Brodske pumpe

[Boro Prodanic]

Uvod

Brodske pumpe (sisaljke, crpke) su radne mašine koje služe za prebacivanje tečnosti cevima od jednog mesta na brodu do drugog. Energiju dobijenu od nekog spoljnjeg izvora (najčešće elektromotora) pumpe prenose na tečnost koja kroz njih prolazi a koja do krajnjeg odredišta ne bi mogla da dospe prirodnim putem.

Od svih pomoćnih brodskih uređaja i mašina, pumpe su najmnogobrojnije, a skoncentrisane su u prostoru glavnih mašina ili u posebnim prostorijama gde su i ostale pomoćne mašine.

Tečnosti koje pumpe prebacuju mogu da budu deo tereta, na primer nafta i njeni derivati, ili tečnosti koje služe mašinama za pogon broda - napojna voda za kotlove, gorivo, morska voda za hlađenje mašina i sanitarne potrebe i različite tečnosti koje se skupe usled propuštanja i curenja, odnosno balastne tečnosti koje se prebacuju radi uravnoteženja stabiliteta broda.

Pumpe se na brodu, kao i na kopnu, razmeštaju na dva načina u odnosu na nivo tečnosti koja se prebacuje - ispod nivoa *(a) ili iznad nivoa tečnosti (b).

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]

1 - pumpa; 2 - usisna cev; 3 - tlačna (potisna) cev; 4 - rezervoar (potrošni tank); 5 - usisni rezervoar

[Boro Prodanic]

Princip rada brodskih pumpi

Da bi pumpa prebacila tečnost, pored radnih organa - klipova, rotora i dr. koji se pogone motorom (izuzetno i ručno), mora postojati i cevovod. Usisnim cevovodom pumpa usisava tečnost iz rezervoara ili se tečnost slobodnim padom dovodi do pumpe. U samoj pumpi tečnost dobija energiju (povećavaju se brzina i pritisak tečnosti) koja je potrebna za savladavanje otpora koji nastaju na putu kretanja tečnosti kroz cevovod do odredišta.

Iz pumpe tečnost se odvodi potisnim cevovodom u rezervoar (potrošni tank). Pored navedenog, pumpna postrojenja imaju i sigurnosno-merni pribor i posebnu armaturu, koju ovde nećemo razmatrati.

Podela pumpi

Pumpe se dele prema:

- konstruktivnoj izvedbi;
- principu rada;
- vrsti tečnosti koju prebacuje;
- tipu pogonskog motora;
- naporu (pritisku) koji daju;
- kapacitetu;
- nameni.

a) Prema konstruktivnoj izvedbi pumpe mogu biti klipne, rotacione, centrifugalne, propelerske, vrtložne i strujne.

Klipne pumpe su one u kojima tečnost dobija energiju od krutog tela (klipa) koje ima pravolinijsko povratno kretanje u jednom zatvorenom prostoru (cilindru).

Klipna pumpa
[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]


Rotacione pumpe tečnosti predaju energiju preko rotacionih elemenata smeštenih u odgovarajućem prostoru (kućištu). U ovu grupu spadaju zupčane, vijčane, rotaciono-klipne itd.

Zupčana pumpa
[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]


Centrifugalne pumpe su pumpe u kojima tečnost prima energiju od centrifugalne sile koja nastaje obrtanjem radnog kola (rotora).

Centrifugalna pumpa
[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]


Propelerske pumpe su pumpe kod kojih lopatice rotora- propelera daju kretanje tečnosti duž osovine. Zbog toga se ova vrsta pumpi naziva i aksijalnim pumpama.

Propelerska pumpa
[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]


Vrtložne pumpe su one kod kojih tečnost prima energiju od okretanja rotora sa bočnim kanalima zbog kojih tečnost dobija složeno - vrtložno kretanje.

Vrtložna pumpa
[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]


Strujne (mlazne) pumpe su pumpe kojima se tečnost prebacuje posredstvom pare ili druge tečnosti koja struji velikom brzinom.

Strujna pumpa
[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]


b) Prema principu rada pumpe se dele u dve velike grupe:

- pumpe sa pretežno statičkim pritiskom (klipne, zupčane, vijčane);
- pumpe sa pretežno dinamičkim pritiskom (centrifugalne, propelerske, vrtložne, strujne itd.).

c) Prema vrsti prebacivane tečnosti pumpe se dele na pumpe za vodu, naftu, ulje za loženje...

d) Prema tipu pogonskog motora pumpe se dele na parne, elektromotorne, motorne, sa pneumatskim motorom i ručne.

e) Prema pritisku i kapacitetu imamo pumpe niskog (malog), srednjeg i visokog pritiska i kapaciteta.

f) Prema nameni pumpe se dele na:

- pumpe koje opslužuju brodske glavne i pomoćne mašine;
- pumpe specijalne namene (pumpe na tankerima, ledolomcima, tegljačima, brodovima za spasavanje...);
- pumpe opšte brodskog značaja, često nazivane i pumpama opšte službe.

[Boro Prodanic]

Klipne pumpe

Sve dok su klipne parne mašine bile glavne pogonske mašine brodova, klipne pumpe su bile najrasprostranjenija vrsta pumpi na rečnim i morskim brodovima. Razvojem tehnologije brodskih pogonskih mašina (parne turbine, dizel motori, gasne turbine), elektrotehnike i elektronike, sve u želji da se smanji masa i veličina brodskih pomoćnih mašina, drastično se smanjila primena klipnih pumpi bez obzira na njihove dobre osobine. Tako su klipne pumpe ustupile mesto drugim vrstama (centrifugalnim, rotacionim), pošto im je zbog niskog broja obrtaja i povratnog pravolinijskog kretanja klipa dobava neravnomerna a sa druge strane, za današnje potrebe (velike količine tečnosti koje treba prebaciti sa jednog mesta na brodu na drugo) imaju velike dimenzije.

Danas se klipne pumpe na ratnim brodovima malo upotrebljavaju ako ne računamo pumpe za ubrizgavanje goriva u dizel motore, a i na brodovima trgovačke mornarice upotreba im je vrlo ograničena. Još uvek se koriste za prebacivanje goriva na tankerima, kao napojne i pumpe za gorivo pomoćnih brodskih kotlova, za manipulaciju pitkom vodom i za pumpe opšte službe.

Podela klipnih pumpi

Klipne pumpe se mogu podeliti prema

- načinu rada: na jednoradne, dvoradne i diferencijalne;

- vrsti klipa: na pumpe sa tanjirastim klipovima (stapovima), pumpe sa duguljastim klipovima i pumpe sa prolaznim klipovima;

- kapacitetu: na klipne pumpe malog kapaciteta (do 20 m³/h), srednjeg, do 60 m³/h i velikog kapaciteta - iznad 60 m³/h;

- pritisku: na klipne pumpe niskog pritiska (do 0,5 MPa), srednjeg (do 5 MPa) i visokog pritiska (iznad 5 MPa);

- broju obrtaja: na sporohodne pumpe sa brojem obrtaja do 80 min^-1, normalne sa brojem obrtaja do 150 min^-1, brzohodne - do 300 min^-1 i veoma brzohodne - do 700 min^-1;

- konstruktivnoj izvedbi: na jednocilindrične i višecilindrične, horizontalne i vertikalne, sa reduktorom i bez reduktora;

- vrsti tečnosti koju prebacuju: na pumpe za vodu, ulje, naftu itd.;

- spoju sa pogonskim motorom: na privodne, privešene i autonomne;

- pogonskom motoru: na ručne, sa transmisijom, motorne, elektromotorne i parne.

Posebnu grupu višecilindričnih klipnih pumpi čine rotacione klipne pumpe.


Princip rada klipnih pumpi

Jednoradna klipna pumpa

Princip rada ove vrste pumpi najlakše je shvatiti posmatranjem šeme:
[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
1- cilindar; 2 - klip; 3 - potisna cev; 4 - potisni ventil;
5 - usisni ventil; 6 - ventilska komora; 7 - usisna cev

Pretpostavimo da se klip nalazi u cilindru, u krajnjem donjem položaju. Kada se klip kreće prema gore, iza njega ostaje prazan prostor u cilindru u koji će ustrujati vazduh iz ventilske komore, i kasnije, iz usisne cevi. Kada klip dođe u krajnji gornji položaj, u usisnoj cevi, ventilskoj komori i cilindru vladaće pritisak p koji je niži od pritiska koji je vladao u tom prostoru pre početka kretanja klipa, i koji "povlači" tečnost kroz usisnu cev i ventilsku komoru (usisni ventil) u cilindar. Klip iz gornjeg položaja kreće prema dole i svojim kretanjem potiskuje usisanu tečnost, usisni ventil se zatvara a potisni otvara, čime se tečnost upumpava u potisnu cev. Ponavljanjem ovog ciklusa, potisna cev je stalno puna tečnosti koja se nalazi pod promenljivim pritiskom zbog toga što u hodu prema gornjem položaju klip ne upumpava vodu u potisnu cev, te zbog toga pritisak pada. Ovaj problem donekle je ublažen primenom jednoradne klipne pumpe sa propusnim klipom na kojem se nalaze ventili čije delovanje omogućuje ravnomerniju dobavu tečnosti u potisnu cev:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
1 - potisni ventil; 2 - potisna cev; 3 - ventil na klipu;
4 - propusni klip; 5 - cilindar; 6 - usisni ventil; 7 - usisna cev

Dvoradna jednocilindrična klipna pumpa

Za područje visokih pritisaka i malih kapaciteta, u praksi je često pogodna dvoradna klipna jednocilindrična pumpa:
[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
1, 3 - usisni ventili; 2, 4 - potisni ventili;
5 - usisna cev; 6 - potisna cev

Svaka strana cilindra ovog tipa klipne pumpe ima ventilsku komoru sa dva ventila, po jedan usisni i potisni. Pri kretanju klipa u levu stranu otvaraju se usisni 1 i potisni 2 ventil. Pri kretanju klipa u desnu stranu tečnost se usisava u cilindar preko usisnog ventila 3, dok se kroz potisni ventil 4 potiskuje u potisnu cev tečnost koja je bila usisana u prethodnom radnom ciklusu. Tako se postiže da pri svakom kretanju klipa pumpa i usisava i potiskuje tečnost, otuda i naziv "dvoradna". Na ovaj način je još više ujednačena dobava tečnosti u potisnoj cevi, mada i dalje ima manjih razlika u pritiscima zbog malog broja obrtaja pumpe.

[Boro Prodanic]

Diferencijalne klipne pumpe

Na sledećoj šemi prikazana je diferencijalna klipna pumpa koja dobavlja tečnost u potisnu cev  za vreme hoda klipa u obe strane.

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
1 - usisni ventil; 2 - propusni ventil; 3 - potisni ventil

Prilikom kretanja klipa prema gore, kao rezultat pada pritiska u cilindru, otvara se usisni ventil 1 i tečnost ispunjava prostor cilindra. Pri hodu klipa prema dole, zbog povećanja pritiska u tečnosti, otvara se propusni ventil 2 i tečnost ispod klipa prostruji u prostor iznad, dakle u gornji deo cilindra. Pri ponovnom kretanju klipa prema gore, tečnost iz gornjeg dela cilindra svojim povećanim pritiskom usled dejstva klipa otvara potisni ventil 3 i struji u potisnu cev. U isto vreme u donjem delu cilindra stvara se podpritisak koji otvara usisni ventil i usisava novu količinu tečnosti u cilindar. Na opisani način diferencijalna pumpa daje ravnomerniju dobavu tečnosti u potisnu cev od prethodnih izvedbi klipnih pumpi.

Rotacione klipne pumpe

Karakteristike i oblast primene

U periodu od 1925-1935. godine, paralelno sa početkom primene hidrauličnih sistema u brodogradnji, počinje i primena rotacionih klipnih pumpi. Za potrebe hidrauličnih sistema - prebacivanja malih količina tečnosti pod visokim pritiskom, bile su potrebne pumpe koje bi omogućile hidrauličnim sistemima sledeće:

- promenu kapaciteta pri konstantnom broju obrtaja pogonskog motora i pri konstantnom pritisku tečnosti;

- da se smer potiska i usisa tečnosti može menjati od maksimalne količine tečnosti u jednom pravcu preko nule do maksimalne količine tečnosti
u suprotnom pravcu;

- nezavisnost pritiska potisa od kapaciteta i broja obrtaja pumpe;

- relativno visok koeficijent korisnog dejstva pri visokim pritiscima i pri širokoj lepezi promena režima rada;

- mogućnost neposrednog spajanja sa pogonskim elektromotorom.

Sve navedene uslove najbolje su zadovoljavale rotacione klipne pumpe, dobijene tehničkom rekonstrukcijom bazne obične višecilindrične klipne pumpe. Postoje dve vrste rotacionih klipnih pumpi - sa radijalnim klipovima i sa aksijalnim klipovima.

Ako se u ovu vrstu pumpi dovodi tečnost pod pritiskom, one se pretvaraju u hidraulične rotacione klipne motore - hidromotore. Danas se rotacione klipne pumpe i hidromotori ugrađuju na trgovačke i ratne brodove za posluživanje raznih hidrauličnih brodskih sistema - za hidraulične kormilarske mašine, vitla, dizalice, uređaje za prekret propelera, uređaje za stabilizaciju ljuljanja broda itd.

Rotacione klipne pumpe mogu imati karakteristike unutar sledećeg dijapazona vrednosti:

- kapacitet                0,5 - 25 m³/h;

- pritisak                  10 - 20 MPa;

- broj obrtaja            10 - 25 s^-1.

Najčešći pogonski motor za ovu vrstu pumpi je elektromotor, direktno ili preko reduktora. Elektromotor se obrće konstantnim brojem obrtaja, kao i blok cilindara pumpe, a uređaj kojim se upravlja spolja menja hod klipova pumpe za vreme rada - a time i kapacitet koji pumpa daje. Promena smera potisa tečnosti postiže se promenom smera obrtanja elektromotora ili posebnim uređajem spolja uz isti smer obrtanja elektromotora.

Rotacione klipne pumpe sa radijalnim klipovima

Rotacione klipne pumpe sa radijalnim klipovima mogu biti jednokratne, dvokratne i višekratne. Kod jednokratnih, za jedan obrt rotora (bloka cilindara) klipovi naprave jedan dupli hod, kod dvokratnih dva, itd.  Ova vrsta pumpi koristi se za pritiske koji dostižu 10 MPa (100 bara) i više.

Principijelna šema rotacione klipne pumpe sa radijalnim klipovima jednokratnog dejstva prikazana je na sledećoj slici:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
1 - blok cilindara; 2 - klipovi; 3 i 8 - otvori usisnog i potisnog prostora; 4 - regulacioni prsten; 5 - klizači; 6 - telo pumpe; 7 i 10 - osovinice za pomeranje regulacionog prstena; 9 - pregrada

Pumpa se sastoji od cilindričnog tela 6 u kome je smešten blok 1 sa neparnim brojem cilindara. Blok cilindara je navučen na osovinu i dobija pogon od vratila elektromotora koje se obrće konstantnim brojem obrtaja u jednom smeru. Osovina je nepokretna u aksijalnom pravcu i ima dve šupljine odvojene pregradom 9 koje predstavljaju usisni i potisni prostor pumpe, a iz kojih vode otvori 3 i 8, koji se spajaju sa potisnom i usisnom cevi pumpe. Pri obrtanju bloka svaki cilindar svojim otvorenim krajem dolazi u spoj sa donjim i gornjim prostorom šupljine osovine. U cilindrima su postavljeni klipovi 2 koji su šarnirski vezani sa klizačima 5. Klizači klize po prstenu 4 koji se pomoću osovinica 7 ili 10 može postaviti prema osovini u koncentrični ili ekscentrični položaj. Pretpostavimo da je prsten 4 postavljen koncentrično - u tom slučaju pri obrtanju bloka cilindara klipovi će zauzimati u cilindrima jedan konstantan položaj, zapremina između čela klipa i dna cilindra neće se menjati, pa prema tome pumpa neće usisavati ni potiskivati tečnost.

Pretpostavimo da pomerimo prsten 4 u desnu stranu - sada će svaki cilindar dolazeći u levi horizontalni položaj imati klip do kraja utisnut u cilindar. Pri kretanju tog cilindra po donjoj polovini kruga klip će se sve više udaljavati od centra rotacije - povećavaće se zapremina ispod njega. U desnom horizontalnom položaju će se u cilindru "otvoriti" najveća zapremina i time najveće usisno dejstvo u konkretnom cilindru. Obrtanje cilindra po gornjoj polovini kruga prouzrokovaće pomicanje klipa u suprotnom smeru - doći će do potiskivanja tečnosti preko otvora 3, i usisavanja preko otvora 8.

Ako prsten 4 pomerimo u levu stranu, pumpa će potiskivati tečnost preko otvora 8 a usisavati preko otvora 3. Kako se elektromotor obrće konstantnim brojem obrtaja u jednom smeru, veličinom pomeraja prstena 4 određujemo kapacitet pumpe - što veći pomak prstena 4 (ekscentricitet) to pumpa ima veći kapacitet. Ako elektromotoru promenimo smer obrtanja, usisni i potisni otvori menjaju svoje uloge.

Rotacione klipne pumpe sa aksijalnim/radijalnim klipovima imaju isti princip rada, razlika je jedino u položaju klipova u odnosu na osu obrtanja - da li su klipovi paralelni sa osovinom ili normalni (okomiti) na nju.

Rotaciona klipna pumpa sa radijalni klipovima
[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]

[Boro Prodanic]

Rotaciona klipna pumpa sa aksijalnim klipovima kao hidromotor

Sledeća slika prikazuje rotacionu klipnu pumpu sa aksijalnim klipovima kao hidromotor.

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
1 - telo; 2 - poklopac

Ova slika će pomoći da se u potpunosti shvati konstrukcija rotacionih višecilindričnih klipnih pumpi. Uočava se da ova izvedba nema kardanske zglobove, što povećava koeficijent korisnog dejstva - manji mehanički gubici, ali istovremeno povećava i naprezanja kojima su izloženi delovi pumpe i njihovo trošenje pri radu.

[Boro Prodanic]

Zupčane pumpe

Tridesetih godina XX veka počinje široka primena zupčanih pumpi na brodovima. Danas se ova vrsta pumpi koristi za dobavu ulja za podmazivanje motora, kao pumpe za gorivo za parne kotlove, kao rashladne pumpe dizel motora i kao sastavni element brodskih hidrauličnih sistema. Kapacitet ove vrste pumpi kreće se od 0,5 do 250 m³/h, pritisak od 0,2 do 4 MPa a broj obrtaja od 400 do 5000 min^-1.

Zupčane pumpe imaju ravnomernu dobavu, prostu konstrukciju, sigurne su i pouzdane u radu, imaju relativno malu masu i dimenzije i pri velikim kapacitetima i veoma su pogodne za montažu u skučenim brodskim prostorima. Prikaz rada zupčaste pumpe (animacija):

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]

Osnovni tip zupčane pumpe prikazan je na sledećoj šemi:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
1 - pogonjeni (vođeni) zupčanik; 2 - međuzublje;
3 - usisni prostor; 4 - pogonski (vodeći) zupčanik;
5 - potisni prostor

Ova šema prikazuje zupčanu pumpu sa dva zupčanika sa ravnim cilindričnim zubima u spoljnjem zahvatu. Zupčanik 1 čvrsto je nataknut na vratilu koje se obrće pod dejstvom pogonskog motora, dok drugi dobija obrtaje zbog zahvata sa pogonskim zupčanikom. Prilikom obrtanja, tečnost ispunjava prostor između zubi zupčanika i kućišta pumpe, zupčanici zahvataju i nose tečnost oko unutrašnje strane kućišta pumpe. U prostoru gde zubi izlaze iz međusobnog zahvata oslobađa se mesto za novu količinu tečnosti. Ulazeći u zahvat (u potisnom prostoru), zubi zupčanika istiskuju tečnost u potisnu cev, dakle deluju kao klip/klipovi kod klipnih pumpi.

Principijelna šema zupčane pumpe sa zubima u unutrašnjem zahvatu:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
1 - spoljnji zupčanik; 2 - unutrašnji zupčanik;
3 - zaptivni srpasti element; 4 - zaptivni element; 5 - opruga

Unutrašnji zupčanik ima dva ili tri zuba manje od spoljašnjeg. Srpasti zaptivni element deli usisni od potisnog prostora. Princip rada je isti kao kod prethodne izvedbe zupčaste pumpe. Zupčasta pumpa sa unutrašnjim zahvatom zupčanika ima manje trošenje zubi, manje dimenzije ali je skupa i složena za izradu.

Zupčaste pumpe izrađuju se i sa zupčanicima koji imaju kose ili strelaste zube, što su sve varijante osnovnog modela, sa određenim prednostima i manama u odnosu na osnovni model.

Za povećanje pritiska, zupčane pumpe mogu se graditi i kao višestepene, u kojoj varijanti fluid koji izlazi iz prvog stepena pod određenim pritiskom ulazi u sledeći stepen gde dobija na pritisku i tako dalje.

Za povećanje kapaciteta zupčane pumpe izvode se sa tri i više zupčanika, pri čemu princip rada ostaje isti, kao i pritisak koji pumpa daje, dok se kapacitet ali i dimenzije pumpe povećavaju. Principijelna šema pumpe sa tri zupčanika data je na sledećoj slici:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
1 i 3 - usisna cev; 2 i 4 - potisna cev

[Boro Prodanic]

Vijčane pumpe

Karakteristike i oblast primene

Vijčane pumpe danas se mnogo primenjuju na brodovima, iz sledećih razloga:

- postižu visoke pritiske (20 MPa i veće) pri relativno visokom koeficijentu korisnog dejstva i malim dimenzijama;

- imaju veliku visinu usisavanja i mogućnost "suvog" usisa;

- imaju ravnomernu dobavu;

- imaju veliki broj obrtaja;

- mogu da rade u horizontalno, vertikalnom i kosom položaju;

- nemaju ventile - konstrukcija im je prosta;

- temelji im veoma malo vibriraju;

- nema funkcionalne veze između kapaciteta i pritiska koji daju;

- pri različitim kapacitetima i pritiscima koeficijent korisnog dejstva ostaje postojan.

Najveće uspehe u konstrukciji vijčanih pumpi imao je švedski inženjer Monelius, koji je između 1924. i 1932. uspeo da konstruiše pumpu sa tri vijka sa cikloidnim navojem (do tada su proizvođene sa jednim i sa dva vijka). Logično, proizvodnju je počela švedska fabrika IMO, tako da su i danas ove pumpe često poznate pod imenom IMO pumpe.

Kapacitet vijčanih pumpi je od 0,3 do 250 m³/h, pritisak do 20 MPa a broj obrtaja u dijapazonu od 12,5 do 133 s^-1.

Danas se na brodovima ova vrsta pumpi najčešće koristi za prebacivanje tečnosti visokog viskoziteta (ulja, mazut, dizel gorivo) ili kao pumpe i hidromotori u hidrauličnim sistemima.

Podela vijčanih pumpi

Prema pritisku koje daju, vijčane pumpe se dele na pumpe niskog, srednjeg, visokog i vrlo visokog pritiska.

Prema navoju na vijcima, dele se na pumpe sa pravouglim (kvadratnim ili trapeznim) navojem, sa cikolidnim i cikloidno-elvolventnim navojem.

Prema broju vijaka, dele se na pumpe sa jednim, dva, tri ili pet vijaka.

Najčešća podela je na dve velike gupe:

- vijčane nehermetičke pumpe i

- vijčane hermetičke pumpe.

Nehermetične vijčane pumpe

Rad ove vrste pumpi biće objašnjen na sledećoj animaciji i prikazu vijčane pumpe sa dva vijka sa kvadratnim navojem:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
1 - telo pumpe; 2 - uporni ležaj; 3 - usisna cev; 4 - pogonski vijak;
5 - potisna cev; 6 - zupčani prenos; 7 - pogonjeni vijak

Pogonski vijak 4 ima desni a pogonjeni vijak 7 levi navoj. Pretposatvimo da je usisni prostor pumpe ispunjen tečnošću, prostor A pogonskog vijka biće takođe ispunjen tečnošću. Pri obrtanju pogonskog vijka u stranu prikazanu strelicom, tečnost u prostoru A biće odsečena od usisnog prostora navojem G, E i tako dalje, pa će se tečnost zatvorena u prostorima F, D itd. kretati aksijalno prema gore, dok ne izađe iz navoja - na potisnoj strani. Kretanje tečnosti je laminarno i ravnomerno, pa su otpori mali. Kada su vijci u zahvatu, između njih ima dosta zazora pa tečnost može da prestruji iz potisnog nazad u usisni prostor (zbog toga se i zovu "nehermetične"). Ovaj problem može se ublažiti povećanjem broja navoja na vijcima ali to povećava dimenzije pumpe. Pri malim uglovima uspona vijaka navoj postaje samokočeći, pa je za prenos obrtanja sa pogonskog na pogonjeni vijak potreban i zupčani prenos, jer sam zahvat vijaka nije dovoljan (kao na prikazanoj slici). U cilju poništavanja sile aksijalnog pritiska koja se javlja u pogonu ovih pumpi, vijci mogu na jednoj polovini imati levi, a na drugoj polovini desni navoj.

Često ovaj tip pumpi direktno pogoni glavni porivni motor ili pomoćni motor. Da bi se u tom slučaju obezbedio normalni protok tečnosti bez obzira na smer obrtanja motora, pumpe imaju posebno izvedene ventile, kao na sledećoj slici:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
1 - potisna cev; 2 - graničnici ventila; 3 - potisni ventil; 4 - vijak;
5 - usisni ventil; 6 - zupčanik; 7 - prečistač; 8 - usisna cev

Hermetične vijčane pumpe

Princip rada vijčanih hermetičnih pumpi je potpuno isti kao i kod nehermetičnih. Razlika je samo u tome što se kod hermetičnih koriste posebni vijci specijalnog profila, cikolidnog i elvolventno-cikolidnog navoja, čijom primenom se postiže potpuno razdvajanje usisnog od potisnog dela, dakle hermetičnost pumpe.

[Boro Prodanic]

Krilne pumpe

Princip rada, kapacitet i konstruktivne izvedbe

Princip rada krilne pumpe najlakše će se shvatiti posmatranjem sledeće animacije:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]

Ova vrsta pumpi prebacuje tečnost krilcima koja imaju svoje vođenje u šupljinama rotora koji se obrće u centričnom ili ekscentričnom statoru (kućištu). Rotor ima od 2 do 14 krilaca, a krilne pumpe mogu da budu pumpe jednokratnog, dvokratnog i višekratnog dejstva. Pumpe jednokratnog dejstva za jedan obrt rotora jednom usisaju i potisnu tečnost, pumpe dvokratnog dejstva to urade dva puta i tako dalje.

Krilne pumpe najčešće se koriste za prebacivanje viskoznih (gustih) tečnosti. Imaju sledeće karakteristike:

- kapacitet                                        0,5 do 50 m³/h;

- pritisak                                           0,2 do 7 MPa (20 do 70 bara);

- broj obrtaja                                     5 do 50 s^-1;

- ukupni koeficijent korisnog dejstva       0,45 do 0,85

Na sledećoj slici prikazana je principijelna šema krilne pumpe:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
1 - potisna prirubnica; 2 i 6 - krilca; 3 - kućište; 4 - rotor; 5 - opruga; 7 - usisna prirubnica

Rotor 4 ima dva krilca, 2 i 6. Između krilaca smeštena je opruga 5 koja ih pritiska uz kućište 3. Da u prostoru H ne bi došlo do porasta pritiska, početni deo potisne cevi 1 je u donjem delu proširen, što je prikazano linijom G - F. Cilindrični deo pumpe zatvoren je poklopcima u kojima se nalaze ležaji vratila. Pri obrtanju rotora u smeru prikazanom na slici, krilce 6 će levom stranom, na principu na kome deluje i klip kod klipnih pumpi, potisnuti tečnost iz usisnog prostora u potisnu cev. U isto vreme desna strana krilca 6 stvaranjem potpritiska usisava tečnost iz usisnog prostora pumpe. Radni proces krilca 6 počinje u tački D a završava u tačkiE. Na putu E - F - D krilce ne usisava niti potiskuje tečnost. Na taj način, pumpa za jedan obrt prebaci iz usisnog u potisni deo tečnost čija je zapremina jednaka zapremini radne komore pumpe D - K - E - L - C - M - D.

Na istom principu radi i krilce 2.

Povećanje broja krilaca, na primer u linijama I - I, II - II, III - III, smanjuje kapacitet pumpe ali joj poboljšava hermetičnost. U principu, što veći pritisak pumpa treba da postigne, potreban je veći broj krilaca. Za ravnomerniju dobavu, krilce bi trebalo da promeni hod, tako da usis ne počne u tački D nego u D₁, što se postiže ugradnjom još jednog para krilaca.

U principu, pumpe sa više parova krilaca rade kao i pumpa sa dva krilca. Dvoradnost pumpe postiže se projektovanjem po dva usisna i potisna otvora u kućištu pumpe, dok princip rada krilaca ostaje isti.

Ako se menja ekscentricitet rotora prema nuli, smanjuju se kapacitet i pritisak koji pumpa daje. Kada bi rotor postavili u centričan položaj, krilca bi samo kovitlala tečnost bez potiska, dakle pumpa ne bi potiskivala tečnost.

Ako promenimo mesto ekscentriceta rotora (na slici je rotor u donjem delu kućišta, promena ekscentriceta bi značila da se rotor pomeri u gornji deo kućišta), usisna i potisna strana pumpe zameniće se u svojim ulogama. Ova osobina krilne pumpe iskorišćena je u primeni pumpe kao hidrauličnog motora u sistemu hidrauličnog kormilarskog uređaja, hidrauličnog sidrenog uređaja i slično.

[Boro Prodanic]

Centrifugalne pumpe

Centrifugalne pumpe se danas na brodovima koriste za širok raspon zadataka - kao pumpe za napajanje kotlova, drenažne pumpe, pumpe za gorivo i ulje, protivpožarne pumpe, uglavnom u svim oblastima gde se ne zahteva visoki pritisak tečnosti.

Spadaju u grupu lopatičastih pumpi (centrifugalne, propelerske, vrtložne) kod kojih rotor sa lopaticama potiskuje tečnost od centra prema periferiji lopatice. Princip rada centrifugalnih pumpi prikazan je na sledećoj šemi i animaciji:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]

Kada se rotor pokrene, tečnost koja dolazi u centar rotora biva zahvaćena lopaticama i potisnuta prema potisnoj cevi pod dejstvom centrifugalne sile (odatle i naziv za ovu vrstu pumpi). Zbog toga se oko centra rotora stvara mali potpritisak koji usisava novu količinu tečnosti. Da bi pumpa potisnutoj tečnosti dala određeni pritisak u potisnoj cevi, rotor sprovodi vodu u spiralno kućište, gde se jedan deo kinetičke energije kretanja tečnosti prevodi u energiju pritiska.

Centrifugalne pumpe daju konstantnu dobavu tečnosti, ali ako se u usisnoj cevi pumpe pojavi vazduh, pumpa prestaje sa dobavom jer nema sposobnost "suvog usisa". Tada treba na odušni ventil ispustiti vazduh iz usisne cevi da bi pumpa ponovo bila u funkciji.

Bez obzira na namenu i funkciju, svaka centrifugalna pumpa ima u svojoj najprostijoj izvedbi delove prikazane na sledećoj slici:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
1 - vratilo pumpe; 2 - zaptivka; 3 - glavčina rotora; 4 - prednji disk rotora;
5 - kućište pumpe; 6 - zadnji disk rotora; 7 i 8 - usisna cev; 9 - ventil na usisnoj cevi;
10 i 11 - potisna cev; 12 - lopatice rotora; 13 - rotor

Za normalni rad centrifugalne pumpe, potrebno je da pritisak tečnosti ispred rotora bude nešto veći od pritiska isparavanja tečnosti, tj. mora da postoji rezerva pritiska zbog opasnosti od pojave kavitacije.

O kavitaciji kao pojavi koja je veoma nepoželjna u hidrauličnim sistemima, a posebno na brodovima, nekom drugom prilikom, da ne odem u off-topic.

Centrifugalne pumpe mogu da se podele na razne načine:

- prema kapacitetu: pumpe malog kapaciteta (do 20m³/h); pumpe srednjeg kapaciteta (od 20 do 60m³/h); pumpe velikog kapaciteta (iznad 60m³/h);

- prema pritisku: pumpe niskog pritiska (do 0,5 MPa); pumpe srednjeg pritiska (od 0,5 do 5 MPa); pumpe visokog pritiska (iznad 5 MPa);

- prema broju obrtaja: sporohodne, normalne i brzohodne pumpe;

- prema broju rotora i načinu protiskivanja tečnosti kroz njih: pumpe sa jednim rotorom i jednostranim ulazom tečnosti (sledeća slika):

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
- pumpe sa jednim rotorom i dvostranim ulazom tečnosti (sledeća slika):

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
- pumpe sa više serijskih rotora u zajedničkom kućištu (sledeća slika):

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
- pumpe sa više rotora koji su smešteni u jednom ili dva kućišta, proticanje tečnosti kroz pumpu je serijsko a rotori imaju jednostrani ulaz tečnosti (sledeća slika):

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
- pumpe sa više rotora u jednom ili više kućišta, kod kojih tečnost u jednoj grupi rotora protiče serijski, a u drugoj paralelno, dok rotori mogu imati jednostrani ili dvostrani ulaz tečnosti;

- prema konstrukciji kućišta: pumpe sa jednim kućištem, pumpe sa dva ili više kućišta;

- prema položaju vratila rotora: vertikalne i horizontalne pumpe;

- prema sposobnosti usisavanja: pumpe bez sposobnosti suhog usisa (većina centrifugalnih pumpi) i samousisne pumpe (uz određene konstrukcijske dodatke na osnovni model);

- prema pogonskom motoru: parne, motorne i elektromotorne pumpe.

Pored nabrojanih podela, centrifugalne pumpe se često nazivaju prema vrsti tečnosti koju prebacuju, na primer pumpa za morsku vodu, cirkulaciona (rashladna) pumpa itd.

[Boro Prodanic]

Propelerske pumpe

Osnovna karakteristika propelerskih pumpi su njihovi rotori koji su veoma slični brodskim propelerima, po čemu je izveden njihov naziv. Ova vrsta pumpi primenjuje se za kapacitete od 0,1 do 30 m³/s i više, za pritiske do 0,2 MPa (2 bara), a za te parametre imaju relativno male dimenzije. Na brodovima se najčešće koriste kao cirkulacione (rashladne) pumpe u parnim postrojenjima, kao balastne i kao glavne drenažne pumpe. Ugrađuju se u sva tri položaja - vertikalnom, horizontalnom i kosom.

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Propelerske pumpe imaju dosta visok koeficijent korisnog dejstva, male dimenzije, mogu da prebacuju "prljave" tečnosti, imaju visoki broj obrtaja pa se često mogu pogoniti direktno motorom, bez spojke i reduktora, i na kraju, veoma su jednostavne konstrukcije i lake za održavanje.

Nedostaci propelerskih pumpi su mali pritisci koje daju i nedostatak suvog usisa - moraju biti smeštene ispod nivo tečnosti koju prebacuju.

Pumpu čini cevasto kućište spojeno sa usisnim i potisnim vodom, osovina sa rotorom - propelerom sa 3 - 6 lopatica koje mogu da budu fiksne i sa promenljivim uglom zakreta, u kom slučaju je konstrukcija pumpe dosta složenija, ali se kapacitet može menjati bez promene broja obrtaja pogonskog motora. Na usisnoj strani većih pumpi obično se nalaze fiksne statorske lopatice koje usmeravaju nastrujavanje tečnosti na lopatice rotora pod najpovoljnijim uglom. Pri rotaciji, lopatice rotora predaju tečnosti deo svoje kinetičke energije i potiskuju je u potisni deo pumpe i potisni cevovod.

U zadnjim decenijama XX veka ova vrsta pumpi široko se primenjuje kao propulzioni uređaj za male, brze brodove, kao na sledećoj šemi:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
[size=pt]1 - gasna turbina; 2 - spojka; 3 - aksijalni ležaj; 4 - vazdušni ventil (zaklopka); 5 - rotor (propeler); 6 - usisni prostor[/size]

Umesto gasne turbine, pogon propelerskoj pumpi može da daje i dizel motor, što je češći slučaj kod manjih brodova. Pri pokretanju pogonskog motora/turbine, otvara se vazdušni ventil 4 zbog čega u usisnom prostoru 6 stvara mešavina vazduha i vode koja odlazi na lopatice propelera pumpe. Postepenim zatvaranjem ventila 4, propeler se postepeno opterećuje vodom, koja se u jakom mlazu izbacuje iz pumpe. Na fizičkom principu akcije i reakcije, brod se kreće napred. Ovakva izvedba propelerske pumpe naziva se hidromotor sa vodenim mlazom. Ukoliko pogonski motor ima mogućnost prekreta obrtanja u drugu stranu, time se realizuje vožnja broda krmom. Ako to nije slučaj, na potisnoj strani pumpe ugrađuje se sistem poklopaca i rešetki koji mlaz vode usmerava prema napred, a brod tada vozi krmom. Postoji i treća mogućnost, ugradnja pumpe sa lopaticama koje imaju mogućnost promene ugla zakretanja, što komplikuje tehničku izvedbu sistema.

[Boro Prodanic]

Vrtložne pumpe

Ova vrsta pumpi se u literaturi naziva različito: u nemačkoj - centrifugalne sa bočnim kanalima, u američkoj - vrtložne ili regenerativne, u japanskoj - rotacione ili periferne, a u ruskoj - vrtložne pumpe, koji naziv je odomaćen i na našim prostorima. Po konstrukciji, vrtložne pumpe slične su centrifugalnim ali su znatno jednostavnije, jeftinije, manje mase i dimenzija, što ima daje značajnu prednost u odnosu na centrifugalne pumpe.

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]

Kapacitet ove vrste pumpi kreće se od 0,15 do 100 m³/h a pritisak do 5,5 MPa (55 bara). Na brodovima se koriste za manipulaciju slatkom vodom, otpadnom vodom, kao pumpe za kondenzat u parnim postrojenjima, napojne pumpe za kotlove i vakuum pumpe.

Najveći nedostatak ovih pumpi je dosta nizak koeficijent korisnog dejstva - svega 0,2 do 0,5, te se ne preporučuju za veće kapacitete od 35 m³/h.

Razlikuju se konstruktivne izvedbe vrtložnih pumpi sa otvorenim i sa zatvorenim kanalima u kojima se vrtloženje tečnosti umiruje nakon izlaska iz međulopatičnog prostora da strujanje u potisnom cevovodu ne bi poprimilo turbulentni oblik. Vrtložne pumpe rade na principu centrifugalne sile, ali u njima tečnost, zbog vrtloženja nekoliko puta tokom jednog obrtaja rotora ulazi i izlazi iz međulopatičnog prostora, zahvaljujući čemu rotor nekoliko puta preda tečnosti deo svoje energije kretanja. Zbog toga se ovim tipom pumpi postiže 3 - 5 puta veći pritisak tečnosti od pritiska koji daje centrifugalna pumpa istih dimenzija i karakteristika.

U praksi se često kombinuju centrifugalne i vrtložne pumpe, čime se kombinuju dobre osobine obe pumpe (od vrtložne se koristi veći pritisak i sposobnost suvog usisa, a od centrifugalne kapacitet tečosti).

[Boro Prodanic]

Strujne pumpe

Kod ove vrste pumpi, tečnost se prebacuje posredstvom druge tečnosti ili pare (radne materije) koja struji velikom brzinom. Prema radnoj materiji, zovu se vodostrujne ili parostrujne, a po tome da li ubacuju prebacivanu tečnost u tank ili je iz nekog prostora "izvlače", nazivaju se ejektori (strujne pumpe koje izvlače tečnost) i injektori (strujne pumpe koje ubacuju tečnost).

Ejektori

Parostrujni ejektori

Ova vrsta pumpi na brodovima se koristi za pomoćne kaljužne pumpe i kao vakuum pumpe. Princip rada ejektora prikazan je na sledećoj slici:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Radna para kroz cev A dolazi u sapničku komoru, pa u sapnik D iz koga izlazi velikom brzinom u usisnu komoru E. Pri takvoj brzini para ima nizak pritisak, što izvlači vazduh iz usisne komore i stvara potpritisak, koji povlači tečnost iz cevi B i zajedno sa parom izbacuje je u potisnu cev C. Ova vrsta pumpi je vrlo prosta, nema ventile ni pokretne delove, a nedostatak im je nemogućnost menjanja kapaciteta zbog čega imaju mali stepen korisnog dejstva.

Vodostrujni ejektori

Vodostrujni ejektori služe za prebacivanje vode, pepela i gasova, a radna materija je voda pod pritiskom koja se dovodi sa neke druge pumpe.

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]

Na brodovima se koriste kao kaljužne i drenažne pumpe, kao pumpe za plavljenje pojedinih prostorija, za usisavanje vazduha iz kondenzatora parnih postrojenja, a ranije su se koristile i za izbacivanje pepela iz ložišta kotlova koji su se ložili čvrstim gorivom.

Vodostrujni ejektor radi na istom principu kao i parostrujni, razlika je samo u radnoj materiji.

Injektori

Injektori imaju sličnu konstrukciju i princip rada kao ejektori:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
a - iglasti ventil; b - sapnik; c - kondenzacioni sapnik; d - difuzor; e - cev;
f - usisna cev; k - cev sa povratnim ventilom; l - potisna cev; m - ventil

Na slici je prikazan injektor za napajanje parnog kotla vodom. Para se iz kotla dovodi preko cevi iglastog ventila a u sapnik b. Pri izlasku pare iz sapnika b velikom brzinom, stvara se potpritisak koji usisava vazduh iz usisne komore i cevi f. Mešavina pare i vazduha prolazi kroz kondenzacioni sapnik c, odakle preko povratnog ventila i cevi k odlazi u atmosferu. Kada vazduh bude izbačen iz usisne cevi, atmosferski pritisak potisne vodu kroz usisnu cev f. Ovu vodu zahvata struja pare iz sapnika i zajedno sa njom odlazi u kondenzacioni sapnik c gde se para kondenzuje, a voda preko difuzora d i ventila m napaja kotao.

Mamut - pumpe

Mamut pumpe (aero - liftovi) su dosta slične po konstrukciji i principu rada sa ejektorima i injektorima, te i one spadaju u red strujnih pumpi:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
1 - konus; 2 - tank; 3 - kompresor; 4 - odvodna cev vode; 5 - dovodna cev vazduha pod pritiskom; 6 - odvodna cev

U mornarici se ova vrsta pumpi primenjuje za poslove van broda. Pumpa se sastoji od cevi za podizanje vode 6, u koju se pod pritiskom kompresora 3 kroz cev 5 dovodi vazduh pod pritiskom, koji tu ekspandira i povlači sa sobom čestice vode. Zbog toga se u cevi 6 stvara smeša vazduha i vode koja je lakša od okolne vode, pa atmosferski pritisak po principu spojenih posuda potiskuje vodu i vazduh do tanka 2, gde se na odbojnom konusu vazduh razdvaja od vode. Vazduh odlazi u atmosferu a voda se odvodi kroz cev 4.

Ova vrsta pumpe najčešće se proizvodi kao prenosna varijanta pumpe.

[Boro Prodanic]

Prikaz rada aksijalne klipne pumpe (animacija):

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]

Ova vrsta pumpi naročito je pogodna za hidraulični kormilarski uređaj (ručno pokretan) na manjim brodovima.

[Boro Prodanic]

Prikaz rada višecilindrične klipne pumpe (animacija):

[Boro Prodanic]

Iako na savremenim brodovima ima još mnogo podvrsta ovde navedenih pumpi, smatrao sam da je dovoljno navesti osnovne vrste, a onda ako neko od članova foruma ima podatke o konkretnoj primeni i slično, da nastavimo diskusiju. Tu posebno mislim na razne kombinacije u konstruktivnim izvedbama pumpi koje su omogućene razvijanjem palete modernih materijala i tehnologija.

Dakle, čekamo dopune od strane korisnika i poznavaoca!