در تعقیب پمپ بدون نشتی
زمانی که پمپ های صنعتی شروع به کار با مایعات خطرناک کردند، نیاز به پمپ بدون نشتی در عصر مدرن ضروری شد. در مورد یک مایع سمی یا قابل اشتعال، محافظت از افراد و محیط از هر گونه نشت ضروری است. همچنین، هر نشتی به معنای هدر رفتن محصول است که هنگام پمپاژ رسانه های گران قیمت مانند مواد دارویی قابل توجه می شود.
تصویر 1. پمپ با جعبه پر کردن (تصاویر توسط اینجا گولدز پمپ ها)
چرا پمپ ها نشتی دارند؟
در نظر بگیرید که چرا جلوگیری از نشت پمپ ها بسیار چالش برانگیز است. پمپ سانتریفیوژ رایج را به عنوان مثال در نظر بگیرید. در این پمپ یک شفت و پروانه توسط یک موتور می چرخند اما موتور در خارج از پمپ قرار دارد. جایی است که شفت از پمپ خارج می‌شود، به‌ویژه در نقاط تماس بین قطعات در حال چرخش و ثابت، نشتی می‌تواند رخ دهد و اتفاق می‌افتد.
جعبه چاشنی
در برخی از پمپ ها برای رفع مشکل نشتی از وسیله ای به نام جعبه پرکن استفاده می شود.
جعبه پر کردن محفظه ای است که در قسمت بیرونی محفظه پمپ قرار دارد که در آن شفت خارج می شود. درون آن،
مواد آب بندی - یک ماده بسته بندی نرم - در اطراف شفت قرار می گیرد.
سپس با استفاده از یک دستگاه مخصوص (در ساده ترین حالت یک مهره)، بسته بندی فشرده می شود و باعث می شود که به دیواره های محفظه و شفت فشار بیاورد و بنابراین از خروج مایع از پمپ جلوگیری می کند.
با این حال، شفت باید در تماس نزدیک با مواد بسته بندی باشد تا مهر و موم محکم شود. این می تواند اصطکاک ایجاد کند و منجر به کاهش عمر مفید شود.
تصویر 2. مهر و موم مکانیکی
مهر و موم مکانیکی
عناصر اصلی آب بندی های مکانیکی دو حلقه هستند: یک حلقه متحرک که با شفت می چرخد و دیگری ثابت که با یک پین به بدنه پمپ متصل می شود.
سفتی در برابر نشتی از تماس بین سطوح حلقه ایجاد می شود که به اصطلاح یک جفت اصطکاک را تشکیل می دهد. برای ایجاد تماس، حلقه متحرک توسط یک فنر، واحد فنر یا دم - که یک غلاف موجدار الاستیک تک لایه یا چند لایه ساخته شده از مواد فلزی، غیرفلزی و کامپوزیت است، بر روی حلقه ثابت فشار داده می شود. برای آب بندی اضافی از آب بندی های ثانویه استفاده می شود که حلقه های O از الاستومر هستند.
هنگام کار به درستی، یک لایه نازک مایع بین سطوح اصطکاک وجود دارد تا از روانکاری و اتلاف گرما اطمینان حاصل شود. فاصله بین سطوح آنها برابر با ارتفاع زبری آنها است و به طور معمول از یک میلیونیم متر تجاوز نمی کند. نکته مهم این است که حلقه ثابت هرگز شفت را لمس نمی کند، در نتیجه سایش را کاهش می دهد.
انتخاب مواد حلقه مهر و موم مناسب کار بی اهمیتی نیست. حلقه ها باید دارای استحکام و مقاومت کافی در برابر سایش باشند تا در برابر اثرات عملکرد پمپ مقاومت کنند و از نظر شیمیایی در برابر محیط پمپاژ شده مقاوم باشند. علاوه بر این، آنها باید قادر به مقاومت در برابر درجه حرارت بالا که به دلیل اصطکاک ایجاد می شود، باشند. به این دلایل، جفت‌های اصطکاکی به‌طور شگفت‌آوری فناوری‌های پیچیده‌ای هستند که به رشته‌های نظری و محاسباتی مکانیک، ترمودینامیک، هیدرولیک و تریبولوژی نیاز دارند. با توجه به فاصله کم بین حلقه ها، ساخت مهر و موم های مکانیکی مدرن در واقع در دسته فناوری نانو قرار می گیرد.
مهر و موم مکانیکی دوبل
مهر و موم های مکانیکی جفت اصطکاکی تنها ممکن است نشتی ها را به حداقل برسانند، نه از بین بردن آنها. برای تلاش بیشتر برای از بین بردن نشت، مهر و موم های مکانیکی دوتایی ایجاد شد. سیستم کمکی - که طرح فلاشینگ یا طرح لوله‌کشی نامیده می‌شود - یک سیال مخصوص به نام سد را به ناحیه آب‌بندی بین دو حلقه جفت اصطکاک تغذیه می‌کند. فشار آن کمی بیشتر از فشار محیط پمپ شده در ناحیه آب بندی نگه داشته می شود و به این ترتیب سفتی حاصل می شود. سیال مانع همچنین وظایف لازم حذف گرما و روانکاری را در صورتی که رسانه پمپ شده فاقد خواص لازم برای انجام این کار باشد، انجام می دهد. برای مثال، آب در حدود 176 فارنهایت (80 درجه سانتیگراد) خاصیت روان کنندگی خود را از دست می دهد.
مهر و موم دو لبه مکانیکی می تواند نشت مایع پمپ شده به اتمسفر را از بین ببرد. با این حال، آنها می توانند نسبتاً گران و نگهداری آنها دشوار باشد. علاوه بر این، حتی دقیق ترین جفت اصطکاک ساخته شده به دلیل سایش به مرور زمان از کار می افتد، بنابراین نیاز به نظارت و تعویض مداوم دارند.
کوپلینگ های مغناطیسی
تصویر 3. ترسیم مقطعی پمپ درایو ماگ. شفت با آهنرباهای محرک کارتریج را می چرخاند که شامل آهنرباهای رانده می شود.
به دلیل این انتقال قدرت از راه دور، شفت نیازی به عبور از بدنه ندارد، بنابراین هیچ سوراخی وجود ندارد و امکان نشتی وجود ندارد. با این حال، این پمپ ها به دلیل هزینه آهنرباهای پیشرفته مورد نیاز، گران تر هستند. معمولاً اینها از آلیاژهای عجیب و غریب نئودیمیم، کبالت و ساماریوم ساخته می شوند، اما آلیاژ نئودیمیم آهن بور (NdFeB) اکنون موثرتر در نظر گرفته می شود. عمر مفید این آهنرباها می‌تواند ده‌ها یا حتی صدها سال باشد که اغلب از عمر پمپ خود بیشتر است.
پمپ های موتور کنسرو شده
پیشرفت دیگری که از توسعه الکترومکانیک و نظریه الکترومغناطیسی حاصل شد، موتور پمپ کنسرو شده بود. این دستگاه عملکرد موتور الکتریکی را با پمپ گریز از مرکز کلاسیک ترکیب می کند. این شبیه به یک پمپ با یک مغناطیسی است جفت، اما نقش آهنرباها توسط سیم پیچی استاتور (قسمت ثابت موتور الکتریکی) و روتور انجام می شود. به آن "کنسرو" می گویند زیرا موتور توسط یک سیلندر (پوسته) مخصوص از اتصال کوتاه محافظت می شود و در داخل محفظه پمپ در مایع پمپ شده قرار دارد که به طور همزمان یاتاقان ها را روان و خنک می کند.
تصویر 4. موتور پمپ کنسرو شده
گشتاور حاصل از سیم پیچ های "خشک" استاتور از طریق یک محفظه هوابند منتقل می شود، بنابراین امکان نشتی وجود ندارد.
از آنجایی که موتورپمپ های کنسرو شده از قطعات کمتری استفاده می کنند، جمع و جور هستند. با این حال، به دلیل اینکه سیم پیچ های استاتور و روتور توسط چندین پارتیشن از هم جدا شده اند، کارایی آنها می تواند نسبتاً پایین باشد. بنابراین، این دستگاه ها بسیار مفید هستند، اما انرژی بیشتری مصرف می کنند.
تلاش مداوم در طول سالیان متمادی اکنون گزینه های مختلفی را برای دستیابی به پمپی بدون نشتی ایجاد کرده است. هر کدام ترکیبی از مزایا و معایب خاص خود را دارند. برای تعیین اینکه کدام یک برای عملیات شما بهترین است، متخصصان بسته به خواص مایعات پمپ شده، شرایط عملیاتی و محدودیت های اقتصادی، طرحی را انتخاب می کنند.