پمپ پیستونی

پمپ پیستونی

 پمپ پیستونی (Piston Pump) — خلاصهٔ فنی کامل، انواع، اجزا، مزایا/معایب، کاربرد و نکات انتخاب

تعریف کوتاه:

پمپ پیستونی یک پمپ جابه‌جایی مثبت است که حرکت مستقیم رفت و برگشتی یک پیستون داخل سیلندر حجم محفظه را تغییر داده و سیال را با فشار بالا جابجا می‌کند. برای تولید فشارهای بالا و دبی‌های دقیق در سیستم‌های هیدرولیک و تزریق کاربردی است.

۱) ساختار و اجزای اصلی

• سیلندر (Cylinder): محفظهٔ پیستون، معمولاً از فولاد یا آلیاژ مقاوم.
• پیستون (Piston) و رینگ‌های آب‌بندی (Piston & Seals): پیستون که با رینگ‌ها یا پکینگ آب‌بندی می‌شود تا نشتی داخلی حداقل شود.
• میلهٔ پیستون / شاتون (Connecting rod / Piston rod): انتقال حرکت از مکانیزم محرک به پیستون.
• میل‌لنگ/میل‌بالانس یا اکچیتور (Crankshaft / Actuator): تبدیل حرکت دورانی موتور به حرکت خطی پیستون (در موتوری-مکانیکی).
• شیرهای ورودی/خروجی (Inlet & Outlet Valves): سوپاپ‌های یک‌طرفه (بال، سوزنی، نشیمنگاهی) یا شیرهای توپی برای کنترل جریان در هر ضربه.
• هدر یا منیفولد (Manifold): توزیع/جمع‌آوری سیال از/به چند سیلندر.
• بدنه، پایه و فریم.
• محرک (Driver): الکتروموتور، موتور بنزینی، موتور دیزل، یا موتور هیدرولیک.
• سیستم روانکاری و خنک‌کاری (برای فشارهای بالا و عملکرد پیوسته).
• گیج فشار و شیرهای ایمنی/تنظیم فشار.

۲) انواع پمپ پیستونی

• بر اساس آرایش سیلندر:
  • محوری (Axial piston pump): پیستون‌ها به صورت محوری پیرامون شافت قرار گرفته‌اند؛ می‌توانند ثابت یا متغیر (variable displacement) باشند.
  • شعاعی (Radial piston pump): پیستون‌ها به صورت شعاعی نسبت به محور شافت قرار دارند — مناسب فشارهای بسیار بالا و جریان‌های نوسانی کمتر.
• بر اساس نوع عملکرد:
  • جابه‌جایی ثابت (Fixed displacement): دبی ثابت به ازای دور موتور (مناسب سیستم‌های ساده).
  • جابه‌جایی متغیر (Variable displacement): امکان تغییر مقدار جابه‌جایی و در نتیجه کنترل دبی/فشار (با تنظیم زاویه صفحه شیب‌دار یا شیر سروو).
• بر اساس محرک:
  • مکانیکی-میل‌لنگی (crank/rod)
  • هیدرولیکی/برقی (برای برخی طراحی‌های خاص)
• بر اساس کاربرد فشار:
  • فشار بالا (high-pressure) — معمول در پرس‌ها، تست هیدرولیک، تزریق.
  • فشار متوسط/پایین — برخی پمپ‌های صنعتی.

۳) مشخصات فنی کلیدی

• دبی (Flow rate): معمولاً L/min تا چند صد L/min (بسته به اندازه و دور).
• فشار کاری (Pressure): از چند ده بار تا چند هزار بار (بسته به نوع؛ پمپ‌های پیستونی صنعتی معمولاً تا 700–3500 bar در برنامه‌های ویژه — اما نمونه‌های عمومی تا ~350 bar رایج است).
• جابه‌جایی حجمی (Displacement per stroke) و دبی بر حسب دور.
• راندمان حجمی و مکانیکی (Volumetric & Mechanical Efficiency).
• محدودیت دور (max RPM) و شرط روغن/ویسکوزیته برای کارکرد صحیح.
• مواد قطعات در تماس با سیال (فولاد سخت‌کاری‌شده، SS316، روکش‌های مقاوم به سایش).

۴) مزایا

• قابلیت تولید فشارهای بسیار بالا.
• راندمان حجمی و مکانیکی بالا (به‌خصوص در فشارهای بالا).
• کنترل دقیق دبی (به‌ویژه در انواع متغیر).
• مناسب برای سیالات هیدرولیک تمیز با فیلترینگ مناسب.
• عمر طولانی در نگهداری صحیح و مواد مناسب.

۵) محدودیت‌ها و معایب

• حساسیت بالا به ذرات معلق — نیاز به فیلتراسیون دقیق (آلودگی سبب سایش و نشت می‌شود).
• گران‌تر و پیچیده‌تر از برخی پمپ‌های جابه‌جایی مثبت دیگر (مثل دیافراگمی یا دنده‌ای) در ساختار و تعمیر.
• نیاز به سیستم روانکاری مناسب و نگهداری دقیق (تعویض پکینگ، رینگ‌ها).
• صدای مکانیکی و ارتعاش در برخی طراحی‌ها.

۶) کاربردها

• سیستم‌های هیدرولیک فشار بالا (ماشین‌آلات صنعتی، پرس‌ها، بالابرها).
• پمپ تزریق هیدرولیک (hydraulic injection) و تزریق مواد (پلیمرها، رزین‌ها) با کنترل دقیق.
• تست فشار هیدرواستاتیک و پمپ‌های تست سازه.
• تأمین روغن تحت فشار برای توربین‌ها یا سیستم‌های کنترل.
• صنایع نفت و گاز (مانند پمپ‌های اندازه‌گیری یا تزریق مواد در چاه) در نمونه‌های فشار فوق‌العاده بالا.
• صنایع دریایی و حمل‌ونقل و هرجا که فشارهای بسیار بالا و دبی کنترل‌شده نیاز باشد.

۷) نکات طراحی و انتخاب

• تعیین دبی مورد نیاز (L/min) و فشار کاری (bar) و سپس انتخاب نوع (محوری/شعاعی) و جابه‌جایی مناسب.
• توجه به ویسکوزیته سیال و دمای کاری؛ انتخاب روغن/مایع هیدرولیک با مشخصات مناسب.
• فیلتراسیون ورودی: معمولاً فیلتر زیر 25 میکرون (بسته به حساسیت) و مانومتر/الارم گرفتگی فیلتر.
• انتخاب نوع آب‌بندی (پکینگ یا سیل‌های مکانیکی) مطابق با فشار و سیال.
• برنامهٔ نگهداری: تعویض دوره‌ای پکینگ‌ها، بررسی شافت و یاتاقان‌ها، کنترل دما و لرزش.
• اگر نیاز به دبی متغیر دارید، از پمپ محوری متغیر (variable displacement axial piston) با کنترل سروو یا مکانیکی استفاده کنید.
• نصب گیج فشار و شیر اطمینان (relief valve) برای حفاظت از سیستم.

۸) نگهداری و مشکلات رایج

• نشت داخلی (بدون خروج خارجی): معمولاً به علت سایش رینگ‌ها/پکینگ یا فرسودگی سیل‌ها — کاهش راندمان حجمی.
• افزایش دما و لرزش: ناشی از روانکاری ناکافی، هم‌محوری نامناسب، یا فرسودگی یاتاقان‌ها.
• خرابی سوپاپ‌ها (نشتی یا گیر کردن): باعث کاهش دبی و ضربه قوچی (water hammer) می‌شود.
• آلودگی روغن: سبب سایش سریع و کَند شدن عملکرد شیرها و رینگ‌ها.