پمپ های سانتریفیوژ

مرجع تخصصی پمپ های سانتریفیوژ

مفاهیم بنیادی پمپ ها

·        مفاهیم بنیادی پمپ ها

پمپ دستگاهی است که سیال را از یک ارتفاع پایین تر به یک ارتفاع بالاتر انتقال می دهد. در تعریف فوق چهار مفهوم اساسی پمپ ها گنجانده شده است. اول اینکه پمپ دستگاهی است برای انتقال و جابجایی سیال. پس پمپ یک دستگاه می باشد. دوم اینکه پمپ مخصوص سیالات و مایعات می باشد. جهت انتقال گاز معمولاً از کمپرسور استفاده می گردد. سوم اینکه پمپ ها به سیال انرژی می دهند. این انرژی معمولاً به صورت فشار پمپاژ و یا همان هد پمپ بیان می شود. چهارم اینکه پمپ ها حجمی از سیال را انتقال می دهند. معمولاً این حجم سیال را در واحد زمان بیان می کنند که همان دبی پمپاژ است. علاوه بر چهار مورد بالا، برای شناخت و انتخاب صحیح پمپ می بایست کاربرد پمپ معلوم شود. چه حجمی از سیال در واحد زمان با چه فشاری و برای چه منظوری می بایست توسط پمپ پمپاژ شود؟ معمولاً این اولین سوال تمامی فروشندگان پمپ می باشد. پاسخ این سوال اولین دریچه به سوی دنیای شگفت انگیز پمپ ها می باشد.

همانطور که در بالا به آن اشاره شد مفاهیم اساسی پمپ ها به شرح ذیل می باشد:

·         ساختار و ساختمان پمپ

·         دبی

·         هد

·         سیال

·         کاربرد

 

 شکل شماره 1- شماتیکی از اجزای پمپ

 

·        ساختار و ساختمان پمپ

ساختار و ساختمان تمامی پمپ ها را صرف نظر از نوع آنها می توان به دو بخش اساس تقسیم کرد:

·         ساختمان هیدرولیکی

·         ساختار انتقال قدرت

 

۱.        ساختمان هیدرولیکی

منظور از ساختمان هیدرولیکی، قطعات در تماس با سیال پمپ ها و نحوه چیدمان آنها در کنار یکدیگر می باشد. پمپ هایی که از لحاظ طبقه بندی پمپ ها در یک طبقه می باشند (مانند تمامی پمپ های سانتریفوژ) معمولاً ساختمان هیدرولیکی مشابهی دارند و تمامی قطعات در تماس با سیال آنها مشابهت زیادی با یکدیگر دارند. صرفنظر از نوع پمپ، هر پمپ از منظر ساختمان هیدرولیکی دارای سه جز اساسی می باشد.

 

 شکل شماره 2– نمایی از یک پمپ تفکیک شده

 

۱.۱.   اجزاء هیدرولیکی

 

۱.۱.۱.           قطعه یا قطعاتی که به سیال انرژی می دهند و باعث حرکت آن می شود (مانند پروانه در پمپ های سانتریفوژ، چرخ دنده در پمپ های دنده ای، دیافراگم در پمپ های دیافراگمی، پیستون در پمپ های جابجایی مثبت ).

۱.۱.۱.۱.  پروانه

پروانه نیز به عنوان بخشی اساسی، قسمت متحرک پمپ است که مایع ورودی را به علت داشتن حرکت دورانی به خارج میراند. پروانه ها با انواع مختلف یک دهنه، دودهنه، باز وجود دارند. اصولا پروانه های دودهنه دارای نیروی محوری کمتر اما هزینه ساخت گرانتر میباشند. همچنین پروانه های باز و نیمه باز از نظر هزینه ساخت ارزانترمیباشند. مشخصه های مایع و وجود ذرات جامد،روان بودن و غیرروان بودن مایع وپارامترهایی ازاین قبیل درنوع استفاده از پروانه موثرهستند. پروانه های باز درپمپ های محوری وبسته در پمپ های شعاعی بکار میروند.که برای نوع باز برای مایعات حاوی ذرات جامد و الیاف دار نوع بسته برای مایع های تمیز و بدون ذرات شناور مناسب می باشند. نوعی از پروانه های باز نیز برای مخلوط مایع و جامد بکار میروند.
بنابراین ساده ترین نوع پروانه، پروانه باز بوده که برای انتقال مایعات حاوی ناخالصی جامد شناور بکارمیرود. پروانه نیم باز نیز برای مایعات رسوب زا بکار برده میشود. کاربرد پروانه بسته نیز در ظرفیت های بالا و به دودسته یک چشمی و دوچشمی تقسیم میشود. لازم است که اشاره کنیم هرچه اندازه ذرات شناوربیشترباشدتعدادپره ها کمترخواهدبود. وضع قرار گرفتن پروانه در پوسته باید به نحوی باشد که فاصله بین آن و پوسته حداقل ممکن باشد. این فاصله باعث میشود که مایع بین پوسته وپروانه قرار گرفته از یک طرف آن راروغن کاری کند و ازطرف دیگرمانع سایش پوسته و پروانه شود. به همین دلیل نباید این نوع پمپ را بدون مایع راه اندازی کرد. پمپ ای گریز ازمرکز توانایی ایجاد فشار بالا را ندارند لذا برای رسیدن به فشار بالا از چند پروانه ای ها استفاده میشود. این پمپ برای حجم زیاد و فشار پایین بهترین راندمان را دارد.میتوان جریان خروجی را بردن اینکه درداخل فشار زیاد شودبدون هیچ خطری متوقف کرد. همچنین این پمپ ها جریان خروجی یکنواختی دارند. اگراین نوع پمپ باخروجی بسته کارکند، درجه حرارت مایع درون پوسته افزایش یافته وبا تولیدبخار در قسمت داخلی دچار ارتعاش میشود که دراین وضع گویند پمپ هوا گرفته و باید هواگیری شود.

 شکل شماره3 – انواع پروانه های پمپ های سانتریفیوژ

 

۱.۱.۲.           قطعه ای که سیال را داخل پمپ نگه می دارد(همان پوسته پمپ و حلزونی در پمپ های سانتریفوژ).

۱.۱.۳.           قطعه یا قطعاتی که باعث آب بندی سیال داخل پمپ از محیط خارج می گردد و جلوی نشت سیال به محیط اطراف را می گیرد (مانند آببندهای مکانیکی و نوار گرافیتی و مانند آن).

 

۱.۲.  مفاهیم مرتبط با ساختمان هیدرولیکی

منحنی عملکرد پمپ ها معمولاً نمایشگر گرافیکی عملکرد هیدرولیکی پمپ ها می باشد. هر پمپ بسته به اینکه در کدامیک از طبقه بندی های پمپ قرار گیرد منحنی عملکرد متفاوتی دارد. اصولاً پمپ هایی که در یک طبقه بندی قرار می گیرند رفتار مشابهی از منظر منحنی های عملکردی دارند.

در منحنی های عملکرد پمپ ها مهمترین پارامترهای هیدرولیکی پمپ شامل دبی، هد، راندمان، توان مصرفی و همچنین NPSHr نمایش داده می شود.

۱.۲.۱.          دبی

دبی یا همان مقدار حجم سیال در واحد زمان که توسط پمپ جابجا می شود.  معمولاً برای پمپ های سانتریفوژ و روتاری بر حسب متر مکعب بر ساعت m3/hr، گالن بر دقیقه gpm و یا لیتر بر ثانیه Lit/sec، برای پمپ های جابجایی مثبت بر حسب لیتر بر ساعت Lit/hr و یا لیتر بر دقیقه  Lit/min بیان می شود. یکای علمی دبی بر حسب واحد SI، متر مکعب بر ثانیه m3/sec می باشد.

۱.۲.۲.          هد

هد یا همان اختلاف ارتفاع پمپاژ و یا فشار پمپ می باشد. برای پمپ های سانتریفوژ هد یا فشار پمپ بر حسب متر (m) و یا فوت (ft) بیان می شود و برای پمپ های روتاری و جابجایی مثبت معمولاً فشار پمپ بر حسب bar،  پوند بر اینچ مربع (PSI)، کیلو پاسکال (kPa) بیان می شود. بیان هد به صورت متر معرف این موضوع می باشد که پمپ تا چه ارتفاعی سیال را بالا خواهد برد. مثلاً پمپی که هدی معادل 30 متر دارد،  قادر است سیال را تا ارتفاع حدودی 30 متری بالا ببرد.  بیان هد پمپ به صورت متر سیال درک نسبتاً ملموس تری نسبت به بیان هد به صورت فشار دارد.  در پمپ های روتاری و جابجایی مثبت معمولاً هد پمپ به صورت ماکزیمم فشار قابل ایجاد توسط پمپ بیان می شود.

۱.۲.۳.        راندمان و توان مصرفی

راندمان یا همان بازده پمپ بیانگر میزان اتلاف انرژی در عمل پمپاژ می باشد. هرچقدر راندمان پمپ بالاتر باشد اتلاف انرژی کمتری صورت گرفته است. معمولاً راندمان پمپ را به صورت نسبت انرژی تحویل داده شده به سیال به انرژی مصرفی پمپ بیان می کنند. انرژی تحویل داده شده به سیال به صورت حاصلضرب دبی در فشار سیال بیان می شود. این انرژی (توان) را انرژی هیدرولیکی یا توان هیدرولیکی می نامند و با PH نمایش می دهند.

۱.۲.۴.NPSH

 کلمه NPSH مخفف هد مکش مثبت است. به طور خلاصه می توان گفت سیال در لحظه ورود به پمپ چه مقدار انرژی داشته باشد تا بخار نشود؟ مقدار این انرژی را NPSH می گویند. در صورتی که انرژی هر سیال کمتر از میزان مشخصی شود سیال دیگر سیال نخواهد بود و بخار می گردد. در واقع اگر در یک دمای مشخص فشار سیال کمتر از فشار بخار آن گردد، سیال بخار می شود. مقداری از انرژی سیال در هنگام مکش تلف می شود. پمپ در هنگام مکش چه مقدار انرژی سیال مورد نیاز دارد تا سیال را بخار نکند؟ پاسخ این سوال همان NPSHr یا NPSH مورد نیاز می باشد. سیال در هنگام ورود به پمپ چه مقدار انرژی بیشتر از انرژی بخار شدن دارد؟ پاسخ این سوال همان NPSHa یا NPSH در دسترس می باشد.

NPSHr، پارامتری است که توسط پمپ ساز گزارش می گردد. NPSH a  بر اساس موقعیت نصب پمپ و شرایط مکش سیال محاسبه می شود و توسط خریدار می بایست گزارش شود. NPSH  معمولاً بر حسب متر سیال و یا فوت سیال بیان می شود. در انتخاب پمپ حتماً بایستی دقت شود که NPSH r کوچکتر از NPSH a باشد. یعنی انرژی در دسترس سیال در مکش پمپ بیش از انرژی مورد نیاز پمپ در مکش باشد تا سیال هنگام ورود به پمپ بخار نشود. تشکیل بخار در مکش پمپ ممکن است باعث گرفتگی و انسداد پمپ گردد و باعث کاهش دبی و فشار خروجی پمپ می شود. این پدیده را غالباً کاویتاسیون می گویند. موضوع کاویتاسیون در پمپ ها موضوع بسیار مهمی می باشد و معمولاً یکی از علل اساسی خرابی در پمپ های سانتریفوژ می باشد.

در مواقعی که دمای سیال نزدیک نقطه جوش می باشد و یا پمپ می بایست مکش منفی انجام دهد (سطح آب پایین تر از سطح تراز پمپ می باشد) و یا به واسطه طولانی بودن خط مکش پمپ و وجود اتصالات متعدد در سمت مکش لوله کشی انرژی سیال هنگام ورود به پمپ کم می باشد، بررسی پمپ ها از نقطه نظر NPSH و کاویتاسیون امری ضروری می باشد. همچنین در بعضی از کاربردهای خاص که فشار بخار سیال بالا می باشد و یا اصولاً سیال فرار می باشد بررسی پدیده کاویتاسیون اجتناب ناپذیر است.

۱.۳.  منحنی های عملکرد

معمولاً منحنی های عملکرد پمپ ها را در یک دور خاص نمایش می دهند (مثلاً دور 1450 در بر دقیقه، 2900 دور بر دقیقه و مانند آن). ترسیم منحنی های عملکرد برای پمپ های روتاری و جابجایی مثبت معمولاً متداول نیست. عملکرد این پمپ ها عموماً به صورت ماکزیمم دبی و ماکزیمم فشار بیان می شود. در پمپ های سانتریفوژ وضع به کلی متفاوت است. هر چقدر که در پمپ های روتاری و جابجایی مثبت سازندگان به اطلاعات کلی بسنده می کنند در پمپ های سانتریفوژ ارائه منحنی های مشخصه دقیق و صحیح متداول می باشد. معمولاً محور x ها محور دبی می باشد و در محور y ها پارامترهایی مانند هد، NPSH، توان مصرفی و بازده پمپ نمایش داده می شود. در واقع منحنی های    H-Q، NPSHr – Q، PBHP – Q و η – Q منحنی های عملکرد پمپ های سانتریفوژ را تشکیل می دهند. در بیشتر مواقع منحنی η – Q در منحنی H – Q ادغام می شود.

شکل شماره 4-  منحنی عملکرد پمپ سانتریفوژ مدل OH2 100 – 315
 
 

از منحنی عملکرد پمپ های سانتریفوژ اطلاعات دقیقتری نیز می توان بدست آورد. منحنی های عملکرد پمپ های سانتریفوژ حاوی اطلاعات بسیار ارزشمندی می باشند که تنها چشم های تیزبین قادر به رویت و تشخیص آنها می باشد.

 

۲.         ساختار انتقال قدرت

مکانیزم های انتقال قدرت در پمپ ها بسیار متنوع می باشد. وظیفه هر سیستم انتقال قدرت در پمپ ها تبدیل انرژی ورودی به انرژی حرکت سیال می باشد. انرژی ورودی می تواند به صورت انرژی الکتریسیته، انرژی شیمیایی سوخت های فسیلی و یا در معدود مواردی انرژی بخار باشد.

 

 شکل شماره 5- شماتیک عملکرد سیستم انتقال قدرت

هر سیستم انتقال قدرت می تواند شامل موارد زیر باشد:

۲.۱.    محرکه

 وظیفه تبدیل انرژی ورودی به انرژی مکانیکی محور چرخان را دارد. عموماً در پمپ ها از دو محرکه استفاده می گردد:

۲.۱.  موتورهای الکتریکی آسنکرون با ولتاژ متناوب (AC) (سه فاز یا تک فاز)

۲.۳.  موتورهای احتراق داخلی بنزینی یا گازوئیلی (دیزل موتور)

 شکل شماره 6– نمایی از یک الکتروموتور

 

از توربین های بخار نیز در بعضی کاربردهای خاص و مواقعی که دسترسی به بخار داغ فراهم شده است مورد استفاده قرار می گیرد.

۲.۴.  کوپلینگ

 وظیفه انتقال گشتاور و دور از محور محرکه به محور پمپ را دارد. در بعضی از پمپ ها محور پمپ و موتور یکی می باشد و کوپلینگ استفاده نمی شود (پمپ های Closed Coupled). وظیفه ی دیگر کوپلینگ از بین بردن نا هم محوری ، انتقال بارهای محوری مابین دو ماشین و تنظیم شافت های محرک و متحرک در مقابل سائیدگی می باشد.

 

 شکل شماره 7– نمایی از چند کوپلینگ

کوپلینگ ها بر دو نوعند:

۲.۵.   کوپلینگ صلب

 در مواقعی که دقت هم محوری باید بالا باشد از این نوع کوپلینگ استفاده میکنند.همچنین درمواقعی که لازم باشدکه یکی ازروتورها توسط شافت دیگر نگهداشته شود ،این کار رابوسیله کوپلینگ صلب انجام میدهند.در این نوع کوپلینگ ها اگر دقت هم محوری کم باشد باعث ایجاد مشکلات مکانیکی میگردد.انواع متداول کوپلینگ صلب عبارتند از:1. فلنجی با پیچ های مناسب (رایج در پمپ های عمودی)2. کلمپی چاک دار3. در امتداد محور.

۲.۶.  کوپلینگ انعطاف پذیر

این کوپلینگ ها علاوه براینکه وظیفه انتقال قدرت ازموتور به پمپ(شافت)رادارند عمل ازبین بردن ناهم محوری بین دو شافت محرک و متحرک را نیز انجام میدهند. کوپلینگ های انعطاف پذیر به غیر از مدل چرخ دنده ای برای دورها و قدرت های پایین استفاده میشوند.

 

۲.۷.  گیربکس

گیربکس ها عموماً سه وظیفه اساسی دارند:

·         کاهش یا افزایش دور

·         تغییر جهت چرخش

·         تغییر جهت خط انتقال قدرت (مانند گیربکس های 90 درجه)

 

۲.۸.   پولی و تسمه

عموماً در موارد زیر مورد استفاده قرار می گیرند:

·         افزایش یا کاهش دور

·         آفست خط انتقال قدرت

·         دامپینگ و میرا کردن ارتعاشات(در پمپ های معدنی که عموماً جزو کاربردهای سنگین پمپ ها می باشد جهت اتصال پمپ و موتور از پولی و تسمه استفاده می شود. یکی از کاربردهای آن کاهش انتقال ارتعاشات پمپ به موتور می باشد)

 

۲.۹.  اجزا متحرک پمپ

 شامل محور و یاتاقان ها می باشد. ممکن است در بعضی از موارد خاص از گاردان ها و یونیورسال جوینت ها جهت انتقال حرکت موتور به پمپ نیز استفاده گردد.

 

۲.۹.۱.         یاتاقان ها

وظیفه یاتاقان ها در پمپ نگهداشتن شفت و روتور درمرکزاجزاء ثابت و تحمل بارهای شعاعی و محوری است. تحمل کننده بارهای شعاعی را یاتاقان ها ی شعاعی و تحمل کننده های بارهای محوری را یاتاقان های محوری نامند. البته یاتاقان های محوری در عین حال بار شعاعی را نیزتحمل میکنند. یاتاقان های مابین کوپلینگ و پمپ را به طرف داخل و یاتاقان های سمت دیگر را به سمت خارج گویند. در پمپ های آویخته از یک سر شافت آن یاتاقانی که به پروانه نزدیکترباشد راداخلی و دورتری را خارجی گویند. .یاتاقان های محوری را در سمت خارج نصب می کنند.

 

 شکل شماره 8– نمایی از یاتاقان های یک پمپ سانتریفیوژ

۲.۹.۲.           شفت

نقش اساسی شفت انتقال گشتاور وارده، به هنگام راه اندازی و عملکردو همچنین به عنوان نشیمنگاه و تکیه گاهی برای دیگر قطعات دوار است. حداکثر خیز شافت در شرایط دورانی می بایداز حداقل لقی ما بین قطعات دوار و ثابت کمتر باشد.بار های اعمالی به شافت عبارت است از:گشتاور، وزن قطعات، نیروی هیدرولیکی شعاعی. همچنین شافت ها می بایست تحمل بار های ضربه ای ناشی از پیچش و عدم پیچش و تنش های حرارتی بهنگام سرد و گرم شدن را داشته باشند. شفت صلب، شفتی که سرعت (دور) عملکرد نرمال آن پایین تر از دور بحرانی نخست آن قرار گیرد.اگر دور عملکرد آن بالاتر از اولین دور بحرانی قرار گیرد آنرا شافت انعطاف پذیر گویند. معمولا دور عملکرد را 20% کمتر و 20%-- 40% بالاتر از دور بحرانی نگه میدارند. هنگام راه اندازی و خاموش کردن دستگاه باید خیلی سریع از دور بحرانی عبور کرد.

 

شکل شماره 9– نمایی از شفت یک پمپ سانتریفیوژ

 

مطالب مرتبط

طبقه بندی و نامگذاری انواع پمپ

مفاهیم بنیادین پمپ ها - بخش اول

دوزینگ پمپ ها

مقدمه ای بر پمپ - بخش اول

تعمیرات و نگهداری پمپ های سانتریفیوژ - بخش اول

 

+ نوشته شده در  شنبه بیست و دوم مرداد 1390ساعت 16:41  توسط رسول پایدار نوبخت  |