positiva deplacementpumpar utvecklades långt före centrifugalpumpar. Vätska förskjuts positivt från en fast volymbehållare. Pumpar med positiv förskjutning kan utveckla höga tryck under drift vid låga sugtryck. De kallas vanligtvis pumpar med konstant volym. Till skillnad från centrifugalpumpar påverkas deras kapacitet inte av det tryck mot vilket de arbetar. Flödet regleras vanligtvis genom att variera pumpens hastighet eller genom återvinning. Pumpar med positiv förskjutning är indelade i två grupper: roterande och fram-och återgående pumpar.

roterande pumpar

roterande pumpar är normalt begränsade till tjänster där vätskeviskositeten är mycket hög eller flödeshastigheten för liten för att hanteras ekonomiskt av andra pumpar. Roterande pumpar används ofta för att cirkulera smörjoljor genom motorer, turbiner, reduktionsväxlar och processmaskinlager. Roterande pumpar förskjuter en fast mängd vätska för varje varv på föraraxeln. De har olika pumpelement som skovlar, lober, växlar och skruvar. Fig. 1 illustrerar tre (intern växel, extern växel och skruv) av de vanligaste roterande pumparna i produktionsoperationer.

• 

  Fig. 1-vanliga roterande pumpar.

de flesta tillverkare betygsätter rotationspumpar efter kapacitet (dvs. hela tiden). Kapaciteten är den totala vätskeförskjutningen av pumpen mindre glidning. Slip är den mängd vätska som läcker från urladdningen med högre tryck till suget med lägre tryck. Slip uppstår eftersom alla roterande pumpar kräver avstånd mellan de roterande elementen och pumphuset. Dessa avstånd ger en läckageväg mellan urladdnings-och sugsidorna. En pump med stora avstånd, på grund av bearbetningstoleranser eller slitage, uppvisar en proportionellt större glidning. Roterande pumpar kan inte flytta icke-smörjande vätskor som vatten eller vätskor som innehåller hårda eller slipande partiklar. Roterande pumpar kan flytta stora mängder luft eller ånga under korta perioder utan att förlora prime.

roterande pumpar är självsugande men är inte konstruerade för att köra torr under långa perioder. För bästa drift måste det finnas tillräckligt med vätska vid sugporten för att hålla pumpkammaren helt fylld.

Fig. 2 illustrerar förhållandet mellan hastighet, volymetrisk effektivitet och förskjutning av en roterande pump med positiv förskjutning. Principerna för drift av några av de vanligaste typerna av roterande pumpar beskrivs nedan.

• 

  fig. 2-Förhållandet mellan hastighet, volymetrisk effektivitet och förskjutning av en roterande positiv förskjutningspump.

glidande skovel

en uppsättning skovlar monteras i en rotor där skovlarna glider in och ut ur rotorn. Rotorn är monterad i mitten i höljet. När skovlarna roterar förbi sugporten glider de ut ur rotorn samtidigt som de bibehåller konstant kontakt med höljet. Fjädrar eller tätningsringar hjälper till att hålla skovlarna mot höljet, så att skovlarna gör en tät tätning eller passar mot höljets vägg. Instängd vätska tvingas från sugporten till utloppsporten.

den glidande-vinge design är kapabel att leverera medel kapacitet och huvud. De levererar en konstant flödeshastighet för en uppsättning rotorhastighet. De fungerar bra med vätskor med låg viskositet och är något självkompenserande för slitage. De är inte lämpliga för användning med mycket viskösa vätskor (tjockare vätskor stör skovlarnas glidande verkan). Ett stort slitområde är resultatet av friktionspassningen mellan skovlarna och cylindern.

Flexibel vinge. Den flexibla skoveln liknar den glidande skoveln förutom att skovlarna i allmänhet är ett mjukt, smidigt material och är integrerade med rotorn. När rotorn vrider böjer sig skovlarna och överensstämmer med cylinderns excentriska form. De är enkla, billiga och kan utveckla ett vakuum. De får inte köras torrt och bör endast användas med lågtemperaturvätskor och i applikationer med lågt huvud.

extern växel

den externa växeln består av två lika stora nätväxlar, en en förare och den andra en tomgång, som roterar inuti ett hus. När växlarna unmesh vid pumpens sugsida bildas ett vakuum. Tryck tvingar vätskan in i pumpen där vätskan bärs mellan växeltänderna och höljet till utloppsporten. Vid urladdningen skapar växeltändernas ingrepp en gräns som förhindrar att vätskan återgår till sugningen. Kugghjulspumpar fungerar lika bra när de körs i båda riktningarna. Försiktighetsåtgärder bör vidtas för att säkerställa att axelrotationen är korrekt när specialfunktioner, såsom inbyggda avlastningsventiler eller en avluftning av axeltätningen, används.

det finns också modeller som använder flera uppsättningar växlar på en axel för att producera mer kapacitet. Externa kugghjulspumpar är kompakta i storlek och kan producera höga tryck. De är väl lämpade för mycket viskösa vätskor. De tillverkas enkelt i ett brett utbud av material för att säkerställa kompatibilitet med de pumpade vätskorna. På grund av deras nära toleranser är de begränsade till renvätskeapplikationer.

Intern växel

den inre kugghjulspumpen liknar i princip den yttre växeln, förutom att drivaxeln vrider en ringväxel med inre tänder. Den externa växeltanden (tomgång) roterar på ett förskjutet centrum och maskerar med drivväxeln genom endast en segmentell rotationsbåge. Ett fast halvmåneformat filter upptar utrymmet mellan inre och yttre kuggspetsar mitt emot nätpunkten. När växeltänderna kopplas ur vid ingångsporten kommer vätska in och fångas i tandutrymmet på varje växel och transporteras till utloppsporten. De två kugghjulens ingrepp och eliminering av tandutrymmet tvingar vätska från pumpen.

Sidoväxelpumpar används i applikationer med lågt huvud. De är begränsade till ett maximalt mottryck på 100 psi och kräver en tryckavlastningsventil på utloppssidan. Eftersom det finns små avstånd kan de inte hantera vätskor som innehåller fasta ämnen. Tillverkaren bör alltid konsulteras innan någon växelpump används med flytande hantering av fasta ämnen.

Lob

Lobpumpar fungerar på samma sätt som kugghjulspumpar förutom att de roterande elementen har två, tre eller fyra lober istället för kuggtänder. Lober kan inte driva varandra, så tidsväxlar används. Loberna kommer aldrig i kontakt med varandra så pumpen kan få köra torr. Lober används där produktens integritet måste bibehållas och i applikationer där vätskor är skjuvkänsliga. Den stora volymen som skapas mellan höljet och loberna gör att många produkter kan pumpas utan att skada själva produkten. En stor fördel är att det inte finns någon metall-till-metall-kontakt mellan loberna, vilket innebär att möjligheten att spår av järn, stål eller andra pumpkonstruktionsmaterial hamnar i produkten på grund av slitage minskas kraftigt. Å andra sidan är de dyrare än växel-eller vingpumpar och är svåra att reparera och underhålla.

skruv

skruvpumpar kan vara enrotor (progressiv hålighet) eller flera rotorer (intermeshing) design. Skruvpumpar är relativt höghastighetspumpar, men på grund av återföring av flödet som krävs för att komma in i sugpassagen kan NPSH ofta vara ett problem. Skruvpumpar används för applikationer med högt huvud; de är den vanligaste roterande pumptypen som används vid tillverkning av operationer.

Enkelskruv

i enskruvskonstruktionen fångas vätskan mellan slitbanorna på en roterande skruv och slitbanorna på det inre stationära elementet. Dessa pumpar används för viskösa vätskor och vätskor med hög fast substans. De kan producera betydande suglyft och relativt höga tryck. De kan hantera vätskor som sträcker sig från rent vatten till slam utan att ändra avstånd eller komponenter. Å andra sidan är de dyra, skrymmande och svåra att underhålla, och reservdelar är dyra.

Multipelskruv

i flerskruvskonstruktionen strömmar vätskan mellan en central drivskruv och en eller flera tomgångsskruvar i ett tätt passande hölje. I tvåskruvspumpar drivs båda axlarna med kugghjul. I treskruvspumpar skärs skruvstegen så att en skruv kan driva de andra två. Skruvarnas rotation ger ett vakuum vid inloppet, rör vätskan genom pumpen och levererar vätskan till urladdningen. I små storlekar används de för att leverera smörjolja till motorer och industrimaskiner. I mellanstorlekar används de i kontorsbyggnader som en källa till hydraulisk energi för att driva hissar. I stora storlekar används de för att ladda och lossa pråmar och tankfartyg.

fram-och återgående pumpar

fram-och återgående pumpar förflyttar vätska med hjälp av en konstant rörelse fram och tillbaka av en kolv, kolv eller membran inom en fast volym eller cylinder. Fram-och återgående pumpar kan hantera viskösa och slipande vätskor. De är låghastighetsmaskiner jämfört med centrifugal-och rotationspumpar. De erbjuder högre effektivitet, i allmänhet 85 till 94%, så de kräver mindre hästkrafter. Fram-och återgående pumpar är bäst lämpade för högtrycks-och lågvolymapplikationer. De kräver ofta pulsationsdämpare på grund av flödets pulserande natur. De har högre installerade kostnader (vanligtvis kompenseras av högre effektivitet) och högre underhållskostnader än centrifugal-eller rotationspumpar.

kolv-och kolvpumpar

i kolvpumpar rör sig en kolv genom en stationär packad tätning och skjuts in i och dras ut från en vätskehålighet. I kolvpumpar trycker en kolv som rör sig fram och tillbaka i en vätskehålighet vätskan från cylindern. Rörelse av antingen kolven eller kolven skapar en alternerande ökning och minskning av flödet. När kolven eller kolven rör sig bakåt ökar den tillgängliga volymen i cylindern och en sugventil öppnas för att låta vätskan komma in i cylindern genom en enkelriktad sugventil. När kolven eller kolven rör sig framåt minskar volymen i cylindern, vätskans tryck ökar och vätskan tvingas ut genom en enkelriktad utloppsventil.

effektiviteten förblir hög oavsett huvud eller hastighet (tenderar att minska något med ökande hastighet). Eftersom fram-och återgående pumpar körs med lägre hastigheter än centrifugal-eller rotationspumpar är de bättre lämpade för hantering av viskösa vätskor. De kan producera höga tryck och stor kapacitet och är självsugande. Å andra sidan kräver de mer underhåll på grund av det stora antalet rörliga delar. De är tyngre i vikt och kräver mer golvyta än centrifugal-eller rotationspumpar. Dessutom är de dåliga på att hantera vätskor som innehåller fasta ämnen som tenderar att erodera ventiler och säten. Kolv-och kolvpumpar kräver större NPSHs på grund av pulserande flöde och tryckfall genom ventilerna. Som ett resultat av pulserande flöde kräver de särskild uppmärksamhet på sug-och utloppsrörsdesign för att undvika både akustiska och mekaniska vibrationer.

membranpumpar

Fig. 3 visar en typisk fluid (gas-, luft-eller vätskedriven) membranpump. Dess funktionsprincip liknar kolv-och kolvpumpar förutom att i stället för en kolv eller kolv finns ett flexibelt pulserande membran som förskjuter vätskan. Varierande kraftvätsketryck på ena sidan av membranet gör att membranet avböjer alternativt drar vätska in i pumpsidans kammare eller släpper ut vätskan från pumpsidans kammare. Membranpumpar kan pumpa vätskor som är viskösa, erosiva, frätande eller som innehåller stora mängder fasta ämnen. Dessutom är membranpumpar självsugande, kan köras regelbundet utan vätskor och är billiga att reparera eftersom de inte har någon packbox och har få rörliga delar.

• 

  fig. 3-membranpump.

membranpumpar är begränsade till små flödeshastigheter (90 gal/min), måttliga urladdningstryck och måttliga temperaturer. De kräver ofta underhåll och uppvisar trötthetsfel med tiden. Läckage kan orsaka en fara genom att blanda kraftvätska med processvätskan. Gas – / luftdrivna membranpumpar används ofta som sumppumpar.

det är möjligt att använda ett membran för att driva en kolv eller kolvpump. Denna typ av pump används ofta för kemisk injektion eftersom den är väl lämpad för applikationer med låg volym och stort huvud, och hastigheten kan styras av en gasventil på kraftvätskan.

fram-och återgående pumpprestanda

fram-och återgående pumpar är pumpar med konstant volym. Variationer i utloppstryck påverkar inte flödeshastigheten. Eftersom dessa pumpar fortsätter att leverera samma kapacitet, kan varje försök att strypa utloppsflödet övertryck pumphuset och / eller utloppsröret. Således bör ingen fram-och återgående pump någonsin startas eller drivas med utloppsblockventilen stängd. Flödet regleras av hastighet.

kapacitet

kapaciteten hos en fram-och återgående pump är cylinderförskjutningen mindre glidning. För en enkelverkande cylinder kan cylinderförskjutningen bestämmas från

(Eq. 1)

för dubbelverkande cylindrar kan cylinderförskjutningen bestämmas med

(Eq. 2)

där

s = cylindervolym

A = kolven eller kolvområdet

a = kolvstångens tvärsnittsarea

LS = slaglängd

n = hastighet

m = antal kolvar eller kolvar.

Slip är kapacitetsförlusten i procent av cylinderförskjutningen på grund av volymetrisk effektivitet, stoppboxförluster och ventilförluster. Volymetrisk effektivitet (inte att förväxla med mekanisk effektivitet) är normalt 95 till 97%. Effektiviteten reduceras också vid pumpning av ett lätt kolväte som har en viss grad av kompressibilitet.

pumpkapaciteten kan bestämmas från

(Eq. 3)

där

q = pumpkapacitet.

hastighet

hastighet är den primära faktorn som bestämmer både kapaciteten hos en fram-och återgående pump och dess underhållskostnader. Körning med höga hastigheter förkortar packningens livslängd och ökar accelerations-och retardationskrafterna på alla rörliga komponenter. Drift under den maximala” nominella ” hastighet kan vara fördelaktigt när pumpen drivs utan uppsikt, när det inte finns några reservdelar och ingen standby, när det finns en hög straff för stilleståndstid, när enheten underhåll är dålig, när lång livslängd önskas, och när NPSH marginalen är låg. Drift vid högsta nominella hastigheter kräver:

• rena, svala vätskor
• utmärkt rörledningslayout med fast fast rörledning
• bra NPSH-marginal
• Solid foundation
• väldesignade sug-och urladdningspulseringsdämpare
• bra underhåll

När det blir nödvändigt att arbeta över de maximala nominella hastigheterna, bör mycket noggrann uppmärksamhet ägnas åt alla detaljer om design, drift och underhåll.

Installationsriktlinjer

om pumpar med positiv förskjutning är korrekt installerade och manövrerade kan tillfredsställande prestanda realiseras under lång tid. Dessa pumpar tillverkas i en mängd olika utföranden för många olika tjänster. Varje tillverkares instruktioner bör följas noggrant för specifika maskiner eller applikationsutrustning. Följande diskussion avser allmänna installationsriktlinjer för fram-och återgående pumpar med positiv förskjutning.

fundament och inriktning

de flesta pumpfundament är konstruerade av armerad betong. Pumpen och föraren är bultade till en gjutjärn eller stålplatta, som är fäst vid betongfundamentet med förankringsbultar. Små pumpar behöver en grund som är tillräckligt stor för att rymma basplattans montering. Stora pumpar kräver en grund som är tre till fyra gånger vikten av pumpen och föraren.

installation av ankarbultar

varje ankarbult är försedd med en bricka och passeras genom en rörhylsa som har en diameter som är tre till fyra gånger större än bulten. Bulthylsanheten är inställd i betongen vid de förutbestämda basplatthålpositionerna. Flexibiliteten i hylsbrickan gör det möjligt att göra mindre justeringar i bultläget innan den slutliga åtdragningen även efter att betongfundamentet har stelnat.

metallskimjusteringar

Metallskim används för att placera pumpen på fundamentet. Justeringar görs tills pumpaxeln och flänsarna är helt plana. Justeringen mellan pumpen och föraren justeras sedan innan pumpen ansluts till sug-och utloppsledningarna. Den senare borde ha justerats under basplattans initiala positionering.

injektering

på grund av rörstam bör hela pumpenheten kontrolleras för justering när rören har skruvats ordentligt. Om drivinriktningen inte har ändrats genom bultning av rören fylls utrymmet mellan basplattan och betongfundamenten med injektering. Injekteringen ska vara tillräckligt flytande för att fylla allt tillgängligt utrymme under basplattan.

Driftstemperaturhänsyn

det är viktigt att inriktningen mellan rörledningen, pumpen och föraren inte ändras. Helst bör justeringar göras vid driftstemperaturen efter initial kallinriktning av pumpsystemet, vilket eliminerar eventuella justeringsändringar på grund av termisk expansion.

rörledningar

bredvid valet av arbetshastigheter är korrekt rörkonstruktion det viktigaste i pumpinstallationsdesignen. Dålig rörledning är ofta resultatet av ouppmärksamhet på detaljer, vilket kan leda till mer än genomsnittlig stilleståndstid, högre underhållskostnader och förlust av förtroende för driftspersonalen.

sugröret ska vara direkt, fritt från böjningar, så kort som möjligt och minst en nominell rörstorlek större än pump-suganslutningen. Riktningsrörändringar bör göras med armbågar med lång radie. En full öppningsblockventil ska installeras i sugröret. Sugkärlet bör ha tillräcklig retentionstid för utvecklingen av fri gas och bör vara utrustad med en virvelbrytare vid utloppsmunstycket. Sug-och förbikopplingslinjerna ska komma in i kärlet under minsta vätskenivå.

sugrör bör vara tillräckligt stora så att hastighetsgränserna inte överskrids. Excentriska reducerare med den plana sidan uppåt bör användas istället för koncentriska reducerare. Sugrör bör innehålla en sugfilm och en pulsationsdämpare. Sugfilter bör inte installeras om inte regelbundet underhåll kan garanteras. Ett vätskehungat tillstånd till följd av en pluggad sil kan orsaka mer skada på pumpen än intag av fasta ämnen.

utloppsröret ska vara direkt, fritt från alltför stora böjningar och minst en nominell rörstorlek större än pump-utloppsanslutningen. Riktningsrörändringar bör göras med armbågar med lång radie. Koncentriska reducerare kan användas, men de bör placeras så nära pumpen som praktiskt. För att underlätta priming och start bör en bypass – (återvinningsledning) med backventil och blockventil installeras på sugkällan. Om en pulsationsdämpare inte ingår i den ursprungliga installationen, bör en flänsanslutning tillhandahållas om pulsationsdämpning kan krävas. En avlastningsventil bör installeras uppströms utloppsblockventilen, om övertryck i utloppsröret inträffar.

pulseringsöverväganden

flödet från en fram-och återgående pump är inte enhetligt. Kolvarnas oscillerande rörelse skapar störningar (pulsationer) som rör sig med ljudets hastighet från pumpcylindern till rörsystemet. Pulsationer är en funktion av pumpens kolv/kolvhastighet, inre ventiler och driftshastighet. Pulsationer gör att systemets trycknivå fluktuerar med avseende på tiden.

Sugpulsationer kan orsaka att trycknivån sjunker omedelbart under vätskedamptrycket, vilket resulterar i kavitation. Kaviering kan orsaka fel på pumpdelar som:

• ventiler
• Tvärhuvuden
• Stavar
• etc.

Kaviation kan också orsaka höga rörvibrationer som resulterar i fel på:

• ventiler
• avlopp
• Spårvibrationer

normala rörklämmor och stöd kanske inte är effektiva för att kontrollera dessa vibrationer.

pulsationer kan förstärkas av de akustiska resonanserna i rörsystemet, vilket resulterar i pumpvätskefel och rörfel på grund av skakning orsakad av tryckpulsering. För enkla rörlayouter och låga till måttliga pumphastigheter används pulsationsdämpare för att dämpa effekterna av pulserande flöden. Pulsationsdämpare installeras normalt på både sug och urladdning. Dämpare kan vara vätskefyllda; gasdämpade eller inställda akustiska filter. För komplicerade och flerpumpsrör och höga pumphastigheter används akustiska filter.

utformningen av ett pulsationsdämpningssystem ligger utanför ramen för detta kapitel. Särskild expertis behövs för att analysera och kontrollera pulsationer i multipumpinstallationer.

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 citat av objekt som refereras i texten för att visa dina källor.

anmärkningsvärda papper i OnePetro

använd det här avsnittet för att lista papper i OnePetro att en läsare som vill lära sig mer definitivt bör läsa

använd det här avsnittet för att tillhandahålla länkar till relevant material på andra webbplatser än PetroWiki och OnePetro

Se även

Peh:pumpar

pumpar

centrifugalpumpar

Pumpdrivrutiner