Pompe di spostamento positivo

Che cos’è una pompa volumetrica positiva?

Le pompe volumetriche spostano meccanicamente i volumi intrappolati di fluido attraverso il sistema. Sul lato di aspirazione (aspirazione) il volume si espande mentre sul lato di uscita (scarico) il volume si contrae. Il volume per giro è quindi fisso e teoricamente costante indipendentemente dalla pressione in uscita, dal vuoto in ingresso o dalle proprietà del fluido. Anche le pompe volumetriche sono autoadescanti, creando forti vuoti sull’aspirazione. Ciò può semplificare la progettazione complessiva del sistema e consentire la manutenzione senza reinnesco manuale.

Il comportamento delle pompe volumetriche è notevolmente diverso rispetto alle pompe centrifughe, che si basano sulla quantità di moto del fluido accelerato per fornire il flusso in pressione e sono molto sensibili alle variazioni di pressione. Il grafico a destra mette a confronto una pompa ad ingranaggi esterni (comune pompa volumetrica) e una pompa centrifuga con motore della stessa taglia. Sebbene le pompe centrifughe possano raggiungere portate notevolmente più elevate, sono estremamente sensibili alla pressione.

Grafico della portata della pompa centrifuga DPP e della pompa a ingranaggi

L’indipendenza del flusso dalla pressione è solo teorica. Flessione del materiale, perdite interne (“blow-by”), usura e altre variabili determinano una leggera dipendenza dalla pressione. La quantità di dipendenza dalla pressione è una funzione del tipo di pompa e della precisione dei componenti della pompa. Quando si sceglie un tipo di pompa, è spesso necessario trovare un compromesso tra precisione, durata e risposta del sistema. Gli aspetti negativi del compromesso possono essere ridotti al minimo lavorando a stretto contatto con il progettista della pompa e utilizzando componenti di alta precisione e qualità.

Le pompe volumetriche possono essere suddivise in due sottocategorie che hanno caratteristiche e applicazioni della pompa molto diverse.

• Alternativo
• Rotante

Pompe a spostamento positivo alternativo

Le pompe volumetriche alternative funzionano mediante il movimento lineare ripetuto di un meccanismo. Il movimento è spesso chiamato corsa e la dimensione di una pompa è spesso specificata come volume per corsa. Il profilo di flusso è pulsato a causa dello scarico una volta per giro di una pompa alternativa. Se implementato in modo improprio, il flusso pulsato può causare vibrazioni eccessive e / o danni al sistema idraulico, a volte indicato come “colpo d’ariete”. Il flusso pulsato provoca anche portate di picco superiori alla portata media, richiedendo un’attenta progettazione del circuito idraulico. Le pompe alternative sono ideali per dosare e dosare fluidi precisi e ripetibili. I tipi più comuni di pompe alternative sono:

• Pompa a membrana
• Pompa a pistoni
• Pompa a stantuffo

Pompa a membrana

Una pompa a membrana utilizza una membrana flessibile (spesso chiamata diaframma) che si flette verso l’interno e verso l’esterno. Il movimento della membrana cambia il volume interno alla pompa e, quando accoppiato alle valvole, consente al fluido di fluire dentro e fuori la pompa. Le pompe a membrana sono ideali per vuoto, aria e fluidi corrosivi a bassa pressione.

Esempi di valvole di ritegno in una pompa a membrana

Pompa a pistone

In una pompa a pistone, il pistone scorre all’interno di un cilindro ben aderente. Quando il pistone si ritrae, il volume si espande. In genere, una valvola sull’ingresso si apre, consentendo al fluido di entrare nella pompa quando il volume si espande. Quando il pistone si inverte, il volume si contrae e una valvola sull’uscita si apre, consentendo al fluido di uscire dalla pompa.

Schema DPP pompa a pistone

Pompa a pistone senza valvola

Questa versione speciale della pompa a pistone è senza valvola e talvolta viene definita pompa dosatrice senza valvola. Le pompe hanno un movimento lineare sinusoidale accoppiato alla rotazione di 360 ° del pistone. Il pistone ha una parte piatta all’estremità che apre / chiude le porte di ingresso e uscita sincronizzate con il movimento del pistone. Questo tipo di pompa elimina le valvole, che possono usurarsi e bloccarsi, e semplifica notevolmente il design complessivo.

Pompa a pistone senza valvola DPP

Pompa a stantuffo

Una pompa a pistone funziona in modo quasi identico a una pompa a pistone. La differenza è che lo stantuffo si sposta attraverso una guarnizione nel volume della pompa. Il volume spostato dello stantuffo cambia il volume del fluido all’interno della pompa, portando all’azione di pompaggio.

Diagramma DPP della pompa a stantuffo

Pompe volumetriche rotative

Le pompe volumetriche rotative utilizzano una serie di volumi rotanti per trasferire i fluidi piuttosto che il movimento lineare delle pompe alternative. Gli elementi rotanti fanno tenuta contro il corpo pompa o contro altri elementi rotanti. In genere, ci sono più volumi per giro, portando a un flusso molto più fluido rispetto alle pompe alternative. Tuttavia, i volumi in genere non sono precisi come le pompe alternative, il che le rende meno adatte per applicazioni di dosaggio o erogazione. I tipi più comuni di pompe volumetriche rotative sono:

• Pompe ad ingranaggi esterni
• Pompe ad ingranaggi interni
• Pompe a palette
• Pompe peristaltiche
• Pompe a lobi

Pompa ad ingranaggi esterni

Le pompe a ingranaggi esterni sono il tipo più semplice e comune di pompa a ingranaggi rotativi. In genere hanno due ingranaggi su alberi separati con un albero collegato a un motore. L’unmeshing degli ingranaggi crea un vuoto sull’ingresso della pompa. Quando gli ingranaggi vengono ruotati, il fluido rimane intrappolato tra i denti dell’ingranaggio e la parete della cavità della carcassa. Viene quindi ruotato verso l’uscita e scaricato. Il fluido non può fluire all’indietro verso l’ingresso a causa della maglia degli ingranaggi e quindi deve scaricare l’uscita. Il fluido pompato lubrifica la maglia degli ingranaggi e i relativi cuscinetti di banco.

Ciclo della pompa a ingranaggi esterna DPP

Pompe a ingranaggi interni

Le pompe a ingranaggi interni usano ingranaggi di diverse dimensioni con diversi numeri di denti, uno dei quali ha denti interni. Gli ingranaggi sono eccentrici rispetto al corpo della pompa, consentendo l’apertura di uno spazio nella maglia dell’ingranaggio durante la sua rotazione. I volumi sono separati da un elemento a forma di mezzaluna che funge da guarnizione. Dopo aver superato la mezzaluna, la maglia comincia a chiudersi, scaricando il volume all’uscita. I requisiti di potenza più elevati, la complessità aggiunta della mezzaluna e la fabbricazione più difficile degli ingranaggi rendono le pompe ad ingranaggi interni una classe un po’ specializzata.

Pompa a ingranaggi interna DPP

Gerotor

Il gerotor è un tipo speciale di pompa a ingranaggi interni senza l’uso dell’elemento a mezzaluna. Il rotore interno è tipicamente azionato da un motore. L’eliminazione della mezzaluna semplifica il design, ma richiede alta precisione e basse distanze. Il profilo liscio e il funzionamento permettono l’uso di materiali speciali che non sono possibili in altre pompe a ingranaggi tradizionali.

Diagramma DPP della pompa Gerotor

Pompa a palette

Le pompe a palette hanno un solo elemento rotante che è eccentrico rispetto alla cavità della pompa. L’elemento rotante contiene più palette che possono scorrere o deformarsi per adattarsi al profilo della parete della cavità. Le palette formano una stretta tenuta scorrevole contro la parete della cavità, intrappolando il volume di fluido all’ingresso e scaricandolo all’uscita. Le pompe a palette sono molto insensibili alle variazioni di pressione perché le palette sono a contatto con la parete della cavità. Tuttavia, lo scorrimento tra le palette e la parete crea problemi di potenza, rumore e durata.

Diagramma DPP della pompa a palette

Pompa peristaltica

A volte conosciute come pompe a rulli, le pompe peristaltiche muovono il fluido usando dei rulli per intrappolare il liquido in un tubo flessibile e spostarlo dall’ingresso all’uscita. Questo design si traduce in un contatto del fluido solo con l’interno del tubo. Questa caratteristica accoppiata con un tubo facile da sostituire rende le pompe peristaltiche ideali per applicazioni di uso una tantum come il contatto con il sangue in una macchina per dialisi. Tuttavia, la spremitura frequente del tubo richiede anche la sostituzione frequente del tubo, che li rende fastidiosi per molte applicazioni. Le pompe peristaltiche hanno un flusso pulsato, proprio come una pompa alternata.

Diagramma DPP della pompa peristaltica

Pompa a lobi

Una pompa a lobi è simile a una pompa a ingranaggi esterni, ma ha elementi a forma di lobo al posto degli ingranaggi. Gli elementi a lobo sono azionati ciascuno da un motore con ingranaggi temporizzati. Questo elimina il contatto tra i due lobi, riducendo l’usura e minimizzando il taglio del fluido. Le pompe a lobi sono in grado di gestire solidi più grandi di altre pompe volumetriche a causa del piccolo numero di denti.

Diagramma DPP della pompa a lobi

Selezione della pompa

La selezione del tipo corretto di pompa per un sistema idraulico è il primo passo verso la creazione di un dispositivo affidabile ed efficiente. Si raccomanda una stretta collaborazione con i progettisti della pompa per garantire la selezione della pompa ottimale per una lunga durata e la stabilità del sistema. La scelta del tipo e della qualità della pompa corretta all’inizio del processo di progettazione può semplificare notevolmente il sistema complessivo, risparmiando tempo, spazio, denaro e mal di testa.