kladná objemová čerpadla byla vyvinuta dlouho před odstředivými čerpadly. Kapalina je pozitivně přemístěna z nádoby s pevným objemem. Čerpadla s kladným objemem jsou schopna vyvinout vysoké tlaky při provozu při nízkých sacích tlacích. Jsou běžně označovány jako čerpadla s konstantním objemem. Na rozdíl od odstředivých čerpadel není jejich kapacita ovlivněna tlakem, proti kterému pracují. Průtok je obvykle regulován změnou rychlosti čerpadla nebo recyklací. Čerpadla s pozitivním výtlakem jsou rozdělena do dvou skupin: rotační a pístová čerpadla.

Rotační čerpadla

Rotační čerpadla jsou obvykle omezena na služby, ve které se kapalina viskozita je velmi vysoká nebo průtok příliš malý, aby bylo nakládáno hospodárně, ostatní čerpadla. Rotační čerpadla se běžně používají k cirkulaci mazacích olejů prostřednictvím motorů, turbín, redukčních převodů a ložisek procesních strojů. Rotační čerpadla vytlačují pevné množství tekutiny pro každou otáčku hřídele řidiče. Mají různé čerpací prvky, jako jsou lopatky, laloky, ozubená kola a šrouby. Obr. 1 znázorňuje tři (vnitřní ozubené kolo, vnější ozubené kolo a šroub) nejčastěji používaných rotačních čerpadel ve výrobních operacích.

• 

  Obr. 1-běžně používaná rotační čerpadla.

většina výrobců hodnotí rotační čerpadla podle kapacity (tj. Kapacita je celkový objem kapaliny čerpadla méně skluzu. Skluz je množství tekutiny, která uniká z vysokotlakého výboje do nízkotlakého sání. Ke skluzu dochází, protože všechna rotační čerpadla vyžadují mezery mezi rotujícími prvky a pouzdrem čerpadla. Tyto vůle poskytují únikovou cestu mezi výtlačnou a sací stranou. Čerpadlo s velkými vůlemi, kvůli tolerancím obrábění nebo opotřebení, vykazuje proporcionálně větší skluz. Rotační čerpadla nemohou pohybovat nemazacími tekutinami, jako je voda nebo tekutiny obsahující tvrdé nebo abrazivní částice. Rotační čerpadla mohou pohybovat velkým množstvím vzduchu nebo páry na krátkou dobu bez ztráty prime.

Rotační čerpadla jsou samonasávací, ale nejsou konstruována tak, aby dlouho běžela v suchu. Pro nejlepší provoz musí být v sacím otvoru dostatek tekutiny, aby byla čerpací komora zcela naplněna.

Obr. 2 ilustruje vztah mezi rychlostí, objemová účinnost, a posunutí rotačních vytěsňovacích čerpadel. Dále jsou popsány principy fungování některých běžnějších typů rotačních čerpadel.

• 

  Obr. 2-vztah mezi rychlostí, objemovou účinností a posunem rotačního čerpadla s pozitivním výtlakem.

Posuvné křídlové

sada lopatky je uložen v rotoru, v nichž lopatky klouzat dovnitř a ven z rotoru. Rotor je namontován mimo střed v pouzdru. Když se lopatky otáčejí kolem sacího otvoru, vysouvají z rotoru při zachování stálého kontaktu s pouzdrem. Pružiny nebo těsnicí kroužky pomáhají držet lopatky proti pouzdru, takže lopatky vytvářejí těsné těsnění, nebo fit, proti stěně skříně. Zachycená tekutina je vytlačena ze sacího otvoru do výtlačného otvoru.

konstrukce posuvných lopatek je schopna dodávat střední kapacitu a hlavu. Poskytují konstantní průtok pro nastavenou rychlost rotoru. Pracují dobře s tekutinami s nízkou viskozitou a poněkud se kompenzují opotřebením. Nejsou vhodné pro použití s vysoce viskózními tekutinami (silnější tekutiny narušují kluzné působení lopatek). Velká oblast opotřebení je výsledkem třecího uložení mezi lopatkami a válcem.

Flexibilní lopatka. Pružná lopatka je podobná kluzné lopatce s tím rozdílem, že lopatky jsou obecně měkkým, poddajným materiálem a jsou integrální s rotorem. Jak se rotor otáčí, lopatky se ohýbají a odpovídají excentrickému tvaru válce. Jsou jednoduché, levné a jsou schopné vyvinout vakuum. Neměly by být ponechány v suchu a měly by být používány pouze s nízkoteplotními tekutinami a v aplikacích s nízkou hlavou.

externí ozubené kolo

vnější ozubené kolo se skládá ze dvou stejně velkých ozubených kol, jednoho řidiče a druhého napínače, které se otáčejí uvnitř pouzdra. Když se ozubená kola uvolní na sací straně čerpadla, vytvoří se vakuum. Tlakové síly kapaliny do čerpadla, kde tekutina se provádí mezi ozubení a v případě vypouštění port. Při vypouštění vytváří síťování zubů ozubeného kola hranici, která zabraňuje návratu tekutiny do sání. Zubová čerpadla pracují stejně dobře při jízdě v obou směrech. Je třeba přijmout opatření, aby se zajistilo správné otáčení hřídele, pokud se používají speciální funkce, jako jsou vestavěné pojistné ventily nebo odvzdušňovací zadní část těsnění hřídele.

existují také modely, které používají více sad ozubených kol na jednom hřídeli, aby vytvořily větší kapacitu. Externí zubová čerpadla jsou kompaktní a mohou produkovat vysoké tlaky. Jsou vhodné pro vysoce viskózní tekutiny. Jsou snadno vyráběny v široké škále materiálů, aby byla zajištěna kompatibilita s čerpanými kapalinami. Vzhledem k jejich úzkým tolerancím jsou omezeny na aplikace s čistou tekutinou.

Vnitřní zařízení

vnitřní-zubové čerpadlo je v zásadě podobné externí zařízení, s výjimkou hnací hřídel otáčí ozubené kolo s vnitřním ozubením. Vnější zub ozubeného kola (napínák) se otáčí na ofsetovém středu a zapadá s hnacím kolem pouze segmentovým obloukem otáčení. Pevný filtr ve tvaru půlměsíce zabírá prostor mezi vnitřními a vnějšími špičkami zubů ozubených kol naproti bodu oka. Jako ozubení uvolnit na vstupní port, tekutina vstupuje a je uvězněn v zubu prostor každého zařízení a je provedena na výtlaku. Zapojení obou převodových stupňů a eliminace zubního prostoru nutí tekutinu z čerpadla.

boční zubová čerpadla se používají v aplikacích s nízkou hlavou. Jsou omezeny na maximální protitlak 100 psi a vyžadují přetlakový ventil na výtlačné straně. Protože existují malé vůle, nemohou manipulovat s kapalinami, které obsahují pevné látky. Výrobce by měl být vždy konzultován před použitím jakéhokoli zubového čerpadla s pevnými látkami pro manipulaci s tekutinami.

Laloku

písty čerpadla fungují stejným způsobem jako zubová čerpadla, kromě rotující prvky mají dva, tři, nebo čtyři laloky namísto ozubení. Laloky se nemohou navzájem řídit, takže se používají ozubená kola. Laloky nikdy nepřicházejí do styku s sebou, takže čerpadlo může být ponecháno v suchu. Laloky se používají tam, kde musí být zachována integrita produktu a v aplikacích, kde jsou kapaliny citlivé na smyk. Velký objem vytvořený mezi pláštěm a laloky umožňuje čerpání mnoha produktů bez poškození samotného produktu. Hlavní výhodou je, že není žádný kov-na-kov kontaktu mezi laloky, tedy možnost, stopy železa, oceli, nebo jiné čerpadlo-stavebních materiálů, které končí v produktu, protože opotřebení je výrazně snížena. Na druhé straně jsou dražší než ozubená nebo lopatková čerpadla a je obtížné je opravit a udržovat.

šroub

Šroubová čerpadla mohou být jednorotorová (progresivní dutina) nebo vícenásobná (vzájemně propojující) konstrukce. Šroubová čerpadla jsou relativně vysokorychlostní čerpadla, ale kvůli obrácení průtoku potřebného pro vstup do sacího průchodu může být NPSH často problémem. Šroubová čerpadla se používají pro aplikace s vysokou hlavou; jsou nejběžnějším typem rotačního čerpadla používaným při výrobě operací.

jediný šroub

v jednošroubovém provedení je tekutina zachycena mezi běhouny rotujícího šroubu a běhouny vnitřního stacionárního prvku. Tato čerpadla se používají pro viskózní kapaliny a kapaliny s vysokým obsahem pevných látek. Mohou produkovat významný sací zdvih a relativně vysoké tlaky. Mohou zpracovávat tekutiny od čisté vody po kaly bez změny vůlí nebo součástí. Na druhé straně jsou drahé, objemné a obtížně udržovatelné a náhradní díly jsou drahé.

Více šroub

Ve více-šroub design, tekutina proudí mezi centrální pohon šroub a jeden nebo více napínací šrouby v přiléhavé bydlení. U dvoušroubových čerpadel jsou obě hřídele poháněny rozvodovými koly. U tříšroubových čerpadel jsou běhouny šroubů vyříznuty, takže jeden šroub může pohánět další dva. Otáčení šroubů vytváří vakuum na vstupu, pohybuje kapalinou čerpadlem a dodává tekutinu do výboje. V malých rozměrech se používají k dodávce mazacího oleje do motorů a průmyslových strojů. Ve středních velikostech se používají v kancelářských budovách jako zdroj hydraulické energie pro provoz výtahů. Ve velkých velikostech se používají k nakládání a vykládání člunů a tankerů.

Pístová čerpadla

Pístová čerpadla pohybují kapalinou konstantním pohybem pístu, pístu nebo membrány v pevném objemu nebo válci. Vratná čerpadla mohou zpracovávat viskózní a abrazivní kapaliny. Jedná se o nízkorychlostní stroje ve srovnání s odstředivými a rotačními čerpadly. Nabízejí vyšší účinnost, obvykle 85 až 94%, a proto vyžadují méně koňských sil. Pístová čerpadla jsou nejvhodnější pro vysokotlaké a nízkoobjemové aplikace. Často vyžadují tlumiče pulzace kvůli pulzující povaze toku. Mají vyšší náklady na instalaci (obvykle kompenzované vyšší účinností) a vyšší náklady na údržbu než odstředivá nebo rotační čerpadla.

pístová a pístová čerpadla

u pístových čerpadel se píst pohybuje stacionárním těsněním a je tlačen do dutiny kapaliny a vytahován z ní. V pístových čerpadlech, píst pohybující se tam a zpět v kapalné dutině tlačí tekutinu z válce. Pohyb pístu nebo pístu vytváří střídavé zvýšení a snížení průtoku. Jako píst nebo píst se pohybuje dozadu, k dispozici objem ve válci se zvyšuje a sací ventil se otevře, aby kapalina vstoupit do válce přes sací ventil. Jak se píst nebo píst pohybuje dopředu, objem dostupný ve válci klesá, tlak kapaliny se zvyšuje a kapalina je vytlačována jednosměrným vypouštěcím ventilem.

účinnost zůstává vysoká bez ohledu na hlavu nebo rychlost (má tendenci mírně klesat se zvyšující se rychlostí). Protože pístová čerpadla běží při nižších rychlostech než odstředivá nebo rotační čerpadla, jsou vhodnější pro manipulaci s viskózními kapalinami. Jsou schopné produkovat vysoké tlaky a velké kapacity a jsou samonasávací. Na druhé straně vyžadují větší údržbu kvůli velkému počtu pohyblivých částí. Jsou těžší a vyžadují více podlahové plochy než odstředivá nebo rotační čerpadla. Kromě toho jsou špatné při manipulaci s kapalinami obsahujícími pevné látky, které mají tendenci erodovat ventily a sedadla. Pístová a pístová čerpadla vyžadují větší NPSH kvůli pulzujícímu průtoku a poklesu tlaku ventily. V důsledku pulzujícího toku vyžadují zvláštní pozornost konstrukci sacího a výtlačného potrubí, aby se zabránilo akustickým i mechanickým vibracím.

Membránová čerpadla

Obr. 3 znázorňuje typické membránové čerpadlo s kapalinou (plynem, vzduchem nebo kapalinou). Jeho princip činnosti je podobný plunžrovým a pístovým čerpadlům, kromě toho, že místo pístu nebo pístu existuje pružná pulzující membrána, která vytlačuje kapalinu. Měnící se tlak výkonové kapaliny na jedné straně membrány způsobuje, že membrána vychýlí alternativně čerpání kapaliny do komory na straně čerpadla nebo vypouštění kapaliny z komory na straně čerpadla. Membránová čerpadla jsou schopna čerpat kapaliny, které jsou viskózní, erozivní, korozivní nebo které obsahují velké množství pevných látek. Kromě toho jsou Membránová čerpadla samonasávací, mohou běžet pravidelně bez kapalin a jsou levná na opravu, protože nemají ucpávku a mají málo pohyblivých částí.

• 

  Obr. 3-membránové čerpadlo.

Membránová čerpadla jsou omezeny pouze na malé průtoky (90 gal/min), středně výtok tlaky a mírné teploty. Vyžadují častou údržbu a vykazují únavové selhání s časem. Netěsnosti mohou způsobit nebezpečí smícháním výkonové kapaliny s procesní tekutinou. Membránová čerpadla poháněná plynem / vzduchem se běžně používají jako kalová čerpadla.

k napájení pístu nebo pístového čerpadla je možné použít membránu. Tento typ čerpadla se často používá pro chemické vstřikování, protože je vhodný pro aplikace s nízkým objemem a velkou hlavou a rychlost může být řízena škrticím ventilem na výkonové kapalině.

úvahy o výkonu pístového čerpadla

Pístová čerpadla jsou čerpadla s konstantním objemem. Změny výtlačných tlaků neovlivňují průtok. Protože tato čerpadla nadále dodávají stejnou kapacitu, jakýkoli pokus o škrticí klapku může přetlakovat plášť čerpadla a / nebo výtlačné potrubí. Tedy, ne pístové čerpadlo by nikdy neměl být zahájena nebo provozována s výkonem bloku ventil uzavřen. Průtok je regulován rychlostí.

kapacita

kapacita pístového čerpadla je objem válce menší skluz. U jednočinného válce lze objem válce určit z

(Eq. 1)

u dvojčinných válců lze posunutí válce určit pomocí

(Eq. 2)

, kde

s = zdvihový objem

A = píst nebo píst oblasti

a = pístní tyč průřezu

LS = délka zdvihu

N = rychlost

m = počet písty nebo s písty.

skluz je ztráta kapacity jako procento výtlaku válce z důvodu objemové účinnosti, ztrát ucpávky a ztrát ventilu. Objemová účinnost (nezaměňovat s mechanickou účinností) je obvykle 95 až 97%. Účinnost je také snížena při čerpání lehkého uhlovodíku, který má určitý stupeň stlačitelnosti.

kapacita čerpadla může být stanovena z

(Eq. 3)

kde

q = kapacita čerpadla.

Rychlost

Rychlost je hlavním faktorem, který určuje, jak kapacitu pístové čerpadlo a jeho náklady na údržbu. Běh při vysokých rychlostech zkracuje životnost balení a zvyšuje akcelerační a zpomalovací síly na všech pohyblivých součástech. Operační nižší než maximální „hodnocené“ rychlost může být výhodné, je-li čerpadlo provozováno bez dozoru, když tam nejsou žádné náhradní díly a ne pohotovostní režim, když je vysoké penále za dobu, kdy jednotka údržba je špatná, když dlouhý život je to žádoucí, a když VERTIKÁLNÍ rozpětí je nízká. Provoz při maximálních jmenovitých rychlostech vyžaduje:

• Čisté, chladné tekutiny
• Vynikající potrubí uspořádání s pevně potrubí
• Dobrý NPSH rozpětí
• Pevné základy
• Dobře navržené sací a výtlačné tlumiče pulsací
• Dobrá údržba

vždy, když to bude nutné k provozu nad maximální jmenovité rychlosti, velmi blízko pozornost by měla být věnována všem konstrukce, provoz a údržba detaily.

pokyny pro instalaci

pokud jsou čerpadla s pozitivním objemem správně instalována a provozována, může být uspokojivý výkon realizován po dlouhou dobu. Tato čerpadla jsou vyráběna v různých provedeních pro mnoho různých služeb. Pokyny každého výrobce by měly být pečlivě dodržovány pro konkrétní stroje nebo aplikační zařízení. Následující diskuse se týká obecných pokynů pro instalaci pístových čerpadel s pozitivním výtlakem.

základy a zarovnání

většina základů čerpadel je vyrobena ze železobetonu. Čerpadlo a ovladač jsou přišroubovány k litinové nebo ocelové základní desce, která je připevněna k betonovému základu pomocí kotevních šroubů. Malá čerpadla potřebují základ dostatečně velký, aby vyhovoval sestavě základní desky. Velká čerpadla vyžadují základ, který je třikrát až čtyřikrát větší než hmotnost čerpadla a řidiče.

instalace kotevního šroubu

každý kotevní šroub je vybaven podložkou a prochází trubkovým pouzdrem, které má průměr třikrát až čtyřikrát větší než šroub. Jednotka šroubového pouzdra je zasazena do betonu v předem stanovených polohách otvoru základní desky. Flexibilita v pouzdrové ostřikovací jednotce umožňuje drobné úpravy v poloze šroubu před konečným utažením i po nastavení betonového základu.

nastavení kovové podložky

kovové podložky se používají k umístění čerpadla na základ. Nastavení se provádí, dokud hřídel čerpadla a příruby nejsou zcela vyrovnané. Vyrovnání mezi čerpadlem a řidičem se pak nastaví před připojením čerpadla k sacím a výtlačnému potrubí. Ten měl být vyrovnán během počátečního umístění základní desky.

Spárování

Protože potrubí kmen, celá sestava čerpadla by měly být překontrolovány pro zarovnání jakmile potrubí byl pevně přišroubován. Pokud se zarovnání pohonu nezměnilo šroubováním potrubí, je prostor mezi základní deskou a betonovými základy vyplněn injektáží. Injektáž by měla být dostatečně tekutá, aby vyplnila veškerý dostupný prostor pod základní deskou.

úvahy o provozní teplotě

je nezbytné, aby se nezměnilo vyrovnání mezi potrubím, čerpadlem a ovladačem. V ideálním případě by se zarovnání mělo provádět při provozní teplotě po počátečním vyrovnání čerpacího systému za studena, čímž se eliminují jakékoli změny zarovnání v důsledku tepelné roztažnosti.

potrubí

vedle výběru provozních rychlostí je při návrhu instalace čerpadla nejdůležitějším hlediskem správná konstrukce potrubí. Chudák potrubí je často výsledkem nepozornosti k detailům, což může vést k více než průměrný čas, vyšší náklady na údržbu a ztráty z provozní personál důvěru.

sací potrubí by mělo být přímé, bez ohybů, co nejkratší a alespoň o jednu jmenovitou velikost potrubí větší než připojení čerpadla a sání. Směrové změny potrubí by měly být prováděny s lokty s dlouhým poloměrem. V sacím potrubí by měl být instalován ventil s plným otvorem. Sací nádoba by měla mít dostatečný retenční čas pro vývoj volného plynu a měla by být vybavena vírovým jističem na vypouštěcí trysce. Sací a obtokové vedení by mělo vstoupit do nádoby pod minimální hladinou kapaliny.

sací potrubí by mělo být dostatečně velké, aby nedošlo k překročení rychlostních limitů. Místo soustředných reduktorů by se měly používat excentrické reduktory s plochou stranou nahoru. Sací potrubí by mělo obsahovat sací sítko a tlumič pulsace. Sací sítka by neměla být instalována, pokud není zajištěna pravidelná údržba. Tekutinou vyhladovělý stav vyplývající ze zasunutého sítka může způsobit větší poškození čerpadla než požití pevných látek.

výtlačné potrubí by mělo být přímé, bez nadměrných ohybů a alespoň o jednu jmenovitou velikost potrubí větší než připojení čerpadla a výboje. Směrové změny potrubí by měly být prováděny s lokty s dlouhým poloměrem. Mohou být použity soustředné reduktory,ale měly by být umístěny co nejblíže k čerpadlu. Pro usnadnění naplnění a spuštění, bypass (recyklovat) souladu s zpětný ventil a blok ventil by měl být instalován do sání zdroj. Pokud není v počáteční instalaci zahrnut tlumič pulsace, mělo by být zajištěno přírubové připojení, pokud může být vyžadováno útlum pulsace. Pojistný ventil by měl být instalován před ventilem výtlačného bloku v případě, že dojde k přetlaku ve výtlačném potrubí.

pulsační úvahy

průtok z pístového čerpadla není rovnoměrný. Oscilační pohyb pístů vytváří poruchy (pulzace), které se pohybují rychlostí zvuku z válce čerpadla do potrubního systému. Pulzace jsou funkcí rychlosti pístu/pístu čerpadla, vnitřních ventilů a provozní rychlosti. Pulsace způsobují kolísání tlakové úrovně systému s ohledem na čas.

sací pulzace mohou způsobit, že hladina tlaku okamžitě klesne pod tlak páry tekutiny, což má za následek kavitaci. Kaviace může způsobit selhání částí čerpadla, jako jsou:

• ventily
• příčníky
• tyče
• atd.

Caviation může také způsobit vysoké vibrace potrubí, které vyústí v selhání:

• Ventilace
• Kanalizace
• Měřidlo linky

Normální objímky a podporuje, nemusí být účinné v kontrole těchto vibrací.

Pulsace může být zesílen akustické rezonance z potrubního systému, což má za následek čerpadlo fluid-end selhání a potrubí selhání, protože otřesy způsobené tlakové pulsace. Pro jednoduché uspořádání potrubí a nízké až střední rychlosti čerpadla se tlumiče pulzace používají ke zmírnění účinků pulzujících toků. Tlumiče pulsace jsou obvykle instalovány jak na sání, tak na vypouštění. Tlumiče mohou být naplněny kapalinou; plynové polstrované nebo vyladěné akustické filtry. Pro komplikované a vícenásobné potrubí a vysoké rychlosti čerpadla se používají akustické filtry.

návrh systému tlumení pulzací je nad rámec této kapitoly. Pro analýzu a řízení pulzací v multipump instalacích jsou zapotřebí speciální odborné znalosti.

Nomenclature

s	=	cylinder displacement
A	=	plunger or piston area
a	=	piston-rod cross-sectional area
LS	=	stroke length
N	=	speed
m	=	number of pistons or plungers
q	=	pump capacity

Use this section for citace položek, na které se odkazuje v textu, aby se zobrazily vaše zdroje.

Pozoruhodné dokumenty v OnePetro

tento oddíl Použijte k seznamu dokumentů v OnePetro, že čtenář, který se chce dozvědět více by měl rozhodně číst

tento oddíl Použijte k poskytování odkazů na relevantní materiál na webové stránky jiné, než PetroWiki a OnePetro

Viz také

PEH:Čerpadla

Čerpadla

Odstředivá čerpadla

Čerpadlo řidiči