پمپ رفت و برگشتی دو مرحلهای
Two-Stage Reciprocating Pump
پمپ رفت و برگشتی دو مرحلهای نوعی از پمپهای جابجایی مثبت رفت و برگشتی است که برای افزایش فشار سیال در دو گام (دو مرحله فشردهسازی متوالی) طراحی شده است. هدف اصلی از این طراحی، دستیابی به فشارهای نهایی بسیار بالا است که معمولاً با یک مرحله فشردهسازی امکانپذیر نیست یا راندمان کمتری دارد.
این پمپها اغلب در کاربردهای مرتبط با فشردهسازی گازها (کمپرسورهای هوا و گاز) دیده میشوند، اما در پمپاژ مایعات در شرایط بسیار خاص و فشار بالا نیز کاربرد دارند.
نحوه عملکرد پمپ رفت و برگشتی دو مرحلهای
در یک پمپ دو مرحلهای، سیال (چه مایع و چه گاز) دو بار متوالی فشرده میشود:
* مرحله اول (فشار پایین) :
– سیال از ورودی پمپ مکش شده و وارد سیلندر اول (معمولاً بزرگتر) میشود.
– پیستون در این سیلندر، سیال را تا یک فشار میانی (Intermediate Pressure) فشرده میکند.
* مرحله میانی (Interstage) :
– سیال فشرده شده از سیلندر اول خارج میشود.
– در بسیاری از موارد (به خصوص در کمپرسورهای گاز)، سیال فشرده شده از یک خنککننده میانی (Intercooler) عبور میکند. هدف از خنکسازی، کاهش دمای سیال قبل از ورود به مرحله دوم است. این کار به دلیل افزایش راندمان فشردهسازی و محافظت از قطعات پمپ (به ویژه در پمپهای گاز) انجام میشود، زیرا فشردهسازی سیال باعث افزایش دما میشود و ورود سیال با دمای بالا به مرحله دوم میتواند راندمان را کاهش دهد و به اجزا آسیب برساند.
* مرحله دوم (فشار بالا) :
– سیال خنکشده (یا مستقیماً فشردهشده) وارد سیلندر دوم (معمولاً کوچکتر) میشود.
– پیستون در این سیلندر، سیال را از فشار میانی تا فشار نهایی (Final Discharge Pressure) مورد نظر فشرده میکند و سپس سیال از خروجی پمپ خارج میشود.
چرا سیلندر دوم کوچکتر است؟
زیرا سیال پس از فشرده شدن در مرحله اول، حجم کمتری اشغال میکند. بنابراین، برای فشردهسازی بیشتر آن به فشار نهایی، به یک سیلندر کوچکتر نیاز است.
مزایای پمپ دو مرحلهای
* دستیابی به فشارهای بسیار بالا :
اصلیترین مزیت، توانایی تولید فشارهای نهایی بسیار بالاست که با یک مرحله به سختی یا با راندمان پایینتر امکانپذیر است.
* راندمان بالاتر :
به خصوص در فشردهسازی گازها، خنکسازی میانی باعث میشود که فرآیند فشردهسازی به شرایط ایزوترمال (دمای ثابت) نزدیکتر شود که راندمان کلی سیستم را افزایش میدهد.
* کاهش دمای خروجی :
در پمپهای گاز، دمای گاز خروجی نهایی به دلیل تقسیم فرآیند فشردهسازی و وجود خنککننده میانی، کمتر از حالتی است که تمام فشردهسازی در یک مرحله انجام شود.
* کاهش تنش بر قطعات :
تقسیم فشار بین دو مرحله، تنش حرارتی و مکانیکی وارد بر قطعات پمپ را کاهش میدهد و میتواند به افزایش طول عمر پمپ کمک کند.
معایب پمپهای دو مرحلهای
* پیچیدگی بالا :
طراحی، ساخت و نگهداری آنها به دلیل وجود دو سیلندر، دو مجموعه پیستون/پلانجر، و احتمالاً یک خنککننده میانی، بسیار پیچیدهتر است.
* هزینه اولیه بالا :
به دلیل پیچیدگی بیشتر و تعداد قطعات بالاتر، هزینه خرید و نصب آنها به مراتب بیشتر از پمپهای تکمرحلهای است.
* فضای اشغالی بیشتر :
معمولاً ابعاد بزرگتری دارند و فضای بیشتری را اشغال میکنند.
* نگهداری و تعمیرات پیچیدهتر :
نیاز به نگهداری تخصصیتر و تعویض قطعات بیشتر است.
کاربرد پمپ رفت و برگشت
پمپهای رفت و برگشتی دو مرحلهای (و به طور کلی چندمرحلهای) عمدتاً در کاربردهایی استفاده میشوند که نیاز مبرمی به فشارهای عملیاتی بسیار بالا وجود دارد:
* کمپرسورهای هوا و گاز صنعتی :
برای تولید هوای فشرده با فشار بالا برای ابزارهای پنوماتیک، فرآیندهای صنعتی و ذخیرهسازی گاز.
* صنایع نفت و گاز :
در فرآیندهای تزریق گاز با فشار بالا به چاهها، یا در فرآیندهای پالایشگاهی.
* فرآیندهای شیمیایی :
برای فشردهسازی گازها یا پمپاژ مایعات با فشار بسیار بالا در واکنشدهندهها.
* تولید گازهای صنعتی :
مانند اکسیژن، نیتروژن، هیدروژن فشرده.
* سیستمهای هیدرولیک :
در برخی از سیستم های هیدرولیک بسیار فشار بالا کاربرد دارد.