کوپلینگ پمپ چیست و انواع آن کدامند؟

کوپلینگ پمپ (Pump Coupling) عبارت است از قطعه ای که برای اتصال محور دوار پمپ به محور دوار موتور استفاده می‌شود و کمک می‌کند تا موتور نیرو را به طور موثرتری به پمپ منتقل کند. انواع مختلفی از کوپلینگ پمپ آب وجود دارد که عبارتند از کوپلینگ صلب، انعطاف پذیر و مغناطیسی. Coupling صلب، قدرت موتور را با توان بسیار بیشتری به پمپ انتقال می‌دهد. Coupling انعطاف پذیر برای زمانی که محور پمپ با محور موتور دقیقاً هم راستا نباشد، استفاده می‌شود. در Couplingهای مغناطیسی شفت وجود ندارد و ارتباط محورها (محور موتور و پمپ) با آهنربا برقرار می شود. ایجاد ایمنی و اطمینان در عملکرد صحیح پمپ و موتور، از مزیت های کوپل کردن پمپ با موتور است.

کوپلینگ پمپ چیست؟

کوپلینگ عضوی است که نیروی محرکه را از موتور به پمپ انتقال می‌دهد و در واقع قطعه ای است که شفت موتور را به شفت پمپ اتصال می‌دهد. با اتصال دو شفت به یکدیگر گشتاور از موتور به پمپ منتقل می‌گردد. استفاده از پمپ آب زمانی امکان پذیر است که انرژی الکتریکی از طریق منبع تغذیه به موتور الکتریکی منتقل گردیده و از طریق چرخش روتور به نیروی مکانیکی تبدیل می‌شود. به دلیل اینکه شفت موتور و پمپ به هم متصل هستند، با چرخش روتور، پروانه پمپ نیز به گردش در می‌آید و عملیات پمپاژ آغاز می گردد. کوپلینگ علاوه بر اینکه دو محور (شفت) را به هم متصل می‌کند، در صورتی که محورها هم راستا نباشند این مشکل را برطرف می‌کند. همچنین، ارتعاشات و لرزش شفت را بدون انتقال یا افزایش حرارت برطرف می‌کند.

آنچه امکان بهره گیری از پمپ ها را فراهم می‌نماید، موتور الکتریکی است که می بایست به پمپ متصل شود و انرژی الکتریکی لازم را به پمپ انتقال دهد. انواع مختلفی از پمپ از جمله پمپ گریز از مرکز، پمپ فشار قوی و البته پمپ شناور وجود دارند که امروزه بیش از پیش انتقال و پمپاژ سیال را برای مصرف کنندگان آسان نموده اند. از این رو تامین انرژی الکتریکی برای راه اندازی و در نتیجه کارکرد انواع پمپ آب اهمیت زیادی دارد. کوپلینگ ها بین انواع پمپ و موتورهای مربوط به آنها قرار گرفته و وظیفه دارند قدرت را موتور به پمپ منتقل کنند.

برای کارهای سنگین، توان بالا و استفاده مداوم، پمپ‌های کوپل شده نزدیک یا کوتاه (close coupled pumps) چندان در اولویت نیستند! زیرا فشار بیشتری بر یاتاقان‌های معمولی وارد می‌شود. برای کاربردهای سنگین تر، پمپ های کوپل شده طویل (long coupled pumps) مناسب تر هستند. زیرا پمپ و موتور روی محورهای خود نصب می‌شوند وتوسط یک کوپلینگ از هم جدا شده‌اند. به این ترتیب، یاتاقان‌های هر بخش (پمپ و موتور) بخشی از فشار را دریافت می‌کنند، به این ترتیب، طول عمر قطعات مکانیکی را افزایش می‌دهند.

کوپلینگ علاوه بر پمپ ها، در مورد الکتروموتورها نیز استفاده می شود. مثالی از این مورد، کوپل کردن الکتروموتور مشعل محرک غیر مستقیم است.

 

انواع کوپلینگ پمپ

در سیستم های پمپاژ به طور معمول حالت شفت بین پمپ و محرک آن نسبت به یکدیگر دو حالت است و شامل شفت مشترک و شفت مستقل می گردد که در این تقسیم بندی می توان به انواع کوپلینگ پمپ آب اشاره کرد.

• شفت مشترک: در حالتی که شفت بین پمپ و موتور مشترک است، در واقع شفت الکتروموتور امتداد پیدا کرده و پروانه بر روی این شفت امتداد یافته قرار می گیرد. در این سری از پمپ ها که شفت بدون هیچ برش بین پمپ و موتور قرار می گیرد نیاز به استفاده از coupling نیست و به دلیل اشتراکی بودن شفت نیاز به هم راستا شدن دو شفت وجود ندارد چرا که تنها یک شفت بین دو بخش به کار گرفته شده است. در واقع اکثریت پمپ های خطی در سیستم پمپاژ با شفت مشترک تهیه می شوند.
• شفت مستقل: همانطور که می توانید حدس بزنید، بر خلاف شفت مشترک، در این حالت هم موتور و هم پمپ دارای شفت مستقل از یکدیگر می باشند و نیاز است این دو شفت مشترک به هم متصل شوند. در صنعت اکثر پمپ های به کار گرفته شده از نوع شفت مستقل می باشند. آنچه منجر به انتقال نیروی محرکه از موتور به پمپ می شود کوپلینگ پمپ است.

انواع کوپلینگ پمپ آب

کوپلینگ پمپ انواع مختلفی دارد که در یک دسته بندی اصلی، به صورت زیر طبقه بندی می‌شوند:

1. کوپلینگ صلب (Rigid coupling)
2. کوپلینگ انعطاف پذیر (Flexible coupling)
3. کوپلینگ مغناطیسی (Magnetic coupling)

آنچه این دسته بندی را از هم متمایز می نماید ناشی از ساختمان داخلی این تجهیزات و نحوه کارکرد آنها می‌باشد. در coupling های صلب قابلیت هم راستا شدن شفت و محرک وجود ندارد اما در انواع انعطاف پذیر، اگر دو شفت با یکدیگر هم راستا نباشند، این مساله توسط کوپلینگ جبران و رفع می‌شود. هر یک از انواع نامبرده، در ادامه توضیح داده شده است. همچنین در جدول زیر می‌توانید تفاوت انواع کوپلینگ پمپ را ملاحظه نمایید.

1- coupling صلب برای پمپ

کوپلینگ های صلب، شفت های پمپ و موتور را بسیار محکم به هم متصل می‌کنند. این اتصال صلب و محکم، به کوپلینگ صلب اجازه می‌دهد تا توان بیشتری را نسبت به کوپلینگ های انعطاف پذیر با اندازه مشابه به پمپ منتقل کنند. مزیت دیگر Rigid couplingها، طراحی ساده تر و قیمت مناسب شان است. در کنار این مزیت ها، آن‌ها در حین کار پمپ، قادر به جذب هیچ گونه لرزش ناشی از کارکرد پمپ یا انبساط حرارتی نیستند.

خوب است بدایند که برای استفاده از کوپلینگ صلب، تجهیزات و دستگاه مد نظر باید دارای شفت های هم راستا باشد. اگر شفت پمپ و شفت موتور همراستا نباشند، امکان استفاده از این نوع کوپلینگ وجود ندارد. حتی اگر این غیر هم راستایی بسیار کوچک باشد باز هم به تجهیزات و یاتاقان ها آسیب وارد خواهد شد. بنابراین، برای شرایطی که این همراستایی باید بسیار دقیق و درست باشد، coupling های صلب پرکاربرد هستند. کوپلینگ های صلب در دو نوع تولید می‌شوند که عبارتند از:

• کوپلینگ آستینی
• کوپلینگ فلنجی

اگر شفت‌های شما (شفت پمپ و شفت موتور) دقیقاً تراز باشند و در تراز جانبی و زاویه‌ای کامل قرار باشند، بدون نگرانی می‌توانید از Rigid coupling ها استفاده نمایید. کوپلینگ های صلب برای اتصال شفت های ماشین آلات استفاده می شود، جایی که مطلوب است شفت ها در تراز دقیق، انتقال گشتاور و رانش محوری (در صورت تمایل) حفظ شوند. از Rigid couplingها همچنین در پمپ های توربین عمودی و همچنین برخی از اتصال های پمپ و موتور که کوپل کوتاه است، رایج می‌باشد.

2- کوپلینگ انعطاف پذیر

در مورادی که نتوانیم موتور و پمپ را به طور دقیق در راستای هم قرار دهیم، از coupling انعطاف پذیر استفاده می کنیم. آنها برای کاربردهایی که درجاتی از ناهماهنگی اجتناب ناپذیر بین محورهای درایو و پمپ وجود دارد، ایده آل هستند. دیگر مزیت کوپلینگ های انعطاف پذیر این است که می‌توانند به خوبی ارتعاشات را جذب کنند. از این رو، برای کارکرد بی صدا، Flexible couplingها کارآمد هستند. این مزایا باعث شده است که کوپلینگ های انعطاف پذیر طراحی پیچیده‌تری داشته باشند و در نتیجه قیمت شان نیز بالاتر رود. با این حال، به دلیل آنکه کوپلینگ های انعطاف پذیر از شفت و یاتاقان‌ها در برابر آسیب و سایش زودرس محافظت می‌کنند، در طولانی مدت، برای شما صرفه اقتصادی خواهند داشت. در مورد پمپ های افقی و پایه با اتصال طولانی (long coupled pumps)، اغلب از Flexible coupling استفاده می‌شود.

در کوپلینگ پمپ هیدرولیک عوامل زیادی از هم راستا بودن این دو قسمت جلوگیری می‌کنند که شامل نصب، لرزش لوله ها، انبساط و انقباض تجهیزات در اثر تغییر دما و غیره می‌گردد. کوپلینگ انعطاف پذیر خود انواع مختلفی دارد که عبارتند از:

1. coupling دنده ای
2. coupling شبکه فلزی
3. coupling پنجره ای
4. couplingدیسکی فلزی
5. coupling الاستومتریک

2- 1- کوپلینگ دنده ای برای پمپ

عمل جبران عدم هم راستایی در کوپلینگ دنده ای توسط دو توپ با چرخ دنده هایی که روی آن ها قرار گرفته است برطرف می شود. سطح خارجی کوپلینگ دنده ای، دنده دار است و توسط یک بوش دندانه داخلی احاطه می شود. با گردش روتور چرخ دنده ها با هم درگیر شده و انتقال قدرت صورت می گیرد. با توجه به وجود چرخ دنده در این کوپلینگ ها، نیاز به روانکاری با روغن یا گریس وجود دارد.

2- 2- کوپلینگ شبکه فلزی

روی کوپلینگ محرک و پمپ شیارهایی افقی قرار دارد و شبکه های فلزی مابین این شیارها تعبیه شده اند تا عدم همراستایی را جبران نمایند. به عبارت بهتر آنچه این عدم همراستایی را جبران می کند همین شبکه های فلزی هستند که به صورت فنری تهیه شده و در حین چرخش دچار لغزش می شوند و به هم راستا شدن کمک می نمایند. یکی از مزایای کوپلینگ شبکه فلزی نصب این نوع از کوپلینگ هاست ولی باز هم برای این سری تجهیزات معیابی از جمله روانکاری کوپلینگ، محدودیت در سرعت و درجه حرارت دستگاه به هنگام کارکرد اشاره کرد.

2- 3- coupling پنجره ای

برای پمپ های کوچک از کوپلینگ پنجره ای استفاده می شود. انتهای کوپلینگ پنجره ای شبیه به پنجه است که قطعه ای لاستیکی در این بخش قرار دارد که وظیفه انتقال قدرت را به عهده دارد. بهره گیری از این نوع کوپلینگ در سرعت کم بسیار مناسب است ولی در سرعت های بالا به دلیل سایش و خوردگی در این قطعه لاستیکی امکان آسیب به الکتروپمپ وجود دارد و ارتعاشات در این مجموعه افزایش می یابد.

2- 4- کوپلینگ دیسکی فلزی

کوپلینگ دیسکی فلزی دارای صفحات فلزی است که مابین کوپلینگ قرار می گیرد و برای در کنار هم قرار گرفتن این صفحات از اتصالات پیچ و مهره ای بهره برده می شود. در صورتی که دو شفت هم راستا نباشند، با چرخش coupling پیچ ها دچار کشش و فشار و صفحات به صورت تناوبی تحت بار و عدم بار قرار می گیرند که روشی برای جبران این عدم هم راستایی است. یکی از مزیتهای اصلی این کوپلینگ عدم نیاز به روانکاری و وزن پایین این تجهیزات است. همچنین لازم به ذکر است برای این نوع از کوپلینگ ها تنظیم کردن اتصالات دشوار می باشد.

2- 5- coupling الاستومریک

کوپلینگ الاستومریک از دیگر انواع کوپلینگ های انعطاف پذیر است و شبیه به کوپلینگ پنجه‌ای می‌باشد. اما آنچه این دو را از هم متمایز می‌کند، این است که در الاستومتریک، گشتاور فقط با استفاده از اتصال استوانه‌ای و لاستیکی صورت می‌گیرد. کارکرد coupling الاستومتریک به صورت پیچشی و نرم بوده و قابلیت جذب شوک های ضربه ای را دارد. می‌توان به جذب ارتعاشات، عدم ساییدگی و خوردگی و نرم کارکردن کوپلینگ به هنگام انتقال گشتاور به عنوان مزیت های این نوع کوپلینگ و عدم بالانس بودن در سرعت های زیاد و مقاومت کم الاستومر نسبت به خوردگی و حرارت به عنوان عیوب این قطعه اشاره کرد.

کوپلینگ مغناطیسی پمپ

در کوپلینگ های مغناطیسی بجای شفت مکانیکی، موتور توسط یک آهنربا به پمپ جفت می‌شود. همین امر، ویژگی های خاصی به Magnetic couplingها می بخشد و مزایای خاصی برای شان به وجود می آورد. در پمپ‌های جفت شده مغناطیسی، یک شکاف هوایی کوچک بین آهنربا و موتور و پمپ وجود دارد. از آنجایی که تماس فیزیکی وجود ندارد، ناهماهنگی در امتداد شفت ها  و انبساط حرارتی مشکلی ایجاد نخواهد کرد. حتی با نبود سیل مکانیکی، احتمال نشتی وجود ندارد و پمپ محرک مغناطیسی برای جابجایی سیالات تهاجمی یا خطرناک ایده آل است.

Magnetic couplingها فقط برای مایعات تمیز مناسب هستند، زیرا وجود هر گونه ذره می‌تواند مشکل ساز باشد زیرا آنها به آهنربا می چسبند. آنها همچنین به شرایط عملیاتی شدید حساس هستند. اگر گشتاور بیش از حد از قابلیت های یک کوپلینگ مغناطیسی فراتر رود، مغناطیسی ها ممکن است جدا شوند و شفت پمپ بلغزد و باعث توقف شود. بنابراین، هنگام انتخاب یک کوپلینگ مغناطیسی، باید مطمئن شوید که با قدرت سیستم هماهنگ است.

مزایای کوپل کردن پمپ و موتور

یکی از مزیت های مهم کوپل کردن پمپ و موتور با یکدیگر این است که از سایش و خرابی زودرس و آسیب به موتور و پمپ پیشگیری می شود.

• جذب بارهای ضربه ای.
• اجازۀ تنظیم محوری.
• میرایی ارتعاش در Couplingهای انعطاف پذیر.
• عدم وجود ارتعاش در Couplingهای مغناطیسی.
• ایجاد هماهنگی بین شفت پمپ با شفت موتور.
• سرعت و سهولت نصب و نگهداری.
• ایجاد ایمنی و اطمینان در عملکرد صحیح پمپ و موتور.

نکات فنی در مورد کوپلینگ پمپ

هنگام انتخاب کوپلینگ معمولاً اطلاعات فنی زیر مورد نیاز است:

• اسب بخار منتقل شود.
• سرعت عمل
• ناهماهنگی زاویه ای
• ناهماهنگی افست
•  محدودیت در اتصال نیروهای تولید شده
• دمای محیط
• محدودیت فضا
• گردش (حرکت) محوری

پرسش های متداول پیرامون کوپلینگ پمپ

1. کوپلینگ پمپ به چه معناست؟ زمانی که از کوپلینگ پمپ صحبت می شود منظور قطعه ای است که دو بخش با شفت مستقل را با یکدیگر وصل نموده و وظیفه انتقال گشتاور از موتور به پمپ را به عهده دارد.
2. کار کوپلینگ پمپ چیست؟ کوپلینگ پمپ قطعه ای است که الکتروموتور را به پمپ متصل می نماید. در واقع پمپ به خودی خود بدون دریافت نیروی مکانیکی لازم قابلیت راه اندازی و فعالیت ندارد و از این رو موتور با استفاده از کوپلینگ پمپ به پمپ متصل می شود.
3. وظیفه کوپلینگ پمپ چیست؟ علاوه بر اینکه کوپلینگ پمپ قابلیت تامین گشتاور مورد نیاز پمپ را دارد بلکه می تواند از لرزش شفت و افزایش درجه حرارت شفت و مجموعه پمپاژ جلوگیری نماید و همچنین می بایست اشاره نماییم که قطعه ای است برای هم راستا نمودن شفت پمپ و موتور زمانی که نسبت به هم دارای خطا و لغزش هستند.
4. برای پمپ کوچک از چه نوع coupling پمپ بهره برده می شود؟ از آنجایی که پمپ کوچک است و سرعت کمی دارد استفاده از پنجره ای بسیار رایج است ولی می بایست اشاره نماییم که در سرعت بالا احتمال سایش در اجزای کوپلینگ افزایش و بروز آسیب به coupling و مجموعه غیر قابل پیش بینی نیست.