Differenciáldugattyús nyomásfokozók és szivattyúk

A sűrített levegőt kompresszorokkal állítjuk elő. Talán meglepő, de sűrített levegővel kompresszorokat is működtethetünk. Gázok nyomásának fokozásán kívül, sűrített leve-gővel vagy más gázzal hajtott differenciáldugattyús készülékekkel gázokat, folyadékokat szivattyúzhatunk, nyomásukat emelhetjük. Ilyen berendezésekkel nyomáspróba készü-lékeket, vegyi anyag befecskendezőket és hasonló rendszereket építhetünk akár 5000 bar nyomásig.

Alapelv

Az itt bemutatott kompresszorok, szivattyúk és folyadék nyomásfokozók alapeleme egy rendkívül egyszerű differenciáldugattyús szerkezet. (1. ábra) Az elemi fizikai elvet nem kell magyarázni, a felületetekkel fordítottan arányos a nyomás. Természetesen a két felület azonos is lehet, ilyenkor a nyomások is azonosak a két oldalon, de például az egyiken sűrített levegő, a másikon agresszív vegyi anyag lehet a közeg.

Ezt az elvet felhasználva lehetőség nyílik olyan eszközök elkészítésére, amelyekkel egysze-rűen sűríthetünk, szivattyúzhatunk gázokat vagy folyadékokat sűrített levegő, más gáz vagy akár folyadék, mint hajtóközeg használatával. Az 1. ábrán az 1 jelű térbe vezetjük az egyik közeget, ez a hajtóoldal (expanziós dugattyús motor), a 2 jelű térbe pedig a szivattyúzandó vagy sűrítendő gázt, vagy a továbbítandó folyadékot, pasztát stb.

A hajtógáz leggyakrabban sűrített levegő, ami minden ipari üzemben rendelkezésre áll. A szállított, sűrített munkaközeg bármilyen gáz, folyadék illetve viszkózus anyag lehet. Például levegő, földgáz, oxigén, SF6, nitrogén, széndioxid, folyékony PB gáz, oxigén, ragasztó, salét-romsav és így tovább.

A két oldal közötti felület illetve nyomásviszony elvileg bármekkora lehet, az elérhető nyomásoknak illetve szállított mennyiségeknek csak a szilárdságtani határok és a még elvisel-hető méretek szabnak határt. Sorozatban gyártott differenciáldugattyús szerkezetek folyadékoknál mintegy 5000 bar-ig, gázoknál 1500 bar-ig vannak.

Gyakorlati kivitelek

Amennyiben a differenciáldugattyút kiegészítjük szelepekkel, expanziós dugattyús motor – szivattyú/kompresszor egységet kapunk (2.ábra). Az ábra felső részén elhelyezkedő dugattyút folyadékkal, levegővel vagy más sűrített gázzal megtápláljuk, felváltva a felső illetve az alsó teret. Egy tolattyús szelep határozza meg, hogy a dugattyú melyik oldalára hat a működtető közeg nyomása. Ettől függően a dugattyú le és fel fog mozogni. A dugattyút egy rúd köti ösz-sze egy általában kisseb felületű dugattyúval, amely a folyadékot vagy gázt fogja szállítani úgy, hogy a bal oldali ágon beszívja, majd a jobboldali ágon kinyomja az önműködő szívó és nyomószelepeken keresztül.

A továbbiakban az egyszerűség végett hajtóközegként mindig sűrített levegőt, szivattyúzott közegként pedig folyadékot tételezünk fel, de mint említettük mindkét szerepben bármely viszkózus anyag lehet.

Egyfokozatú kétszeres működésű szivattyú

Az első lépésben a levegő oldali dugattyú (3. ábrán felül) a dugattyú alá beáramló levegő ha-tására felfelé mozog.
Így a folyadék oldalon a dugattyútérben csökkenő nyomás hatására a szívóoldali szelep kinyit és a folyadék beáramlik a hengertérbe. Mikor a levegő oldali dugattyú eléri a felső végállást a tolattyús szelep átvált és a működtető dugattyút az alsó végállás felé indítja. Ebben a második lépésben (4. ábra) a folyadék oldali dugattyú térben túlnyomás keletkezik és a nyomó oldali szelep kinyit, így a folyadék távozik a folyadékoldali dugattyútérből. Mikor a dugattyú eléri az alsó véghelyzetet a tolattyús szelep ismét átvált. Ekkor az egész ciklus megismétlődik.

Nyilvánvaló, hogy a hajtó és a hajtott dugattyú felületeinek arányában tudunk nyomást fokoz-ni, tehát gázt sűríteni vagy folyadék nyomását növelni.
Itt említjük meg az ilyen szerkezetek konstrukciójukból fakadó néhány fontos előnyét:

• Egyszerűen, fokozatmentesen változtathatjuk a kilépő nyomást a hajtólevegő nyomásának szabályozásával, ami egyszerű nyomásszabályozóval kivitelezhető.
• A hajtólevegő fojtásával, egy egyszerű szeleppel a sebesség, ezzel a folyadékszállítás fokozatmentesen változtatható nullától a maximumig. Másik szállításszabályozási mód, ha állítható lökethatárolóval beállítjuk a lökethosszat.
• A szivattyú indítása és leállítása rendkívül egyszerűen megoldható, csak egy kézi vagy vezérelt hajtólevegő oldali szelepet kell beépíteni.
• Dugattyús, szelepes szerkezetről lévén szó, nincs visszaáramlás, mert a nyomóoldali szelep visszacsapó szelepként is funkcionál.
• A felületarányból adódóan a nyomóoldali maximális nyomás elérésekor a működés le-áll, nem szükséges a berendezést kikapcsolni.
• A nem változó lökettérfogat rendkívül pontos adagolást tesz lehetővé pl. vegyi anyagoknál, keverésnél.
• Robbanásveszélyes térben is alkalmazható.

Kettős működésű szivattyú

Ez abban különbözik az előzőtől, hogy két folyadéktere van (5.ábra) alul és felül. Működés közben amíg az egyik folyadékoldalon a szívóütem addig a másikban nyomóütem játszódik le azonos időben. Vegyük észre ennek a kialakításnak a többféle alkalmazási lehetőségét. Ha sorba kötjük a két folyadékoldal nyomó és szívó oldalát, kétfokozatú szivattyúhoz jutunk (6.ábra). Ha a két folyadék szívóoldalra kétféle folyadékot vezetünk, folyadékok keverése valósítható meg.

Gyártmányok

Az alábbi ábrákon néhány tipikus nyomásfokozó látható.

 Komplett, differenciáldugattyús egységgel szerelt berendezések

A fent ismertetett szivattyúkat szabályozó, beavatkozó, biztonsági és mérő készülékekkel összeépítve komplett, akár automatikus működésű gépeket építhetünk. A 10. ábrán egy mobil, csővezetéki nyomáspróba készülék látható. A hajtólevegőt és a nyomáspróba közegét is mobil, robbanómotoros kompresszor biztosítja. Az elérhető nyomás 120 bar a nyomóoldalon.
 

A 11. ábrán vegyianyag befecskendező egység látható. A vegyszert nagynyomású gázt szállító vezetékbe fecskendezik korróziót gátló inhibíció céljából. A csővezeték nyomása 175 bar, a hajtógáz a csővezetékben áramló közeg megcsapolásával van biztosítva. Automatikus működésű, a beadagolt mennyiséget fokozatmentesen szabályozni lehet. 

Alkalmazási példák:

• Repülő- és rakétaipar: Tűzoltórendszer töltése, Életmentő oxigénpalackok töltése, Menekülő csúszdák patronjainak töltése, Repülőgép emelőkészülékek táplálása, Nyomáspróbakészülékek, Héliumos szivárgásvizsgálat, Műhold leszállóegység töltése, Futó-mű abroncsok nitrogéntöltése, Rakéta irányítóberendezések töltése…
• Autóipar: Sűrített-földgáz palackok töltése, Légzsák patronok töltése, Tömlők és hűtők nyomáspróbája, Klíma hűtőközeg töltése és leszivattyúzása, Fékrendszer nyomáspróba,  PB gáz feltöltés és leszivattyúzás…
• Energiaipar: Hőcserélő csövek besajtolása a csőfalba, SF6 gáz (ívoltó gáz, szigetelő gáz) töltése és leszivattyúzása, Kazán és hőcserélő nyomáspróbaberendezések…
• Olaj- és gázipar: Vegyianyag befecskendezés, Kitörésgátlók táplálása, Kútfej vezérlések, Karácsonyfa nyomáspróba, Szelepműködtetés, Platform tartószerkezet rögzítés, Nagynyomású gázpalackok töltése és ürítése...

Az oldalt összeállította: Tóth Tibor, Csapi István