پمپ های پیستونی با دارا بودن بیشترین نسبت توان به وزن، از گرانترین پمپ ها هستند و در صورت آب بندی دقیق پیستون ها می تواند بالا ترین بازدهی را داشته باشند. معمولا جریان در این پمپ ها بدون ضربان بوده و به دلیل عدم وارد آمدن بار جانبی به پیستون ها دارای عمر طولانی می باشند، اما به خاطر ساختار پیچیده تعمیر آن مشکل است.
انواع پمپ های پیستونی از نظر طراحی
از نظر طراحی پمپ های پیستونی به دو دسته شعاعی و محوری تقسیم می شوند.
پمپ های پیستونی محوری با محور خمیده (Axial piston pumps (bent-axis type
در این پمپ ها خط مرکزی بلوک سیلندر نسبت به خط مرکزی محور محرک در موقعیت زاویه ای مشخصی قرار دارد میله پیستون توسط اتصالات کروی (Ball & socket joints) به فلنج محور محرک متصل هستند به طوری که تغییر فاصله بین فلنج محرک و بلوک سیلندر باعث حرکت رفت و برگشت پیستون ها در سیلندر می شود. یک اتصال یونیورسال (Universal link) بلوک سیلندر را به محور محرک متصل می کند.
میزان خروجی پمپ با تغییر زاویه بین دو محور پمپ قابل تغییر است.در زاویه صفر خروجی وجود ندارد و بیشینه خروجی در زاویه 30 درجه بدست خواهد آمد.
پمپ های پیستونی محوری با صفحه زاویه گیر Axial piston pumps(Swash plate))
در این نوع پمپ ها محوربلوک سیلندر و محور محرک در یک راستا قرار می گیرند و در حین حرکت دورانی به خاطر پیروی از وضعیت صفحه زاویه گیر پیستون ها حرکت رفت و برگشتی انجام خواهند داد، با این حرکت سیال را از ورودی مکیده و در خروجی پمپ می کنند. این پمپ ها را می توان با خاصیت جابه جایی متغیر نیز طراحی نمود . در پمپ های با جابه جایی متغییر وضعیت صفحه زاویه گیر توسط مکانیزم های دستی، سرو کنترل و یا از طریق سیستم جبران کننده تنظیم می شود. حداکثر زاویه صفحه زاویه گیر حدود 17.5 درجه می باشد.
پمپ های پیستونی شعاعی (Radial piston pumps)
در این نوع پمپ ها، پیستون ها در امتداد شعاع قرار میگیرند.پیستون ها در نتیجه نیروی گریز از مرکز و فشار سیال پشت آن ها همواره با سطح رینگ عکس العمل در تماسند.
برای پمپ نمودن سیال رینگ عکس العمل باید نسبت به محور محرک خروج از مرکز داشته باشد در ناحیه ای که پیستون ها از محور روتور فاصله دارند خلا نسبی بوجود آمده در نتیجه مکش انجام میگیرد، در ادامه دوران روتور، پیستون ها به محور نزدیک شده و سیال موجود در روتور را به خروجی پمپ می کند. در انواع جابه جایی متغییر این پمپ ها با تغییر میزان خروج از مرکز رینگ عکس العمل نسبت به محور محرک می توان مقدار خروجی سیستم را تغییر داد.
پمپ های پلانچر (Plunger pumps)
پمپ های پلانچر یا پمپ های پیستونی رفت و برگشتی با ظرفیت بالا در هیدرولیک صنعتی کاربرد دارند. ظرفیت برخی از این پمپ ها به حدود چند صد گالن بر دقیقه می رسد.
پیستون ها در فضای بالای یک محور بادامکی (شامل تعدادی رولر برینگ خارج از مرکز) در آرایش خطی قرار گرفته اند. ورود و خروج سیال به سیلندر ها از طریق سوپاپ ها (شیر های یک ترفه) انجام می گیرد.
راندمان پمپ ها (Pump performance)
بازده یک پمپ بطور کلی به میزان تلرانس ها و دقت بکار رفته در ساخت، وضعیت مکانیکی اجزاء و بالانس فشار بستگی دارد. در مورد پمپ ها سه نوع بازده محاسبه می شود:
- بازده حجمی که مشخص کننده میزان نشتی در پمپ است و از رابطه زیر بدست می آید (دبی تئوری كه پمپ باید تولید كند/میزان دبی حقیقی پمپ)=بازده حجمی
- بازده مکانیکی که مشخص کننده میزان اتلاف انرژی در اثر عواملی مانند اصطکاک در یاتاقان ها و اجزای درگیر و همچنین اغتشاش در سیال می باشد=بازده مکانیکی (قدرت حقیقی داده شده به پمپ/قدرت تئوری مورد نیاز جهت کار پمپ)
- بازده کلی که مشخص کننده کل اتلاف انرژی در یک پمپ بوده و برابر حاصضرب بازده مکانیکی در بازده حجمی می باشد.
پمپ چرخ دنده‌ای ساده
شافت گردان این پمپ از میان پوسته آن که دو چرخ دنده را احاطه می‌کند، می‌گذرد. این دو چرخ دنده، چرخ دنده گردان و چرخ دنده هرزگرد نامیده می‌شوند. چرخ دنده گردان بوسیله خار به شافت گردان وصل شده است. وقتی که شافت گردان می‌چرخد، چرخ دنده گردان هم با آن می‌چرخد. جهت گردش آن ها یکی است. چرخ دنده گردان، چرخ دنده هرزگرد را (که برای گردیدن به دور شافت خود آزاد است) در جهت مخالف با حرکت خود می‌چرخاند.
پمپ های پره ای
به طور کلی پمپ های پره ای به عنوان پمپ های فشار متوسط در صنایع مورد استفاده قرار می گیرند. سرعت آن ها معمولا از 1200 rpm تا 1750 rpm بوده و در مواقع خاص تا 2400 rpm نیز می رسد. بازده حجمی این پمپ ها 85% تا 90% است اما بازده کلی آنها به دلیل نشت های موجود در اطراف روتور پایین است (حدود 75% تا 80%). عمدتا این پمپ ها آرام و بی سر و صدا کار می کنند، از مزایای جالب این پمپ ها این است که در صورت بروز اشکال در ساختمان پمپ بدون جدا کردن لوله های ورودی و خروجی قابل تعمیر است.
فضای بین روتور و رینگ بادامکی در در نیم دور اول چرخش محور، افزیش یافته و انبساط حجمی حاصله باعث کاهش فشار و ایجاد مکش می گردد، در نتیجه سیال به طرف مجرای ورودی پمپ جریان می یابد. در نیم دور دوم با کم شدن فضای بین پره ها سیال که در این فضاها قرار دارد با فشار به سمت خروجی رانده می شود. همانطور که در شکل می بینید جریان بوجود آمده به میزان خروج از مرکز (فاصله دو مركز) محور نسبت به روتور پمپ بستگی دارد و اگر این فاصله به صفر برسد دیگر در خروجی جریانی نخواهیم داشت.
پمپ های جابجایی مثبت
پمپ دورانی پمپ جابه‌جایی مثبت است. برای مثال هر دور کامل چرخ در یک پمپ چرخ دنده‌ای مقدار معینی از سیال را از ورودی به خروجی انتقال داده و آن را به سیستم لوله کشی می‌فرستد. بدین دلیل از پمپ های چرخ دنده‌ای (و همچنین پمپ های پیچی) معمولا برای انتقال سیال ها از میان سیستم هایی که دارای یک مسیر جریان کامل از قسمت خروجی به ورودی پمپ می‌باشند، استفاده می‌شود. اگر این مسیر جریان برای مدتی مسدود شود، فشار زیاد ایجاد شده باعث متوقف شدن واحد محرک می‌گردد. پمپ ممکن است خورد شود، یا حداقل اتصالات فلزی سیستم لوله کشی خراب شده و شروع به نشت نمایند.
پمپ چرخ دنده جناقی
این پمپ به خاطر شکل دندانه چرخ دنده‌اش، پمپ چرخ دنده جناقی نامیده شده است. چرخ دنده جناقی جریان یکنواخت‌تری از آنچه که به وسیله چرخ دنده‌های ساده می‌توان بدست آورد، تولید می‌کند. دندانه‌های پمپ چرخ دنده‌ای ساده، مستقیم هستند. بدین دلیل هنگام تخلیه هر چرخ دنده در یک زمان انجام می‌شود. دنده چرخ دنده‌های جناقی کج است. این موضوع باعث روی هم افتادن چرخ دنده‌ها می‌شود. هنگام تخلیه یک چرخ دنده قبل از تکمیل هنگام چرخ دنده دیگر انجام می‌شود، بدین دلیل باعث نرم کار کردن جریان در داخل سیستم لوله کشی می‌شود.
پمپ های چرخ دنده حلزونی
بعضی از پمپ های چرخ دنده‌ای باید بتوانند سیال را به هر دو جهت جابه‌جا کنند. بدین معنی که جهت چرخش چرخ دنده‌ها بایستی معکوس شود. چرخش پمپ های چرخ دنده‌ای ساده قابل برگشت (دو طرفه) است، ولی دارای خروجی ضربانی می‌باشند. پمپ های چرخ دنده جناقی دارای خروجی یکنواخت‌تری هستند، ولی جهت چرخش چرخ دنده‌ها قابل برگشت نیست. (روغن، بین دنده‌های V شکل چرخ دنده به تله می‌افتد.
این عمل می‌تواند برای جدا کردن چرخ دنده‌ها فشار کافی ایجاد نماید و باعث گیر کردن آن ها به پوسته شود). برای پیشگیری این نقض، بعضی از پمپ های چرخ دنده‌ای از چرخ دنده حلزونی استفاده می‌کنند. کجی دندانه‌های چرخ دنده حلزونی باعث ایجاد هنگام های تخلیه یکنواخت برای جریان خروجی آرام از پمپ می‌باشد. دندانه‌های چرخ دنده حلزونی همانطور که به آسانی در یک جهت می‌گردند، در جهت دیگر نیز می‌چرخند.
پمپ دورانی سه پیچه
نوع دیگر پمپ دورانی، پمپ پیچی است. پمپ های پیچی در سه نوع، یک پیچه، دو پیچه و سه پیچه ساخته می‌شوند. قطعات متحرک یک پمپ سه پیچه شامل روتور نیرو دهنده جابه‌جا کردن مایع از طرف مکش به طرف خروجی پمپ می‌باشد. روتور نیرو دهنده دو روتور هرزگرد را که عمل آب بندی را انجام می‌دهند، می‌گرداند. در حقیقت پیچهای این مکانیزم از نوع پیچ های چرخ دنده حلزونی هستند.
هر پمپ دارای سه روتور می‌باشد، یک روتور نیرو دهنده و دو هرز گرد. روتورها درون یک پوسته قرار گرفته‌اند. سیال از طریق دهانه مکشی وارد پمپ می‌شود و از طریق گذرگاه های محفظه به هر دو انتهای روتورها یا جایی که سیال در میان فضای بین پوسته روتور و دندانه‌های روتور نیرو دهنده بار (سیال) پمپاژ شده مورد نیاز را با هرزگردها که بطور ساده برای آب بندی بکار می‌روند، حمل می‌کند. محفظه‌های روتور از یاطاقان های طوق های تشکیل شده‌اند. این یاطاقان ها روتورها را نگهداری و هدایت کرده و آن ها را درگیر می‌کنند.
محفظه روتورها کانال هایی هستند که مایع باید قبل از تخلیه شدن از پمپ از میان آن ها بگذرد. برای جلوگیری از نفوذ هوا به داخل پمپ (فشار سیال در طرف مکش پمپ ممکن است کمتر از فشار اتمسفر باشد) شافت روتور نیرو دهنده باید آب بندی شود. شافت روتور هرزگرد مانند میله والو به وسیله پکینگی که توسط گلند در کاسه نمد نگه داشته می‌شود، آب بندی می‌گردد. قسمت انتهای کاسه نمد یک قسمت مجزا می‌باشد. این قطعه یاطاقان طوقه‌ای می‌باشد که بوش آب بندی نامیده می‌شود. بوش آب بندی، شافت روتور نیرو دهنده را نگه داشته و هدایت می‌کند و نیز برای نفوذ ناپذیری هوا از اطراف شافت به داخل کمک می‌کند.
تنظیم گلند در پمپ دورانی
چرخش شافت گردان با سرعت زیاد ایجاد اشکال می‌کند، زیرا پکینگ با سطح شافت اصطکاک پیدا کرده و گلند را از تنظیم خارج می‌کند. با سفت یا شل کردن دو مهره، گلند تنظیم می‌شود تا فشار بر روی گلند بطور یکنواخت تقسیم شود. در صورت وقوع این اتفاق گلند کج شده و به شافت گردان شائیده می‌شود و باعث فرسودگی هر دو قطعه می‌گردد.
هیچ پمپی بدون وجود مایع در قسمت ورودی آن قادر به فرستادن مایع در سیستم لوله کشی نمی‌باشد. در روی یگانهای شناور، بعضی از پمپها در میان کارتر ، یا مخزن، در زیر سطح مایع جاگذاری شده‌اند. نتیجه این ترتیب تغذیه جاذبه‌ای، هد مکش (فشار) استاتیک است. نظر به اینکه ورودی پمپ بوسیله نیروی وزن مایع پر نگه داشته می‌شود، لذا پمپ هواگیری خواهد شد. وقتی پمپ بالاتر از سطح مایع نصب شود، باید راهی باشد تا مایع از ورودی پمپ بالا رود.
بعضی از پمپ ها مخصوصا پمپ گریز از مرکز نیاز به ترتیب هواگیری به خصوص با والوهای اضافی دارند (حتی بعضی مواقع پمپ های دیگر نیاز به این ترتیب هواگیری دارند) پمپ های چرخ دنده‌ای و پیچی پمپ های خود هواگیر هستند. پمپ های چرخ دنده‌ای به خودی خود هواگیری می‌شوند، چون در این پمپ ها از همان اصلی استفاده می‌شود که شما برای نوشیدن سودا یا شیر بوسیله نی بکار می‌برید.
ما توسط ایجاد اختلاف فشار بین دو سر نی مایعات را می‌نوشیم. مکیدن فشار هوای داخل آن را کم می‌کند و همانطور که فشار کاهش می‌یابد، فشار اتمسفر روی سطح مایع فشار آورده و باعث می‌شود، مایع در داخل نی بالا رود. پمپ های چرخ دنده‌ای و پیچی نیز قادرند هوا را پمپاژ نموده و اختلاف فشار در دو سر لوله ایجاد نمایند.
در روی یگان های شناور، پمپ های چرخ دنده‌ای اغلب برای انتقال روغن روان سازی به ماشین آلات مورد استفاده قرار میگیرند. این پمپ ها را پمپ های روغنی (.L.O) می‌نامند. پمپ های چرخ دنده‌ای در سیستم های هیدرولیکی (روغن) نیز موارد استعمال زیاد دارند. یک پمپ چرخ دنده‌ای ممکن است بوسیله توربین بخار یا موتور الکتریکی یا در مورد پمپ دستی بوسیله یک هندل دستی بکار افتد. پمپ های پیچی در بیشتر موارد به عنوان پمپ های سرویس سوخت «پمپ گازوئیل» (.F.O) بکار می‌روند. آن ها می‌توانند سوخت را تا فشار 1000 پوند بر اینج مربع به مشعل های دیگ بخار برسانند. یک پمپ پیچی را می‌توان بوسیله توربین بخار یا موتور الکتریکی بکار انداخت.
سیستم کاربری