انواع پمپ ها — معرفی کاربردی به زبان ساده و رایگان

پمپ وسیله‌ای است که به کمک عمل مکانیکی، سبب حرکت سیالات از یک بخش به بخشی دیگر می‌شود. پمپ‌ها از انواع ماشین‌های اولیه بشر هستند که قدمت آن‌ها به دوران مصر باستان می‌رسد که از جمله آن‌ها می‌توان به تلمبه‌های دستی اشاره کرد. امروزه نیز از انواع پمپها در صنعت به منظور جابجایی و انتقال سیالات مختلف استفاده می‌شود. در این مطلب، نحوه عملکرد انواع پمپها در صنعت را یاد می‌گیریم و طبقه‌بندی انواع پمپها را نیز بیان می‌کنیم.

طبقه بندی انواع پمپها

در تصویر زیر می‌توانید طبقه‌بندی انواع پمپها را مشاهده کنید. به طور کلی پمپ‌ها را به دو دسته اصلی پمپ‌های دینامیک و پمپ‌های «جابجایی مثبت» (Positive Displacement) تقسیم می‌کنند که در ادامه بررسی نحوه عملکرد هریک از این پمپها در صنعت خواهیم پرداخت.

پمپ های دینامیک

همانطور که در تصویر بالا نشان داده شده است، پمپ‌های دینامیک را می‌توان به انواع زیر طبقه‌بندی کرد:

• پمپ‌های سانتریفیوژ
• پمپ‌های سانتریفیوژ عمودی
• پمپ‌های سانتریفیوژ افقی
• پمپ‌های شناور
• سیستم‌های آتش‌نشانی

پمپ سانتریفیوژ

«پمپ‌های سانتریفیوژ» (Centrifugal Pump) یا پمپهای گریز از مرکز، پراستفاده‌ترین پمپ در دنیا به شمار می‌آیند چراکه عملکرد بسیار ساده‌ای دارند و تولید و ساخت آن‌‌ها هزینه بسیار پایینی را شامل می‌شود به طور معمول، عمر بالایی دارند. نحوه عملکرد این پمپ‌ها به این صورت است که افزایش فشار از ورودی به سمت خروجی پمپ، سبب حرکت سیال می‌شود. این نیروی ایجاد کننده این فشار به کمک یک موتور الکتریکی تامین می‌شود که پروانه‌ای را به حرکت وادار می‌کند. سیال به مرکز پروانه وارد و از لبه‌های آن خارج می‌شود. نیروی گریز از مرکز سبب افزایش سرعت و انرژی جنبشی سیال می‌شود.

پمپ‌های سانتریفیوژ، خود به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند که در ادامه، آورده شده‌اند که البته این تقسیم‌بندی در منابع مختلف ممکن است کمی متفاوت باشد.

• «پمپ افقی جداشونده» (Horizontal Split Case)
• «مغناطیسی» (Magnetic Drive)
• «خود مکش» (Self-Priming)
• «تک‌مرحله‌ای» (Single Stage, End Suction)
• «پمپ دوغاب» (Slurry Pumps)

با توجه به اهمیت پمپ‌های سانتریفیوژ در صنعت و دانشگاه، «فرادرس» اقدام به انتشار فیلم آموزش پمپ های سانتریفیوژ (طراحی، عملکرد و تعمیر) کرده که لینک آن در ادامه آمده است.

• برای دیدن فیلم آموزش پمپ های سانتریفیوژ (طراحی، عملکرد و تعمیر) + اینجا کلیک کنید.

پمپ افقی جداشونده (پمپ افقی تقسیمی)

طراحی این نوع از پمپ‌ها به گونه‌ای است که محفظه بالایی، بدون نیاز به باز کردن لوله‌ها و اتصالات جدا می‌شود تا عملیات تعمیر و نگهداری آن به سادگی صورت بگیرد. این نوع از پمپ‌ها اهمیت زیادی در صنعت دارند بویژه اگر وزن زیادی داشته و در محل‌هایی با دسترسی دشوار قرار داشته باشند. پمپ‌های افقی جداشونده شامل چندین مرحله و پروانه هستند تا بتوانند «هد» (Head) بیشتری تولید کنند. این نوع از پمپ‌ها در شرایطی کاربرد دارند که به ظرفیت و هد زیاد نیاز داشته باشیم و سیال نیز عاری از مواد جامد باشد که این سیالات بیشتر  در «بویلرها» (Boiler) و برج‌های خنک‌کننده وجود دارند.

پمپ مغناطیسی

این نوع از پمپ‌ها به جای استفاده از «محور» (Shaft)، به طور مغناطیسی به موتور جفت (کوپل) شده‌اند. پمپ‌های با محرک مغناطیسی اهمیت زیادی در فرآیند تولید جهت انتقال سیالات «ساینده» (Abrasive) دارند. تاسیساتی که به فرآیندهای پیوسته نیاز داشته باشند از این نوع پمپ‌ها استفاده می‌کنند. البته پمپ‌های مغناطیسی تنها برای جابجایی سیالاتی به کار گرفته می‌شوند که فاقد ذرات معلق باشند. با وجود این‌که این نوع از پمپ‌ها، قیمت بالاتری نسبت به پمپ‌های معمولی دارند اما به دلیل عدم وجود تجهیزات آب‌بندی، تعمیر و نگهداری به مراتب کمتری نسبت به پمپ‌های دیگر دارند و همین امر، صرف هزینه بالا برای این نوع از پمپ‌ها را توجیه می‌کند.

پمپ خودمکش

از انواع پمپها می‌توان به پمپ خودمکش (خود پرشونده) اشاره کرد که برای مکش بهینه مخلوط‌های آب و هوا طراحی شده‌اند. این نوع پمپ، از سیال باقی‌مانده در مخزن استفاده می‌کند و پروانه‌‌، هوا را با نیرو از درون محفظه خارج می‌کند. این کار سبب ایجاد یک خلا و مکش می‌شود که پمپ را پر می‌کند. از مزایای این پمپ‌‌ها این است که نصب آن‌ها در مناطق خشک و در دسترس صورت می‌گیرد که به سادگی برای تعمیر مورد استفاده قرار بگیرند. استفاده از این پمپ‌ها در فاضلاب‌ها و مسیرهای زهکشی کاربرد دارد.

پمپ تک مرحله ای

پمپ‌های تک‌مرحله‌ای از معمول‌ترین پمپ‌های گریز از مرکز به شمار می‌آیند که در اندازه‌ها و فشارهای تخلیه متفاوت تولید می‌شوند و برای پمپ کردن سیالات با ویسکوزیته پایین و بدون ذرات جامد به کار می‌روند. سیال وارد مرکز پروانه می‌شود و از آن‌جا به کمک پره‌ها شتاب می‌گیرد. فشار سیال به دلیل نیروی گریز از مرکز پره‌ها ایجاد می‌شود اما مقدار این فشار به نوع پروانه، اندازه نازل‌های مکش و تخلیه و سرعت چرخش محور (شفت) بستگی دارد.

پمپ دوغاب

از انواع پمپهای گریز از مرکز می‌توان به پمپ‌های دوغاب اشاره کرد که نقش حیاتی در معدن دارند. این نوع از پمپ‌ها به طور معمول از جنس چدن ساخته شده‌اند که مقاومت بالایی در برابر سیالات ساینده مثل گل و سیمان و سایر سیالات ویسکوز دارند. محفظه این پمپ‌ها نیز شامل پوشش‌های لاستیکی قابل تعویض هستند که از خوردگی و آسیب فلز جلوگیری می‌کنند. پره‌های این پمپ‌ها اندازه کوچکی دارند تا بتوانند بدون آسیب به سیستم، عبور سیالات و سنگ‌ها را ساده‌تر کنند.

معرفی فیلم آموزش پمپ های سانتریفیوژ (طراحی، عملکرد و تعمیر)

• برای دیدن فیلم آموزش پمپ های سانتریفیوژ (طراحی، عملکرد و تعمیر) + اینجا کلیک کنید.

پمپ شناور

پمپ‌های شناور پایین‌تر از سطح سیال مورد نظر و به طور معمول درون مخزن قرار می‌گیرند. این پمپ‌ها با عایق‌بندی مناسب و به صورت خودمکش وجود دارند اما تعمیر و نگهداری آن‌ها دشوار است. بسته به نوع سیال و مواد جامد عبوری، این نوع از پمپ‌های شناور نیز ساخته شده‌اند. همچنین، پمپ‌های شناوری موسوم به «Dry Pit» وجود دارند که هم در پایین و هم در بالای سطح سیال قابلیت نصب دارند و به دلیل وجود محفظه خنک کننده روغنی، دچار حرارت بیش از حد نمی‌شوند.

پمپ سانتریفیوژ عمودی

از انواع پمپها در صنعت باید به پمپ سانتریفیوژ عمودی اشاره کرد که خود بر دو نوع است:

• پمپ «عمودی چندمرحله‌ای» (Vertical Multi-Stage)
• توربین عمودی

پمپ عمودی چندمرحله‌ ای

در این پمپ‌ها، چندین پروانه به صورت پشت سر هم (سری) بر روی یک محور سوار شده‌اند. با عبور سیال از داخل هر پروانه (مرحله) فشار آن افزایش پیدا می‌کند. هر قدر این مراحل، بیشتر باشند، فشار تخلیه نیز بیشتر خواهد بود. از مزایای این پمپ‌ها این است که فضای کمتری را برای نصب اشغال می‌کنند. همچنین، در این دستگاه‌ها از یک موتور برای چرخش پروانه‌ها بهره می‌گیرند و برای سیالات با خلوص بالا بسیار مناسب هستند.

از این پمپ‌ها بیشتر در ساختمان‌ها برای افزایش فشار آب، تامین فشار آب کارگاه‌های کوچک،‌ سیستم‌های شست‌وشو (مانند کارواش‌ها)، سیستم‌های آبیاری و همچنین رساندن روغن و روان‌کارها به دستگاه‌های ماشین‌کاری استفاده می‌شود.

پمپ توربین عمودی

در مواردی مثل آبیاری زمین‌های کشاورزی و اکتشاف و بهره‌برداری از معادن، زمانیکه به هد و فشار بالا نیاز باشد از توربین‌های عمودی بهره می‌‌گیرند. از این پمپ‌ها هم در کارگاه‌های کوچک و هم در مقیاس‌های بزرگ صنعتی استفاده می‌شود. از نقاط ضعف این پمپ‌ها، ارتفاع بلند آن‌ها برای نصب و تعمیر و نگهداری است اما اندازه کوچک و عملکرد بالا در جریان‌های پایین، از نقاط قوت این پمپ‌ها به شمار می‌آید.

سیستم های آتش نشانی

از این پمپ‌ها برای خاموش کردن آتش در ساختمان‌ها و همچنین برای آبیاری استفاده می‌شود.

پمپ جابجایی مثبت

در بررسی انواع پمپها به «پمپ‌های جابجایی مثبت» (Positive Displacement Pumps | PD) می‌رسیم. این پمپ‌ها با مکش سیال و پر کردن یک «حفره» (Cavity)، حجم ثابت و مشخصی را در هر سیکل پمپ فارغ از فشار خروجی،‌ خارج می‌کنند. تفاوت پمپ‌های جابجایی مثبت از پمپ‌های سانتریفیوژ در این است که برای حرکت سیال، حجم حفره تغییر می‌کند. در این سیستم‌ها، زمانی که یک پلانجر (مکنده) برای افزایش حجم به عقب رانده شود، یک محیط خلا ایجاد و سبب پر شدن سیلندر خواهد شد.

عکس حرکت پلانجر نیز سبب خروج سیالات می‌شود. البته همیشه یک پلانجر برای جابجایی سیالات، مورد استفاده قرار نمی‌گیرد بلکه از دستگاه‌های مکانیکی دیگری نیز استفاده می‌شود که این دستگاه‌ها می‌توانند پیستون، دیافراگم، چرخ‌دنده یا لوب (گوشواره) باشد.

پمپ‌های جابجایی مثبت (PD) برای جابجایی سیالات حاوی مواد ساینده مورد استفاده قرار می‌گیرند. سرعت‌های بالای سیالات حاوی این مواد در پمپ‌های گریز از مرکز،‌ بدنه و پره‌ها را به طور کامل از بین می‌برند. پمپ‌های جابجایی مثبت، سرعت کارکرد پایین‌تری دارند و برای سیالاتی با ویسکوزیته بالا یا سیالات حاوی مواد ساینده، انتخاب مقرون به صرفه‌ای به شمار می‌آیند. انواع پمپها در میان پمپ‌های جابجایی مثبت، به صورت زیر طبقه‌بندی می‌شوند:

• رفت و برگشتی
• دیافراگمی
• پیستونی و پلاجری
• دوپلکس
• مالتی‌پلکس
• دنده‌ای
• پریستالتیک (غلتکی)
• دنده قلوه‌ای (گوشواره‌ای)
• حفره پیش‌رونده

پمپ رفت و برگشتی

این پمپ‌ها از مکانیسم میل‌لنگ، همانند موتور خودروها استفاده می‌کنند. این مکانیسم، حرکت دوار میل‌لنگ را به حرکت مستقیم یا خطی پیستون تبدیل می‌کند. پمپ‌های رفت‌و‌برگشتی دارای ۳ جزء اصلی یعنی سوپاپ ورودی، پلانجر یا پیستون و سوپاپ خروجی هستند. با عقب رفتن پیستون، فشار هوای اطراف، سیال را از طریق سوپاپ ورودی وارد محفظه می‌کند. با برگشت پیستون، فشار باعث بسته شدن سوپاپ ورودی و باز شدن سوپاپ تخلیه خواهد شد. در هر چرخه پمپ، حجم سیال ثابت می‌ماند اما نوع پیکربندی پمپ، فشار و جریان پمپ را مشخص می‌کند.

پمپ دیافراگمی

پمپ‌های دیافراگمی (غشایی) از یک دیافراگم انعطاف‌پذیر برای ایجاد فشار پایین و بالا استفاده می‌کنند. با هر حرکت (رفت و برگشت) دیافراگم، سیال به کمک سوپاپ‌ها، به محفظه پمپ وارد و خارج می‌شود. این پمپ‌ها برای جابجای کردن سیالات ویسکوز و دوغاب‌های حاوی ذرات جامد، مورد استفاده قرار می‌گیرد و می‌توانند فشار تخلیه‌ای در حدود $$1200 bar$$ ایجاد کنند.

پیستونی و پلانجری

هریک از این پمپها در صنعت می‌توانند سیال را با حرکت خطی در داخل سیلندر، جابجا کنند. تفاوت پمپ پیستونی با پلانجری در این است که در پمپ پیستونی، آب‌بندی توسط تماس پیستون با دیواره سیلندر انجام می‌گیرد اما در پمپ پلانجری، آب‌بند ثابت است و فشار بیشتری نسبت به پمپ پیستونی ایجاد می‌شود. دو نوع پمپ پیستونی وجود دارد که در زیر آورده شده است:

• پمپ «Lift»: این نوع از پمپ‌ها سه‌زمانه (سه‌حرکتی) هستند. در حرکت اول، حرکت رو به بالای پیستون، سیال را به پایین محفظه پمپ هدایت می‌کند. در حرکت دوم، آب با عبور از یک سوپاپ، محفظه بالایی سیلندر را پر می‌کند. در مرحله سوم نیز آب در محفظه بالایی خارج می‌شود.
• پمپ «Force»: این پمپ‌ها تنها به دو حرکت نیاز دارند تا در حرکت اول، سیلندر پر و در حرکت دوم، سیلندر خالی شود.

پمپ دوپلکس

این پمپ‌ها شامل دو سیلندر بخار (گاز) و دو سیلندر آب هستند که با یکدیگر کار می‌کنند. هوای فشرده بسته به حرکت محورها، وارد یک طرف سیلندر می‌شود. همانطور که در تصویر زیر مشاهده می‌کنید. در ابتدا بخار وارد حفره بالا در سمت چپ خواهد شد و حرکت رفت پیستون را بوجود می‌آورد. با رسیدن پیستون به انتها در طرف دیگر سوپاپ‌های خروجی و ورودی قرار دارند که جابجایی سیال را امکان‌پذیر می‌کنند. برای کاهش ضربه جریان نیز همواره از یک آکومولاتر هیدرولیکی در بالای پمپ بهره می‌گیرند.

پمپ مالتی پلکس

به بیان ساده، پمپ‌های مالتی‌پلکس، چندین پمپ پلانجری هستند که به صورت سری (پشت سرهم) با یک موتور و خروجی به یکدیگر متصل شده‌اند. در داخل این پمپ یک میل‌لنگ قرار دارد که محورهای متصل به آن در اثر حرکت میل‌لنگ، سبب حرکت پلانجرها می‌شوند. این نوع از پمپ‌ها دبی جریان بالایی را در فشارهای پایین فراهم می‌کنند که در صنایع نفتی و به هنگام حفاری مورد استفاده قرار می‌گیرند.

پمپ های روتاری (دوار)

از انواع پمپها در صنعت می‌توان به «پمپ‌های روتاری» (Rotary Pumps) اشاره کرد. این نوع از پمپ‌ها به دلیل نوع طراحی خود، نسبت به پمپ‌های رفت‌و‌برگشتی با وزن مشابه، سیال بیشتری را پمپ می‌کنند. پمپ‌های روتاری شامل انواع زیر هستند. همانطور که در تصویر ابتدای متن هم به آن اشاره شده، پمپ روتاری یک پمپ جابجایی مثبت است به این معنی که حجم ثابتی فارغ از نوع سیال پمپ خواهد شد.

پمپ دنده ای

«پمپ‌های دنده‌ای» (Gear Pumps) شامل حداقل یک یا دو سری دنده هستند که دندانه‌های هریک داخل دیگری قرار دارند. با حرکت پمپ و جدایش دندانه‌ها، خلائی جزئی ایجاد که به کمک سیال پر می‌شود. زمانی که این حرکت دوار چرخ‌دنده‌ها ادامه پیدا کند، با به دام افتادن سیال در داخل محفظه پمپ، در نهایت، سیال به بخش خروجی پمپ منتقل خواهد شد. پمپ‌های دنده‌ای خود بر دو نوع هستند:

• «پمپ‌های دنده‌ای داخلی» (Internal Gear Pumps): این پمپ‌ها توانایی جابجایی سیالات با ویسکوزیته بالا همچون حلال‌ها و سوخت‌های روغنی تا آسفالت و چسب را دارند. دامنه ویسکوزیته سیالات قابل جابجایی از ۱ سانتی‌پوآز تا ۱ میلیون سانتی‌پوآز متغیر است. همچنین، پمپ‌های دنده‌ای داخلی می‌توانند تا دمای ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد را نیز تحمل کنند. علاوه بر این، خاصیت خودمکش و کارکرد در حالت خشک (برای مدت زمان کوتاه) نیز از جمله قابلیت‌های این پمپ‌ها به شمار می‌آید.
• «پمپ‌های دنده‌ای خارجی» (External Gear Pumps): با وجود این‌که پمپ‌های دنده‌ای خارجی نیز مانند پمپ‌‌های داخلی شامل دو چرخ‌دنده هستند اما این پمپ‌ها از دو چرخ‌دنده مشابه استفاده می‌کنند که در خلاف جهت یکدیگر چرخش می‌کنند. لازم به ذکر است که یکی از دنده‌ها به موتور متصل می‌شود و خود و دیگری را می‌چرخاند. چنین پمپ‌هایی کارکرد بی‌صدایی دارند و برای بکارگیری در سیستم‌های هیدرولیکی با فشار بالا مفید هستند. از این پمپ‌ها به طور معمول در جابجایی مواد شیمیایی و پلیمری، سیستم‌های هیدرولیکی، جابجایی اسیدها و سیالات خورنده و روان‌کننده‌ها استفاده می‌شود.

پمپ دنده قلوه ای (گوشواره ای)

«پمپ‌های لوب» (Lobe Pumps) عملکردی مشابه پمپ‌های دنده‌ای دارند با این تفاوت‌ که در این پمپ‌ها، دنده‌ها با یکدیگر تماسی ندارند و جعبه‌دنده تایمینگ خارجی از تماس آن‌ها جلوگیری می‌کند. با توجه به عدم تماس دنده‌ها در این نوع از پمپ، می‌توان سیالاتی همچون پلیمر، صابون، انواع پوشش‌ها، چسب‌ها و فرآورده‌های غذایی (به خاطر نوع طراحی) را جابجا کرد. این پمپ‌ها را به خوبی می‌توان ضدعفونی و تمیز کرد و به همین دلیل امکان استفاده از آن‌ها برای جابجایی سیالات با رنگ‌های مختلف و مواد غذایی فراهم است.

از نقاط ضعف آن‌ها نیاز به داشتن دو آب‌بند و دو دنده تایمینگ است که تعمیر و نگهداری آن‌را دشوار می‌کند. همچنین، عملکرد این پمپ‌ها در جابجایی سیالات با ویسکوزیته پایین، کاهش می‌یابد.

پمپ پریستالتیک

این نوع پمپ، متفاوت از انواع پمپها در صنعت عمل می‌کند و خود پمپ هیچ تماسی با سیال ندارد بلکه سیال در داخل یک لوله انعطاف‌پذیر جریان پیدا می‌کند که در درون یک محفظه دایره‌ای قرار گرفته است. در خارج از این لوله، غلتک‌هایی قرار گرفته‌اند که به حرکت خود سبب فشرده شدن لوله و انتقال سیال می‌شوند. این عمل را می‌توانید با فشردن ظرف خمیر دندان مقایسه کنید.

از پمپ‌های «پریستالتیک» (Peristaltic) در صنایع پزشکی برای جابجایی سیالات در محیط استریل و همچنین پمپ کردن سیالات خورنده در ماشین‌های ظرف‌شویی و لباسشویی استفاده می‌شود. از مزایای این پمپ‌ها می‌توان به نبود قطعات دوار، سادگی تعمیرات و نگهداری اشاره کرد. همچنین امکان جابجایی سیالات ساینده و حاوی ذرات جامد نیز با پمپ‌های پریستالتیک فراهم است. از نقطه ضعف‌های این پمپ نیز می‌توان به سرعت کم، جریان ضربه‌ای، عمر پایین و همچنین، امکان واکنش‌پذیری لوله با سیالات درون آن اشاره کرد.

پمپ حفره پیش رونده

«پمپ حفره پیش‌رونده» (Progressive Cavity Pump) جریان خروجی آرامی به همراه قابلیت خودمکش دارد که می‌توانند سیالاتی با مواد جامد و ساینده و همچنین مواد حساس به «برش» (Shear) مانند سس‌، خامه و ... را جابجا کنند. هریک از این پمپ‌ها شامل سه جزء اصلی به صورت زیر هستند:

• «المان پمپ‌کننده» (Pumping Element)
• «محفظه مکش» (Suction Housing)
• «مجموعه محرکه» (Drive Train)

پمپ تیغه ای

در انتهای بررسی انواع پمپها باید به «پمپ تیغه‌ای» (Vane Pump) اشاره کنیم که شامل روتوری شیاردار است که کمی خارج از مرکز قرار دارد. تیغه‌ها در درون پروانه جای می‌گیرند با حرکت روتور، این تیغه‌ها به طرف بالا و پایین حرکت و ایجاد خلاء می‌کنند که در نهایت، جابجایی سیال را به همراه دارد. پمپ‌های تیغه‌ای می‌توانند سیالاتی با ویسکوزیته پایین مانند گاز پروپان، آمونیاک، حلال‌ها، الکل، سوخت‌ها و مواردی از این دست را حمل کنند. از نقاط ضعف این پمپ‌ها نیز باید به این نکته اشاره کرد که نمی‌توانند در فشارهای بالا و سیالات با ویسکوزیته بالا عملکرد مناسبی داشته باشند.