پمپ وکیوم آبی، که گاهی پمپ وکیوم آب در گردش یا رینگ مایع نیز نامیده می‌شود، یکی از انواع متداول پمپ خلا صنعتی است که از یک مایع (معمولاً آب) به عنوان عنصر اصلی برای ایجاد خلاء و پمپاژ گازها استفاده میکند. درک نحوه عملکرد آن نیازمند شناخت اجزای کلیدی و فرآیندی است که درون پمپ وکیوم رخ می‌دهد.
اجزای اصلی و روش کار پمپ وکیوم آبی
- پروانه (Impeller): قطعه‌ای است دوار با پره‌های متعدد که درون پوسته می‌چرخد.
- پوسته (Casing): محفظه‌ای معمولاً استوانه‌ای که پروانه در آن جای گرفته است.
- نصب خارج از مرکز (Eccentric Mounting): نکته بسیار مهم در طراحی این پمپ‌ها این است که محور چرخش پروانه دقیقاً بر مرکز هندسی پوسته منطبق نیست، بلکه نسبت به آن مقداری جابجایی یا خروج از مرکز دارد.
- دریچه‌های ورودی و خروجی (Inlet & Outlet Ports): این دریچه‌ها معمولاً روی صفحات جانبی پمپ قرار دارند و محل ورود گاز برای مکیده شدن و خروج گاز فشرده شده هستند.
طرز کار پمپ وکیوم آب در گردش چیست
اساس کار پمپ بر تشکیل یک حلقه مایع (Liquid Ring) استوار است. قبل از راه‌اندازی یا در حین کار، مقداری مایع سرویس (که اغلب آب است) درون پوسته پمپ وجود دارد. هنگامی که پروانه با سرعت شروع به چرخش میکند، نیروی گریز از مرکز ناشی از این چرخش، مایع را به سمت دیواره داخلی پوسته پرتاب کرده و آن را به صورت یک حلقه یکنواخت به دیواره می‌چسباند. این حلقه مایع هم‌مرکز با پوسته تشکیل می‌شود و همراه با پوسته ثابت می‌ماند (در حالی که پروانه درون آن می‌چرخد).
جادوی پمپ وکیوم آبی در نصب خارج از مرکز پروانه نهفته است. از آنجایی که پروانه در مرکز پوسته (و در نتیجه در مرکز حلقه مایع) قرار ندارد، فاصله بین نوک پره‌های پروانه و سطح داخلی حلقه مایع در طول یک دور چرخش کامل، متغیر است. این امر باعث می‌شود بین هر دو پره مجاور، هاب (مرکز) پروانه و سطح داخلی حلقه مایع، فضاهایی (که سلول یا فضای کاری نامیده می‌شوند) با حجم متغیر ایجاد شود. این فضاها در یک بخش از چرخش بزرگتر و در بخش دیگر کوچکتر می‌شوند. در واقع، حلقه مایع مانند یک سری پیستون مایع عمل میکند که در سیلندرهای ایجاد شده بین پره‌ها بالا و پایین می‌روند.
عملکرد پمپ وکیوم آبی در چرخه مکش، تراکم و دهش
حال ببینیم گاز چگونه در این فضاهای کاری جابجا و فشرده می‌شود:
- مکش (Suction): در ناحیه‌ای که پره‌های پروانه از حلقه مایع دورتر می‌شوند (یعنی فاصله بین هاب پروانه و حلقه مایع افزایش می‌یابد)، حجم فضای کاری بین پره‌ها زیاد می‌شود. این افزایش حجم باعث کاهش فشار و ایجاد خلاء در آن فضا می‌گردد. همزمان، این فضا از مقابل دریچه ورودی (مکش) عبور میکند و گاز از طریق این دریچه به درون فضای کم‌فشار مکیده می‌شود.
- تراکم (Compression): با ادامه چرخش پروانه، پره‌ها به تدریج به حلقه مایع نزدیک‌تر می‌شوند (فاصله بین هاب پروانه و حلقه مایع کاهش می‌یابد). در نتیجه، حجم فضای کاری که اکنون پر از گاز مکیده شده است، کاهش می‌یابد. این کاهش حجم، گاز محبوس شده را متراکم میکند و فشار آن را افزایش می‌دهد.
- دهش (Discharge): نهایتاً، این فضای کاری با حجم کاهش یافته و گاز متراکم شده، به دریچه خروجی (دهش) می‌رسد. فشار گاز متراکم شده اکنون به اندازه‌ای بالا رفته که می‌تواند بر فشار خروجی غلبه کند و از طریق دریچه خروجی به بیرون رانده شود. به همراه گاز فشرده شده، مقداری از مایع سرویس نیز از پمپ خارج می‌گردد.
این چرخه مکش، انتقال، تراکم و دهش به طور مداوم با چرخش پروانه برای هر فضای کاری بین پره‌ها تکرار می‌شود و جریان پیوسته‌ای از پمپاژ گاز را ایجاد میکند.
نقش حیاتی مایع سرویس در نحوه کار پمپ وکیوم آبی
مایع سرویس، قلب تپنده عملکرد این پمپ است و وظایف متعددی دارد:
- ایجاد حلقه مایع: همانطور که گفته شد، اساس ایجاد خلاء است.
- آب‌بندی: حلقه مایع فضاهای کاری بین پره‌ها را نسبت به هم و نسبت به پوسته آب‌بندی میکند.
- خنک‌کاری: فرآیند تراکم گاز گرمازاست. مایع سرویس این حرارت ناشی از تراکم را جذب کرده و پمپ را خنک نگه می‌دارد. این امر به ویژه در پمپاژ گازهای قابل اشتعال یا حساس به دما اهمیت دارد.
- شستشو: مایع سرویس می‌تواند ذرات کوچک یا بخارات قابل کندانس شدن را که همراه گاز وارد پمپ می‌شوند، شسته و با خود خارج کند.
پدیده‌ای به نام کاویتاسیون می‌تواند عملکرد و عمر پمپ را تحت تأثیر قرار دهد. اگر فشار در ناحیه مکش پمپ به فشار بخار مایع سرویس (که به دمای مایع بستگی دارد) برسد یا از آن کمتر شود، مایع شروع به جوشیدن کرده و حباب‌های بخار تشکیل می‌دهد. این حباب‌ها در ناحیه تراکم که فشار بالاتر است، به شدت منفجر می‌شوند و باعث ایجاد صدا، لرزش و خوردگی قطعات داخلی پمپ می‌شوند. کنترل دمای مایع سرویس و عدم کارکرد پمپ در خلاء بیش از حد (نزدیک به فشار بخار مایع) از راه‌های جلوگیری از کاویتاسیون است.
تفاوت عملکرد پمپ وکیوم آبی با پمپ روغنی
وجه تمایز بنیادین در عملکرد پمپ وکیوم آبی (رینگ مایع) و طرز کار پمپ وکیوم روغنی (پره دوار) به عامل ایجاد کننده آب‌بندی و مکانیسم تغییر حجم بازمی‌گردد. پمپ آبی برای تعریف فضاهای کاری متغیر و آب‌بندی آن‌ها، به یک حلقه مایع دینامیک متکی است که توسط نیروی گریز از مرکز حول یک پروانه خارج از مرکز تشکیل می‌شود؛ در این حالت، خود مایع نقش پیستون و آب‌بند را توأمان بازی میکند.
در نقطه مقابل، پمپ روغنی از اجزای مکانیکی دقیق شامل یک روتور خارج از مرکز با پره‌های لغزنده استفاده میکند که با دیواره داخلی استاتور تماس دارند تا محفظه‌های تراکم را ایجاد کنند. در این ساختار، روغن وکیوم نقشی حیاتی ایفا کرده و وظیفه ضروری آب‌بندی درزهای میکروسکوپی بین قطعات متحرک (پره‌ها، روتور، استاتور) و همچنین روانکاری سطوح در تماس لغزشی را بر عهده می‌گیرد. به این ترتیب، پمپ آبی با حداقل تماس فلز با فلز در محفظه تراکم کار میکند، در حالی که عملکرد پمپ روغنی و توانایی آن در دستیابی به خلاء عمیق‌تر، به شدت وابسته به آب‌بندی ایجاد شده توسط لایه روغن بین اجزای مکانیکی لغزنده بر روی یکدیگر است.