ในการแสวงหาปั๊มที่ปราศจากการรั่ว
ความต้องการปั๊มที่ปราศจากการรั่วไหลกลายเป็นเรื่องเร่งด่วนในยุคปัจจุบันเมื่อปั๊มอุตสาหกรรมเริ่มจัดการกับของเหลวที่เป็นอันตราย ในกรณีของของเหลวที่เป็นพิษหรือติดไฟได้ จำเป็นต้องปกป้องทั้งผู้คนและสิ่งแวดล้อมจากการรั่วไหล นอกจากนี้ การรั่วไหลทุกครั้งหมายถึงผลิตภัณฑ์ที่สูญเปล่า ซึ่งจะมีความสำคัญเมื่อสูบจ่ายสื่อที่มีราคาแพง เช่น วัสดุทางเภสัชกรรม
ภาพที่ 1 ปั๊มพร้อมกล่องบรรจุ (รูปภาพจาก ที่นี่ โกลด์ส ปั๊ม)
ทำไมปั๊มถึงรั่ว?
พิจารณาว่าทำไมจึงเป็นเรื่องยากมากที่จะป้องกันไม่ให้ปั๊มรั่ว ยกตัวอย่างปั๊มหอยโข่งทั่วไป ในปั๊มนี้ มอเตอร์จะหมุนเพลาและใบพัด แต่มอเตอร์อยู่นอกปั๊ม เป็นที่ที่เพลาออกจากปั๊ม โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่จุดสัมผัสระหว่างชิ้นส่วนที่หมุนและอยู่กับที่ ซึ่งการรั่วไหลอาจเกิดขึ้นได้
กล่องบรรจุ
ในปั๊มบางเครื่อง อุปกรณ์ที่เรียกว่ากล่องบรรจุใช้เพื่อแก้ปัญหาการรั่วซึม
กล่องบรรจุเป็นห้องที่ตั้งอยู่ด้านนอกของกล่องปั๊มที่เพลาออก อยู่ภายใน,
วัสดุปิดผนึก—สารบรรจุอ่อน—ถูกวางรอบๆ เพลา
การใช้อุปกรณ์พิเศษ (น็อตในกรณีที่ง่ายที่สุด) การบรรจุจะถูกบีบอัด ทำให้กดกับผนังของห้องเพาะเลี้ยงและเพลา จึงป้องกันไม่ให้ของเหลวไหลออกจากปั๊ม
อย่างไรก็ตาม เพลาต้องสัมผัสใกล้ชิดกับวัสดุบรรจุภัณฑ์เพื่อให้ซีลแน่น สิ่งนี้สามารถสร้างแรงเสียดทานและทำให้อายุการใช้งานสั้นลง
ภาพที่ 2 ตราประทับเครื่องกล
ซีลเครื่องกล
องค์ประกอบหลักของซีลเชิงกลคือวงแหวนสองวง: วงแหวนเคลื่อนที่ซึ่งหมุนด้วยเพลาและวงแหวนอยู่กับที่ซึ่งยึดกับตัวปั๊มด้วยหมุด
ความรัดกุมต่อการรั่วไหลเกิดขึ้นจากการสัมผัสระหว่างพื้นผิววงแหวนซึ่งก่อให้เกิดแรงเสียดทานที่เรียกว่าคู่ เพื่อให้มีการสัมผัส วงแหวนเคลื่อนที่จะถูกกดลงบนวงแหวนที่ยึดอยู่กับที่ด้วยสปริง ยูนิตสปริง หรือเครื่องเป่าลม—ซึ่งเป็นปลอกลูกฟูกแบบยืดหยุ่นชั้นเดียวหรือหลายชั้นที่ทำจากวัสดุโลหะ อโลหะ และวัสดุคอมโพสิต สำหรับการปิดผนึกเพิ่มเติมจะใช้ซีลรองซึ่งเป็นโอริงที่ทำจากอีลาสโตเมอร์
เมื่อทำงานอย่างถูกต้อง จะมีฟิล์มของเหลวบางๆ อยู่ระหว่างพื้นผิวเสียดทานเพื่อให้แน่ใจว่ามีการหล่อลื่นและกระจายความร้อน ระยะห่างระหว่างพื้นผิวของพวกเขาเท่ากับความสูงของความหยาบและตามกฎแล้วไม่เกินหนึ่งล้านเมตร ที่สำคัญ แหวนแบบตายตัวจะไม่สัมผัสกับเพลา จึงช่วยลดการสึกหรอ
การเลือกวัสดุแหวนซีลที่เหมาะสมไม่ใช่เรื่องง่าย วงแหวนต้องมีความแข็งแรงและทนต่อการสึกหรอเพียงพอที่จะทนต่อผลกระทบของการทำงานของปั๊มและทนต่อสารเคมีต่อตัวกลางที่สูบ นอกจากนี้จะต้องสามารถทนต่ออุณหภูมิสูงที่เกิดขึ้นเนื่องจากการเสียดสี ด้วยเหตุผลเหล่านี้ คู่ความเสียดทานจึงเป็นเทคโนโลยีที่ซับซ้อนอย่างน่าประหลาดใจ ซึ่งต้องใช้วินัยทางทฤษฎีและการคำนวณของกลศาสตร์ เทอร์โมไดนามิกส์ ระบบไฮดรอลิกส์ และไทรโบโลยี เนื่องจากช่องว่างเล็ก ๆ ระหว่างวงแหวน การผลิตซีลเครื่องกลสมัยใหม่จึงจัดอยู่ในประเภทของนาโนเทคโนโลยี
ซีลเครื่องกลคู่
ซีลเครื่องกลคู่แบบเสียดทานเดี่ยวอาจลดการรั่วไหลเท่านั้น ไม่สามารถกำจัดได้ เพื่อพยายามขจัดรอยรั่วต่อไป จึงได้มีการสร้างซีลก้นกลสองชั้นขึ้น ระบบช่วยที่เรียกว่าแผนการชะล้างหรือแผนการวางท่อ—จะป้อนของเหลวพิเศษที่เรียกว่าสิ่งกีดขวางไปยังพื้นที่ของซีลระหว่างวงแหวนสองวงของคู่แรงเสียดทาน แรงดันของมันถูกเก็บไว้สูงกว่าตัวกลางที่สูบในพื้นที่การปิดผนึกเล็กน้อย ด้วยวิธีนี้จะได้ความหนาแน่น ของเหลวกั้นยังทำหน้าที่ที่จำเป็นในการกำจัดความร้อนและการหล่อลื่นในกรณีที่สื่อที่สูบไม่มีคุณสมบัติที่จะทำเช่นนั้น ตัวอย่างเช่น น้ำสูญเสียคุณสมบัติการหล่อลื่นที่อุณหภูมิประมาณ 176 F (80 C)
ซีลก้นคู่แบบกลไกสามารถขจัดการรั่วไหลของของเหลวที่สูบสู่บรรยากาศ อย่างไรก็ตาม อาจมีราคาแพงและดูแลรักษายาก นอกจากนี้ แม้แต่คู่แรงเสียดทานที่สร้างขึ้นอย่างระมัดระวังที่สุดก็จะล้มเหลวในเวลาอันเนื่องมาจากการสึกหรอ ดังนั้นจึงต้องมีการตรวจสอบและเปลี่ยนอย่างต่อเนื่อง
ข้อต่อแม่เหล็ก
ภาพที่ 3 แบบตัดขวางของปั๊มไดรฟ์แม็ก เพลาที่มีแม่เหล็กขับเคลื่อนจะหมุนคาร์ทริดจ์ซึ่งรวมถึงแม่เหล็กที่ขับเคลื่อนด้วย
เนื่องจากการส่งกำลังจากระยะไกลนี้ เพลาจึงไม่จำเป็นต้องผ่านตัวเรือน ดังนั้นจึงไม่มีรูและไม่มีการรั่วไหล อย่างไรก็ตาม ปั๊มเหล่านี้มักจะมีราคาแพงกว่า เนื่องจากต้นทุนของแม่เหล็กที่ล้ำสมัยที่พวกเขาต้องการ โดยปกติ สิ่งเหล่านี้จะทำจากโลหะผสมที่แปลกใหม่ของนีโอไดเมียม โคบอลต์ และซาแมเรียม แต่โลหะผสมนีโอไดเมียมโบรอน (NdFeB) ถือว่ามีประสิทธิภาพมากกว่า อายุการใช้งานของแม่เหล็กเหล่านี้สามารถเป็นได้หลายสิบหรือหลายร้อยปี ซึ่งมักจะนานกว่าอายุการใช้งานของตัวปั๊มเอง
ปั๊มมอเตอร์กระป๋อง
ความก้าวหน้าอีกประการหนึ่งที่เกิดจากการพัฒนาระบบเครื่องกลไฟฟ้าและทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าคือปั๊มมอเตอร์แบบกระป๋อง อุปกรณ์นี้รวมการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้าเข้ากับปั๊มหอยโข่งแบบคลาสสิก คล้ายกับปั๊มที่มีแม่เหล็ก ข้อต่อแต่บทบาทของแม่เหล็กนั้นกระทำโดยขดลวดของสเตเตอร์ (ส่วนคงที่ของมอเตอร์ไฟฟ้า) และโรเตอร์ มันถูกเรียกว่า "กระป๋อง" เนื่องจากมอเตอร์ได้รับการปกป้องจากการลัดวงจรโดยกระบอกสูบพิเศษ (เปลือก) และอยู่ภายในท่อปั๊มในของเหลวที่สูบแล้วซึ่งจะหล่อลื่นและทำให้แบริ่งเย็นลงพร้อมกัน
ภาพที่ 4. ปั๊มมอเตอร์กระป๋อง
แรงบิดจากขดลวด "แห้ง" ของสเตเตอร์จะถูกส่งผ่านปลอกหุ้มสุญญากาศ จึงไม่มีโอกาสเกิดการรั่วไหล
เนื่องจากปั๊มมอเตอร์แบบกระป๋องใช้ชิ้นส่วนน้อยกว่า จึงมีขนาดกะทัดรัด อย่างไรก็ตาม เนื่องจากขดลวดของสเตเตอร์และโรเตอร์แยกจากกันด้วยพาร์ติชั่นหลายส่วน ประสิทธิภาพของขดลวดจึงค่อนข้างต่ำ ดังนั้นอุปกรณ์เหล่านี้จึงมีประโยชน์อย่างสมบุกสมบันแต่กินไฟมากกว่า
ความพยายามอย่างต่อเนื่องตลอดหลายปีที่ผ่านมาได้ก่อให้เกิดทางเลือกที่หลากหลายเพื่อให้ได้ปั๊มที่ไม่มีการรั่วซึม แต่ละคนมีข้อดีและข้อเสียต่างกันไป ผู้เชี่ยวชาญจะเลือกการออกแบบตามคุณสมบัติของของเหลวที่สูบ สภาพการทำงาน และข้อจำกัดทางเศรษฐกิจเพื่อพิจารณาว่าแบบใดดีที่สุดสำหรับการทำงานของคุณ