Nyttige oplysninger om fortrængningspumper

Hvad er en fortrængningspumpe?

En fortrængningspumpe (PD-pumpe) flytter en væske ved gentagne gange at omslutte et fast volumen og flytte det mekanisk gennem systemet. Pumpevirkningen er cyklisk og kan drives af stempler, skruer, tandhjul, ruller, membraner eller lameller.

Hvordan fungerer en fortrængningspumpe?

Selv om der findes en lang række forskellige pumpedesigns, kan de fleste placeres i to kategorier: frem- og tilbagegående og roterende.

Stikpumpende fortrængningspumper

En stikpumpe fungerer ved gentagne frem- og tilbagebevægelser (slag) af enten et stempel, et stempel eller en membran (figur 1). Disse cyklusser kaldes reciprocering.

I en stempelpumpe skaber stemplens første slag et vakuum, åbner en indløbsventil, lukker udgangsventilen og suger væske ind i stempelkammeret (sugefasen). Når stemplens bevægelse vender om, lukkes indløbsventilen, der nu er under tryk, og udgangsventilen åbnes, så væsken i stempelkammeret kan udledes (kompressionsfasen). Cykelpumpen er et simpelt eksempel. Stempelpumper kan også være dobbeltvirkende med indløbs- og udløbsventiler på begge sider af stemplet. Mens stemplet er i sugefunktion på den ene side, er det i kompressionsfunktion på den anden side. Mere komplekse, radiale versioner anvendes ofte i industrielle applikationer.

Kolbepumper fungerer på lignende måde. Den mængde væske, der flyttes af en stempelpumpe, afhænger af cylindervolumenet; i en stempelpumpe afhænger den af stempelstørrelsen. Tætningen omkring stemplet eller stemplet er vigtig for at opretholde pumpevirkningen og for at undgå lækager. Generelt er en stempelpumpetætning lettere at vedligeholde, da den er stationær i toppen af pumpecylinderen, mens tætningen omkring et stempel gentagne gange bevæger sig op og ned inde i pumpekammeret.

En membranpumpe anvender en fleksibel membran i stedet for et stempel eller en stempel til at flytte væske. Ved at udvide membranen forøges volumenet i pumpekammeret, og væsken suges ind i pumpen. Ved at komprimere membranen mindskes volumenet, og noget væske udvises. Membranpumper har den fordel, at de er hermetisk lukkede systemer, hvilket gør dem ideelle til pumpning af farlige væsker.

Den cykliske virkning af frem- og tilbagegående pumper skaber impulser i udstrømningen, idet væsken accelererer i kompressionsfasen og bremser i sugefasen. Dette kan forårsage skadelige vibrationer i anlægget, og der anvendes ofte en form for dæmpning eller udjævning. Pulsering kan også minimeres ved at anvende to (eller flere) stempler, plunger eller membraner, hvor den ene er i kompressionsfasen, mens den anden er i sugefasen.

Den gentagelige og forudsigelige virkning af frem- og tilbagegående pumper gør dem ideelle til anvendelser, hvor der kræves præcis dosering eller dosering. Ved at ændre slaghastigheden eller længden er det muligt at levere afmålte mængder af den pumpede væske.

Rotary positive displacementpumper

Rotary positive displacementpumper anvender roterende tandhjul eller tandhjul til at overføre væsker i stedet for den frem- og tilbagegående bevægelse, der kendetegner reciproceringspumper. Det roterende element udvikler en væskeforsegling med pumpehuset og skaber sugning ved pumpeindløbet. Væsken, der suges ind i pumpen, omsluttes af tænderne på de roterende tandhjul eller tandhjul og overføres til udløbet. Det enkleste eksempel på en roterende fortrængningspumpe er en tandhjulspumpe. Der findes to grundlæggende udformninger af tandhjulspumper: udvendig og indvendig (figur 2).

En udvendig tandhjulspumpe består af to sammenkoblede tandhjul, der bæres af separate aksler (den ene eller begge aksler kan være drevet). Ved at dreje tandhjulene fastholdes væsken mellem tænderne og flyttes fra indløbet til udløbet rundt i huset. Der transporteres ikke væske tilbage gennem midten mellem tandhjulene, fordi de er indbyrdes fastlåste. De tætte tolerancer mellem tandhjulene og huset gør det muligt for pumpen at udvikle sugning ved indløbet og forhindre væske i at løbe tilbage fra udløbssiden. Lækage eller “glidning” er mere sandsynlig med væsker med lav viskositet.

En indvendig tandhjulspumpe fungerer efter samme princip, men de to sammenkoblede tandhjul er af forskellig størrelse, og det ene roterer inden i det andet. Hulrummene mellem de to tandhjul fyldes med væske ved indløbet og transporteres rundt til udløbsporten, hvor det uddrives ved hjælp af det mindre tandhjuls virkning.

Tandhjulspumper skal smøres af den pumpede væske og er ideelle til pumpning af olier og andre væsker med høj viskositet. Af denne grund bør en tandhjulspumpe ikke køre tør. De snævre tolerancer mellem tandhjulene og huset betyder, at disse pumpetyper er modtagelige for slid, når de anvendes med slibende væsker eller foder, der indeholder medfølgende faste stoffer.

To andre konstruktioner, der ligner tandhjulspumpen, er lobepumpen og lamelpumpen.

I lobepumpens tilfælde er de roterende elementer lober i stedet for tandhjul. Den store fordel ved denne konstruktion er, at loberne ikke kommer i kontakt med hinanden under pumpningen, hvilket reducerer slid, forurening og væskeskubning. Skivepumper anvender et sæt bevægelige skovle (enten fjederbelastede, under hydraulisk tryk eller fleksible), der er monteret i en excentrisk rotor. Skovlene opretholder en tæt forsegling mod husvæggen, og indespærret væske transporteres til udløbsåbningen.

En anden klasse af roterende pumper anvender en eller flere skruer med indgreb til at overføre væske langs skrueaksen. Det grundlæggende princip for disse pumper er Archimedes-skruen, en konstruktion, der har været anvendt til kunstvanding i tusindvis af år.

Hvad er de vigtigste egenskaber og fordele ved en fortrængningspumpe?

Der findes to hovedfamilier af pumper: fortrængningspumper og centrifugalpumper. Centrifugalpumper er i stand til at opnå større flow og kan arbejde med væsker med lavere viskositet. I nogle kemiske anlæg vil 90 % af de pumper, der anvendes, være centrifugalpumper. Der er dog en række anvendelser, hvor fortrinsvis fortrinsvis er fortrinsvis fortrinsfordrivningspumper. De kan f.eks. håndtere væsker med højere viskositet og kan fungere mere effektivt ved høje tryk og relativt lave flows. De er også mere præcise, når dosering er en vigtig faktor.

Hvad er begrænsningerne ved en fortrængningspumpe?

Generelt er fortrængningspumper mere komplekse og vanskelige at vedligeholde end centrifugalpumper. De er heller ikke i stand til at generere de høje strømningshastigheder, der er karakteristiske for centrifugalpumper.

Positive fortrængningspumper er mindre egnede til at håndtere væsker med lav viskositet end centrifugalpumper. For at generere sugning og reducere glidning og lækager er en roterende pumpe afhængig af tætningen mellem dens roterende elementer og pumpehuset. Dette er betydeligt reduceret med væsker med lav viskositet. På samme måde er det vanskeligere at forhindre, at ventilerne i en frem- og tilbagegående pumpe med et lavviskøst foder på grund af det høje tryk, der genereres under pumpningen.

Et pulserende udløb er også et karakteristisk træk ved fortrængningspumper, og især ved frem- og tilbagegående pumper. Pulsering kan forårsage støj og vibrationer i rørsystemer og kavitationsproblemer, som i sidste ende kan føre til skader eller svigt. Pulsering kan reduceres ved brug af flere pumpecylindre og pulsationsdæmpere, men det kræver en omhyggelig systemkonstruktion. Centrifugalpumper producerer på den anden side en jævn konstant strømning.

Bevægelsen frem og tilbage af en frem- og tilbagegående pumpe kan også være en kilde til vibrationer og støj. Det er derfor vigtigt at konstruere meget stærke fundamenter til denne type pumpe. Som følge af de høje tryk, der genereres under pumpecyklussen, er det også afgørende, at enten pumpen eller udløbsledningen har en form for trykaflastning i tilfælde af blokering. Centrifugalpumper har ikke brug for overtrykssikring: væsken recirkuleres simpelthen i dette tilfælde.

Foder, der indeholder et højt indhold af slibende faste stoffer, kan forårsage overdreven slitage på komponenterne i alle typer pumper og især på ventiler og tætninger. Selv om komponenterne i fortrængningspumper arbejder ved betydeligt lavere hastigheder end komponenterne i centrifugalpumper, er de stadig udsat for disse problemer. Dette gælder især for stempel- og stempelpumper med frem- og tilbagegående pumper og roterende tandhjulspumper. Med denne type fremføring kan en lobe-, skrue- eller membranpumpe være velegnet til mere krævende anvendelser.

Den følgende tabel opsummerer centrifugal- og fortrængningspumpernes kapacitet.

Pumpe sammenligning: Centrifugal vs. fortrængningspumpe

Egenskab	Centrifugal	Positiv fortrængningspumpe
Effektivt viskositetsområde	Effektiviteten falder med stigende viskositet (max. 200 Cp)	Effektiviteten stiger med stigende viskositet
Tryktolerance	Flow varierer med skiftende tryk	Flow er ufølsomt over for skiftende tryk
	Effektiviteten falder ved både højere og lavere tryk	Effektiviteten stiger med stigende tryk
Primning	Er påkrævet	Nej påkrævet
Flow (ved konstant tryk)	Konstant	Pulsering
Skæring (adskillelse af emulsioner, opslæmninger, biologiske væsker, fødevarer)	Højhastighedsmotor beskadiger forskydningsfølsomme medier	Lav intern hastighed. Ideel til pumpning af forskydningsfølsomme væsker

Hvad er de vigtigste anvendelsesområder for fortrængningspumper?

Positive fortrængningspumper anvendes almindeligvis til pumpning af væsker med høj viskositet, f.eks. olie, maling, harpiks eller fødevarer. De foretrækkes i alle anvendelser, hvor der kræves nøjagtig dosering eller højt trykoutput. I modsætning til centrifugalpumper påvirkes output af en fortrængningspumpe ikke af trykket, så de har også en tendens til at blive foretrukket i enhver situation, hvor forsyningen er uregelmæssig. De fleste er selvansugende.

Type PD-pumpe	Anvendelse	Egenskaber
Kolbepumpe	Vand – højtryksvask; andre væsker med lav viskositet; olieproduktion; malingsprøjtning	Gensidig bevægelse med stempel(e) forseglet med o-ringe
Kolbepumpe		Gensidig bevægelse med stempel(e) forseglet med pakning
Membranpumpe	Anvendes til dosering eller dispenseringen; sprøjtning/rengøring, vandbehandling; maling, olier; ætsende væsker	Sejleløs, selvansugende, lavt flow og i stand til høje tryk
Gearpumpe	Pumper væsker med høj viskositet i den petrokemiske, kemiske og fødevareindustri: olie, maling, levnedsmidler	Mesede tandhjul giver roterende pumpevirkning
Lobbepumpe	Kemisk industri og levnedsmiddelindustri; sanitære, farmaceutiske og bioteknologiske anvendelser	Lavt skub og lavt slid. Let at rengøre eller sterilisere
Skruepumpe	Olieproduktion, brændstofoverførsel og -injektion; vanding	Væsken bevæger sig aksialt, hvilket reducerer turbulens; i stand til høje flowhastigheder
Vanepumpe	Væsker med lav viskositet; biltransmissionssystemer; brændstofpåfyldning og -overførsel; drikkevareautomater	Bestandig mod medfølgende faste stoffer og modstår slid på vingerne. Design giver mulighed for variabel ydelse

Resumé

En fortrængningspumpe flytter en væske ved gentagne gange at omslutte et fast volumen ved hjælp af tætninger eller ventiler og flytte den mekanisk gennem systemet. Pumpevirkningen er cyklisk og kan drives af stempler, skruer, tandhjul, tandhjul, lameller, membraner eller vinger. Der findes to hovedtyper: frem- og tilbagegående og roterende.

Positive fortrængningspumper foretrækkes til anvendelser med meget viskose væsker som f.eks. tykke olier og slam, især ved høje tryk, til komplekse tilførsler som f.eks. emulsioner, fødevarer eller biologiske væsker, og også når der kræves nøjagtig dosering.

Se hele vores sortiment af pumper

Send os din forespørgsel

Kontakt os