تعریف پمپ تزریق اسکرو
پمپ اسکرو از جمله پمپ های جابه جایی مثبت بوده که مسیر عبور جریان از درون پمپ به صورت کاملا محوری می باشد. مایع به درون رزوهای اسکروها که بر روی یک یا چندین روتور قرار گرفته آورده شده و این مایع هنگامی که اسکروها چرخیده و باهم درگیر می شوند به صورت محوری جابه جا می شود.
تئوری عملکرد
در پمپ های اسکرو باتوجه به درگیر شدن روزه های موجود بر روی روتورها در داخل یک دیگر و همچنین انطباق بسته و تنگی که بین روتور ها و پوسته وجود دارد، باعث ایجاد آبند های متحرک بین ورودی و خروجی پمپ می گردد. این مجموعه آب یند ها همانند یک آبند مارپیچی عمل می کنند. مجموعه این آبند های متوالی تشکیل حفره هایی را می دهند که بطور متوالی از ورودی تا خروجی حرکت می کنند.
مزایای پمپ اسکرو
- این پمپ ها می توانند محدوده وسیعی از دبی و فشار را تامین نمایند.
- این پمپ ها می توانند محدوده وسیعی از مایعات و ویسکوزیته ها را پمپاژ نمایند.
- این پمپ ها قابلیت و توانایی سرعت های بالا را دارا بوده و این اجازه را می دهند تا در انتخاب الکتروموتور آزادی بیشتری وجود داشته باشد.
- سرعت های داخلی آن ها کم است.
- این پمپ ها با ویژگی مکش خوب می توانند به صورت خودمکش عمل کنند
- تلورانس ساخت این پمپ ها در مقابل هوا وگاز های ورودی بالاست.
- ارتعاشات و لرزش های مکانیکی در این پمپ ها کم بوده و جریان حاصله از آن ها فاقد هرگونه نوسان و ضربه است، بنابراین این پمپ ها تقریبا بدون سروصدا هستند.
- در مقایسه با سایر پمپ های دوار تحکل این پمپ ها در پمپاژ مواد آلوده بسیار بالاست.
- طراحی آن ها به صورت فشرده و مقاوم بوده و لذا نصب و نگهداری ان ها بسیار آسان است.
اجزای پمپ اسکرو
پمپ های اسکرو در کاربرد های فروانی در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرند که از جمله این صنایع می توان به صنایع دریایی، سرویس های تامین آب و برق و بخار، مشعل های نفتی صنعتی، سرویس های روان کاری روغن، فرآیند شیمیایی، صنایع مرتبط با نفت خام و پتروشیمی و … اشاره نمود. پمپ های اسکرو می توانند مایعات با محدود ویسکوزیته مشخص که این محدود از ملاس تا بنزین را شامل شده و همچنین مایعات مصنوعی در محدوده فشار 3.5 تا 350 بار ودبی تا 8000 لیتر را جابه جا نمایند.
از آنجا که قطعات متحرک این پمپ ها دارای اینرسی نسبی کمی هستند، لذا این پمپ ها می توانند با سرعت بیش تری به سایر پمپ های دوار رفت و برگشتی به چرخش در ایند. پمپ های اسکرو همانند سایر پمپ های جابه جایی مثبت از نوع خودمکش بوده و مشخصات و ویژگی های جریان تحویلی آن کاملا مستقل از فشار بوده و مایعی که قرار است پمپاژ شود باید دارای ویسکوزیته کافی باشد. پمپ های اسکرو معمولا به دو گروه تک محور و چند محور تقسیم بندی می شوند. پمپ های چند محور نیز خودشان دو دسته اند:
- دارای چرخ دنده زمان بندی
- فاقد چرخ دنده زمان بندی
پمپ های تک اسکرو یا پمپ های با حفره پیش رونده دارای یک روتور بوده که با محور چرخش و درگیری داخلی رزوه موجود بر روی روتور به صورت غیر هم مرکز است.
پمپ های اسکرو در شکل ها و طرح های مختلفی وجود دارند. تمامی آن ها دارای یک محور متحرک و یک یا چند روتور آب بندی شده هستند. سازندگان این پمپ ها را معمولا به دو شکل زیر ارائه می کنند:
- به صورت تک مکشه
- به صورت دو مکشه
هر پمپ دارای مزایا و معایب مختص به خود است. لذا در هنگام انتخاب پمپ مناسب برای یک کاربرد ویژه لازم است تا به این مزایا و معایب توجه خاصی صورت گیرد.
مزیت پمپ تزریق اسکرو
- این پمپ ها می توانند محدوده وسیعی از دبی و فشار را تامین نمایند.
- این پمپ ها می توانند محدوده وسیعی از مایعات و ویسکوزیته ها را پمپاژ نمایند.
- این پمپ ها قابلیت و توانایی سرعت های بالا را دارا بوده و این اجازه را می دهند تا در انتخاب الکتروموتور آزادی بیشتری وجود داشته باشد.
- سرعت های داخلی آن ها کم است.
- این پمپ ها با ویژگی مکش خوب می توانند به صورت خودمکش عمل کنند
- تلورانس ساخت این پمپ ها در مقابل هوا وگاز های ورودی بالاست.
- ارتعاشات و لرزش های مکانیکی در این پمپ ها کم بوده و جریان حاصله از آن ها فاقد هرگونه نوسان و ضربه است، بنابراین این پمپ ها تقریبا بدون سروصدا هستند.
- در مقایسه با سایر پمپ های دوار تحکل این پمپ ها در پمپاژ مواد آلوده بسیار بالاست.
طراحی آن ها به صورت فشرده و مقاوم بوده و لذا نصب و نگهداری ان ها بسیار آسان است
معایب پمپ های اسکرو
- به واسطه وجود تلورانس های بسته و سخت گیرانه و همچنین خلاصی های مو.جود در این پمپ ها، همواره دارای هزینه های نسبتا بالایی هستند.
- مشخصات عملکردی این پمپ ها نسبت به تغییرات ویسکوزیته دارای حساسیت است.
- جهت ایجاد فشار های بالاتر لازم است که طول است که طول پمپ زیاد شود.
توانایی تولید فشار
همان گونه که قبلا توضیح داده شد، از پمپ های اسکرو می توان در تولید محدوده های بزرگی از فشار تا 5000 بار به شرط طراحی مناسب و محدود کردن نشتی های داخلی در فشار بالا استفاده نمود. هم چنین لازم است برای رسیدن به این میزان محدوده فشار، مقدار خاصی تنگ تر و بسته تر در نظر گرفته شده و دقت خاصی در رزوه های موجود بر روی روتور صورت پذیرد. علاوه بر این تعداد آب بند های متحرک بین ورودی و خروجی نیز افزایش یابد . با افزایش طول اجزای موجود در پمپاژ می توان بر تعداد آب بندهای متحرک اضافه نمود. نشتی درونی موجود در اجزای پمپاژ که در اثر اختلاف فشار بین ورودی و خروجی ایجاد شده باعث ایجاد گرادیان فشار در سرتاسر حفره های متحرک می شود. این گرادیان تقریبا به صورت خطی است.
مفاهیم طراحی
گرادیان فشار موجود در اجزای پمپ در تمامی پمپ های اسکرو باعث ایجاد نیروهای عکس العمل هیدرولیک متفاوتی می گردد. با استفاده از تکینیک مکانیکی و هیدرولیکی می توان این نیرو های عکس المل را جذب کرد که این روش ها با توجه به نوع پمپ که توسط سازندگان مختلف ساخته شده اند، متفوت می باشند. از جمله تفاوت های اصلی دیگر در نحوه قرار گیری دنده ها، به گونه ای که میزان خلاصی های چرخشی بین روتور ها حفظ شود است. در این رابطه دو طرح وجوددارد که عبارت اند از:
ساختمان های پمپ های اسکرو
همانگونه که در مقدمه این بحث نشان داده شده، همواره سه نوع پمپ اسکرو وجود دارد که عبارت اند از:
- تک روتور
- چندین روتور به همراه چرخ دنده های تنظیمی
- چندین روتور بدون چرخ دنده های تنظیمی
روتور های دارای دنده تایم
در این طرح با استفاده از چرخ دنده های بیرونی از برخورد و تماس دنده های موجود بر روی روتور جلوگیر شده و همچنین این چرخ دنده ا باعث ساورت و نگهداری نیروهای عمل کننده بر روی روتور می شوند.
در این طرح هنگامی که روتور می گردد، هیچ گونه تماسی بین چرخ دنده ها با یک دیگر و یا با سوراخ های موجود روی محفظه پمپ روی نمی دهد.
روتور های بدون دنده تایم
این طرح با تکیه بر دقت ، فرم و شکل اسکرو برای یک درگیری مناسب با یک دیگر و انتقال چرخش بنا شده است. در این طرح از سوراخ های موجود بر روی محفظه پمپ بهعنوان یاتاقان های ژورنال جهت ساپورت در مقابل نیرو های عکس العمل در سرتاسر طول روتور استفاده می شود.
در مدل روتور های دارای دنده تایم، به چرخ دنده های تنظیمی مجزایی کهخ بین روتور ها قرار می گیرد و همچنین نگه دارنده های یاتاقان مجزایی در انتهای پمپ که جهت جذب نیرو های عکس العمل در سرتاسر طول روتور استفاده می شود.
مدل پمپ های اسکرو
- تک مکش
- دو مکش
البته مدل دو مکشه بهتر از تک مکشه بوده و به همین دلیل میزان مصرف ان نیز ار مدل تک مکشه بیشتر بوده که این نیز به دلیل سادگی طراحی آن است
پمپ اسکرو با تک مکش
تقریبا تمامی مدل های پمپ های اسکرو (تک روتور ، چند روتور ، با چرخ دنده تنظیمی و چند روتور بدون چرخ دنده تنظیمی ) به صورت تک مکشه پیشنهاد می شوند. هنگامی که فشار مورد نمیاز در بسیاری از موارد افزایش پیدا می کند، آنگاه مدل تک مکشه بیشتر از مدل دو مکشه مورد استفاده قرار می گیرد، زیرا در این مدل ، عملکرد به گونه ای است بیشترین تعداد آب بند های متحرک مورد نیاز جهت ایجادفشار ابالا به دست می آید. عمده ترین تاوانی که این پمپ ها باید در ازای ایجاد فشار بالا تحمل کنند توازن و بالانس نیرو های محوری و پیچیدگی آن هاست.
از پمپ های اسکرو تک مکشه معمولا در جابه جای سیالات با ویسکوزیته کم در فشار های متوسط تا بالا و یا سیالات هیدرولیکی در فشار های بالا استفاده می شود. طراحی پمپ های تک مکشه برای فشار بالا به گونه ای استکه در واقع در آن ها چندین پمپ تک مکشه با فشار متوسط به صورت سری در داخل یک پوسته قرار گرفته اند.
پمپ های اسکرو با دو مکش
پمپ های اسکرو با دو مکش در اصل دو پمپ تک مکشه هستند که اجزای داخلی آن هم سایز بوده و روتور شونده آن ها نیز مشترک است. جریان سیال از طریق یک ورودی مشترک به داخل پمپ رفته و در این ورودی به دو بخش تقسیم شده و به دو انتهای مکش می رود. سپس از وسط پمپ یا مرکز پمپ به سمت خروجی هدایت می شود. اجزا پمپ در این در واقع مانند دو پمپ که به صورت موازی به هم متصل شده اند، عمل می کنند. در این مدل ، تمامی نیرو های محوری بر روی روتور بالانس هستند، زیرا گرادیان های فشار در هر انتها یکسان و در خلاف یک دیگر می باشند.
پمپ های اسکرو با دو مکش را عمدتا در کار هایی که فشار کم تا متوسط مورد نیاز است مورد استفاده قرار می دهند. این پمپ ها معمولا در جاهایی که دبی زیادی مورد نیاز باشد، استفاده شده و همچنین اگر وسیکوزیته سیال خیلی زیاد باشد. معمولا از این مدل پمپ های اسکرو استفاده می شود.
اجزا پمپ در این مدل تنها شامل یک استاتور و یک روتور است. استاتور نیز دارای دنده های داخلی به صورت مارپیچ بوده که معمولا از جحنس فولاد ضد زنگ با کروم سخت و یا فولاد ابزار ساخته می شود. در بیشتر طرح های تک مکشه لازم است تا برای هر روتور ، نیروهای محوری خاص بالانس می شود.