پمپ پلانجری
مایعات در جو زمین معمولا در سطوحی با هوا تماس دارند. هوا در سطوح تماس به مایعات فشاری معادل 1015 پاسکال یا یک اتمسفر وارد میکند. فشار مایع در تمامینقاطی که در یک فاصله از سطح آزاد مایع قرار دارند یکسان است. یک لوله شیشه ای را در داخل ظرفی از مایع قرار میدهیم. آب به اندازه ارتفاع داخل ظرف در لوله بالا خواهد رفت. همانطور
ادامه مطلب
مایعات در جو زمین معمولا در سطوحی با هوا تماس دارند. هوا در سطوح تماس به مایعات فشاری معادل 1015 پاسکال یا یک اتمسفر وارد میکند. فشار مایع در تمامینقاطی که در یک فاصله از سطح آزاد مایع قرار دارند یکسان است. یک لوله شیشه ای را در داخل ظرفی از مایع قرار میدهیم. آب به اندازه ارتفاع داخل ظرف در لوله بالا خواهد رفت. همانطور که قبلا هم گفته شد فشار مایع در تمامینقاطی که در یک فاصله از سطح آزاد مایع قرار دارند یکسان است. چوب پنبه ای را در انتهای لوله قرار داده ولوله را در داخل ظرف قرار میدهیم. آرام آرام چوب پنبه را به سمت بالا میکشیم. آب در داخل لوله شروع به بالا رفتن میکند. سئوال اینجاست که چه عاملی باعث بالارفتن آب در داخل لوله شده و آب تا چه ارتفاعی بالا خواهد رفت؟ در حقیقت زمانی که پیستون به سمت بالا کشیده میشود، در داخل لوله خلاء ایجاد میشود. یعنی هیج هوایی در داخل لوله وجود نخواهد داشت. از طرفی همانطور که قبلا گفته شد فشار مایع در تمام نقاط که در یک فاصله از سطح آزاد مایع قرار دارند یکسان است. اگر لوله کاملا صاف و صیقلی باشد و در داخل لوله هنگام کشیدن چوپ پنبه هوایی وجود نداشته باشد، فشار در سطح مقطع A باید یک اتمسفر باشد بنابراین آب در لوله بالا خواهد رفت تا ستون آب بتواند در سطح مقطع A | ارتفاع یک اتمسفر را تامین کند. زمانی که شما برای خوردن مایعات از نی استفاده میکنید در حقیقت از همین اصل پیروی میکنید. یعنی با مکیدن، هوای داخل نی را خارج کرده و در نی خلاء ایجاد میکنید. بنابراین فشار هوای وارد بر سطح سیال باعث بالا رفتن سیال در نی خواهد شد. آب تا ارتفاع 10 متر در لوله بالا میرود. اگر بتوان با روشی سیالی را که تا این ارتفاع بالا آمده از آن خارج کنیم در حقیقت توانسته ایم که به یک پمپ رفت و برگشتی دسترسی پیدا کنیم. پمپهای رفت و برگشتی درگذشته بسیار استفاده میشده. ساختمان پمپهایی که در قدیم استفاده میشد از لوله استوانه ای، پیستون، دهانه ورودی و خروجی، دو دریچه یکی در قسمت ورودی سیلندر و دیگری بر روی پیستون و طناب برای بالا و پایین کشیدن پیستون تشکیل میشد. دریچه A در انتهای لوله استوانه ای و دریچه B بر روی پیستون قرار دارد. با حرکت پیستون به سمت پایین هوای موجود در سیلندر از دریچه B خارج خواهد شد. هنگامی که پیستون به طرف بالا حرکت میکند، خلا ایجاد شده همانطور که قبلا هم گفته شد، باعث جریان یافتن سیال به سمت بالا و باز شدن دریچه A میشود. بنابراین سیلندر از سیال پر خواهد شد. بعد از اینکه پیستون به انتهای سیلندر رسید، پیستون را به پایین حرکت میدهیم. افزایش فشار وارد بر سیال توسط پیستون باعث بسته شدن دریچه A و باز شدن دریچه B میگردد. مقداری از سیال از داخل دریچه B به سمت بالا حرکت کرده و بر روی سیلندر قرار میگیرد. در مرحله آخر با حرکت پیستون به سمت بالا سیال از دریچه A وارد سیلندر شده و سیال موجود بر روی سیلندر از شیر خروجی خارج میشود. پمپهای رفت و برگشتی در قدیم بر این اساس عمل میکردند. پمپهای رفت و برگشتی جدید نیز عملکردی مشابه پمپهای قدیمیدارند. پمپ رفت و برگشتی شامل یک پیستون، سیلندر و شیر ورودی و خروجی میباشند. با حرکت پیستون به سمت بالا، سیال از Check valve ورودی وارد پیستون میشود. زمانی که پیستون به انتهای مسیر رسید پیستون به سمت پایین حرکت کرده، بنابراین فشار سیال باعث بسته شدن شیر مکش و باز شدن check valveخروجی میشود. هر سیکل شامل یک حرکت رفت و برگشتی بوده که در رفت عمل مکش SUCTION و در برگشت عمل discharge صورت میگیرد.
محفظه ای استوانه ای شکل است که پلانجر را در درون خود جای میدهد. عمل پمپاژ در پمپهای رفت و برگشتی بر اساس حرکت پیستون یا پلانجردر داخل سیلندر ایجاد میشود. با حرکت پلانجر به سمت بالا، سیال از check valve ورودی وارد سیلندر میشود و سیلندر از مایع پر میشود. پس از پرشدن سیلندر از مایع، پلانجر در جهت مخالف حرکت کرده، در این صورت شیر دهانه مکش بسته و شیر موجود در دهانه خروجی باز شده و سیال پمپ میشود.
در single acting cylinder در هر بار رفت و برگشت پلانجر، یکبار عمل مکش و یکبار عمل رانش صورت میگیرد. هنگامی که سیلندر از مایع پر میشود و پلانجر به طرف راست حرکت میکند، جریان در ابتدای ضربه صفر بوده و بتدریج با رسیدن سرعت پلانجر به ماکزیمم، به حداکثر مقدار خود خواهد رسید. سرعت در نقطه A، صفر و در B ماکزیمم و در C دوباره صفر میشود.در مدت زمانی که پلانجر به سمت چپ در حرکت است، جریان صفر میباشد. دوباره از نقطه ‘A منحنی دوم نظیر منحنى اول شروع شده و به همین شکل یک حرکت قطع و وصل یا نبض بوجود میآید. در پمپهای پلانجری جهت یکنواخت کردن دبی، روشهای مختلفی اتخاذ میشود. یکی از این روشها، استفاده از مخزن ضربه گیر است که در خروجی پمپ نصب میشود. روشی دیگر جهت یکنواخت کردن دبی، افزایش تعداد سیلندرها میباشد. مثلا از دو سیلندر یا همان duplex یا سه سیلندر یا همان triplex و یا چند سیلندر یا multiplex استفاده میکنند. پمپ دوسیلندر از دو پمپ تک سیلندر تشکیل میشود که در کنار یکدیگر و در یک محفظه مشترک قرار میگیرند. در پمپهای دو سیلندره، دو پلانجر معمولا از نظر عملکرد، اختلاف فاز 180 درجه ای دارند وجریان در یک لحظه کوتاه صفر میشود.
پلانجر استوانه ای شکل بوده و معمولا از فلز ساخته میشود.حرکت رفت و برگشتی پلانجر در داخل سیلندر منجر به عمل مکش و رانش میشود. پلانجر در حقیقت منتقل کننده نیرو به سیال میباشد که این نیرو منجر به تولید فشار میشود. پلانجر به crosshead متصل بوده و همان حرکت خطی cross head را دارد. پلانجرهایی با قطر 127 میلی متر و کمتر، توپر میباشند. ولی جهت کاهش وزن پلانجرهایی با قطر بیشتر از 127 میلی متر آنها را به صورت توخالی میسازند. محدوده سرعت پلانجر بین 46 تا 107 متر بر ساعت میباشد. طول پلانجر از طول مسافت طی شده در داخل سیلندر بیشتر میباشد. یکی از تفاوتهای مهم میان پیستون و پلانجر در همین موضوع است، به عبارتی در پمپهای پیستونی طول پیستون از طول مسافت طی شده در سیلندر کمتر است. تفاوت دیگر میان پیستون و پلانجر در این است که پلانجر از سیلندر بیرون میآید در حالیکه پیستون از داخل سیلندر بیرون نمیآید. تفاوتهای ذکر شده تفاوتهای ظاهری میان پیستون و پلانجر میباشد. مهمترین تفاوت میان پمپهای پلانجری و پیستونی این است که از پمپهای پلانجری در فشارهای بالاتری نسبت به پیستونی استفاده میشود. اما علت آن؟ ستون A را در نظر بگیرید که به آن نیروی F وارد میشود.شروع به افزایش این نیرو میکنیم. سرانجام در نقطه ای ستون خم شده و به اصطلاح باکل (Buckle)خواهد کرد. حال سطح مقطع را افزایش میدهیم. طبیعی است که نیروی لازم برای خم کردن ستون دوم از اول بیشتر است. همان ستون A تحت بار P را در نظر بگیرید. این بار طول ستون را افزایش میدهیم، میبینیم که امکان خم شدن با افزایش طول افزایش مییابد. Piston rod نیز دقیقاً وضعیتی مشابه با همان ستون را دارد. به عبارتی اگر فرض شود که piston rod دراثرنیروی F خم شود، از آنجا که plunger rod طول کمتری داشته و در حقیقت در بخشی از دسته پلانجر، پلانجر جایگزین شده که دارای سطح مقطع بزرگتری است، بنابراین جهت خم شدن plunger rod در مقایسه با piston rod به نیروی بیشتری نیاز است. از این رو امکان استفاده از پمپ پلانجری در فشارهای بیشتری نسبت به پیستونی وجود دارد.
شیرهای استفاده شده برای ورود و خروج سیال از داخل سیلندر، چک ولو هستند یعنی تنها اجازه جریان یافتن سیال را در یک جهت میدهند. برای ورودی و خروجی پمپ از شیرهای یکسان استفاده میشود. با این تفاوت که در صورتی که شیر از نوع spring load باشد، فنر شیر خروجی نیرومند تر است. همچنین طرز قرار گرفتن شیرها از نقطه نظر جهت جریان در ورودی و خروجی عکس یکدیگر میباشد. از نظر اندازه در بعضی موارد از شیرهای هم اندازه برای ورودی و خروجی استفاده میشود. در موارد دیگر جهت جلوگیری از پدیده کاویتاسیون شیر ورودی از شیر خروجی بزرگتر میباشد. در پاره ای از موارد از آنجا که باز کردن و بستن شیر ورودی به علت طراحی سیلندر از محل شیر خروجی انجام میشود، شیر خروجی از شیر ورودی بزرگتر میباشد. سطح عبوری جریان در شیرها باید به اندازه کافی بزرگ باشد برای این که از افت فشار در شیرها جلوگیری شود. معمولا سطح شیر در ورودی برای سرعت 1٫8 تا 2٫4 متر بر ثانیه و سطح شیر خروجی برای سرعتی بین 2٫4 تا 3٫6 متر بر ثانیه طراحی شده است. از انواع متداول چک ولوهای استفاده شده در پمپهای پلانجری میتوان disc valve و ball valveها را نام برد. disc valveها بایستی طوری ساخته شوند که هنگام نشستن disc روی نشیمن گاه از اطراف آن سیال نشت نکند. بدین منظور بایستی disc کاملا روی نشیمن گاه هدایت شود و روی آن جا گیرد. در نوع صفحه ای عمل هدایت توسط ساقههادی انجام میپذیرد. میتوان بجای ساقههادی از بالهایهادی که از نظر ساختمان محکم تر و سخت تر از ساقههادی میباشد، استفاده کرد.
در ball valve ها، با حرکت گلولهها روی مجراهای ورودی و خروجی، مجراها باز و بسته میشوند.گلولهها بر روی مجراهای ورودی و خروجی نشیمن گاه یا همان seat قرار میگیرند. گلولهها باید کاملا در محل خودش قرار گیرد. عمل هدایت گلولهها توسط دیواره شیر انجام میشود.نیروی ناشی از وزن گلولهها منجر به قرار گرفتن گلولهها روی seat میشود. برای باز شدن شیر بایستی نیروی پمپ از نیروی وزن گلوله و فشاری که در پشت گلوله وجود دارد بیشتر باشد. در مواردی که از پمپهای پلانجری برای پمپاژ سیالات با ویسکوزیته بسیار بالا استفاده شود از ball valveهایی که دارای فنر میباشد استفاده میکنند تا بالا و پایین رفتن بال را در هنگام پمپاژ سیال ویسکوز تسریع بخشد.
در پمپهای رفت و برگشتی برای برطرف ساختن ضربان سیال که ناشی از حرکت رفت و برگشتی پیستونها میباشد و یکنواخت ساختن جریان خروجی و ورودی پمپ از مخازن ضربه گیر استفاده میشود.
مخزن ضربه گیر، مخزن سربسته ای است که از هوا یا نیتروژن پر میشود. توجه شود که هرگز از اکسیژن برای این منظور استفاده نمیشود. مخازن ضربه گیر بایستی تا آنجا که مقدور است به قسمت خروجی یا ورودی پمپ که عامل ایجاد کننده ضربان است، نزدیک باشد. در صورت امکان بهتر است که مخزن ضربه گیر درست بر روی شیر خروجی یا ورودی نصب شود. اگر مخزن ضربه گیر بسیار بزرگ است و امکان نصب آن بر روی شیر خروجی وجود ندارد، مخزن به صورت مجزا و در لوله خروجی ولی حتی الامکان نزدیک به پمپ نصب میشود. مخازن ضربه گیر به صورت افقی یا عمودی نصب میشود. در حالی که مایع با فشار پلانجر در حال خارج شدن از لوله خروجی است قسمتی از آن وارد محفظه هوا شده ،هوای داخل آن را فشرده میکند. با رسیدن پلانجر به انتهای حرکت خود جریان مایع در خروجی بواسطه نبودن فشار قطع میشود. در این حال هوای فشرده درون محفظه، فشار آورده، جریان مایع در لوله خروجی برقرار میشود. به طور خلاصه میتوان گفت که یک سرعت متوسط در لوله تعریف میشود. اگر دبی از مقدار متوسط آن در لوله بیشتر شود، مخزن هوا مقدار بیشتر از متوسط را جمع آوری کرده و هرگاه دبی از مقدار متوسط کمتر شود، آن را به لوله میریزد. بدین ترتیب سرعت جریان در لوله ای که دارای مخزن ضربه گیر است، ثابت باقی میماند. فشرده شدن و منبسط شدن گاز درون مخزن ازافزایش یا کاهش ناگهانی فشار در لوله خروجی و ورودی پمپ جلوگیری میکند. به همین دلیل جریان مایع در لوله خروجی و ورودی آرام تر و یکنواخت تر میگردد. در حقیقت این مخازن از ایجاد ضربه قوچ در لولهها جلوگیری میکنند.ذکر این نکته ضروری است که مخزن ضربه گیر موجود در لوله مکش علاوه بر جلوگیری از پدیده ضربه قوچ ،در لوله مکش اثری دیگر نیز دارد و آن این است که در حقیقت با ثابت نگه داشتن سرعت و به عبارتی جلوگیری از کاهش فشار در لوله مکش از پدیده کاویتاسیون جلوگیری میکند. با افزایش سرعت در لوله مکش فشار کاهش و احتمال وقوع کاویتاسیون زیاد میشود. | بنابراین در مواردی که امکان نصب پمپ پلانجر در نزدیکی منبعی که پمپاژ از آن صورت میگیرد نیست توصیه میشود که حتما مخزن ضربه گیر در لوله مکش نصب شود. پمپهایی که دارای خروجی یکنواخت تری هستند مانند پمپهای چند سیلندره مخزن ضربه گیر کوچکتری لازم دارند. مخزن باید به اندازه ای باشد که حداقل 3 برابر ظرفیت هر پالس را در خود انباشته کند. برای جلوگیری از حل شدن مقداری از گاز در سیال پمپ شونده، دو فاز مایع و گاز را از هم جدا میکنند. یکی از روشهای جداسازی فاز مایع و گاز استفاده از دیافراگم ارتجاعی میباشد.
در پمپهای جابجایی مثبت فشار و دبی از هم مستقل بوده و حد بالایی برای فشار در پمپی با قطعات محکم وجود ندارد بنابراین اگر بنا بر دلایلی فشار خروجی پمپ افزایش یابد مثلا در صورت بسته بودن شیر موجود در لوله خروجی و یا انسداد در لوله خروجی، فشار خروجی پمپ بالا میرود تا زمانی که موتور تریپ دهد و یا یکی از قطعات داخلی پمپ بر اثر فشار زیاد خراب شود.در پمپهای جابجایی مثبت شیر اطمینان یکی از قسمتهای بسیار مهم بوده که جهت محافظت پمپ و سیستم در مقابل فشار بیش از اندازه استفاده میشود. شیر اطمینان در پمپهای پلانجری همانند پمپهای gear میتواند به صورت داخلی و یکپارچه و یا به صورت خارجی و در لوله خروجی پمپ نصب شود که در این صورت خروجی آن به مخزنی که پمپاژ از آن صورت میگیرد فرستاده میشود. شیر اطمینان در پمپهای جابجایی مثبت بعد از یک دوره کاری ذکر شده در document باز شده، در valve shop مورد بررسی قرار گرفته و توسط دستگاههای تست موجود در آنجا، تست شده، در فشار مورد نظر تنظیم شده و سپس در محل اولیه نصب میگردد. افزایش یا کاهش فشار از طریق پیچ تنظیم و با افزایش و یا کاهش نیروی وارد بر فنر ایجاد میشود. به عبارتی جهت افزایش فشار، پیچ تنظیم را محکم تر میکنند و بالعکس.
برای جلوگیری از نشت مایع از بین قطعات ثابت و متحرک، از سیستم آب بندی استفاده میشود. سیستم آب بندی پمپهای پلانجری از نوع packing میباشد و از packing stuffing box، گلند، بوشهای بالایی و پایینی و lantern ring تشکیل میشود. بوشها وظیفه هدایت کردن پلانجر را در حین حرکت رفت و برگشتی پلانجر در داخل محفظه آب بندی به عهده دارند و packingها مابین آنها نصب میشود. در پاره ای موارد بجای استفاده از بوش از واشر استفاده میشود. با توجه به نوع سیال و درجه حرارت سیال پمپ شونده بایستی از لایی مناسب استفاده نمود. Packing استفاده شده بایستی به اندازه کافی انعطاف پذیر باشد برای این که اجازه حرکت رفت و برگشتی پلانجر را در خود بدهد. همچنین از نظر جنسی باید با سیال پمپ شونده سازگاری داشته و نشتی سریعا باعث خرابی آن نشود.Packing همچنین بایستی استحکام کافی در برابر حرکت رفت و برگشتی پلانجر را داشته باشد. تعداد packingها به فشار و سیال پمپ شونده بستگی دارد. در پمپهای پلانجرى لایی در انتهای بیرونی سیلندر قرار دارد و ثابت است و همراه پلانجر حرکت نمیکند. در موقع نصب لایی بایستی دقت شود که زیاد از اندازه گلند فشرده نشود، چون فشردگی زیاد باعث اصطکاک بیش از حد شده و در نتیجه packing گرم میشود و میسوزد. در پمپهای پلانجری معمولا با استفاده از lantern ring و تزریق سیال از یک منبع خارجی، عمل روانکاری و خنک کردن packing را انجام میدهند.
امروزه در اغلب موارد از الکتروموتور برای به حرکت درآوردن پمپهای پلانجری استفاده میشود. شافت موتور دارای حرکت دورانی است. از آنجا که پمپهای پلانجری بر اساس حرکت رفت و برگشتی عمل میکنند، بایستی از طریقی بتوان حرکت دورانی را به حرکت رفت و برگشتی تبدیل نمود. برای این منظور از میل لنگ یا همان crank shaft استفاده میکنند. موتور محرک میتواند مستقیما به میل لنگ متصل شده و یا اینکه از یک کاهش دهنده سرعت استفاده نمود. معمولا از جعبه دندهها یا همان gear box برای کم کردن سرعت استفاده میشود. اگر دور موتور متغیر باشد در پاره ای از موارد سیستم انتقال قدرت علاوه بر جعبه دنده مجهز به کلاچ میباشد که مابین جعبه دنده و موتور نصب شده و از یک طرف با موتور و از سمت دیگر با جعبه دنده کوپل میشوند. کلاچ در حقیقت دستگاه قطع و وصل نیرو بین موتور و جعبه دنده میباشد. Crank shaft به connecting rod متصل بوده و connecting rod به cross head و Cross head به پلانجر متصل میباشد. بنابراین حرکت دورانی توسط crank shaft به حرکت رفت و برگشتی تبدیل شده و موجب حرکت خطی Cross head و در نهایت رفت و برگشت پلانجر در داخل سیلندر میشود.
انجام بازرسیهای لازم قبل از راه اندازی:
چک کردن سطح سیال
سطح سیال موجود در منبعی که پمپاژ از آن صورت میگیرد را چک کرده و از کافی بودن آن اطمینان حاصل کنید. چک level سیال از طریق level indicatorها انجام میشود. اطمینان از باز بودن شیرهای ورودی و خروجی موجود در لولههای مکش و رانش قبل از راه اندازی پمپ بایستی از باز بودن شیرهای موجود در لوله ورودی و خروجی پمپ اطمینان حاصل کنید. هر چند که پمپهای جابجایی دارای شیر اطمینان یا همان relief valve در لوله خروجی هستند اما از آنجا که این پمپها در فشارهای بالایی استفاده میشوند، بسته بودن شیر خروجی خصوصأ در مواردی که شیر اطمینان خود دچار مشکل شده و سهوا چک نمیشود میتواند بسیار خطرناک باش.
دمای سیال پمپ شونده، فشار خروجی و ورودی پمپ، levelسیال موجود در منبعی که پمپاژ از آن صورت می گیرد، دبی پمپ، آمپر مصرفی، اختلاف فشار دو سر استرینر در صورت وجود سیستم روغن کاری گردشی برای case crank و box gear از پارامترهای مهم در پمپهای پلانجری می باشند که در برگه ای به نام sheet log در ساعات نوشته شده، توسط بهره بردار در سایت یادداشت می شود.ثبت دبی توسط کنترل روم انجام می شود. همزمان با ثبت پارامترها در sheet Log بایستی بازرسیهای ذیل را انجام داد: