پمپ جابه‌جایی مثبت چیست؟ انواع و کاربرد در هیدرولیک
زمان مطالعه: 5 دقیقه
پمپ جابه‌جایی مثبت یا Positive Displacement Pump نوعی پمپ است که در هر سیکل کاری یا هر دور شفت، حجم مشخصی از سیال را از ورودی دریافت و به سمت خروجی منتقل می‌کند. بخش بزرگی از پمپ‌های هیدرولیک مورد استفاده در ماشین‌آلات و سیستم‌های صنعتی بر اساس همین اصل کار می‌کنند.
پمپ‌های دنده‌ای، پره‌ای و پیستونی از مهم‌ترین انواع پمپ جابه‌جایی مثبت در هیدرولیک صنعتی هستند. تفاوت اصلی این پمپ‌ها در مکانیزم جابه‌جایی روغن، محدوده فشار کاری، راندمان، نوع کنترل و کاربرد آنهاست.
فهرست مطالب
پمپ جابه‌جایی مثبت چیست و چگونه کار می‌کند؟
اساس عملکرد یک پمپ جابه‌جایی مثبت بر تغییر حجم یک محفظه داخلی است.
در مرحله مکش، حجم محفظه افزایش پیدا می‌کند و در نتیجه روغن از مخزن وارد پمپ می‌شود. سپس مقدار مشخصی از روغن در فضای داخلی پمپ محبوس شده و با حرکت اجزای پمپ به سمت خروجی منتقل می‌شود. در مرحله خروج، حجم محفظه کاهش یافته و روغن به مدار هیدرولیک فرستاده می‌شود.
یکی از نکات مهم در درک عملکرد پمپ هیدرولیک این است که پمپ در اصل جریان ایجاد می‌کند، نه فشار. فشار زمانی در مدار به وجود می‌آید که در برابر جریان ایجادشده توسط پمپ مقاومت وجود داشته باشد؛ برای مثال بار روی جک، موتور هیدرولیک، شیرها یا مقاومت مسیر عبور روغن.
حجم روغنی که پمپ در هر دور به‌صورت تئوری جابه‌جا می‌کند معمولاً با واحد cm³/rev یا cc/rev بیان می‌شود.
به‌صورت ساده می‌توان گفت:
دبی تئوری پمپ = حجم جابه‌جایی × دور پمپ
البته دبی واقعی کمی کمتر از مقدار تئوری است، زیرا مقداری نشتی داخلی در پمپ وجود دارد. میزان این اختلاف به طراحی پمپ، فشار کاری، دما، ویسکوزیته روغن و وضعیت سایش قطعات بستگی دارد.
انواع پمپ جابه‌جایی مثبت در هیدرولیک
در هیدرولیک صنعتی سه خانواده اصلی از پمپ‌های جابه‌جایی مثبت بیشترین کاربرد را دارند: پمپ دنده‌ای، پره‌ای و پیستونی.
پمپ هیدرولیک دنده‌ای
در پمپ هیدرولیک دنده‌ای، چرخش چرخ‌دنده‌ها باعث ایجاد فضای خالی در سمت ورودی می‌شود. روغن وارد فضای بین دندانه‌ها و پوسته شده و همراه با گردش چرخ‌دنده‌ها به سمت خروجی منتقل می‌شود.
پمپ‌های دنده‌ای به دلیل ساختمان نسبتاً ساده، ابعاد مناسب و هزینه اقتصادی در بسیاری از پاورپک‌ها و ماشین‌آلات صنعتی استفاده می‌شوند.
این پمپ‌ها معمولاً از نوع Fixed Displacement هستند؛ یعنی حجم جابه‌جایی آنها در هر دور ثابت است و دبی خروجی آنها عمدتاً با تغییر دور محرک تغییر می‌کند.
پمپ هیدرولیک پره‌ای یا کارتریجی
در پمپ هیدرولیک پره‌ای یا کارتریجی تعدادی پره داخل شیارهای روتور قرار گرفته‌اند. با چرخش روتور و تغییر فاصله آن نسبت به رینگ، حجم محفظه‌های بین پره‌ها افزایش و کاهش پیدا می‌کند و روغن از ورودی به خروجی منتقل می‌شود.
یکی از ویژگی‌های پمپ‌های پره‌ای، جریان نسبتاً یکنواخت و عملکرد نرم آنهاست. به همین دلیل در بسیاری از ماشین‌آلات صنعتی، ماشین‌ابزارها و سیستم‌هایی که عملکرد آرام‌تر اهمیت دارد استفاده می‌شوند.
پمپ‌های پره‌ای بسته به طراحی می‌توانند دارای جابه‌جایی ثابت یا متغیر باشند.
پمپ هیدرولیک پیستونی
در پمپ هیدرولیک پیستونی، حرکت رفت و برگشتی پیستون‌ها باعث افزایش و کاهش حجم محفظه‌های پمپ و در نتیجه مکش و خروج روغن می‌شود.
پمپ‌های پیستونی معمولاً برای سیستم‌هایی انتخاب می‌شوند که فشار کاری بالاتر، راندمان مناسب یا امکان کنترل پیشرفته دبی و توان اهمیت دارد.
این خانواده می‌تواند به‌صورت Fixed Displacement یا Variable Displacement ساخته شود. در مدل‌های جابه‌جایی متغیر، با تغییر زاویه صفحه سواش یا مکانیزم کنترل داخلی می‌توان حجم جابه‌جایی پمپ را تغییر داد.
به همین دلیل در بسیاری از پمپ‌های پیستونی صنعتی کنترل‌هایی مانند Pressure Compensator، Load Sensing یا کنترل‌های دبی به کار می‌روند؛ البته وجود این قابلیت‌ها به مدل و ساختار هر پمپ بستگی دارد و نمی‌توان آنها را ویژگی تمام پمپ‌های پیستونی دانست.
تفاوت پمپ جابه‌جایی مثبت و جابه‌جایی غیرمثبت چیست؟
در پمپ جابه‌جایی مثبت، در هر سیکل حجم مشخصی از سیال از ورودی به خروجی منتقل می‌شود. به همین دلیل این نوع پمپ برای مدارهای هیدرولیک که به جریان قابل کنترل و توانایی کار در فشارهای بالا نیاز دارند بسیار مناسب است.
در مقابل، در پمپ‌های دینامیکی یا پمپ‌های جابه‌جایی غیرمثبت سیال معمولاً با افزایش سرعت و تبدیل انرژی سرعت به فشار منتقل می‌شود. پمپ‌های سانتریفیوژ نمونه شناخته‌شده این گروه هستند.
به همین دلیل در اغلب سیستم‌های هیدرولیک صنعتی که انتقال توان به کمک روغن انجام می‌شود، از پمپ‌های جابه‌جایی مثبت استفاده می‌شود.
مزایا و محدودیت‌های پمپ جابه‌جایی مثبت
پمپ‌های جابه‌جایی مثبت به دلیل ماهیت عملکرد خود می‌توانند دبی نسبتاً قابل پیش‌بینی ایجاد کنند و در بسیاری از مدل‌ها قابلیت کار در فشارهای بالا را دارند. همچنین تنوع بالای طراحی آنها باعث شده است بتوان برای سیستم‌های ساده تا مدارهای هیدرولیکی پیشرفته از آنها استفاده کرد.
در مقابل، انتخاب نادرست سایز پمپ، ویسکوزیته نامناسب روغن، سرعت دوران بیش از حد یا شرایط نامناسب مکش می‌تواند باعث کاهش عمر پمپ، افزایش نشتی داخلی، ایجاد صدا یا حتی بروز کاویتاسیون شود.
یک نکته ایمنی بسیار مهم این است که خروجی پمپ جابه‌جایی مثبت نباید بدون حفاظت فشار مسدود شود. اگر مسیر خروجی بسته شود ولی پمپ همچنان به جابه‌جایی روغن ادامه دهد، فشار مدار می‌تواند به‌سرعت افزایش پیدا کند.
به همین دلیل در مدارهای هیدرولیک معمولاً از شیر اطمینان یا Pressure Relief Valve برای محدود کردن حداکثر فشار سیستم استفاده می‌شود.
چگونه نوع مناسب پمپ جابه‌جایی مثبت را انتخاب کنیم؟
برای انتخاب پمپ نمی‌توان تنها به نوع دنده‌ای، پره‌ای یا پیستونی بودن آن توجه کرد. پارامترهایی مانند:
- دبی مورد نیاز سیستم
- فشار کاری
- حجم جابه‌جایی پمپ
- دور ورودی
- نوع کنترل پمپ
- شرایط مکش
- ویسکوزیته و نوع روغن
- سیکل کاری دستگاه
- شرایط نصب و محیط کار
باید هم‌زمان بررسی شوند.
برای مثال یک پمپ دنده‌ای ممکن است برای یک پاورپک ساده و اقتصادی انتخاب مناسبی باشد، در حالی که در یک سیستم با فشار بالا و نیاز به کنترل دبی یا توان، استفاده از یک پمپ پیستونی جابه‌جایی متغیر منطقی‌تر باشد.
برای بررسی دقیق‌تر این موضوع می‌توانید راهنمای انتخاب پمپ هیدرولیک مناسب را مطالعه کنید.
در مجموع، پمپ جابه‌جایی مثبت اساس بسیاری از سیستم‌های هیدرولیک صنعتی است. شناخت تفاوت پمپ‌های دنده‌ای، پره‌ای و پیستونی و توجه به پارامترهایی مانند دبی، فشار، حجم جابه‌جایی و نوع کنترل، انتخاب صحیح پمپ و عملکرد مطمئن‌تر سیستم هیدرولیک را امکان‌پذیر می‌کند.
من مهدی سعیدی، فارغ‌التحصیل کارشناسی ارشد مکانیک سیالات گرایش تبدیل انرژی از دانشگاه امام خمینی هستم. از سال ۱۳۹۱ فعالیت خودم را در حوزه هیدرولیک و پنوماتیک شروع کردم و در کنار گذراندن دوره‌های تخصصی، تجربه عملی در کارخانه‌ها و مجموعه‌های صنعتی مختلف به دست آورده‌ام.
تا امروز به حدود ۱۰۰ کارخانه و واحد تولیدی در زمینه انتخاب و خرید تجهیزات، به‌روزرسانی و ساخت خطوط تولید مشاوره داده‌ام و دوره‌های تخصصی هیدرولیک نیز برگزار می‌کنم. در هیدروپرشین تلاش می‌کنم تجربه‌ها و دانش فنی خودم را به زبان ساده و کاربردی با علاقه‌مندان این حوزه به اشتراک بگذارم.
اولین دیدگاه را شما بنویسید
اگر تجربه یا سوالی دارید، کوتاه و شفاف بنویسید تا بقیه هم استفاده کنند.
از اینکه دیدگاهتان را ثبت کردید ممنونیم!
ممکن است بررسی و انتشار دیدگاه کمی زمان ببرد.