اساس کار پمپ چگونه است؟

چکیده: این مقاله روشی را برای پیش‌بینی رفتار دینامیکی سیالات یک پمپ دنده‌ای در محدوده عملکرد آن ارائه می‌کند. پارامترسازی کامل پمپ از طریق آزمایش‌های استاندارد انجام شد و از این پارامترها برای ایجاد یک مدل نمودار پیوند برای شبیه‌سازی رفتار واحد استفاده شد. این مدل به صورت تجربی تحت شرایط کاری در آزمایش‌های صحرایی تأیید شد.
برای انجام این کار، از پمپ برای به حرکت درآوردن حرکات کمکی یک ماشین حفاری استفاده شد و داده‌های تجربی با یک شبیه‌سازی رفتار حجمی در شرایط مشابه مقایسه شدند.
هدف این مقاله توصیف روشی برای توصیف هر پمپ هیدرواستاتیکی به عنوان یک مدل “جعبه سیاه” است که رفتار آن را در هر شرایط عملیاتی پیش‌بینی می‌کند. تازگی این روش بر اساس مطابقت بین تغییرات پارامترها و تغییرات داخلی واحد هنگام کار در شرایط واقعی، یعنی خارج از یک میز آزمایش است.

چالش واحدهای هیدرواستاتیکی با مشخصه دینامیکی سیال بیش از نود سال پیش آغاز شد و همچنان یک حوزه تحقیقاتی ارزشمند و پیشرفته است. چندین محقق به طور قابل توجهی در این زمینه مشارکت داشته اند که آثار ویلسون [1]، اج [2] و ایوانتیسینوا [3] نمونه های بسیار خوبی هستند. مطالعات متعددی با پمپ های دنده ای [4] و ماشین های ژروتور [5] انجام شده است.
خصوصیات دینامیکی سیالات باید بر اساس آزمایش واحد هیدرواستاتیک باشد تا عملکرد ثابت آن (بازده حجمی و مکانیکی)، ویژگی‌های ناپایدار (ریپل جریان و امپدانس منبع)، تولید نویز و قابلیت اطمینان آن مشخص شود. نویسندگان تجربیات خود را در این زمینه در بیست سال گذشته جمع آوری کرده اند [6،7]. بررسی متون علمی حجم زیادی از کار را در این زمینه نشان می‌دهد که با استفاده از مدل‌های مختلف، شبیه‌سازی‌های عددی و تکنیک‌های تجربی، به منظور توصیف رفتار پمپ دنده‌ای از دیدگاه‌های مختلف دنبال شده است [8،9].
از نظر وضعیت فعلی پمپ‌های دنده‌ای خارجی در زمینه تحقیقاتی، دو موضوع وجود دارد که تلاش‌های عمده بر روی آنها متمرکز شده است: ارزیابی کارایی و ارزیابی تریبولوژیکی. با توجه به ارزیابی کارایی، Batarra و Mucchi [10] یک کمپین آزمایشی جامع را انجام دادند که منجر به ارزیابی قابل اعتمادی از جمعیت پمپ ها بر اساس یک رویکرد آماری، به جای یک نمونه پمپ منفرد شد.
روش آزمایشی در امکانات آزمایشگاهی و نه در شرایط کار در مزرعه انجام شد. زردین و همکاران [11] مدلی را توصیف می کند که موقعیت چرخ دنده ها را در تلفات، اصطکاک و نشتی ویسکوز در طول فرآیند مش بندی در نظر می گیرد. نتایج مدل تطابق خوبی را با واحد تجاری آزمایش شده نشان می‌دهد، اگرچه شرایط عملیاتی سخت، مانند فشار بالا در طول آزمایش‌های ماشین در میدان را در نظر نمی‌گیرد.
با توجه به ارزیابی تریبولوژیکی، سایش و وضعیت تخریب آن در یک پمپ دنده ای خارجی توسط Guo و همکارانش ارزیابی شده است. [12]. نویسندگان ثابت کردند که سرعت جریان آنی پمپ دنده ای به تدریج کاهش می یابد، هنگامی که فاصله سایش افزایش می یابد و ویژگی‌های تخریب را ارائه کردند.

علاوه بر این، فشار بالا سایش داخلی پمپ را تسریع می کند. در یک کار بسیار اخیر، کازولی و همکاران. [13] با توجه ویژه به تأثیر ایجاد گودی در کوپلینگ های روغن کاری شده پمپ های هیدرولیک، کارایی سطوح بافت دار را تجزیه و تحلیل کرد.
در نتیجه، خواص تریبولوژیکی بهبود می یابد. در طول سال‌ها، تحقیقات عددی زیادی در مورد پدیده‌هایی با طبیعت‌های مختلف که در داخل یک پمپ دنده‌ای رخ می‌دهند، انجام شده است و عملکرد آن را تعیین می‌کند. در بررسی گسترده انجام شده توسط Rundo [14]، خلاصه ای از روش های مختلف مورد استفاده در شبیه سازی جریان تولید شده توسط ماشین های چرخ دنده نشان داده شده است.
استفاده از تکنیک‌های دینامیک سیالات محاسباتی دوبعدی و سه‌بعدی (CFD) برای ارزیابی تلفات حجمی و تلفات اصطکاک در هندسه‌های پیچیده نشان‌دهنده تلاش فراوانی است که برای استفاده از مدل‌های شبیه‌سازی برای طراحی و بهینه‌سازی این نوع ماشین‌ها انجام شده است. با این حال، تأیید تجربی مدل‌های عددی اغلب در شرایط آزمایشگاهی انجام می‌شود که ارتباط چندانی با شرایط کار در یک ماشین واقعی ندارد.

این سوال دیگر مربوط به این نیست که آیا مدل اعتبار سنجی شده است یا خیر، بلکه به این بستگی دارد که در چه شرایطی این اعتبارسنجی انجام شده است.
بنابراین، هدف اصلی این کار پرداختن به عدم اعتبارسنجی تجربی مدل‌های تلفات اعمال شده برای پمپ‌های جابجایی مثبت در شرایط واقعی است. برای انجام این کار، آزمایش‌هایی بر روی یک پمپ دنده‌ای خارجی که در شرایط عملیاتی در یک دکل حفاری کار می‌کرد، انجام شد.
در این نوع ماشین ها از مدار هیدرولیک باز مجهز به پمپ پیستونی بار سنج هم برای درایوهای پرقدرت و هم برای درایوهای کمکی استفاده می‌شود. استفاده از یک پمپ دنده ای خارجی برای هدایت دومی امکان استفاده از بلوک کنترل ساده تری را فراهم می‌کند.