksi osaksi ne voidaan jakaa mukavasti kahteen perusryhmään. Edestakainen ryhmä toimii mäntien, mäntien tai kalvojen kautta, kun taas pyörivät pumput käyttävät hammaspyöriä, lohkoja, ruuveja, siipiä ja peristalttista vaikutusta. Niiden yleinen suunnittelulanka on, että energiaa lisätään pumpattavaan nesteeseen vain määräajoin, missä sitä lisätään dynaamisissa pumpuissa jatkuvasti.
Männät ja rengaspumput
Mäntäpumppu on yksi yleisimmistä edestakaisin liikkuvista pumpuista, ja ennen suurten nopeuksien ohjaimien kehittämistä, jotka lisäsivät keskipakopumppujen suosiota, se oli valintapumppu laajalle sovellusalueelle.
Nykyään niitä havaitaan useimmiten alhaisemman virtauksen, kohtalaisissa (2000 PSI) painesovelluksissa. Sen lähellä oleva serkku, mäntäpumppu, on suunniteltu korkeampiin paineisiin, jopa 40 000 PSI. Suurin ero näiden kahden välillä on menetelmä sylinterien sulkemiseksi. Mäntäpumppussa tiivistysjärjestelmä (renkaat, tiivisteet jne.) Kiinnitetään mäntään ja liikkuu sen mukana iskunsa aikana. Mäntäpumpun tiivistysjärjestelmä on paikallaan ja mäntä liikkuu sen läpi iskunsa aikana.
Mäntäpumput toimivat periaatteella, että kiinteä aine syrjäyttää nesteen määrän, joka vastaa sen omaa tilavuutta. Kuvassa oikealla on geneerinen kaksitoiminen mäntäpumppu. Jos poistaisimme kaksi venttiiliä kuvan vasemmalla puolella ja korvaamme ne sylinterin jatkeella, meillä olisi yksi toimiva pumppu. Yksitoiminen pumppu tyhjentää vettä vain eteenpäin, kun taas kaksitoiminen pumppu purkaa myös paluutavastaan. Imusuunnan aikana (oikealta vasemmalle) yksitoimisen pumpun poistoventtiili sulkeutuu ja pääsee nesteen pääsemään sylinteriin imuventtiilin kautta. Kun mäntä muuttaa suuntaa (edestakaisin) imuventtiili sulkeutuu ja vesi poistuu tyhjennysventtiilin läpi. Kaksitoimisessa pumpussa sama sekvenssi esiintyy molemmissa iskuissa ja lähes kaksinkertainen määrä nestettä poistuu yksikköaikaa kohti.
Paine
Keskipakopumpun luoma pää riippuu nopeudesta, jonka se antaa nesteelle juoksupyöränsä kautta. Siksi jokaiselle juoksupyörän halkaisijalle ja pyörimisnopeudelle pää on jokin enimmäisarvo, muuttumaton. Ei niin mäntäpumppuissa. Vaikka niillä on suurin käyttöpainearvo, saavutettu suurin paine (P) riippuu sovelluksesta.
Suljettua tyhjennysventtiiliä vasten painetta rajoittavat vain kuljettajan kyky ja käytettyjen materiaalien lujuus. Vain jonkin komponentin ”murtumispiste” rajoittaa purkauspainetta. Siksi on toimitettava jonkinlainen paineenrajoitin, jos sovellus voi ylittää pumpun paineen nimellisarvon.
kapasiteetti
Yksitoimisen männän tai männän pumpun kapasiteetti (Q) on verrannollinen sen siirtymään (D) yksikköä kohti. Siirtymä on pumpun laskettu kapasiteetti, olettaen, että hydraulisella hyötysuhteella on 100%, ja se on verrannollinen männän (A) poikkileikkauspinta-alaan, sen iskun (osien) pituuteen, sylinterien lukumäärään (n) ja pumpun nopeus rpm. Galloneina minuutissa se on:
D = (A xsxnx rpm) / 231
Kaksitoimisissa pumpuissa männän tai männän poikkipinta-ala kaksinkertaistuu ja männänvarren (a) poikkileikkauspinta-ala vähennetään. Jälleen D, gallonaa minuutissa, on:
D = ((2A - a) xsxnx rpm) / 231
Tosielämässä mäntä- tai mäntäpumpun teoreettista kapasiteettia hillitsee useita tekijöitä. Yksi tunnetaan lipsahdus (S). Liukumisen pääkomponentti on nesteen vuotaminen takaisin poisto- tai imuventtiilin läpi sulkeutuessaan (tai istuen). Se voi vähentää laskettua siirtymää 2 - 10% venttiilin suunnittelusta ja kunnosta riippuen. Lisääntynyt viskositeetti vaikuttaa myös haitallisesti liukumiseen.
Toinen tärkeä tekijä, joka vaikuttaa edestakaisin liikkuvan pumpun kapasiteettiin, on nimeltään tilavuuden hyötysuhde (VE). VE ilmaistaan prosentteina ja se on verrannollinen kokonaispurkaustilavuuden suhteeseen männän tai männän siirtymiseen. Oikealla oleva kuva kuvaa, kuinka saavutamme tämän suhteen.
Suhteen (r) on osoitettu olevan (c + d) / d, missä d on männän tai männän siirtämä tilavuus ja c on lisätilavuus tyhjennys- ja imuventtiilien välillä. Mitä pienempi tämä suhde, sitä parempi on tilavuustehokkuus. Matemaattisesti ilmaistuna se näyttää tältä:
VE = 1- (P xbxr) -S
missä P on paine, b on nesteen puristuvuuskerroin, r on tilavuussuhde ja S on liukas. Veden puristuskerroin on melko pieni (3 x 10-6 tuumaa paunaa painosta ympäristön lämpötilassa), mutta yli 10000 PSI: n paineissa siitä tulee tekijä.
Yllä oleva kuva havainnollistaa selvästi myös näiden pumppujen tilavuussiirtymän toimintaperiaatetta. Vaikka männän ympärillä ei ole sylinterin seinää iskun alareunassa, se siirtää silti nestettä, joka on yhtä suuri kuin oma tilavuus. Nyt voimme lopulta todeta edestakaisin liikkuvan pumpun todellisen kapasiteetin. Se on yksinkertaisesti:
Q = D x VE
teho
Edestakaisen pumpun käyttämiseen tarvittava teho on melko suoraa eteenpäin. Se on yksinkertaisesti verrannollinen paineeseen ja kapasiteettiin. Jarrujen hevosvoimissa se on:
bhp = (QXP) / (1714 X ME)
missä 1714 on bhp-muuntokerroin ja ME on mekaaninen hyötysuhde. Mekaaninen hyötysuhde on kuljettajan tehon prosenttiosuus, jota ei menetetä pumpun voimakehykseen ja muihin edestakaisin liikkuviin osiin. Mäntä- tai mäntäpumpun mekaaninen hyötysuhde vaihtelee välillä 80 - 95% nopeudesta, koosta ja rakenteesta riippuen.
DIAPHRAGM PUMPUT
Kalvopumput ovat edestakaisin liikkuvat positiivisen siirtymän pumput, joissa käytetään joustavaa kalvoa männän tai männän sijasta pumpun nesteen syrjäyttämiseksi. Ne ovat todella itsestään pohjautuvia (voivat kuivua) ja voivat kuivua kuivumatta. Ne toimivat saman aiemmin kuvatun tilavuussiirtoprosessin kautta. Oikealla oleva kuva osoittaa peruskäsikäyttöisen yhden kalvopumpun toimintajakson.
Jos sen toiminta olisi yksinkertaisempaa, se kilpailisi painovoiman kanssa. Kuvan yläosa osoittaa imuiskun. Kahva nostaa kalvon muodostaen osittaisen tyhjiön, joka sulkee poistoventtiilin ja antaa nesteen päästä pumpun kammioon imuventtiilin kautta. Purkausiskun aikana kalvo työnnetään alaspäin ja prosessi käännetään. Käsikäyttöiset pumput on suunniteltu tuottamaan jopa 30 g / min nopeudella 15 jalkaa, mutta todellinen kapasiteetti on erittäin riippuvainen kuljettajan fyysisestä kunnosta. Ilma-, moottori- ja moottorikäyttöyksiköitä on myös saatavana ja niiden kapasiteetti on 130 g / min. Sekä imu- että poistopää vaihtelevat 15 - 25 jalkaa.
Huomaa, että toisin kuin männät ja männät, kalvot eivät vaadi tiivistysjärjestelmää, joten ne toimivat vuotamattomina. Tämä ominaisuus estää kuitenkin kaksitoimisen suunnittelun mahdollisuuden. Jos vaaditaan melkein jatkuvaa virtausta, käytetään yleensä kaksikalvoista tai kaksipuolista pumppua. Alla oleva kuva on poikkileikkaus ilmakäyttöisestä kaksoiskalvopumpusta.
Kaksinkertainen kalvopumppu käyttää yhteistä imu- ja poistoputkea, joka on muodostettu kahden kalvon kanssa, jotka on tiukasti kytketty akselilla. Pumpattava neste sijaitsee kunkin ulkotilassa, samalla kun paineilmaa johdetaan niiden sisäkammioihin ja niiden ulkopuolelta. Kuviossa oikeanpuoleinen kammio on juuri saanut päätökseen imuiskunsa ja samanaikaisesti vasen kammio suoritti purkausiskunsa. Kuten voitaisiin odottaa, imutarkistus on avoin, jotta neste voi virtata oikeaan kammioon ja vasemman kammion purkaustarkistus on avoin, jotta neste voi virrata ulos. Kaksikammiokokoonpanoa lukuun ottamatta sen toiminta on aivan kuten aikaisemmin nähty kaksinkertaisen vaikutuksen mäntäpumppu. Ero tietenkin on sisäkammioissa ja menetelmässä, jossa edestakaisin liikettä ylläpidetään. Tämä saavutetaan ilmanjakoventtiilillä, joka vie paineilman yhteen kalvokammioon samalla, kun se tyhjentää sen toisesta. Kun isku on valmis, venttiili pyörii 90 astetta ja tapahtuu edestakaisin.
Esittelin tämän osan lausunnolla, että kalvopumput ovat luonteeltaan positiivisia siirtymiä. Yleensä tämä on tarkka lausunto, mutta niihin voidaan myös viitata ”puoliksi” positiivisena siirtymänä. Syynä tähän on kalvon joustavuus ja vastaava tilavuustehokkuuden väheneminen purkauspaineen kasvaessa. Myös takaiskuventtiilin vuoto on usein huomattavasti suurempi kuin mäntä- ja mäntäpumppujen kokema.
AFFINITEETTI
Vaikka meillä on taipumus liittää affiniteettia koskevia lakeja keskipakopumppuihin, myös muilla mekaanisilla laitteilla on nämä "luonnolliset" suhteet. Positiivisten siirtymäpumppujen tapauksessa affiniteettia koskevat lait ovat hyvin suoraviivaiset.
Virtaus - Virtaus vaihtelee suoraan nopeuden muutoksen myötä. Jos pyörimisnopeus kaksinkertaistuu, myös virtaus kaksinkertaistuu.
Paine - Paine on riippumaton nopeuden muutoksesta. Jos jätetään huomioimatta hyötysuhdehäviöt, millä tahansa pyörimisnopeudella syntyvä paine on se, mitä vaaditaan virtauksen tukemiseksi.
Hevosvoima - Hevosvoima vaihtelee suoraan nopeuden muuttuessa. Jos kaksinkertaistamme pyörimisnopeuden, tarvitaan kaksi kertaa enemmän voimaa.
NPSHr - vaadittava positiivinen imupää vaihtelee nopeuden muutoksen neliön mukaan. Jos kaksinkertaistamme pyörimisnopeuden, NPSHR kasvaa neljällä.
