Slitage hos förträngningspumpar

Slitage hos förträngningspumpar påverkas av några huvudfaktorer nämligen, spelet och kontakttrycket kring arbetsytan, glidtryck och glidhastighet mellan komponenter, vätskans renhet och smörjvärde samt pumpens tryckalstring.

Det inre läckagets beroende av tredje potensen av spelet mellan avtätande detaljer i en förträngningspump gör denna mycket känslig för slitage. Förträngningspumpen anses av tradition begränsad till:

• rena vätskor
• viskösa vätskor gärna med något ”smörjvärde”

Undantag härifrån utgörs dels av de konstruktionsprinciper, där läckaget eliminerats genom användning av elastiska element t ex membranpumpar och slangpumpar, dels av pumpar med extremt låga arbetshastigheter med därtill hörande stora och klumpiga konstruktioner. Ytterligare undantag finns i speciella ”slitagevänliga” konstruktioner.

Vid en elementär betraktelse är slitage en funktion av:

• yttryck mellan detaljer = p_g
• glidhastighet mellan detaljer = v_g
• ett beroende av friktionskoefficienten = μ

eller med den inom slitageteorin vanliga ansatsen med p_g-värden:

• slitage ~ p_g · v_g
• värmeutvecklingen per ytenhet är = μ · p_g · v_g

Tekniken att skapa ”slitagevänliga” förträngningspumpar blir närmast att reducera produkten p_g · v_g. Att välja vg lågt ger, som tidigare antytts, klumpiga konstruktioner; lösningen kan då bara vara att reducera p_g.

I förträngningspumpar kan driveffekten överföras till de olika detaljerna på olika sätt. I exempelvis kugghjulspumpar sker den yttre drivningen normalt endast på ena kugghjulet, medan det andra drivs via kuggingreppet från det första. Helt annorlunda blir förhållandet, om båda kugghjulen drivs utifrån. För att kuggarna vid sin rörelse, då skall kunna passa in i varandra måste axlarna synkroniseras genom en separat s k synkroniseringsväxel. Yttrycket mellan de samarbetande detaljerna har då reducerats till noll.

Bland förträngningspumparna skapas på detta sätt en särskild ”familj” kännetecknad av att de samarbetande detaljerna är tvångsstyrda genom utanför vätskan liggande anordningar. Till samma familj måste även räknas sådana konstruktioner, där glidtrycket på andra sätt är eliminerat.

Exempel på sådana förträngningspumpar är:

• Rotationskolvpumpar som i princip utgör en kugghjulspump, där kuggantalet reducerats till ett fåtal och drivningen sker med en yttre synkroniseringsväxel.
• Kolvpump med kolvstången gejdrad – lagrad – utanför vätskan i motsats till de fall där kolven själv upptar sidokrafter.
• Skruvpumpar av s k Imotyp, där en central skruv driven utifrån samarbetar med två tätande sidoskruvar.

Genom en sofistikerad utformning av skruvgängans profil, drivs sidoskruvarna huvudsakligen av vätsketrycket medförande låga kontakttryck mellan skruvarna. Med glidtrycket eliminerat eller kraftigt reducerat vidgas insatsområdet. Alltefter olika andra konstruktionskännetecken kan detta då vidgas till förorenade vätskor, låga viskositeter, torrkörningsförmåga eller högre varvtal.

Viktiga faktorer för alla förträngningspumpar utgör:

• Spel kring arbetsytan
• Kontakttryck – glidtryck – för arbetselement
• Längd på arbetsytans tätningskant
• Glidhastighet för arbetselement
• Vätskans viskositet
• Ventiler eller portars storlek
• Vätskans renhet och smörjvärde
• Tryckalstring

En tillämpning av den ”ekvivalenta” förträngningspumpen ger direkt:

• En kolvpump för högt tryck skall utföras med en lång kolv med liten diameter – en s k plunge-pump. Vid användning av denna för hög viskositet blir kolvfriktionen däremot för stor.
• En kolvpump för hög viskositet skall ha en kort kolv dvs motsatsen till plunge-pumpen. I extremfall övergår pumpen till en membranpump.
• En kugghjulspump skall på motsvarande sätt ha många kuggar vid högt tryck och låg viskositet och få kuggar vid lågt tryck och hög viskositet.

För en ”slitagevänlig” förträngningspump gäller:

• De samarbetande detaljerna skall vara tvångsstyrda från utanför vätskan liggande anordningar eller kraftigt avlastade från glidtryck.
• På arbetselementen verkande krafter från vätsketryck skall tas upp av lager liggande utanför vätskan.
• Stor volym på varje enskilt deplacement eller hålighet bör eftersträvas vid förorenade vätskor för att minska vätskans kontaktyta med pumpmaterialet.