Pumpa

Pumpa za vodu, manastir Žiča

Pumpa je mehanički uređaj koji pokreće pumpani fluid (tečnost) sa nižeg nivoa na viši nivo (u smislu geodezijskog nivoa) putem promene energije fluida unutar same pumpe (promena kinetičke i pritisne energije fluida koji se transportuje).

Pumpa predaje mehaničku energiju koju dobija od pogonskog motora (elektromotor, parna turbina, ...) fluidu. Ona transportuje tečnosti sa područja nižeg u područje višeg pritiska.

Istorija

Mehaničar radi na parnoj mašini, 1920. godina

Prvom pumpom se smatra Arhimedov zavrtanj iz trećeg veka pre nove ere koji se u Asiriji upotrebljavao čak četiri veka, iako su verovatno prve pumpe nastale u Mesopotamiji i Starom Egiptu za potrebe navodnjavanja.

Oko prvog veka pre nove ere, po Kini se naglo počela proizvoditi tzv. Kineska lančana pumpa. Ona se sastojala od niza pravougaonih pločica i podseća na današnje elevatore za kukuruz, jer se u pločicama zadržavala voda, zemlja ili pesak, pumpa se okretala i materijal iz nje se mogao podići i do na 5 metara visine.

U 13. veku, Al-Jazari je opisao i nacrtao različite tipove pumpi, kao što su: linearne klipne pumpe, dvoradne pumpe s usisnim cevima, pumpe s klipovima i druge.

Prva uspešna pumpa koja je radila na parni pogon nastala je 1698. godine. Korišćena je za izpumpavanje vode iz rudarskih bušotina. Sam konstruktor, Englez Tomas Saveri naveo je da je njegova pumpa s lakoćom podizala vodu i do 24 metara visine. Zbog tada slabih konstrukcija sudova pod pritiskom, na visinama iznad 6-7 metara dešavale su se eksplozije, pa je i njeno korišćenje bilo vrlo ograničenije.

Za početak razvoja modernih pumpi smatra se pronalazak parne mašine. Nakon tog otkrića, sledilo je otkriće električne energije i elektromotora, nakon čega su se dimenzije pumpi drastično smanjile. Zahvaljujući relativno jednostavnom transportu i dostupnosti energije, pumpe su postale šitoko primenjivane na različitim mestima.

Podela

Pumpe se mogu podeliti na:

• dinamičke pumpe - tečnosti se prenose dejstvom sila u prostoru koji je neprekidno povezan sa usisnim i cevovodima za pritisak
• zapreminske pumpe - tečnosti se prenose periodičnim promenama zapremine prostora u kom se nalaze, koji se u određenim trenucima i naizmenično povezuje sa usisnim i cevovodima za pritisak

U zavisnosti od toga u kom smeru je potrebno da pumpaju tečnost, pumpe se dele na:

• pumpe za dovod i
• pumpe za odvod

Najrazprostranjenija pumpa za dovod tečnosti je centrifugalna pumpa, koja je vrsta dinamičkih pumpi. Centrifugalne pumpe se dele u zavisnosti od točka na: centrifugalne pumpe sa radijalnim, aksijalnim i dijagonalnim točkom. Za odvod se najčešće koriste zapreminske pumpe, od čega najviše pužne pumpe.

U opštem smislu, pumpe se najčešće klasifikuju prema specifičnoj brzini. Specifična brzina pumpe se definiše kao brzina idealne pumpe geometrijski slične stvarnoj pumpi, koja će s tom brzinom u pogonu podići jedinični volumen u jedinici vremena kroz jedinicu dobavne visine.

Tako prema specifičnoj brzini i pravcu strujanja fluida u samoj mašini razlikujemo tri vrste pumpi:

Pumpe s aksijalnim tokom vode

Tečnost ulazi u radno kolo i izlazi iz njega aksijalno. Za aksijalne mašine karakterističan je prolaz fluida kroz radno kolo u pravcu koji je paralelan sa osom obrtanja. Ove mašine u odnosu na ostale turbomašine postižu veće protoke, ali je predata količina energije jedinici mase fluida manja.

Radno kolo ovakvih pumpi je oblikovano poput propelera, pa se ove pumpe često nazivaju i propelernim pumpama. Radno kolo može biti opremljeno podesivim krilcima kod kojih se nagib menja u svrhu postizanja različitih dobavnih količina ili smanjenja početnog obrtnog momenta. Koriste se prvenstveno za pumpanje većih količina vode na manje visine, a skoro uvek su u vertikalnom položaju.

Pumpe s dijagonalnim tokom vode

Pumpe s dijagonalnim tokom vode se nazivaju i radiaksijalne pumpe, jer tečnost ulazi u radno kolo aksijalno, a ispušta se u smeru koji je između radijalnog i aksijalnog. Radiaksijalne hidraulične mašine su po konstrukciji kombinacija radijalnih i aksijalnih mašina. Kod ovih mašina fluid se kreće i u pravcu ose obrtanja i radijalno u odnosu na taj pravac.

Do tražene visine tečnost stiže zahvaljujući kombinaciji sile podizanja i centrifugalne sile. Put vode kroz radno kolo je pod uglom manjim od 90°. Ove pumpe se mogu konstruisati kao višestepene, ako postoji potreba za višim podizanjem vode. Slično aksijalnim pumpama, voda može ulaziti i izlaziti aksijalno iz pumpe, ili se radno kolo može smestiti u spiralno kućište, pa tada voda iz pumpe izlazi radijalno. Ovaj tip pumpe koristi se za male kapacitete ili za velike kapacitete gde spiralno kućište omogućava rad s manjim visinama.

Radijalne centrifugalne pumpe

Presek jednostepene radijalne centrifugalne pumpe

Kod radijalnih mašina, kretanje fluida je usmereno od ose obrtanja ka periferiji radnog kola. U ovim mašinama predaje se veća količina energije jedinici mase fluida, ali se postižu manji protoci u odnosu na ostale turbomašine.

Pritisak koji je potreban u radnom kolu ovih pumpi se proizvodi samo centrifugalnim silama. Voda se kreće pod normalnim uglom u odnosu na osovinu pumpe. Posebne konstrukcije takvih pumpi imaju nezačepljiva radna kola pa su pogodne za pumpanje otpadnih voda. Ovaj tip pumpe se koristi za male dobavne količine i u slučajevima kad je poželjna suva ugradnja.

Pogon

Pumpe se pokreću na razne načine. U početku su bile pokretane ručno ili snagom teglećih životinja. Danas većinu pokreću elektromotorni pogon ili pogon motorom sa unutrašnjim sagorievanjem. Iako ređe, postoje i pumpe pokretane vetrenjačom.

Upotreba

Pored elektromotora, pumpe su danas najčešće upotrebljavane mašine. Primenjene su u različitim tehnološkim konstrukcijama, kako u fabrikama i većim postrojenjima, tako i u skoro svakom domaćinstvu. Najpoznatije primene pumpi u domaćinstvu su kod veš mašina koje im služe da bi vodu iz uređaja izbacite napolje, u sistemu dovoda pitke vode u domaćinstva, u sistemu kanalizacije. Svaki automobil, brod, avion, ima pumpe. To su pumpe rashladne vode, pumpe ulja, pumpe goriva, pumpe servo uređaja, itd. Veliki broj industrijskih pogona ima pumpe koje služe za razne namene. U poljoprivredi se koriste pumpe za navodnjavanje, u rudarstvu pumpe za crpljenje vode iz rudnika, itd.

Pumpe javnog vodovoda

Glavni članak: Ručna pumpa

Arapski prikaz klipne pumpe, od Badiuzaman Džazarija, v. 1206.

Prvi evropski prikaz klipne pumpe, od Takoli, oko 1450.

Navodnjavanje je u toku ekstrakcijom pomoću pumpe direktno iz Gumtija, koji se vidi u pozadini, u Komili, Bangladeš.

Jedna vrsta pumpe koja je nekada bila uobičajena širom sveta bila je pumpa za vodu na ručni pogon, ili „pumpa za vrč“. Obično je bila postavljena nad zajedničkim bunarom za vodu u vreme pre snabdevanja vodom cevovodima.

U delovima Britanskih ostrva često se zvala parohijska pumpa. Iako takve pumpe u zajednici više nisu uobičajene, ljudi i dalje koriste izraz parohijska pumpa za opisivanje mesta ili forum na kojem se raspravlja o pitanjima od lokalnog interesa.

Minimalna zaštita protoka

Većina velikih pumpi ima zahtev za minimalnim protok ispod kojeg se pumpa može oštetiti pregrevanjem, habanjem radnog kola, vibracijama, kvarom zaptivke, oštećenjem pogonskog vratila ili lošim performansama. Sistem zaštite minimalnog protoka osigurava da pumpa ne radi ispod minimalnog protoka. Sistem štiti pumpu čak i ako je isključena ili neaktivna, odnosno ako je ispusni vod potpuno zatvoren.

Najjednostavniji sistem minimalnog protoka je cev koja ide od potisnog voda pumpe nazad do usisnog voda. Ovaj vod je opremljen sa pločom koja ima otvor takve veličine da omogući minimalni protok pumpe da prođe. Aranžman osigurava održavanje minimalnog protoka, iako je rasipan, jer reciklira tečnost čak i kada protok kroz pumpu premašuje minimalni protok.

Sofisticiraniji, ali skuplji sistem (pogledajte dijagram) sadrži uređaj za merenje protoka (FE) pri pražnjenju pumpe koji daje signal u kontroler protoka (FIC) koji aktivira ventil za kontrolu protoka (FCV) u liniji za reciklažu. Ako izmereni protok premašuje minimalni protok, FCV se zatvara. Ako izmereni protok padne ispod minimalnog protoka, FCV se otvara da održi minimalni protok.

Kako se tečnosti recikliraju, kinetička energija pumpe povećava temperaturu tečnosti. Za mnoge pumpe ova dodatna toplotna energija se rasipa kroz cevovod. Međutim, za velike industrijske pumpe, kao što su pumpe za cevovode za naftu, u reciklažnoj liniji je obezbeđen hladnjak za reciklažu za hlađenje fluida do normalne temperature usisavanja. Alternativno, reciklirani fluidi se mogu vratiti uzvodno od hladnjaka za eksport u rafineriju nafte, naftni terminal ili instalaciju na moru.

Literatura

• Australian Pump Manufacturers' Association. Australian Pump Technical Handbook, 3rd edition. Canberra: Australian Pump Manufacturers' Association, 1987. ISBN 0-7316-7043-4.
• Hicks, Tyler G. and Theodore W. Edwards. Pump Application Engineering. McGraw-Hill Book Company.1971. ISBN 0-07-028741-4
• Karassik, Igor, ur. (2007). Pump Handbook (4 izd.). McGraw Hill. ISBN 9780071460446. 
• Robbins, L. B. "Homemade Water Pressure Systems". Popular Science, February 1919, pages 83–84. Article about how a homeowner can easily build a pressurized home water system that does not use electricity.
• „Handpumps”. WaterAid. Pristupljeno 2010-11-01. 
• Hill, Donald Routledge (1996). A History of Engineering in Classical and Medieval Times. London: Routledge. str. 143. ISBN 978-0-415-15291-4. 
• Greenhill, Alfred G. (1894). A Treatise on Hydrostatics. London: Macmillan and Co. str. 363. 
• „Water lifting devices”. Fao.org. Pristupljeno 2013-12-31. 
• Oertling, Thomas J. (1996). Ships' bilge pumps: a history of their development, 1500-1900 (1st izd.). College Station, TX: Texas A&M University Press. str. 74. ISBN 9780890967225. 
• Catalogue 'A' of Pumps and Hydraulic Machinery. Seneca, NY: The Goulds Manufacturing Co. 1900. str. 146. hdl:2027/nyp.33433066398425. 
• Merchant, F.W.; Chant, C.A. (1911). The Ontario High School Physics. Toronto: Copp, Clark Co. Ltd. str. 127. 
• Bale, M. Powis (1901). Pumps and Pumping (4th izd.). London: Crosby, Lockwood & Son. str. 46. 
• Bale, M. Powis (1901). Pumps and Pumping (4th izd.). London: Crosby, Lockwood & Son. str. 45. 
• Oertling, Thomas J. (1982). „The chain pump: an 18th century example”. International Journal of Nautical Archaeology. 11 (2): 113—124. doi:10.1111/j.1095-9270.1982.tb00066.x. 
• Sami (1901). Remove Air From Water pumps (4th izd.). Lahore: Sami. str. [1]. 
• „Implementation • Handpump Technology - Rural Water Supply Network”. 
• „Implementation • Handpump Technology - Rural Water Supply Network”.