Pumpar

Pumpar

Pumpar används för att transportera eller cirkulera en vätska. En vätska som ska cirkuleras i ett slutet rörsystem, behöver energi för att övervinna friktionsförlusterna i rörledningen, annars kommer ingen cirkulation att uppstå och vätskan kommer stå stilla i röret. Energin som behöver tillföras för att cirkulation ska uppstå är tryckenergi eller enkelt uttryckt tryck. Tryck i pumpsystem tillförs med pumpen genom att omvandla t.ex. ett vridmoment eller en fram och återgående rörelse till vätskan i form av hydraulisk energi dvs. tryck och flöde. Den tryckenergi som krävs för att att vi ska kunna cirkulera en vätska i en rörslinga motsvarar det tryckfall som uppstår i samma slinga, på grund av friktion mellan vätskan och röret (rörströmningsförlust) vid det aktuella flödet (m3/s).

Energin tillför vi ofta genom att koppla en drivmotor till en pump. Man kan också tänka sig att värma vätskan eller gasen i en tank eller tillföra ett högre tryck i tanken för att skapa ett högre drivtryck men i ett cirkulerande system innebär det vissa begränsningar, dessutom är det bekvämt att omvandla elenergi till hydraulisk energi för att uppnå målet att cirkulera vätskan. Elmotorn omvandlar elektrisk energi till mekanisk energi – eller vridmoment, vridmomentet överförs sedan till pumpaxeln via en koppling och pumpens hydrauliska del (pumphjul och volut om vi har en centrifugalpump som exempel) omvandlar vridmomentet till hydraulisk energi i form av tryck och flöde.

Friktionen mellan vätskan och röret ökar ju större hastighet vätskan har genom röret. Vill vi öka flödet genom röret, ökar flödeshastigheten och vi behöver tillföra mer energi dvs. skapa ett högre tryck med pumpen allt eftersom motståndet ökar. Vi kallar detta motstånd dynamiskt, eftersom det ökar med ökad flödeshastighet. Det dynamiska motståndet kan uttryckas som ett tryckfall över systemet och eftersom relationen mellan tryck och höjd är känd om vi vet vätskans densitet kan vi omvandla trycket till meter vätske pelare (populärt uttryckt mvp). Detta är mycket praktiskt eftersom centrifugalpumpars prestanda uttrycks som dess förmåga att pumpa ett visst flöde vid en viss uppfordringshöjd.

Nu har vi diskuterat pumpens utmaning avseende cirkulation av vätska, den andra förekommande nyttan med pumpar, dvs i de fall där vi använder pumpar för transport av vätska, tillkommer ofta ytterligare en motstånds komponent. Den kallar vi statisk uppfordringshöjd. Det är helt enkelt höjdskillnaden mellan vätskeytan i den behållare, tank, damm eller annan källa som vi pumpar ifrån, till vätskeytan i motsvarande behållare, tank, damm eller annan källa som vi fyller. Om skillnaden mellan dessa båda är 10 meter så är den statiska lyfthöjden (statiska uppfordringshöjden) 10 meter.

Har vi en friktionsförlust i rörledningarna vid ett specifikt flöde på t.ex. 10m blir alltså vårt totala motstånd dels 10 meter friktionsförlust plus 10 meter uppfordringshöjd dvs. pumpens totala arbete eller den minsta tillförda energi behöver motsvara 20 meter uppfordringshöjd för att klara önskat flöde.

Pumpkurva och systemkurva

För centrifugalpumpar gäller att deras hydrauliska prestanda definieras som dess förmåga att lyfta vätska i förhållande till flöde vilket presenteras som en kurva, pumpkurvan. Motståndet (dynamiskt och statiskt) kan också uttryckas som en kurva med samma komponenter, dvs. när flödet ökar så ökar friktionen alltså mottrycket som översätts till uppfordringshöjd, den resulterande tryckfallskurvan kallas systemkurva. Hur mycket vätska som kommer flöda i systemet beror på var systemkurvan och pumpkurvan skär varandra, vi kallar skärningspunkten för driftspunkt.

Om vätskan ska flyttas 100 eller 200 meter horisontellt säger alltså ingenting om den energi som krävs för att pumpar ska klara arbetet. Det beror i detta fallet på rörens beskaffenhet och mängden av vätska (samt vätskans egenskaper).

Vätskans egenskaper bestämmer vilken typ av pump vi ska välja. Vi delar upp pumpar i två huvudgrupper, förträngningspumpar och centrifugalpumpar.

En förträngningspump, även kallade deplacementspump, är en typ av pump som används för att förflytta vätskor eller gaser genom att minska volymen eller deplacementet där vätskan eller gasen befinner sig. Detta skapar ett tryck som driver mediet genom pumpen och vidare genom systemet. Förträngningspumpar fungerar genom att ha en mekanisk anordning, såsom en skruv eller ett gummi- eller metallmembran, som ändrar storleken på utrymmet inuti pumpen för att trycka ut mediet.

Det finns olika typer av förträngningspumpar, som t.ex.:

1. Skruvpumpar som har en eller flera skruvar som roterar inuti en cylinder för att trycka ut vätskan eller gasen.
2. Kolvpumpar, vilka använder en kolvs rörelse i en cylinder för att ändra volymen och genom att utrusta cylindern med ventiler styra och trycka ut mediet.
3. Membranpumpar använder ett membran som rör sig upp och ner eller fram och tillbaka för att trycka ut mediet (även här används ventiler för att styra flödesriktningen).
4. Rotationslobpumpar, eller bara lob pumpar använder roterande lobar för att trycka ut mediet.
5. Kugghjulspumpar arbetar med en liknande teknik.
6. Peristaltiska pumpar, impeller pumpar m.fl. typer finns också. Läs mer om olika typer i länken ovan.

Förträngningspumpar är fördelaktiga eftersom de kan skapa ett konstant flöde och tryck, även vid hög viskositet eller när de arbetar mot höga tryck. De används i en mängd olika applikationer, inklusive industrier som kemi, livsmedelstillverkning, olje- och gasproduktion samt vattenrening. De används även med fördel där det är viktigt att noggrant kontrollera flödet och trycket på mediet som pumpas.

Pumpar