Przydatne informacje o pompach wyporowych

Co to jest pompa wyporowa?

Pompa wyporowa (PD) porusza ciecz poprzez wielokrotne zamykanie stałej objętości i mechaniczne przemieszczanie jej w układzie. Pompowanie ma charakter cykliczny i może być napędzane przez tłoki, śruby, koła zębate, rolki, membrany lub łopatki.

Jak działa pompa wyporowa?

Mimo że istnieje wiele różnych konstrukcji pomp, większość z nich można podzielić na dwie kategorie: tłokowe i rotacyjne.

Pompy wyporowe tłokowe

Pompa wyporowa tłokowa działa na zasadzie powtarzających się ruchów (suwów) tłoka, nurnika lub membrany w przód i w tył (rys. 1). Cykle te nazywane są recyrkulacją.

W pompie tłokowej, pierwszy suw tłoka wytwarza podciśnienie, otwiera zawór wlotowy, zamyka zawór wylotowy i zasysa ciecz do komory tłoka (faza ssania). Gdy ruch tłoka ulega odwróceniu, zawór wlotowy, będący teraz pod ciśnieniem, zostaje zamknięty, a zawór wylotowy otwiera się, umożliwiając odprowadzenie płynu znajdującego się w komorze tłoka (faza sprężania). Prostym przykładem jest pompka rowerowa. Pompy tłokowe mogą być również dwustronnego działania z zaworami wlotowymi i wylotowymi po obu stronach tłoka. Podczas gdy z jednej strony tłok jest w fazie ssania, z drugiej strony jest w fazie sprężania. Bardziej złożone, promieniowe wersje są często używane w zastosowaniach przemysłowych.

Pompy nurnikowe działają w podobny sposób. Objętość cieczy poruszanej przez pompę tłokową zależy od objętości cylindra; w pompie nurnikowej zależy od wielkości nurnika. Uszczelnienie wokół tłoka lub nurnika jest ważne dla utrzymania działania pompującego i uniknięcia przecieków. Ogólnie rzecz biorąc, uszczelnienie pompy nurnikowej jest łatwiejsze do utrzymania, ponieważ jest ono nieruchome w górnej części cylindra pompy, podczas gdy uszczelnienie wokół tłoka wielokrotnie przemieszcza się w górę i w dół wewnątrz komory pompy.

Pompa membranowa wykorzystuje elastyczną membranę zamiast tłoka lub nurnika do przemieszczania płynu. Przez rozszerzenie membrany, objętość komory pompowania jest zwiększona i płyn jest wciągany do pompy. Ściskając membranę zmniejsza się jej objętość i wydala się część płynu. Pompy membranowe mają tę zaletę, że są systemami hermetycznie zamkniętymi, co czyni je idealnymi do pompowania cieczy niebezpiecznych.

Cykliczne działanie pomp tłokowych tworzy impulsy w tłoczeniu z cieczą przyspieszającą podczas fazy sprężania i zwalniającą podczas fazy ssania. Może to powodować szkodliwe wibracje w instalacji i często stosuje się jakąś formę tłumienia lub wygładzania. Pulsowanie można również zminimalizować poprzez zastosowanie dwóch (lub więcej) tłoków, nurników lub membran z jednym w fazie sprężania, podczas gdy drugi jest w fazie ssania.

Powtarzalne i przewidywalne działanie pomp tłokowych czyni je idealnymi do zastosowań, w których wymagane jest dokładne odmierzanie lub dozowanie. Poprzez zmianę szybkości lub długości skoku możliwe jest dostarczenie odmierzonych ilości pompowanej cieczy.

Pompy wyporowe

Pompy wyporowe wykorzystują działanie obracających się trybików lub kół zębatych do przenoszenia cieczy, a nie ruch do przodu i do tyłu, jak w przypadku pomp tłokowych. Element obracający się tworzy uszczelnienie cieczowe z korpusem pompy i wytwarza ssanie na wlocie pompy. Ciecz, zasysana do pompy, jest zamykana w zębach obracających się trybików lub kół zębatych i przenoszona na wylot. Najprostszym przykładem obrotowej pompy wyporowej jest pompa zębata. Istnieją dwie podstawowe konstrukcje pomp zębatych: zewnętrzna i wewnętrzna (rysunek 2).

Zewnętrzna pompa zębata składa się z dwóch zazębiających się kół zębatych wspartych na oddzielnych wałach (jeden lub oba wały mogą być napędzane). Obrót kół zębatych powoduje uwięzienie cieczy między zębami, która przemieszcza się od wlotu do wylotu wokół korpusu. Żaden płyn nie jest przenoszony z powrotem przez środek, pomiędzy kołami zębatymi, ponieważ są one wzajemnie zablokowane. Ścisłe tolerancje pomiędzy kołami zębatymi a korpusem pozwalają pompie na wytworzenie ssania na wlocie i zapobiegają wyciekom płynu z powrotem po stronie tłocznej. Przeciek lub „poślizg” jest bardziej prawdopodobny w przypadku cieczy o niskiej lepkości.

Pompa o zazębieniu wewnętrznym działa na tej samej zasadzie, ale dwa zazębiające się koła zębate mają różne rozmiary, a jedno obraca się wewnątrz drugiego. Wnęki pomiędzy dwoma kołami zębatymi są wypełnione cieczą na wlocie i transportowane do portu tłocznego, gdzie jest ona wydalana przez działanie mniejszego koła zębatego.

Pompy zębate muszą być smarowane przez pompowaną ciecz i są idealne do pompowania olejów i innych cieczy o wysokiej lepkości. Z tego powodu, pompa zębata nie powinna pracować na sucho. Ścisłe tolerancje pomiędzy kołami zębatymi a korpusem oznaczają, że tego typu pompy są podatne na zużycie, gdy są używane z cieczami ściernymi lub paszami zawierającymi porwane ciała stałe.

Dwie inne konstrukcje podobne do pompy zębatej to pompa krzywkowa i pompa łopatkowa.

W przypadku pompy krzywkowej, elementami obrotowymi są krzywki zamiast kół zębatych. Wielką zaletą tej konstrukcji jest to, że krzywki nie stykają się ze sobą podczas pompowania, co zmniejsza zużycie, zanieczyszczenie i ścinanie cieczy. Pompy łopatkowe wykorzystują zestaw ruchomych łopatek (sprężynowych, pod ciśnieniem hydraulicznym lub elastycznych) zamontowanych w niecentrycznym wirniku. Łopatki utrzymują ścisłe uszczelnienie przy ścianie korpusu, a uwięziona ciecz jest transportowana do króćca tłocznego.

Inna klasa pomp obrotowych wykorzystuje jedną lub kilka śrub z siatką do przenoszenia cieczy wzdłuż osi śruby. Podstawowa zasada działania tych pomp opiera się na śrubie Archimedesa, konstrukcji stosowanej do nawadniania od tysięcy lat.

Jakie są główne cechy i zalety pomp wyporowych?

Istnieją dwie główne rodziny pomp: wyporowe i odśrodkowe. Pompy odśrodkowe są zdolne do większych przepływów i mogą pracować z cieczami o mniejszej lepkości. W niektórych zakładach chemicznych 90% używanych pomp to pompy odśrodkowe. Istnieje jednak szereg zastosowań, dla których preferowane są pompy wyporowe. Na przykład, mogą one obsługiwać ciecze o wyższej lepkości i mogą pracować bardziej efektywnie przy wysokich ciśnieniach i stosunkowo niskich przepływach. Są również bardziej dokładne, gdy ważnym czynnikiem jest dozowanie.

Jakie są ograniczenia pomp wyporowych?

Ogólnie, pompy wyporowe są bardziej złożone i trudniejsze w utrzymaniu niż pompy odśrodkowe. Nie są one również w stanie generować wysokich przepływów charakterystycznych dla pomp odśrodkowych.

Pompy wyporowe są mniej zdolne do obsługi cieczy o niskiej lepkości niż pompy odśrodkowe. W celu wytworzenia ssania i ograniczenia poślizgów i przecieków, pompa obrotowa opiera się na uszczelnieniu pomiędzy jej elementami obrotowymi a korpusem pompy. Jest to znacznie ograniczone w przypadku cieczy o niskiej lepkości. Podobnie, trudniej jest zapobiec poślizgowi zaworów w pompie tłokowej przy zasilaniu cieczą o niskiej lepkości z powodu wysokich ciśnień wytwarzanych podczas pompowania.

Pulsujący wypływ jest również cechą charakterystyczną konstrukcji pomp wyporowych, a zwłaszcza tłokowych. Pulsacja może powodować hałas i wibracje w systemach rurowych oraz problemy z kawitacją, które ostatecznie mogą prowadzić do uszkodzenia lub awarii. Pulsowanie może być zredukowane przez zastosowanie wielu cylindrów pompy i tłumików pulsacji, ale wymaga to starannego zaprojektowania systemu. Pompy odśrodkowe, z drugiej strony, wytwarzają gładki, stały przepływ.

Ruch posuwisto-zwrotny pompy tłokowej może być również źródłem wibracji i hałasu. Dlatego ważne jest, aby zbudować bardzo mocne fundamenty dla tego typu pomp. W związku z wysokim ciśnieniem wytwarzanym podczas cyklu pompowania istotne jest również, aby pompa lub przewód tłoczny posiadały jakąś formę odciążenia ciśnienia w przypadku zablokowania. Pompy odśrodkowe nie wymagają zabezpieczenia przed nadciśnieniem: w takiej sytuacji ciecz jest po prostu recyrkulowana.

Podajniki zawierające wysoki poziom ciał stałych o właściwościach ściernych mogą powodować nadmierne zużycie elementów wszystkich typów pomp, a w szczególności zaworów i uszczelnień. Mimo że elementy pomp wyporowych pracują przy znacznie niższych prędkościach niż pompy odśrodkowe, są one nadal podatne na te problemy. Dotyczy to w szczególności pomp tłokowych i nurnikowych oraz zębatych pomp rotacyjnych. W przypadku tego typu zasilania, pompa krzywkowa, śrubowa lub membranowa może być odpowiednia do bardziej wymagających zastosowań.

Poniższa tabela podsumowuje możliwości pomp odśrodkowych i wyporowych.

Pomp Comparison: Centrifugal vs Positive Displacement

Właściwości	Odśrodkowa	Positive Displacement
Zakres lepkości efektywnej	Sprawność spada wraz ze wzrostem lepkości (maks. 200 Cp)	Wydajność wzrasta wraz ze wzrostem lepkości
Tolerancja ciśnienia	Przepływ zmienny wraz ze zmianą ciśnienia	Przepływ niewrażliwy na zmianę ciśnienia
	Wydajność spada zarówno przy wyższych, jak i niższych ciśnieniach	Wydajność wzrasta wraz ze wzrostem ciśnienia
Priming	Wymagany	Niewymagany
Przepływ (przy stałym ciśnieniu)	Stały	Pulsowanie
Ścinanie (rozdzielanie emulsji, zawiesin, płynów biologicznych, produktów spożywczych)	Silnik o dużej prędkości niszczy media wrażliwe na ścinanie	Niska prędkość wewnętrzna. Idealne do pompowania cieczy wrażliwych na ścinanie

Jakie są główne zastosowania pomp wyporowych?

Pompy wyporowe są powszechnie stosowane do pompowania cieczy o wysokiej lepkości, takich jak oleje, farby, żywice lub środki spożywcze. Są one preferowane we wszystkich zastosowaniach, w których wymagane jest dokładne dozowanie lub wysokie ciśnienie wyjściowe. W przeciwieństwie do pomp odśrodkowych, na wydajność pompy wyporowej nie ma wpływu ciśnienie, więc są one również preferowane we wszystkich sytuacjach, w których zasilanie jest nieregularne. Większość z nich jest samozasysająca.

Typ pompy PD	Zastosowanie	Cechy
Pompa tłokowa	Woda – mycie pod wysokim ciśnieniem; inne ciecze o niskiej lepkości; produkcja oleju; natryskiwanie farb	Działanie odwrotne z tłokiem(ami) uszczelnionym(ymi) pierścieniami o-ring
Pompa nurnikowa		Działanie odwrotne z tłokiem(ami) uszczelnionym(ymi) szczeliwem
Pompa membranowa	Używana do dozowania lub dozowania; natryskiwania/czyszczenia, uzdatniania wody; farb, olejów; cieczy korozyjnych	Bezszlamowa, samozasysająca, o niskich przepływach i zdolna do osiągania wysokich ciśnień
Pompa zębata	Pompowanie cieczy o wysokiej lepkości w przemyśle petrochemicznym, chemicznym i spożywczym: olej, farby, środki spożywcze	Zębate koła zębate zapewniają rotacyjne działanie pompujące
Pompa krzywkowa	Przemysł chemiczny i spożywczy; zastosowania sanitarne, farmaceutyczne i biotechnologiczne	Niskie ścinanie i zużycie. Łatwe do czyszczenia lub sterylizacji
Pompa śrubowa	Produkcja oleju, transport i wtrysk paliwa; nawadnianie	Płyn porusza się osiowo, zmniejszając turbulencje; zdolna do dużych przepływów
Pompa łopatkowa	Płyny o niskiej lepkości; samochodowe układy przeniesienia napędu; ładowanie i przesyłanie paliwa; dystrybutory napojów	Odporna na porywane ciała stałe i wytrzymuje zużycie łopatek. Konstrukcja umożliwia zmienną wydajność

Podsumowanie

Pompa wyporowa przemieszcza ciecz przez wielokrotne zamykanie ustalonej objętości, z pomocą uszczelek lub zaworów, i mechaniczne przemieszczanie jej przez układ. Działanie pompujące jest cykliczne i może być napędzane przez tłoki, śruby, koła zębate, krzywki, membrany lub łopatki. Istnieją dwa główne typy: tłokowe i obrotowe.

Pompy wyporowe są preferowane w zastosowaniach obejmujących ciecze o wysokiej lepkości, takie jak gęste oleje i zawiesiny, zwłaszcza przy wysokich ciśnieniach, w przypadku złożonych pasz, takich jak emulsje, środki spożywcze lub ciecze biologiczne, a także gdy wymagane jest dokładne dozowanie.

Zobacz pełną ofertę pomp

Wysyłanie zapytań

Kontakt

.