Pumbad 

Ajalugu 

Heroni Leiutis

Vee hankimise ja teisaldamise probleem on inimkonna ees seisnud läbi aegade. Teatakse, et juba kolm sajandit eKr ehitas Alexandria mehaanik Ctesibius kolbpumba. Tõenäoliselt tunti lihtsaid puidust kaevupumpi juba varemgi. Samal sajandil, mees nimega Heron integreeris pumba veepaaki ja pani mahutile rattad alla – nii oligi esimene tuletõrjemasin loodud.

Süda 

Süda
Membraanpump

Looduslik pump ehk süda. See organ töötab faaside kaupa, tõmmates kõigepealt ühe torustiku kaudu verd sisse ja surudes siis selle teise kaudu välja. Süda koosneb sisuliselt kahest pumbast. Parem pool pumpab hapnikuvaest verd kopsudesse, kus hapnikuvarusid täiendatakse, vasak pool suunab aga hapnikurikka vere kogu ülejäänud kehasse.

Inimese süda on võrreldav membraanpumbaga (tuntud ka kui diafragma pump), kus muudetakse töökambri mahtu elastse membraani abil. Sisepõlemismootorite kütusepumbad on näiteks membraanpumbad, mis võivad olla nii elektrilised kui ka mehaanilised. Samuti kasutatakse seda ka sogase vee pumpamiseks (nt. ehituskaevikust).

Elektriline pump
Mehaaniline pump

Pumpadest lähemalt 

Pump on vedeliku, gaasi või auru rõhuenergiat suurendav ja neid teisaldav seade. 

Pumpade töö põhineb imemisel ja surumisel või mõlemal korraga. Pumpasid liigitatakse kasutusala, pumbatava vedeliku, energiaallika (elekter, aur, tuul vm.), ehituse ja tööpõhimõtte järgi. Tööpõhimõtte poolest võib kõik pumbad jaotada kahte suurde rühma – dünaamilisteks ja mahtpumpadeks. Dünaamilised pumbad on labapumbad, jugapumbad, elektromagnetilised pumbad, õhktõstuk, vesioinas. Mahtpumpade rühma kuuluvad edasi-tagasi liikuva tööorganiga kolb-, tiib, membraan- ja vibropumbad ning pöörleva tööorganiga rootorpumbad, ning veetõstuk. 

Pumpadeks nimetatakse ka seadmeid, millega tekitatakse vaakum (vaakumpumbad), kantakse soojust üle madalama temperatuuriga keskkonda (soojuspump), teisaldatakse puisteaineid ja tolmu (näiteks tsemendipump) või pumbatakse õhku (näiteks jalgrattapump). 

Tänapäeval kõige rohkem kasutust leidev pumbaliik on tsentrifugaalpumbad. Tsentrifugaalpump on tugev, tõhus ja selle valmistamine on üsna odav. Suurima rõhu tekitavad kolbpumbad, mille tõstekõrgus võib olla kuni 10 000 m. Suurema tootlikkusega on telg- ja tsentrifugaalpumbad (100 00 mja rohkemgi). 

Üks tähtsamaid pumba parameetreid on pumba tõstekõrgus. Tõstekõrgus iseloomustab pumba võimet avaldada vedelikule survet, mida saab esitada nii meetrites kui ka paskalites.  

Tsentrifugaalpumba animatsioon

Hüdrostaatiline rõhkabsoluutne rõhk,  ülerõhkalarõhk 

Maa gravitatsiooniväljas omavad vedelikud ja gaasid (nagu kõik teised kehad) kaalu. Seetõttu avaldab vedelik rõhku nõu põhjale ja seintele ning ka vette asetatud kehadele. Hüdrostaatilisel rõhul on kaks peamist omadust: hüdrostaatiline rõhk mõjub risti pinnaga ning vedeliku mingis punktis mõjuv hüdrostaatiline rõhk P (Pa) on kõikides suundades ühesuurune.

P=F/A 

F – jõud (N) 

A – pind (m2

Ülerõhk ehk manomeetriline rõhk p (Pa) on tingitud vedeliksama rõhust ehk mõõtepunkti sügavusest ja vedeliku tihedusest 

p=𝜌gh 

ρ – tihedus (kg/m3

g – raskuskiirendus (m/s2

h – vedelikusamba kõrgus (m) 

Kui lisada manomeetrilisele rõhule ka õhurõhk, siis on tegemist absoluutse rõhuga. Juhul, kui absoluutne rõhk on väiksem kui õhurõhk, on tegemist vaakumiga. Sellisel juhul on manomeetriline rõhk negatiivne suurus. 

Kavitatsioon 

Vedeliku imemine pumpa toimub rõhkude vahe tõttu imemisruumis ja pumbas. See tähendab, et madalaim rõhk süsteemis peab olema tööorganis. Kui aga absoluutõhk pumbas langeb alla küllastunud auru rõhu, tekib kavitatsioon (st vedelik pumbas hakkab keema – tekivad gaasimullid). Kavitatsiooni tõttu pumba tootlikus ja surve vähenevad, langeb kasutegur. Pikemaajalisel esinemisel muutub pumba tööratas kasutuskõlbmatuks. Kavitatsiooni saab vältida kui osta võimsam pump või vähendada näiteks olemasoleva pumba pöörlemissagedust (vooluhulga vähenedes väheneb ka kavitatsioonioht). Ka torustikes võib kavitatsiooni ilmneda madalama rõhuga osades, milleks on enamasti torustiku kitsamad osad, põhjustades seeläbi torustiku kiiret kulumist.

What is Cavitation and How Does it Work? või What is Cavitation and How Does it Work? 

Hüdrauliline löök 

Ehk oled majas kraani kinni pannes kuulnud torustikes heli. Sa oled kuulnud hüdraulilist lööki. See tekib, sest rõhk torustikes muutub järsult, mida põhjustab voolukiiruse äkiline muutumine.  Nii vedelik kui toru materjal on mingil määral elastsed, seetõttu lausa jäika lööki ei teki, ometi mingites olukordades võib rõhukasv olla väga suur, ning purustada torustiku. 

Pumpade teema ülesanne

Ül1 Anuma põhjale mõjuv rõhk sõltub: (vali õiged väited) 

1) anumas oleva aine tihedusest 
2) anuma kujust 
3) aine kihi kõrgusest anumas 
4) aine massist 
5) aine pinnale mõjuvast rõhust 

Vastus: Anuma põhjale mõjuv rõhk sõltub anumas oleva aine tihedusest, aine kihi kõrgusest anumas ja aine pinnale mõjuvast jõust. 

Ül2 Ott Tänak ja Martin Järveoja sõidavad Mehhiko rallil teelt välja ja lendavad järve, auto hakkab kiiresti vajuma järve põhja. Kuna Ott ja Martin on mõlemad šhokis. Mis on maksimaalne sügavus, kus nad suudavad veel auto ukse lahti teha? Ott ja Martin on treenitud mehed, seega suudavad nad avaldada uksele 1 kN · m jõudu. Lihtsuse mõttes oletame, et vett sisse ei leki. Auto ukse laius on 1 m ja kõrgus on 1,1 m. Rõhk auto salongis võtta võrdseks atmosfääri rõhuga, kuna lekkeid ei ole. Üleslükkejõudu mitte arvesse võtta. Vastus anda kahe kümnendkoha täpsusega.

Vastus: Selles ülesandes oli vaja arvestada, et Ott ja Martin avaldavad jõudu uksele hingedest kõige kaugemas punktis – sellega kellelgi probleemi polnud. Kui nüüd arvestada, et nad kahepeale kokku suudavad avaldada uksele jõudu 1000 N, siis oleks vastavaks sügavuseks 9 cm. Kui arvestada, et kumbki suudab nii palju jõudu avaldada, siis tuleks tulemuseks 18 cm. (kõik tulemused, mis olid ligilähedased ükskõik kummale tulemusele loeti õigeks). Kummalgi juhul siis tegelikult – kui auto on vette kukkunud, siis üsna tõenäoline, et ust lahti suruda ei õnnestu.  

Ül3 Oled kodus. On juunikuu öö. Sa vajud rammestunud voodisse ja mõtled. “Kasvuhoonegaasid on oma töö teinud. Ei enam vihma näe siin Eestis. Ma ei jaksa seda ploomipuud enam kannuga kasta. Ma pean muretsema endale pumba. Aga millise?” Õnneks sul on tiik, mida varustab allikas. Aga sul on probleem. Su ploomipuu asub tiigist 11 m kõrgemal, ning torustiku pikkus peab olema 60 m. Kui võimas pump tuleks valida, kui vooluhulk peab olema 15 L/min? 

Vastus: Kuna kasutegurit ja hõõrdetakistust arvesse võtta polnud vaja, siis oleks vajalik pumba võimsus 27 W.  

Lahendusi saad esitada sellel lingil kuni 18. aprill kell 23.59 

Ootame ka teie tagasisidet ja muljeid ülesannetest ja võistlusest. Tagasisidet saab anda sellel lingil.