pompe volumetrice pozitive au fost dezvoltate cu mult înainte de pompe centrifuge. Lichidul este deplasat pozitiv dintr-un recipient cu volum fix. Pompele cu deplasare pozitivă sunt capabile să dezvolte presiuni ridicate în timp ce funcționează la presiuni de aspirație scăzute. Acestea sunt denumite în mod obișnuit pompe cu volum constant. Spre deosebire de pompele centrifuge, capacitatea lor nu este afectată de presiunea împotriva căreia funcționează. Debitul este de obicei reglat prin variația vitezei pompei sau prin reciclare. Pompele cu deplasare pozitivă sunt împărțite în două grupe: Pompe rotative și cu piston.

Pompe rotative

pompele rotative sunt în mod normal limitate la servicii în care vâscozitatea fluidului este foarte mare sau debitul prea mic pentru a fi manipulat economic de alte pompe. Pompele rotative sunt utilizate în mod obișnuit pentru a circula uleiurile lubrifiante prin motoare, turbine, reductoare și rulmenți pentru mașini de proces. Pompele rotative deplasează o cantitate fixă de lichid pentru fiecare rotație a arborelui conducător auto. Au diferite elemente de pompare, cum ar fi palete, lobi, angrenaje și șuruburi. Fig. 1 ilustrează trei (angrenaj intern, angrenaj extern și șurub) dintre cele mai frecvent utilizate pompe rotative în operațiunile de producție.

• 

  fig. 1-Pompe rotative utilizate în mod obișnuit.

majoritatea producătorilor evaluează pompele rotative în funcție de capacitate (adică pe tot parcursul). Capacitatea este deplasarea totală a lichidului pompei mai puțin alunecare. Alunecarea este cantitatea de fluid care se scurge de la descărcarea de presiune mai mare la aspirația de presiune mai mică. Alunecarea are loc deoarece toate pompele rotative necesită distanțe între elementele rotative și carcasa pompei. Aceste spații libere asigură o cale de scurgere între părțile de descărcare și aspirație. O pompă cu distanțe mari, datorită toleranțelor de prelucrare sau uzurii, prezintă o alunecare proporțional mai mare. Pompele rotative nu pot deplasa fluide nelubrifiante, cum ar fi apa sau fluide care conțin particule dure sau abrazive. Pompele rotative pot muta cantități mari de aer sau vapori pentru perioade scurte de timp, fără a pierde prim.

pompele rotative sunt autoamorsante, dar nu sunt proiectate să funcționeze uscat pentru perioade lungi de timp. Pentru o funcționare optimă, trebuie să existe suficient lichid la orificiul de aspirație pentru a menține camera de pompare complet umplută.

Fig. 2 ilustrează relația dintre viteză, eficiența volumetrică și deplasarea unei pompe rotative cu deplasare pozitivă. Principiile de funcționare a unora dintre cele mai comune tipuri de pompe rotative sunt descrise în continuare.

• 

  fig. 2-Relația dintre viteză, eficiență volumetrică și deplasarea unei pompe rotative cu deplasare pozitivă.

palete culisante

un set de palete este montat într-un rotor în care paletele alunecă în interiorul și în afara rotorului. Rotorul este montat în afara centrului în carcasă. Pe măsură ce paletele se rotesc pe lângă orificiul de aspirație, acestea alunecă din rotor menținând în același timp un contact constant cu carcasa. Arcurile sau inelele de etanșare ajută la menținerea paletelor pe carcasă, astfel paletele fac o etanșare strânsă sau se potrivesc cu peretele carcasei. Lichidul prins este forțat de la orificiul de aspirație la orificiul de descărcare.

designul cu palete glisante este capabil să livreze capacitate medie și cap. Acestea oferă un debit constant pentru o viteză setată a rotorului. Acestea funcționează bine cu fluide cu vâscozitate scăzută și sunt oarecum auto-compensatoare pentru uzură. Nu sunt potrivite pentru utilizarea cu fluide foarte vâscoase (fluidele mai groase interferează cu acțiunea de alunecare a paletelor). O zonă mare de uzură rezultă din fixarea prin frecare între palete și cilindru.

palete flexibile. Paleta flexibilă este similară cu paleta glisantă, cu excepția faptului că paletele sunt în general un material moale, flexibil și sunt integrale cu rotorul. Pe măsură ce rotorul se rotește, paletele se îndoaie și se conformează formei excentrice a cilindrului. Ele sunt simple, ieftine și sunt capabile să dezvolte un vid. Acestea nu trebuie lăsate să se usuce și trebuie utilizate numai cu lichide cu temperatură scăzută și în aplicații cu cap scăzut.

angrenaj extern

angrenajul extern este format din două Angrenaje cu ochiuri de dimensiuni egale, unul un șofer și celălalt un ralanti, care se rotesc în interiorul unei carcase. Pe măsură ce angrenajele se desfac pe partea de aspirație a pompei, se formează un vid. Presiunea forțează fluidul în pompă unde fluidul este transportat între dinții angrenajului și carcasă la orificiul de descărcare. La descărcare, îmbinarea dinților angrenajului creează o limită care împiedică revenirea fluidului la aspirație. Pompele cu angrenaje funcționează la fel de bine atunci când sunt conduse în ambele direcții. Trebuie luate măsuri de precauție pentru a se asigura că rotația arborelui este corectă atunci când se utilizează caracteristici speciale, cum ar fi supapele de siguranță încorporate sau o aerisire din spate a garniturii arborelui.

există, de asemenea, modele care utilizează mai multe seturi de angrenaje pe un arbore pentru a produce mai multă capacitate. Pompele cu angrenaje externe au dimensiuni compacte și pot produce presiuni ridicate. Sunt potrivite pentru fluide foarte vâscoase. Acestea sunt ușor de fabricat într-o gamă largă de materiale pentru a asigura compatibilitatea cu fluidele pompate. Datorită toleranțelor lor apropiate, acestea sunt limitate la aplicații cu lichid curat.

angrenaj intern

pompa angrenajului intern este similară în principiu cu angrenajul extern, cu excepția faptului că arborele de antrenare rotește o angrenaj inelar cu dinți interni. Dintele angrenajului extern (ralanti) se rotește pe un centru offset și se împletește cu angrenajul de antrenare doar printr-un arc de rotație segmentar. Un filtru fix în formă de semilună ocupă spațiul dintre vârfurile dinților angrenajului intern și extern opus punctului de plasă. Pe măsură ce dinții angrenajului se decuplează la portul de intrare, lichidul intră și este prins în spațiul dintelui fiecărei angrenaje și este transportat la portul de descărcare. Îmbinarea celor două angrenaje și eliminarea spațiului dintelui forțează fluidul din pompă.

pompele cu angrenaje laterale sunt utilizate în aplicații cu cap mic. Acestea sunt limitate la o contrapresiune maximă de 100 psi și necesită o supapă de presiune pe partea de descărcare. Deoarece există mici spații libere, acestea nu pot manipula lichide care conțin solide. Producătorul trebuie întotdeauna consultat înainte de utilizarea oricărei pompe cu roți dințate cu substanțe solide care manipulează fluidele.

Lob

pompele cu Lob funcționează în același mod ca și pompele cu angrenaj, cu excepția faptului că elementele rotative au doi, trei sau patru lobi în locul dinților angrenajului. Lobii nu se pot conduce reciproc, așa că se folosesc angrenaje de sincronizare. Lobii nu intră niciodată în contact unul cu celălalt, astfel încât pompa să poată fi lăsată să se usuce. Lobii sunt folosiți acolo unde integritatea produsului trebuie menținută și în aplicații în care lichidele sunt sensibile la forfecare. Volumul mare creat între carcasă și lobi permite pomparea multor produse fără a deteriora produsul în sine. Un avantaj major este că nu există contact metal-metal între lobi, astfel posibilitatea ca urmele de fier, oțel sau alte materiale de construcție a pompei să ajungă în produs din cauza uzurii este mult redusă. Pe de altă parte, sunt mai scumpe decât pompele cu angrenaje sau palete și sunt dificil de reparat și întreținut.

șurub

pompele cu șurub pot fi proiectate cu un singur rotor (cavitate progresivă) sau cu mai multe rotoare (intermeshing). Pompele cu șurub sunt pompe relativ de mare viteză, dar, din cauza inversării debitului necesar pentru a intra în pasajul de aspirație, NPSH poate fi adesea o problemă. Pompele cu șurub sunt utilizate pentru aplicații cu cap înalt; sunt cel mai comun tip de pompă rotativă utilizat în operațiunile de producere.

șurub unic

în proiectarea cu un singur șurub, fluidul este prins între treptele unui șurub rotativ și treptele elementului staționar intern. Aceste pompe sunt utilizate pentru lichide vâscoase și lichide cu conținut ridicat de solide. Ele pot produce o ridicare semnificativă a aspirației și presiuni relativ ridicate. Ele pot manipula fluide variind de la apă curată la nămoluri fără a schimba distanțele sau componentele. Pe de altă parte, sunt scumpe, voluminoase și dificil de întreținut, iar piesele de schimb sunt scumpe.

șurub multiplu

în proiectarea cu mai multe șuruburi, fluidul curge între un șurub central de antrenare și unul sau mai multe șuruburi de ralanti într-o carcasă strânsă. În pompele cu două șuruburi, ambii arbori sunt acționați cu angrenaje de sincronizare. În pompele cu trei șuruburi, treptele șuruburilor sunt tăiate astfel încât un șurub să le poată conduce pe celelalte două. Rotirea șuruburilor produce un vid la intrare, deplasează fluidul prin pompă și livrează lichidul la descărcare. În dimensiuni mici, acestea sunt utilizate pentru a furniza ulei lubrifiant motoarelor și mașinilor industriale. În dimensiuni intermediare, acestea sunt utilizate în clădirile de birouri ca sursă de Energie hidraulică pentru operarea ascensoarelor. În dimensiuni mari, acestea sunt utilizate pentru încărcarea și descărcarea barjelor și cisternelor.

Pompe cu piston

pompele cu piston deplasează lichidul printr-o mișcare constantă înainte și înapoi a unui piston, piston sau diafragmă într-un volum fix sau cilindru. Pompele cu piston pot manipula fluide vâscoase și abrazive. Sunt mașini cu viteză redusă în comparație cu pompele centrifuge și rotative. Acestea oferă o eficiență mai mare, în general de 85 până la 94%, astfel necesită mai puțini cai putere. Pompele cu piston sunt cele mai potrivite pentru aplicații de înaltă presiune și volum redus. Acestea necesită frecvent amortizoare de pulsație din cauza naturii pulsatorii a fluxului. Au costuri instalate mai mari (de obicei compensate de eficiențe mai mari) și costuri de întreținere mai mari decât pompele centrifuge sau rotative.

piston și pompe cu piston

În pompele cu piston, un piston se deplasează printr-o etanșare staționară ambalată și este împins și retras dintr-o cavitate lichidă. În pompele cu piston, un piston care se deplasează înainte și înapoi într-o cavitate lichidă împinge lichidul din cilindru. Mișcarea pistonului sau a pistonului creează o creștere și o scădere alternativă a debitului. Pe măsură ce pistonul sau pistonul se deplasează înapoi, volumul disponibil în cilindru crește și se deschide o supapă de aspirație pentru a permite lichidului să intre în cilindru printr-o supapă de aspirație unidirecțională. Pe măsură ce pistonul sau pistonul se deplasează înainte, volumul disponibil în cilindru scade, presiunea lichidului crește și lichidul este forțat să iasă printr-o supapă de descărcare unidirecțională.

eficiența rămâne ridicată indiferent de cap sau viteză (tind să scadă ușor odată cu creșterea vitezei). Deoarece pompele cu piston funcționează la viteze mai mici decât pompele centrifuge sau rotative, acestea sunt mai potrivite pentru manipularea lichidelor vâscoase. Ele sunt capabile să producă presiuni ridicate și capacități mari și se autoamorsează. Pe de altă parte, necesită mai multă întreținere din cauza numărului mare de piese în mișcare. Sunt mai grele în greutate și necesită mai mult spațiu decât pompele centrifuge sau rotative. În plus, sunt săraci la manipularea lichidelor care conțin solide care tind să erodeze supapele și scaunele. Pompele cu piston și piston necesită NPSHs mai mari din cauza debitului pulsatoriu și a căderii de presiune prin supape. Ca urmare a debitului pulsatoriu, acestea necesită o atenție specială la proiectarea conductelor de aspirație și descărcare pentru a evita vibrațiile acustice și mecanice.

Pompe cu diafragmă

Fig. 3 prezintă o pompă tipică cu diafragmă cu fluid (gaz, aer sau lichid). Principiul său de funcționare este similar cu pompele cu piston și piston, cu excepția faptului că, în loc de piston sau piston, există o diafragmă pulsantă flexibilă care deplasează lichidul. Variația puterii-presiunea fluidului pe o parte a diafragmei determină diafragma să devieze alternativ extragerea lichidului în camera laterală a pompei sau descărcarea lichidului din camera laterală a pompei. Pompele cu diafragmă sunt capabile să pompeze lichide vâscoase, erozive, corozive sau care conțin cantități mari de solide. În plus, pompele cu diafragmă se autoamorsează, pot funcționa periodic fără lichide și sunt ieftine de reparat, deoarece nu au cutie de umplutură și au puține piese în mișcare.

• 

  fig. 3-Pompă cu diafragmă.

pompele cu diafragmă sunt limitate la debite mici (90 gal / min), presiuni moderate de descărcare și temperaturi moderate. Acestea necesită întreținere frecventă și prezintă oboseală cu timpul. Scurgerile pot provoca un pericol prin amestecarea fluidului de putere cu lichidul de proces. Pompele cu diafragmă alimentate cu gaz / aer sunt utilizate în mod obișnuit ca pompe de carter.

este posibil să folosiți o diafragmă pentru a alimenta un piston sau o pompă cu piston. Acest tip de pompă este adesea utilizat pentru injectarea chimică, deoarece este potrivit pentru aplicații cu volum redus și cu cap mare, iar viteza poate fi controlată de o supapă de limitare a fluidului de putere.

Considerații privind performanța pompei cu piston

pompele cu piston sunt pompe cu volum constant. Variațiile presiunilor de descărcare nu afectează debitul. Deoarece aceste pompe continuă să furnizeze aceeași capacitate, orice încercare de a accelera debitul de descărcare poate suprapresiona carcasa pompei și/sau conducta de descărcare. Astfel, nici o pompă alternativă nu ar trebui să fie pornită sau acționată vreodată cu supapa blocului de descărcare închisă. Debitul este reglat de viteză.

capacitate

capacitatea unei pompe cu piston este deplasarea cilindrului mai puțin alunecare. Pentru un cilindru cu o singură acțiune, deplasarea cilindrului poate fi determinată din

(Eq. 1)

pentru cilindrii cu acțiune dublă, deplasarea cilindrului poate fi determinată de

(Eq. 2)

unde

s = deplasarea cilindrului

A = suprafața pistonului sau pistonului

a = aria secțiunii transversale a tijei pistonului

LS = lungimea cursei

N = viteza

m = Numărul de pistoane sau pistoane.

Slip este pierderea capacității ca procent din deplasarea cilindrului din cauza eficienței volumetrice, a pierderilor cutiei de umplutură și a pierderilor de supapă. Eficiența volumetrică (care nu trebuie confundată cu eficiența mecanică) este în mod normal de 95 până la 97%. Eficiența este, de asemenea, redusă la pomparea unei hidrocarburi ușoare care are un anumit grad de compresibilitate.

capacitatea pompei poate fi determinată din

(Eq. 3)

unde

q = capacitatea pompei.

viteza

viteza este factorul principal care determină atât capacitatea unei pompe cu piston, cât și costurile de întreținere ale acesteia. Rularea la viteze mari scurtează durata de viață a ambalajului și crește forțele de accelerație și decelerare pe toate componentele în mișcare. Funcționarea sub viteza maximă” nominală ” poate fi avantajoasă atunci când pompa este acționată nesupravegheată, când nu există piese de schimb și nu există standby, când există o penalizare mare pentru timpul de oprire, când întreținerea unității este slabă, când se dorește o durată lungă de viață și când marja NPSH este scăzută. Operarea la turațiile nominale maxime necesită:

• lichide curate și reci
• aspect excelent al conductelor cu conducte fixate rigid
• marjă NPSH bună
• fundație solidă
• amortizoare de pulsație de aspirație și descărcare bine concepute
• întreținere bună

ori de câte ori devine necesar să funcționeze peste vitezele nominale maxime, trebuie acordată o atenție deosebită tuturor detaliilor de proiectare, funcționare și întreținere.

instrucțiuni de instalare

dacă pompele cu deplasare pozitivă sunt instalate și operate corespunzător, performanța satisfăcătoare poate fi realizată pentru o lungă perioadă de timp. Aceste pompe sunt fabricate într-o varietate de modele pentru multe servicii diferite. Instrucțiunile fiecărui producător trebuie urmate cu atenție pentru anumite mașini sau echipamente de aplicare. Următoarea discuție se referă la instrucțiunile generale de instalare pentru pompele cu piston cu deplasare pozitivă.

fundații și aliniere

majoritatea fundațiilor pompei sunt construite din beton armat. Pompa și șoferul sunt înșurubate pe o placă de bază din fontă sau oțel, care este fixată pe fundația de beton cu șuruburi de ancorare. Pompele mici au nevoie de o fundație suficient de mare pentru a găzdui ansamblul plăcii de bază. Pompele mari necesită o fundație care este de trei până la patru ori greutatea pompei și a șoferului.

instalarea manșonului șurubului de ancorare

fiecare șurub de ancorare este prevăzut cu o șaibă și trecut printr-un manșon de țeavă care are un diametru de trei până la patru ori mai mare decât șurubul. Unitatea șurub-manșon este fixată în beton la pozițiile prestabilite ale găurilor plăcii de bază. Flexibilitatea unității de spălare a manșonului permite efectuarea unor ajustări minore în poziția șurubului înainte de strângerea finală chiar și după ce fundația de beton a fost setată.

reglaje metalice ale șuruburilor

lamelele metalice sunt utilizate pentru poziționarea pompei pe fundație. Ajustările se fac până când arborele pompei și flanșele sunt complet nivelate. Alinierea dintre pompă și șofer este apoi reglată înainte de conectarea pompei la conductele de aspirație și evacuare. Acestea din urmă ar fi trebuit să fie aliniate în timpul poziționării inițiale a plăcii de bază.

chituire

Din cauza tensiunii conductei, întregul ansamblu al pompei trebuie verificat din nou pentru aliniere după ce conducta a fost înșurubată în siguranță. Dacă alinierea de antrenare nu a fost modificată prin înșurubarea conductelor, spațiul dintre placa de bază și fundațiile de beton este umplut cu chituire. Chituirea trebuie să fie suficient de fluidă pentru a umple tot spațiul disponibil sub placa de bază.

Considerații privind temperatura de funcționare

este esențial ca alinierea dintre conductă, pompă și șofer să nu se schimbe. În mod ideal, alinierile trebuie făcute la temperatura de funcționare după alinierea inițială la rece a sistemului de pompare, eliminând astfel orice modificări de aliniere din cauza dilatării termice.

conducte

lângă selectarea vitezelor de funcționare, proiectarea corectă a conductelor este cel mai important aspect în proiectarea instalării pompei. Conductele slabe sunt adesea rezultatul lipsei de atenție la detalii, ceea ce poate duce la un timp de oprire mai mare decât media, costuri mai mari de întreținere și pierderea încrederii personalului de operare.

conductele de aspirație trebuie să fie directe, fără coturi, cât mai scurte posibil și cu cel puțin o dimensiune nominală a țevii mai mare decât conexiunea pompă-aspirație. Modificările direcționale ale conductelor trebuie făcute cu coate cu rază lungă. În conducta de aspirație trebuie instalată o supapă de blocare cu deschidere completă. Vasul de aspirație trebuie să aibă suficient timp de retenție pentru evoluția gazului liber și trebuie să fie echipat cu un întrerupător de vârtej la duza de descărcare. Liniile de aspirație și bypass trebuie să intre în vas sub nivelul minim al lichidului.

conductele de aspirație trebuie să fie suficient de mari, astfel încât limitele de viteză să nu fie depășite. Reductoarele excentrice cu partea plată în sus trebuie utilizate în locul reductoarelor concentrice. Conductele de aspirație trebuie să includă un filtru de aspirație și un amortizor de pulsație. Filtrele de aspirație nu trebuie instalate decât dacă se poate asigura o întreținere regulată. O stare de foame de lichid care rezultă dintr-un filtru conectat poate provoca mai multe daune pompei decât ingestia de solide.

tubulatura de refulare trebuie să fie directă, fără coturi excesive și cu cel puțin o dimensiune nominală a țevii mai mare decât racordul pompă-refulare. Modificările direcționale ale conductelor trebuie făcute cu coate cu rază lungă. Pot fi utilizate reductoare concentrice, dar acestea trebuie plasate cât mai aproape de pompă cât mai practic. Pentru a facilita amorsarea și pornirea, la sursa de aspirație trebuie instalată o linie de by-pass (reciclare) cu supapă de reținere și supapă de blocare. Dacă în instalația inițială nu este inclus un amortizor de pulsație, trebuie prevăzută o conexiune cu flanșă dacă poate fi necesară atenuarea pulsației. O supapă de siguranță trebuie instalată în amonte de supapa blocului de descărcare, în cazul în care apare suprapresurizarea în conducta de descărcare.

considerații de pulsație

fluxul de la o pompă cu piston nu este uniform. Mișcarea oscilantă a pistoanelor creează perturbații (pulsații) care se deplasează cu viteza sunetului de la cilindrul pompei la sistemul de conducte. Pulsațiile sunt o funcție a vitezei pistonului/pistonului pompei, a supapelor interne și a vitezei de funcționare. Pulsațiile determină fluctuația nivelului de presiune al sistemului în funcție de timp.pulsațiile de aspirație pot determina scăderea instantanee a nivelului de presiune sub presiunea vaporilor de lichid, ceea ce duce la cavitație. Caviația poate cauza defectarea pieselor pompei, cum ar fi:

• supape
• capete transversale
• tije
• etc.

Caviația poate provoca, de asemenea, vibrații ridicate ale conductelor care duc la defectarea:

• orificii de aerisire
• drenuri
• linii de gabarit

clemele și suporturile normale ale țevilor pot să nu fie eficiente în controlul acestor vibrații.

pulsațiile pot fi amplificate de rezonanțele acustice ale sistemului de conducte, ceea ce duce la defecțiuni la capătul fluidului pompei și defecțiuni ale conductelor din cauza agitării cauzate de pulsația de presiune. Pentru structuri simple de conducte și viteze reduse până la moderate ale pompei, amortizoarele de pulsație sunt utilizate pentru a atenua efectele fluxurilor pulsatorii. Amortizoarele de pulsație sunt instalate în mod normal atât pe aspirație, cât și pe Descărcare. Amortizoarele pot fi umplute cu lichid; filtre acustice amortizate cu gaz sau reglate. Pentru conducte complicate și cu mai multe pompe și viteze mari ale pompei, se utilizează filtre acustice.

proiectarea unui sistem de atenuare a pulsațiilor depășește domeniul de aplicare al prezentului capitol. Este necesară o expertiză specială pentru analiza și controlul pulsațiilor în instalațiile multipompe.

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 citarea elementelor la care se face referire în text pentru a afișa sursele.

lucrări notabile în OnePetro

utilizați această secțiune pentru a enumera lucrări în OnePetro pe care un cititor care dorește să afle mai multe ar trebui să le citească cu siguranță

utilizați această secțiune pentru a furniza linkuri către materiale relevante pe alte site-uri web decât PetroWiki și OnePetro

Vezi și

PEH:Pompe