Pumpa

Pumpa^[1] (njem. Pumpe < srednjoniz. pompe < španj. bomba: brodska crpka), crpka ili sisaljka jest naprava ili stroj za prijenos (transport) kapljevine, odnosno njezinu dobavu na višu razinu ili u područje višega tlaka. Prijenos kapljevine pumpa obavlja usisavajući je kroz usisni cjevovod, u radnom joj dijelu povećava ukupnu mehaničku energiju (brzinu, tlak, ili oboje) i potom ispušta kroz tlačni cjevovod.^[2]

Ručna stapna sisaljka

Mala pumpa ili crpka na električni pogon

Warman centrifugalna pumpa

Prikaz tipičnog modernog injektora

Aksijalna turbopumpa za industrijsku upotrebu

Lamelna pumpa

Zupčasta pumpa

Vijčana pumpa

Moderni Arhimedovi vijci su i danas u upotrebi. U Nizozemskoj se ponegdje rabe za isušivanje.

Povijest

Prve naprave za dobavu vode s niže na višu razinu bile su kola s vjedricama, koja su se u starom Egiptu rabila pri natapanju. Prvu je vijčanu pumpu 200. pr. Kr., prema predaji, izmislio Arhimed (Arhimedov vijak), a u isto je doba starogrčki izumitelj Ktesibije Aleksandrijski izradio dvocilindričnu stapnu crpku za gašenje požara. Leonardo da Vinci i Galileo Galilei dali su svoj doprinos razvoju stapnih pumpā, a talijanski inženjer Agostino Ramelli (1531. – 1600.) konstruirao je 1588. preteču današnjih rotacijskih lamelnih pumpā. Rudarski majstori i inženjeri bili su vođeni iskustvom. Oni su opazili da pumpa ne vuče ako je cijev duža od 10 metara. Da bi ipak isisali vodu iz dubokih rudnika, stavili su pumpe na više katova, što se može vidjeti u Agricolinoj knjizi "De Re Metalica". Veliki kotač pokreće čitav mehanizam pumpa i tako crpi vodu iz rudnika; kotač pokreće najjeftinija snaga - voda. Prošlo je mnogo desetljeća dok ova praksa nije teoretski objašnjena. Korištene su i za opskrbu gradova vodom. Prvu parnu pumpu patentirao je u Engleskoj 1698. Thomas Savery (1650. – 1715.), a Thomas Newcomen (1663. – 1729.) znatno ju je poboljšao 1711. uvođenjem cilindra sa stapom što ga je pokretala para, te spajanjem stapajice parnog i pumpnoga stapa ozibnom polugom. Uz poboljšanja engleskog inženjera Johna Smeatona (1724. – 1792.), takve su se pumpe sve do sredine 19. stoljeća u Engleskoj, Francuskoj i Njemačkoj upotrebljavale za rudnička pumpna postrojenja i za opskrbu gradova pitkom vodom. Prvu turbopumpu, gotovo neupotrebljivu za praktične primjene, napravio je 1732. Kernelien Le Demour, a prva takva pumpa, u osnovi jednaka današnjima, bila je takozvana pumpa Massachusetts, izrađena u Bostonu 1818. Isprva su te pumpe bile pokretane parnim strojem, a od kraja 19. stoljeća i elektromotorom, te su ubrzo zamijenile stapne pumpe u gotovo svim područjima primjene. Danas se pumpe upotrebljavaju za različite namjene, pa su među strojevima po zastupljenosti odmah iza elektromotora.

Vrste

Prema načinu rada, razlikuju se dinamičke i volumenske pumpe.

Dinamičke pumpe

Dinamičke pumpe imaju komoru koja je stalno ispunjena kapljevinom, a neprestano je povezana s usisnim i tlačnim vodom.

Turbopumpe

Turbopumpe su najznačajnije dinamičke pumpe. Sastoje se od kućišta (stator) u kojem je smješteno radno kolo s lopaticama (rotor) pogonjeno elektromotorom, rjeđe motorom s unutarnjim izgaranjem ili parnom turbinom. Okretanjem rotora dolazi do strujanja kapljevine; prema izvedbi rotora i smjeru strujanja u njem, turbopumpe mogu biti radijalne (centrifugalne), dijagonalne ili aksijalne. Služe za dobavu svih vrsta kapljevina u vodoopskrbnim i energetskim postrojenjima, kemijskoj industriji, u rashladnim uređajima i sustavima centralnoga grijanja i drugo. Kako bi se dobavna visina pumpe povećala, koristi se višestupanjska pumpa s više jednakih stupnjeva spojenih u seriju. Osim turbopumpa postoji više tipova dinamičkih pumpa kojih se rad zasniva na posebnim hidrodinamičkim učincima.

Mlazne pumpe

Mlazne pumpe jednostavne su konstrukcije bez pokretnih dijelova, a kao pogonsko sredstvo služi mlaz fluida proizveden u nekoj drugoj pumpi, kompresoru ili generatoru pare; takve su pumpe na primjer ejektor ili injektor.

Uzgonske pumpe

Rad uzgonske pumpe (mamutska pumpa) zasniva se na razlici gustoće vode i gustoće mješavine vode i zračnih mjehurića koji se u nju dovode uz pomoć kompresora.

Udarne pumpe

Rad udarne pumpe ili hidrauličkog ovna zasniva se na periodičkim hidrauličkim udarima nastalima automatskim otvaranjem i zatvaranjem dvaju ventila zbog promjena tlaka u sustavu.

Pitotova pumpa

Pitotova pumpa dobavlja kapljevinu pretvarajući u Pitotovoj cijevi kinetičku energiju kapljevine u statički tlak. Obodna pumpa služi za dobavu male količine kapljevine na veliku visinu.

Magnetohidrodinamičke pumpe

Magnetohidrodinamička pumpa prenosi rastaljene metale i kapljevine velike električne provodnosti koristeći se magnetskim poljem proizvedenim električnom strujom.

Volumenske ili volumetrijske pumpe

Volumenske ili volumetrijske pumpe zasnivaju se na periodičkim promjenama obujma radnoga prostora što ga zauzima kapljevina, a koji se naizmjenično povezuje s usisnim i tlačnim cjevovodom. Te se pumpe dijele na translacijske i rotacijske.

Translacijske pumpe

Translacijske pumpe mogu biti stapne (stapna sisaljka) ili membranske; pravocrtnim gibanjem stapa ili deformacijom membrane mijenja se obujam radne komore ili cilindra, odvojenih ventilima od usisnog i tlačnoga cjevovoda. Kapljevina oplakuje radni dio samo s jedne, ili s obje strane, pa postoje jednoradne i dvoradne pumpe, a ovisno o broju cilindara one su jednocilindrične i višecilindrične.

Rotacijske pumpe

Rotacijske pumpe ostvaruju periodičku promjenu obujma cilindričnoga radnog prostora rotacijom ekscentrično postavljenoga rotora.

Lamelne pumpe

Kod lamelnih pumpa radni prostor unutar kućišta podijeljen je lamelama na odjeljke; pri vrtnji rotora kapljevina iz usisnoga cjevovoda ulazi u prazne odjeljke, a ona iz punih biva potiskivana u tlačni cjevovod.

Zupčaste pumpe

Kod zupčastih pumpa dva su zupčanika smještena u radnom prostoru, a do promjene njegova obujma dolazi ulaskom zuba jednoga zupčanika u međuzublje drugoga.

Pumpe s rotirajućim krilima

Istovjetno kao zupčaste pumpe rade i pumpe s rotirajućim krilima (stapovima), ali su im rotirajući dijelovi drugačijeg oblika.

Vijčane pumpe

Vijčane pumpe imaju radni dio u obliku vijka, rotacijom kojega dolazi do periodičke promjene obujma prostora što ga on zatvara s unutrašnjom stijenkom cilindričnoga kućišta. (na primjer Arhimedov vijak).

Snaga pumpe

Korisna snaga P_k (u vatima ili W) potrebna za dizanje tekućine na visinu h (u metrima ili m) jest:

${\displaystyle P_{k}=m\cdot g\cdot h}$

pri čemu je m masa tekućine u kilogramima (kg), koja se diže u jednoj sekundi (s) ili maseni protok, a g je ubrzanje zemljine sile teže. Međutim, zbog trenja u mehanizmu utrošena snaga P_i mora biti veća od korisne snage P_k. Omjer između korisne i utrošene snage zove se mehanički stupanj iskoristivosti pumpe η, to jest:

${\displaystyle \eta ={\frac {P_{k}}{P_{i}}}}$

pa je utrošena snaga P_i (W):^[3]

${\displaystyle P_{i}={\frac {P_{k}}{\eta }}={\frac {m\cdot g\cdot h}{\eta }}}$

Upotreba

pumpe su uz elektromotor najčešće upotrebljavani strojevi danas. Možemo ih naći svuda oko nas, a i u skoro svakom domaćinstvu. U domaćinstvu pumpu imaju perilice rublja i suđa, koje im služe da bi vodu iz uređaja izbacile vani. Sustav dobave pitke vode u domaćinstva također ima pumpe, ali to su veće pumpe koje su ugrađene u sustave. I sustav kanalizacije mora ih imati da bi mogao raditi. Svaki automobil, brod, avion, ukratko svako prijevozno sredstvo ima pumpe. To su pumpe rashladne vode, pumpe ulja, pumpe goriva, pumpe servo uređaja i tako dalje. Veliki broj industrijskih pogona ima također pumpe koje služe za razne namjene. U poljoprivredi tu su pumpe za natapanje, u rudarstvu pumpe za crpljenje vode iz rudnika.