משאבות בסוגי התעשייה השונים

משאבות בתחומי התעשייה השונים – הצגה, שימושים ועקרונות בחירת משאבה

לאורך שנים רבות בהסטוריה, משאבות שימשו בני אדם לצורך שאיבת מי שתייה. מגוון רחב מאוד של משאבות, אשר התבססו על עקרונות פיסיקליים שונים לצורך השאיבה, פותחו עם השנים. בין המשאבות אשר שימושן היה נפוץ מאוד נמנות משאבה בורגית (משאבת ארכימדס), משאבת דלי פשוטה ומשאבת סייפון (

ניתן להבדיל בין משאבות בעזרת מספר פרמטרים, ביניהם עקרון פעולת המשאבה, אופן השאיבה (רציף או מחזורי), יעילות המשאבה (נמדדת על פי רוב לפי נצילות), ספיקה (נפח הזורם הנשאב ליחידת זמן), עלות המשאבה ועוד. את המשאבות התעשיתיות ניתן לחלק באופן עקרוני לשתי קבוצות עיקריות על פי עקרון פעולתן: משאבות דינמיות (Velocity Pumps), שמטרתן היא העלאת האנרגיה הקינטית של הזורם ומשאבות שינוי נפח (Displacement Pumps), אשר מנצלות מפלי לחץ הנגרמים על ידי שינוי בנפח השאיבה לצורך העברת הזורם. בנוסף לשתי קבוצות אלה, קיימות קבוצות נוספות של משאבות כגון משאבות דחף (Impulse Pumps), משאבות עילוי (Buoyancy Pumps) ומספר קבוצות נוספות הכוללות בעיקר משאבות עתיקות שאינן בשימוש כיום.

מאמר זה מתמקד בהצגת סוגי המשאבות העיקריים בשוק התעשייתי על יתרונותיהם וחסרנותיהם, ועומד על הדגשים העיקריים בבחירת משאבה לצורך שימוש תעשייתי.

משאבות דינמיות (Velocity Pumps)

משאבות צנטרפוגליות (Centrifugal Pumps)

המשאבות הצנטרפוגליות שואבות בצורה רציפה, והן מאוד מגוונות בשימושיהן. ניתן לתכננן בצורות שונות כך שיתאימו לרוב סוגי השאיבה הקיימים (שאיבת נוזלים דלילים, שאיבת נוזלים צמיגים או תערובות נוזל ומוצק, שאיבה בהפרשי אנרגיה קינטית גבוהים, הפרשי לחץ גבוהים, שאיבה בהפרשי גבהים גדולים ועוד). המשאבה כוללת חלל שאיבה גלילי שבצירו מותקן האימפלר (Impeller – גל שעליו כפות המסובב על ידי מנוע ו"זורק" את הזורם שבחלל השאיבה כלפי דפנות הגליל), ובמשיק ממנו מחובר צינור הפליטה אליו נפלט הזורם החוצה מחלל השאיבה. על ידי סיבוב המנוע את האימפלר במהירות גבוהה, מואץ הזורם הנמצא בחלל השאיבה לכיוון הדפנות על ידי הכח הצנטרפוגלי ונפלט החוצה אל צינור הפליטה. במשאבות מסוג זה, על פי רוב, נעשה שימוש בכפות אימפלר בעלות יחס קטרים (חיצוני ופנימי) גדול יחסית, המגדילות את רכיב המהירות המשיקית של הזורם.

יתרונות:

משאבות מסוג זה, בתכנון נכון, מסוגלות לשאוב זורמים צמיגים מאוד ותערובות של נוזל ומוצק בהן אחוז המוצקים הוא גבוה יחסית. מנגנון השאיבה הינו פשוט וקומפקטי, ומאפשר יכולת תיקון קלה. מספר החלקים המרכיבים את המשאבה הינו מועט, ועל כן עלותה נמוכה באופן יחסי. בעזרת שינוי פרמטרים בתכנון המשאבה (סוג מנוע, סוג האימפלר, חתך צינור הפליטה), ניתן להתאימה לשימושים רבים ומגוונים.

חסרונות:

כח היניקה של המשאבה הוא דל מאוד באופן יחסי. בשימוש במשאבה זו, יש צורך בהזנת הזורם אל חלל השאיבה. אי לכך, מוצבת המשאבה, על פי רוב, בתוך הזורם (בחתך הזרימה שלו או במאגר), או מתחתיו כך שכח הכובד מזין את הזורם אל חלל השאיבה. בנוסף, במצב בו קצב הזנת הזורם קטן משמעותית או נפסק, כח היניקה של המשאבה אינו מפצה על כך ועלול להיווצר חימום יתר של המערכת. בשאיבה בהפרשי לחצים גבוהים, עלולה להיווצר הבקעות, כלומר, אידוי של חלק מהנוזל בהגיעו ללחץ הרווייה בעודו בחלל השאיבה. בועות גז אלו מתגשות באימפלר ובדופן חלל השאיבה ומתפוצצות. פיצוצים אלו גורמים לנזקים מכניים במשאבה.

שימושים בתעשייה:

השימוש במשאבות צנטרפוגליות נפוץ ביותר במגוון רחב של תחומים, שכן ניתן להתאימן לצרכים שונים.

בתחום איכות הסביבה, נפוץ ביותר השימוש במשאבות אלו לשאיבת בוצות על כל סוגיהן, נוזלים צמיגיים במיוחד ותערובות נוזל ומוצק לצורך טיפול במפגעים סביבתיים. המשאבות מתוכננות כך שיוכלו לשאוב גם במומנטים גבוהים במיוחד ובספיקות גבוהות, ובלבד שיוכלו לסייע בפינוי זיהומים סביבתיים. חברת "איזיטופ" מבצעת שאיבת בוצות ומאגרי מים מזוהמים בעזרת משאבות אלו.

בתחומי התעשייה האזרחית, המשאבות משמשות לשאיבת מים ונוזלים אחרים בשל נצילותן הגבוהה, ספיקתן הגבוהה והיכולת לשאוב מספר רב של נוזלים. בנוסף, משמשות המשאבות לשאיבת ביוב.

בתחום התעשייה הרפואית, ישנן משאבות צנטרפוגליות המחליפות את פעולת הגוף ומזרימות דם בעורקים.

המשאבות שימושיות מאוד בתחומים נוספים בתעשייה בשל יכולתן לשאוב בהפרשי לחצים וגבהים גדולים.

משאבות זרם צירי (Axial Flow Pumps)

משאבה זו, כשמה כן היא, מיועדת להעברת זורם לאורך ציר. השאיבה במשאבה זו היא רציפה. המשאבה כוללת פרופלור, המסובב על ידי מנוע, אשר ממוקם לאורך הציר. סיבוב הפרופלור במהירות גבוהה מקנה אנרגיה קינטית לזורם לאורך הציר. במשאבות מסוג זה ניתן להשתמש בפרופלורים בעלי זווית תקיפה שונה לקבלת יחסי אנרגיה קינטית למומנט שונים בהתאם לדרישות מן המשאבה.

יתרונות:

משאבות מסוג זה מיועדות בדרך כלל להעברת נוזלים לאורך ציר, ויחס המומנט להפרש האנרגיה הקינטית בכניסה וביציאה מן המשאבה הוא אידאלי לצורך זה. המשאבה קומפקטית ולמעט המנוע המפעיל אותה, כל חלקיה נמצאים בתוך הציר בו נמצא הזורם. שינוי ספיקת המשאבה בהתאם ללחצים שונים הנדרשים נעשה בקלות באמצעות שליטה בסל"ד הפרופלור.

חסרונות:

שאיבת זורמים שאינם נוזלים או גזים אינה יעילה כלל במשאבות אלו, שכן דחף הפרופלור של המשאבה בלבד אינו מספיק לטיפול בנוזלים צמיגיים או בתערובות של נוזל ומוצק. אי לכך מוגבל השימוש במשאבה לנוזלים בלבד, או לגזים בלבד, ויש להיזהר בעת השימוש בה מהופעת מוצקים בתוך הנוזל הנשאב. תופעה זו עלולה לגרום לירידה חדה ביעילות ואף לגרימת נזק מכני למשאבה.

שימושים בתעשייה:

משאבות אלו משמשות בעיקר להזרמת נוזלים או גזים לאורך צירים. בכל תחומי התעשייה משמשות המשאבות להזרמת נוזלים בצנרות, שכן הן פשוטות ומיועדות בדיוק למטרה זו.

המשאבות משמשות ליצירת כח דחף בעזרת פרופלור במגוון רחב של תעשיות החל ממאווררים (ביתיים ותעשייתיים), ועד מנועי פרופלור של מטוסים ואוניות.

משאבות זרם מעורב (Mixed Flow Pumps)

משאבה זו היא מעין שילוב של משאבה צנטרפוגלית ומשאבת זרם צירי. השאיבה במשאבה זו, כמו בשתי המשאבות הנ"ל היא רציפה. המשאבה מורכבת מאימפלר אשר כפותיו מוסטות בזווית כזו המאפשרת את שאיבת הזורם, על ידי סיבוב האימפלר במהירות גבוהה ואת האצת הזורם אל דפנות חלל השאיבה, מהכניסה אל יציאה בעזרת הכח הצנטרפוגלי וכח הדחף של כפות האימפלר. שינוי זווית הכפות וצורתן, מאפשר לשנות את יחס השימוש בכוחות לצורך השאיבה ועל ידי כך לשנות את יחס המומנט למהירות סיבוב האימפלר בהתאם לדרישות המשאבה.

יתרונות:

משאבה זו, בניגוד למשאבה הצנטרפוגלית העושה שימוש בכח הצנטרפוגלי, ולמשאבת הזרם הצירי העושה שימוש בכח הדחף של הפרופלור בלבד, משלבת בין שתיהן ועושה שימוש בשני הכוחות להעלאת לחץ הזורם. שימוש בכפות האימפלר לצורך שאיבה ברכיב הצירי מעלה את כח היניקה של המשאבה לעומת המשאבה הצנטרפוגלית. ספיקת המשאבה הינה גדולה יחסית.

חסרונות:

בגלל צורת האימפלר המיוחדת, על מנת לשאוב זורמים צמיגיים או תערובות של נוזל ומוצק (בדומה לשאיבה במשאבה צנטרפוגלית), יש צורך במומנט גבוה יותר מהמנוע עקב זווית האימפלר ביחס לחלל הגלילי של השאיבה.

שימושים בתעשייה:

משאבות אלו משמשות גם הן לשאיבת נוזלים בכל תחומי התעשייה, והן נפוצות מאוד משום שכח היניקה שלהן גדול דיו לשאוב את הנוזל, והשימוש בכח הצנטרפוגלי מאפשר ספיקה גבוהה  ושאיבה בהפרשי לחצים גבוהים.

משאבות סילון (Jet Pumps)

למשאבה זו שני חלקים. החלק הראשון מורכב מנחיר, המעלה את מהירות הזורם, ואחריו הצערה בחתך הצינור. לאחר האצת הזורם ביציאתו מהנחיר, עובר הזורם דרך הצערה שאינה יוצרת שינוי משמעותי באנרגיה הקינטית, אך יוצרת ירידת לחץ הגורמת לזורם נוסף להישאב אל הנחיר. החלק השני במשאבה הוא חלל שאיבה, ובתוכו אימפלר (בדומה למשאבות הדינמיות שהוזכרו), אשר בו מועלה לחץ הזורם. חלק זה ממוקם לאחר ההצערה. השאיבה במשאבה זו הינה רציפה והזורם מועבר ישירות מן החלק הראשון אל החלק השני (חלל השאיבה).

יתרונות:

הספק שאיבה גדול עקב תוספות למערכות שאיבה סטנדרטיות (לדוגמא משאבת זרם צירי). יכולת שאיבה מעומק גדול עקב תוספת המקנה לזורם אנרגיה קינטית בטרם הגעתו לחלל השאיבה.

חסרונות:

תחילת תהליך השאיבה מתבצע בנחיר אשר פחות מתאים לשאיבת נוזלים צמיגיים ואינו מתאים לשאיבת תערובות של נוזל ומוצק, משמע, המשאבה יעילה בעיקר לצורך שאיבת נוזלים או גזים. עלותה של משאבה זו היא גבוהה ביחס למשאבות האחרות בקבוצה זו.

 

שימושים בתעשייה:

משאבות אלו משמשות בעיקר לשאיבת זורמים בהפרשי לחצים גבוהים. השימוש בהן בתעשיית הגז הינו נפוץ מאוד, בשאיבת גזים ממקורות בעלי לחץ נמוך, כגון בורות גז מסוימים. בנוסף, לעתים קרובות נעשה שימוש במשאבות אלו לצורך שאיבת נוזלים אשר נצברו במאגרי גז. המשאבות נפוצות גם בתעשיית הנפט, מאותן סיבות.

עלות משאבות אלו אמנם גבוהה ביחס למשאבות אחרות, אך לעתים חישוב עלות מול תועלת מראה כי השימוש בהן הוא יעיל מאוד (לצרכים מסוימים, כפי שהוזכרו) ובטווח הארוך, משתלם מאוד.

משאבות שסתום מדף (Flap Valve Pumps)

משאבה זו מיועדת לשאיבת נוזלים בהפרשי לחצים קטנים באופן יחסי, ופועלת בצורה מחזורית. עקרון הפעולה של המשאבה הינו פשוט ביותר. המשאבה מורכבת מצילינדר המכוסה בחלקו העליון על ידי מדף. הצילנדר נע מעלה ומטה, בעזרת מנוע, אל תוך מאגר, בו נמצא הנוזל הנשאב, והחוצה ממנו. בעליית הצילינדר המדף נדחף כלפי מטה ויוצר ואקום בחלל הצינור, אליו נשאב הנוזל מן המאגר. בירידת הצילינדר תאוצת הנוזל הנשאב אל חלל הצינור מספיקה לצורך פתיחת שסתום המדף ויציאת הנוזל מן המשאבה.

למשאבה זו מספר גרסאות שחלקן כוללות תוספות אשר מייעלות את פעילותה. הגרסא המוכרת והנפוצה ביותר נקראת משאבת תהודה (Resonant Joggle Pump). במשאבה זו קיים, בחלקו העליון של הצינור, חלל ובו אוויר. האוויר נלחץ על ידי המים הנשאבים אל חלל הצינור בתדר קבוע, ועל ידי כך משמש כקפיץ האוגר אנרגיה ומשחררה לצורך הוצאת כמות גדולה יותר של מים מן המשאבה ביחס למשאבת שסתום מדף רגילה.

יתרונות:

יתרונה המרכזי של משאבה זו הוא בפשטות שבאופן פעולתה. עלותה של המשאבה נמוכה ביותר, שכן היא אינה כוללת מספר רב של חלקים, ואינה מכילה חלקים מורכבים לייצור. ניתן לייצר משאבה מסוג זה ממספר רב של חומרים וניתן, לעתים קרובות, "לאלתרה" במקרה הצורך. בנוסף, שימוש במשאבת תהודה במהירות שאיבה מתאימה, גורם לתדר האוויר לתאום לתדר התהודה העצמית של המים, ועל ידי כך יכול להעלות את נצילות המשאבה בעשרות אחוזים.

חסרונות:

בשונה מרוב המשאבות, חלל השאיבה במשאבה זו הינו דינמי. הצינור נע מעלה ומטה בעת השאיבה ומאפשר פעולת שאיבת נוזלים ממאגר בלבד. שאיבת הנוזלים במשאבה אפשרית בהפרשי לחצים קטנים בלבד, ולכן עומק שאיבת הנוזלים ממאגר הינו מוגבל מאוד. על פי רוב, השימוש במשאבת תהודה בצורה מיטבית, פרקטית, אינו אפשרי. מהירות השאיבה, ברוב המקרים, היא גבוהה בהרבה מזו שתתאם לתדר התהודה העצמית של המים. שאיבה זו אפשרית רק בעזרת צינורות קצרים, ובהפרשי גבהים קטנים.

שימושים בתעשייה:

משאבות אלו פשוטות ביותר והיו נפוצות יותר בעבר, כאשר תחום המשאבות היה פחות מפותח. כיום הן לא נמצאות בשימוש בתעשייה למעט שימושים מועטים במשאבת תהודה לצורך שאיבות מים בתנאים מוגבלים.

 

 

משאבות שינוי נפח (Displacement Pumps)

משאבות בוכנה (Piston Pumps, Plunger Pumps)

משאבות אלו פועלות בצורה מחזורית. בכל המשאבות מסוג זה, עקרון הפעולה הבסיסי הינו זהה. המשאבה מורכבת מצילינדר ובוכנה הנעה בתוכו, ומשסתומים המאפשרים זרימה בכיוון אחד בלבד. קוטר הצילינדר וקוטר הבוכנה דומים מאוד, כך שמתאפשרת תנועה חלקה של הבוכנה מעלה ומטה לאורך הצילינדר, אך יש צורך באטם סביב הבוכנה לצורך יצירת הואקום. בעליית הבוכנה, נוצר ואקום בחלל שמתחתה, הגורם בפועל לשאיבת הזורם, דרך שסתום, אל הצילינדר. בירידתה, דוחפת הבוכנה את הזורם אל עבר היציאה מהצילינדר.

ישנן גרסאות רבות ומגוונות למשאבת הבוכנה. הגרסה הבסיסית ביותר כוללת מערכת אחת של צילינדר ובוכנה שסביבה שסתום המאפשר מעבר זורם בכיוון אחד בלבד. בעת עליית הבוכנה, נשאב הזורם אל חלל השאיבה ובנוסף הבוכנה "גוררת" זורם הנמצא מעליה לכיוון היציאה. בירידת הבוכנה, עובר הזורם אל מעל הבוכנה דרך השסתום הכרוך סביבה. גרסה נוספת כוללת בוכנה אחת ו-4 שסתומים, כך שבכל עלייה ובכל ירידה של הבוכנה נשאבים מים אל חלל השאיבה ו"נזרקים" מים אל צינור היציאה. כך ניתן להעלות את ספיקת המשאבה ולמעשה, לקרב את השאיבה לשאיבה רציפה (נטרול אפקט המחזוריות). גרסאות נוספות כוללות משאבות בעלות מספר רב יותר של צילינדרים ובוכנות, הגורם לעלייה בנצילות ובספיקה, ומשאבות המכילות פתרונות שונים לשאיבת זורם בהבדלי גובה גדולים.

יתרונות:

משאבות מסוג זה מסוגלות לשאוב בהפרשי לחצים גדולים במיוחד ועל כן מתאימות לשאיבה בהבדלי גבהים גדולים ובדחיסת גזים ונוזלים ללחצים גבוהים. מרכיביהן המרכזיים של משאבות אלו הינם עמידים מאוד ועל כן, אורך החיים של משאבות אלו הוא ארוך. משאבות הכוללות  מספר שסתומים, הינן בעלות נצילות גבוהה יותר וספיקה גדולה יותר.

חסרונות:

משאבת בוכנה חייבת להיות מיוצרת תוך הקפדה על מידות מדוייקות, שכן קוטר הבוכנה חייב להיות כמעט זהה לקוטר הצילינדר. אי לכך, עלותן של משאבות אלו היא יקרה באופן יחסי. בנוסף, בתהליך השאיבה ישנו חיכוך תמידי בין דופן הצילינדר לבוכנה, לכן יש צורך תמידי בשימון המשאבה תוך כדי פעולתה על מנת למנוע נזקים מכניים. בשימוש במשאבה בעלת מספר רב של שסתומים, לצורך ניצול כל פעימה של הבוכנה לשאיבה ולפליטה, בהעדר תכנון מדויק, ישנה בעיית ניגוד זרמים, הגורמת לירידה משמעותית בנצילות המשאבה.

שימושים בתעשייה:

השימוש הנפוץ ביותר למשאבות אלו הוא בתחום המנועים. חלק נכבד מאוד מהמנועים הפועלים בעזרת דלק, הינם מנועי בוכנות ובהם נעשה שימוש במשאבות בוכנה על מנת לינוק את חומר הבעירה אל הצילינדר ולפלוט אותו החוצה.

בתעשייה הרפואית נעשה שימוש נרחב במשאבות אלו בדמותם של מזרקים. השימוש הן בשאיבת חומרים מהגוף והן בהזרקתם אליו, מתבצעים בעזרת יצירת ואקום במזרק ושימוש בבכונה לצורך הזרקתו של החומר. בנוסף, נעשה שימוש במשאבות במערכות הנשמה מלאכותיות.

בתחומי התעשייה השונים משאבות אלו משמשות לצרכים שונים ומגוונים ביניהם: יצירת סילון מים (בלחץ גבוה מאוד) לחיתוך מתכות ולניקוי, שאיבת בוץ בשדות נפט (Mud Pumps), ושאיבת כמות מדודה של נוזלים או גזים ממאגרים גדולים (שאיבה כמותית לפי מחזורי המשאבה).

משאבת דיאפרגמה (Diaphragm Pumps)

משאבות אלו, בשונה ממשאבות בוכנה, משנות את נפח חלל השאיבה באמצעות דופן אחת גמישה, אשר מתכווצת ומתרחבת ליצירת שינוי בלחץ בחלל השאיבה. פעולת שינוי הנפח מתבצעת באמצעות לחיצה ומשיכה של הדופן הגמישה ועל ידי כך, בהתאמה, פליטת זורם אל היציאה ושאיבת זורם אל חלל השאיבה. השאיבה במשאבות אלו הינה מחזורית. גרסאות נוספות של המשאבה כוללות מספר דפנות גמישות ומספר חללי שאיבה המשתנים בו זמנית כתוצאה מאותו שינוי בדופן אחת. תוספות אלו עוזרות לפעולה רציפה יותר של המשאבה ולהעלאת הספיקה שלה.

יתרונות:

חלל השאיבה במשאבות אלו אטום לחלוטין (למעט השסתומים) ולכן יצירת הואקום מתבצעת בצורה מיטבית. פעולת שינוי הנפח על ידי לחיצת דופן יוצר מעט מאוד חיכוך ביחס לשינוי המקביל במשאבת בוכנה. למשאבות כח יניקה גדול יחסית והן מסוגלות לשאוב זורם בהפרשי לחצים גדולים. יכולת השאיבה של נוזלים צמיגיים במיוחד היא טובה, ולרוב משאבות אלו תוכלנה לשאוב זורמים אשר יזיקו למשאבת בוכנה אם ישאבו אליה.

חסרונות:

שטח פני הדופן הגמישה במשאבות אלו גדול משמעותית משטח פני הבוכנה במשאבת בוכנה, ולכן פעולת הלחיצה והמשיכה של הדופן תגרום לעומס צירי גדול מאוד על הזרוע המבצעת את הפעולה. אי לכך, מוגבלות משאבות אלו לשאיבה בהפרשי גבהים קטנים בלבד (5-10 מטרים). עלות המשאבות יקרה באופן יחסי, שכן הדופן הגמישה, על מנת שלא תינזק לעתים קרובות, מיוצרת מגומי באיכות גבוהה. החלקים במשאבות אלו הם ייחודיים ולרוב אינם ניתנים להחלפה בחלקים מאולתרים אחרים.

שימושים בתעשייה:

אופן פעולת המשאבה והאופן בו היא בנויה, מאפשרים התמודדות עם שאיבה של זורמים בעייתיים מאוד לשאיבה. בתחום איכות הסביבה ישנם שימושים במשאבות אלו לצורך טיהור מאגרים מזוהמים ושאיבת שמנים עודפים הנפלטים בתהליכי ייצור.

בתחומי התעשייה האזרחית, משמשות המשאבות לשאיבת ביוב, לניקוז של מאגרי נוזלים לא רצויים, לשאיבתם והעברתם של מי תהום באתרי בניה ולדיוס.

משאבות שינוי חלל (Progressive Cavity Pumps)

משאבות אלו נקראות גם משאבות מונו (Mono Pumps). בשונה מרוב משאבות שינוי הנפח, משאבות אלו אינן פועלות בצורה מחזורית, אלא בצורה רציפה. המשאבות מכילות מנוע המחובר לסליל אחד (המיוצר על פי רוב מפלדת אל חלד עם טיב פני שטח גבוה) המוצב בין שני חללי סלילים שזורים (מיוצרים על פי רוב מגומי או מפלסטיק), כך שהוא מתאים בצורתו בדיוק לחלל של אחד מהם. חלקה התחתון של המשאבה מוצב במאגר הזורם אותו יש לשאוב, ובסיבוב המנוע "נכלא" זורם בתוך החללים שבין סליל המנוע לבין דופן החלל. עם המשך הסיבוב, מועלה הזורם על ידי הסליל כלפי היציאה, תוך שהוא "נכלא" שוב ושוב בחללים הנוצרים ונגרף מהם מעלה.

יתרונות:

משאבות אלו הן בעלות יכולת שאיבה של נוזלים צמיגים ושל תערובות של נוזל ומוצק ויתרונן הגדול על שאר משאבות שינוי הנפח, הוא בכך שניתן להורידן לבורות ולשאוב מהם זורמים בהפרשי גובה ולחץ גדולים. יתרונן הגדול על פני משאבות דינמיות, כגון משאבות צנטרפוגליות, הוא ביכולתן לשאוב בתנאים משתנים, כגון מפלס מאגר זורם משתנה, בצורה טובה הרבה יותר.

חסרונות:

חסרונן המשמעותי ביותר של משאבות אלו הוא הייחודיות שבחלקיהן. בעת הצורך, לא ניתן להחליף או לתקן חלקים במשאבה בעזרת חלקים דומים או מאולתרים. כח היניקה של משאבות אלו הוא קטן ביותר ואינו מאפשר שאיבה אל המשאבה, אלא מאלץ את הנחתה במאגר זורם השאיבה. עלות המשאבה היא גבוהה יחסית בהתאם לעלות הייצור הגבוהה של חלקיה.

שימושים בתעשייה:

למשאבות אלו שימוש במספר רב של תחומים. בכל אלו, השימוש הינו שאיבת זורמים בעייתיים לשאיבה. בתחום איכות הסביבה המשאבות משמשות רבות לשאיבת בוצות ותערובות נוזל ומוצק צמיגות במיוחד. יכולתן לשאוב את הזורמים בתנאים משתנים, נותנת להן יתרון על פני שאר המשאבות בתחום זה. חברת "איזיטופ" מבצעת טיפול בבוצות בעזרת משאבות אלו.

בתחומי התעשייה האזרחית המשאבות משמשות לדיוס, לשאיבת מי תהום, לשאיבת תערובות מים ומוצקים (Slurry Pumps), שאיבת ביוב, שאיבת בוץ בשדות נפט (Mud Pumps), שאיבת שמן ולשימוש במשאבות דלק.

בתחומי התעשייה הכימית והתעשייה הרפואית, המשאבות משמשות לשאיבת חומרים כימיים צמיגיים לשימושים שונים. אמינותה של המשאבה ואורך החיים הארוך שלה מפצות על עלותה הגבוהה.

בתחום תעשיית המזון המשאבות משמשות לשאיבת מזון ושתייה במכונות תעשייתיות.

משאבה מפרקית זוחלת (Peristaltic Pumps)

משאבות מסוג זה מתבססות על צינורות להובלת הזורם המיוצרים מחומרים אלסטיים (על פי רוב, סוגי גומי שונים), ומפרק (או מפרקים) אשר בסיבובו לוחץ על הצינור האלסטי ועל ידי כך מאלץ את הזורם שבו לנוע לכיוון היציאה. אופן פעולת השאיבה הוא רציף. עקרון הפעולה של משאבות אלו הוא פשוט ומאפשר עבודה עם זורמים קשים לשאיבה כגון, מוצקים (אבקות) ונוזלים צמיגיים במיוחד. יחודיהן של משאבות מסוג זה הוא בכך שאין מגע בין חלקי המשאבה לבין הזורם (למעט המגע בין הזורם לבין הצינור האלסטי בו הוא נמצא). המפרק מניע את הזורם לאורך הצינור אל כיוון היציאה אך אינו בא במגע ישיר איתו.

יתרונות:

היתרון המרכזי של משאבות מסוג זה הוא שאיבת זורמים סטריליים. כפי שהוזכר, החלק היחיד שבא במגע עם הזורם הוא הצינור במשאבה, אשר אותו קל לחטא או להחליף בעת הצורך. עלות האחזקה של המשאבות הינה נמוכה, היות ואין בהן שסתומים או אטימות מסוגים שונים. אופן פעולת המשאבה אינו מאפשר זרימה בכיוון ההפוך, ומאפשר שאיבה של זורמים קשים לשאיבה. בנוסף, ניתן להפוך את כיוון סיבוב המנוע ועל ידי כך לאפשר זרימה בכיוון ההפוך בלבד.

חסרונות:

משאבות אלו פועלות, על פי רוב, בעזרת צינורות בעלי קוטר קטן באופן יחסי על מנת לאפשר למפרק, שאינו גדול מאוד, לבצע שינוי נפח משמעותי בצינור להזזת הזורם. אי לכך, ספיקת המשאבות היא נמוכה מאוד בדרך כלל. ייחודיות המפרק במשאבות אלו גורם לעלות ראשונית גבוהה של המשאבה.

 

 

שימושים בתעשייה:

רובן הגדול של משאבות אלו נמצאות בשימוש בתעשייה הרפואית. הצורך בשאיבת חומרים (שלעתים הינם צמיגים או קשים לשאיבה) בכמויות קטנות, ובצורה סטרילית הוא נפוץ מאוד ולכן משאבות מסוג זה מתאימות למספר רב של שימושים דומים. בנוסף, משמשות המשאבות לעתים בתעשייה הכימית לצורך עיבוד חומרים כימיים צמיגיים.

משאבות דחף (Impulse Pumps)

משאבות הידראוליות (Hydraulic Ram Pumps)

משאבות אלו הן הדוגמא האפליקטיבית היחידה למשאבות דחף. אופן השאיבה במשאבות מסוג זה הוא מחזורי. עקרון הפעולה מתבסס על זרימה חזקה של מים בנהרות. המשאבה מוצבת בתוך חתך הזרימה וכוללת שסתום יציאה. על ידי סגירה פתאומית של שסתום היציאה, נוצר לחץ גבוה מאוד בחלל השאיבה (בגלל זרימת המים החזקה) המאפשר את שאיבת המים לגובה גבוה מגובהם המקורי.

משאבות מסוג זה הן פשוטות להפליא ועל כן אמינות ואינן מצריכות אחזקה בעלות גבוהה. יעילותן על פי רוב, היא טובה אך ספיקתן נמוכה ועל כן הן אינן מתאימות לשימושים נרחבים.

שימושים בתעשייה:

משאבות אלו בדרך כלל מוצבות באזורים בהם ישנה זרימת מים חזקה במקום אחד, ויש צורך באספקת מים למקומות גבוהים יותר בהם לא ניתן לקבל אספקת מים. השימוש בהן נפוץ בעיקר באזורים מרוחקים בהם אין יכולת להשתמש במשאבות בעלות ספיקות גבוהות יותר.  

משאבות עילוי (Buoyancy Pumps)

משאבות אוויר דחוס (Air Lift Pumps)

משאבות אלו פועלות בצורה רציפה והן מיועדות לשאיבת מים ממאגר תת קרקעי. עקרון פעולתן הוא הזרקת אוויר דחוס למאגר מים מלמטה, כך שתיווצר תערובת מים ואוויר דחוס כזו שתצוף כלפי מעלה במהירות כלפי היציאה. משאבות אלו מצריכות שימוש במדחס לצורך דחיסת האוויר, ובחפירת בור עמוק יותר מעומק מאגר המים, על מנת שהאוויר יכנס מתחתיו במהירות ובלחץ גבוהים.

יתרונן של משאבות מסוג זה, הוא בכך שאין למשאבה חלקים מכניים הנמצאים מתחת לפני הקרקע, ולכן הטיפול בתקלות הינו קל ופשוט, וישנה יכולת התמודדות טובה עם זורמים אשר עשויים להסב נזק מכני למשאבות אחרות. חסרונותיהן המרכזיים הינם נצילות נמוכה במיוחד (עקב השימוש במדחס אוויר ואופן השאיבה שאינו מנצל יותר מ-30% מאנרגיית האוויר הדחוס), והצורך בחפירת בור עמוק יותר מעומק המאגר לצורך השימוש בהן (על פי רוב, יש צורך בבור עמוק כפליים מעומק המאגר).

שימושים בתעשייה:

השימוש המרכזי למשאבות אלו הוא בשאיבה מבארות בהם המים מעורבבים בכמות גדולה של חול, אשר מסב נזקים מכניים למשאבות אחרות. לעתים נעשה שימוש במשאבות מסוג זה לשאיבת מים מבארות שאינם עמוקים כך שההבדל בין עומק המאגר ועומק הבור הנדרש אינם גדולים.


סיכום

בשוק התעשייתי קיימות משאבות רבות מסוגים שונים המתאימות לצרכים רבים ומגוונים. בתהליך בחירת משאבה לצורך ביצוע פעולה, יש בשלב הראשון להגדיר היטב את הצורך במשאבה. הזורמים אותם יש לשאוב, תנאי סביבות העבודה, אורך חיי המשאבה המבוקשים, הצורך בניידות המשאבה, טיפול בתקלות בזמן אמת, עלות המשאבה ועלות אחזקתה, כל אלו ועוד חייבים להילקח בחשבון בבחירת משאבה נכונה.

לכל המשאבות יתרונות וחסרונות שונים ויש להקפיד ולעמוד עליהם בטרם בחירת משאבה. שימוש לא נכון במשאבה כגון שאיבת זורמים שאינם מתאימים, סביבת עבודה לא מתאימה או שימוש יתר  במשאבה, עלולים במקרה הטוב לגרוע מיעילותה, ובמקרה הפחות טוב להסב לה נזקים ולגרום להפסקת תהליך השאיבה.

בבחירת משאבות לצורך שאיבת בוצות, יש צורך מיוחד בניתוח הרכב חומר הבוצה. בגלל השוני הרב שבין הרכבי בוצות שונות, יש לאסוף דגימות מהבוצה ולנתח את הרכבה טרם בחירת המשאבה המתאימה לשאיבתה. לאחר הבנת צמיגות הבוצה ואחוז המוצקים בה, ניתן לגשת למפרטים הטכניים של המשאבות הרלוונטיות לשאיבתה (על פי רוב משאבות צנטרפוגליות או משאבות מונו), ולבחור מתוכן על פי ההנחיות הנ"ל את המתאימה ביותר.

בתחום איכות הסביבה לעתים קרובות ישנו צורך בביצוע מהיר של פעולת שאיבה, לצורך הסרת מפגע סביבתי מסוכן. במקרים כאלו לספיקת המשאבה יש חשיבות מכרעת, וקריטריון זה הוא שיכול להכריע יותר מאחרים באיזו משאבה יש להשתמש.

נכתב ע"י חברת איזיטופ- פתרונות טכנולוגיים לאיכות סביבה

Syphon). בתקופת המהפכה התעשייתית החל שימוש נרחב יותר במשאבות, ובד בבד עם פיתוחים חדשניים בתחום המנועים, פותחו משאבות מתקדמות יותר אשר שימשו לצרכים מגוונים בכל תחומי התעשייה.