پمپ های سانتریفیوژ

۵.        محافظت انفجاری Explosion Protection (ادامه)

بر طبق الزامات قانونی نصب تجهیزات الکتریکی در مناطق در معرض خطر انفجار (Elex V) تنها اگر دستگاه شرایط زیر را داشته باشد، ممکن است در مناطق انفجاری نصب شود:

·  دستگاه باید برای گازها و بخاراتی که وجود دارد تأیید شده باشد.

·  دستگاه باید توسط سازنده تست های لازم را گذرانده باشد تا این اطمینان بدست آید که بر طبق تأییدیه نوع Type Approval است.

·   دستگاه باید علامتگذاری با اطلاعات مناسب بوسیله یک مرجع قانونی داشته باشد.

تأییدیه نوع Type Approval توسط مراجع محلی تحت نظارت مراجع قانونی داده می شود.

به منظور طبقه بندی الزامات حفاظت انفجاری یک پمپ خاص (مثلاً یک پمپ موتور محصور)، کافی نیست که فقط اطلاعات پمپ و سیال پمپ شونده مورد نظر قرار گیرد. منابع دیگر خطر ممکن است در همان منطقه وجود داشته باشد که باید در نظر گرفت. مثلاً اگر یک پمپ در یک منطقه که اتیل اتر (کلاس دمایی T4) وجود دارد، استون (با کلاس دمایی T1) پمپاژ کند.

تصمیم در خصوص یک محل خاص، صرفنظر از محیط سرپوشیده یا باز، که از منظر مقررات باید خطرناک باشد یا نه، باید توسط مصرف کننده مشخص شود. در حالتی که شک و شبهه وجود دارد، باید توسط یک مسئول قانونی مناسب  (مثلاً هیئت بازرسان کارخانه) این موضوع تصمیم گیری شود.

2.5. نامگذاری نواحی مناطق خطرناک

مناطق خطرناک مطابق با احتمال خطر، مدت و استمرار وجود اتمسفر انفجاری به نواحی مختلفی تقسیم بندی می شود.

ناحیه صفر (Zone 0): شامل مناطقی است که اتمسفر انفجاری به طور پیوسته یا برای مدت طولانی وجود دارد (مثلاً داخل تانک شامل مایعات یا گازهای انفجاری).

در ناحیه صفر، تنها تجهیزاتی که به طور ویژه برای این کاربرد طراحی شده باشد، استفاده می شود. موتورهای الکتریکی با هر کلاس محافظتی، اجازه کارکرد در این ناحیه را ندارند.

ناحیه 1 (Zone 1): شامل مناطقی است که گهگاه اتمسفر انفجاری بوجود می آید.

موتورهای الکتریکی که در این ناحیه مورد استفاده قرار می گیرند باید در برابر انفجار محافظت شده باشند و باید حداقل یکی از علائم استاندارد ضد انفجار "d" یا ایمنی افزایش یافته "e" را داشته باشند.

ناحیه 2 (Zone 2): شامل مناطقی است که گهگاه اتمسفر انفجاری به مدت کوتاه بوجود می آید.

موتورهای ضد انفجار با حفاظت d و ایمنی افزایش یافته e ممکن است استفاده شود. همچنین در بسیاری از موارد موتورهای القایی قفس سنجابی سه فاز استاندارد ممکن است استفاده شود.

3.5. گروه های گازی

گازها و مایعات انفجاری بوسیله حداقل فاصله و یا حداقل جریان جرقه ای که ممکن است تحت شرایط عملی تعریف شده انفجار گسترش یابد، به گروه هایی طبقه بندی می شود.

4.5. کلاس دمایی

محیط انفجاری می تواند به سادگی بوسیله گرمای ایجاد شده در شرایط عادی تجهیزات الکتریکی، مشتعل شود. برای جلوگیری از آن، دمای سطح دستگاه باید از دمای احتراق محیط انفجاری کمتر نگه داشته شود. دمای احتراق اتمسفر انفجاری کمترین دمای سطحی است که منجر به احتراق مخلوط در تماس با آن می گردد.

دمای احتراق مایعات و بخارات مطابق استاندارد EN 50 014 / DIN 51 794 تعریف می شود و به کلاس های دمای T1 تا T6 طبقه بندی می شود.

ماکزیمم دمای سطح، بالاترین دمایی است که ممکن است حین کارکرد تحت محتملترین شرایط نامساعد هر قطعه یا سطوح تجهیزات بدست آید به طوری که توانایی ایجاد احتراق در تماس با اتمسفر انفجاری را داشته باشد. محتملترین شرایط نامساعد همچنین شامل شرایط اضافه بار یا خرابی می باشد. برای کاربردهای پمپ، این دما نه تنها مربوط به سطح موتور الکتریکی می باشد، بلکه شامل خود پمپ نیز می شود.

معیار ایمنی مربوط به گازها و بخارات قابل انفجار مثلاً نقطه احتراق، دمای جرقه، کلاس دمایی و کلاس انفجاری، تماماً تعریف شده اند و در قوانین و آیین نامه های قانونی کشورها توضیح داده شده اند.

5.5. مقایسه استانداردها

استانداردهای اروپایی EN 50 014 تا EN 50 020 که از ماه می سال 1978 اجرایی شده اند، قابل مقایسه است با استاندارد آلمانی قبلی DIN VDE 0170 / 0171 که برای محصولات تولید شده تا تاریخ 1.5.1988 که هنوز هم در حال کار هستند، قابل استفاده است.

مثال: EEx de IIC T4

E: موتور مطابق با استاندارد اروپایی

EX: محافظت انفجاری

de: ترکیبی از ضد انفجار و ایمنی افزایش یافته

II: گروه تجهیزات الکتریکی برای مکان های با اتمسفر قابل انفجار، به غیر از معادن و گاز معدن (متان)

C: بالاترین کلاس عملی برای نوع حفاظت Ex d. این کلاس برای تمامی گازها و بخارات مناسب است.

T4: کلاس دمایی (ماکزیمم دمای سطح C° 135)

6.5. حفاظت انفجاری در موتور پمپ های محصور

برای موتور پمپ های محصور، مسئولین نیازمند اندازه گیری های ایمنی بیشتری نسبت به آیین نامه های موتور های ضد انفجار معمولی دارند.

در گواهینامه تحت عنوان "شرایط ویژه" ، شرایط اضافه برای عملکرد این پمپ ها در مناطق خطرناک وضع می شود.

نکات زیر شامل این پمپ ها می شود:

 ·         به دلیل ایمنی، پوسته روتور باید همیشه با سیال پمپ شونده پر شود. بنابراین لازم است که بخشی با یک نشانگر سطح و یا هر راهکار مطمئن دیگری که باعث شود موتور تنها بتواند با مقدار سطح کافی از مایع استارت شود،  تعبیه گردد.

·         برای جلوگیری از ایجاد دماهای غیر قابل قبول در سیستم خنک کاری / روانکاری، سنسورهای دما باید تعبیه گردد. این سنسورها باید این اطمینان را ایجاد کنند که تحت شرایط کاری پمپ، ماکزیمم دما از حد مجاز در کلاس انفجاری فراتر نرود.

7.5. حفاظت انفجاری در استانداردهای اروپایی

راهنمای 94/9/EC که توسط اتحادیه اروپا EC نوشته شده است، هماهنگی آیین نامه های رسمی اعضا برای تجهیزات و سیستم های حفاظتی برای عملکرد در مناطق خطرناک انفجاری را پوشش می دهد.

این راهنما همچنین به عنوان ATEX 100a شناخته شده است که از 23 می سال 1999 با یک دوره آزمایشی تا 30 ژوئن 2003 اجرایی شده است.

این گام موثری برای همسان سازی استانداردهای ایمنی در اتحادیه اروپا EC می باشد.

واضحترین نشانه این استاندارد، علامت CE است که تجهیزات محافظت شده انفجاری نیز باید آن را داشته باشند تا بتوانند در همه جای اتحادیه اروپا مورد استفاده قرار گیرند.

عبارت حفاظت انفجاری به خاطر اهمیتش بسیار وسعت یافته است. سازندگان باید از مناسب بودن تمامی قطعات محصولشان برای نصب ایمن در مناطق خطرناک انفجاری مطمئن باشند.

تأثیر راهنمای 94/9/EC بر پمپ ها و سازندگان در یکی از مدارک تولید شده توسط EUROPUMP (جامعه اروپایی سازندگان پمپ) توضیح داده شده است.

1.        کنترل دور محرکه های الکتریکی

1.6. کنترل موتور

می توان موتورهای زیر را برای کنترل دور مد نظر داشت:

·         موتورهای القایی قفس سنجابی آسنکرون سه فاز

·         موتورهای القایی رینگ لغزان آسنکرون سه فاز

·         موتورهای سنکرون سه فاز

Ø      موتورهای رلوکتانس

Ø      موتورهای مگنت ثابت

موتورهای DC بندرت به عنوان محرکه پمپ های سانتریفیوژ استفاده می شوند.

سرعت چرخش موتور القایی سه فاز برابر است با:

Rotor Speed n = f/p.(1-S)

که  f: فرکانس شبکه ،      p: تعداد قطب ها ،       s: لغزش  می باشد.

بنابراین سه راه برای کنترل دور موتورهای سه فاز وجود دارد:

·         تغییر تعداد قطب های موتور

·         تغییر فرکانس

·         تغییر لغزش

1.1.6. موتورهای چند قطبی

موتورهای چند قطبی در فرکانس ثابت شبکه قادرند به صورت گام به گام سرعت را تغییر دهند. عموماً تغییر قطب فقط مربوط به موتورهای القایی قفس سنجابی سه فاز می باشد.

ساده ترین روش این کار، روش سویئچ دالاندر است که سیم پیچی یک فاز به چندین شیار مرتبط به هم توزیع می شود. اما این روش تنها اجازه تغییر دور به نسبت 1 به 2 را می دهد.

با دو سیم پیچ، سه یا چهار دور می توان بدست آورد.

به عنوان یک قانون، سیم پیچ ها طوری طراحی شده اند که گشتاور عملاً در تمام سرعت ها ثابت می باشد. اما برای محرکه های پمپ، ممکن است موتورهایی باشد که سیم پیچ ها با الزامات گشتاور پمپ تطبیق شوند، مثلاً گشتاور با مربع سرعت افزایش یابد. این موتورها اغلب به عنوان محرکه های هواکش نامیده می شوند.

2.1.6. تغییر فرکانس

کنترل فرکانس با استفاده از مبدل فرکانسی بدست می آید. این مبدل ها به دو گونه می باشند:

·         مبدل ولتاژی

·         مبدل جریانی

با مبدل ولتاژی، سرعت با تغییر فرکانس f بوسیله پالس مناسب U تغییر می کند. این مبدل ها با فرکانس و ولتاژ ثابت (مثلاً 3 AC 50/60Hz, 380 to 690 V) در سیستم سه فاز با با ولتاژ و فرکانس متغیر (سه فاز AC، صفر تا 200 هرتز، از صفر ولت تا ولتاژ نامی) تولید می شود.

با مبدل جریانی، سرعت با تغییر فرکانس f بوسیله پالس های جریان که وابسته به بار مناسب است، تغییر می کند. این مبدل ها از یک ولتاژ سه فاز با فرکانس و دامنه ثابت (مثلاً 3 فاز AC با 50 / 60 هرتز) و سیستم سه فاز با فرکانس متغیر (سه فاز AC صفر تا 50 / 60 هرتز) و جریان وابسته به بار، تولید می شوند.

برای پمپ های سانتریفیوژ و فن ها، مبدل ها با یک مشخصه U/f عمومی، مناسب می باشند. پمپ ها می توانند به طور پیوسته با کمترین اتلافات، تنظیم دور شوند. برای پمپ های سانتریفیوژ که رابطه منحنی گشتاور / سرعت شناخته شده دارند (M~n²)، نیاز نیست هیچگونه اتلاف عملکرد یا گشتاور برای موتورهای معمولی در مقایسه با عملکرد عادی در نظر گرفته شود. به همین دلیل، تنظیم سرعت با مبدل بعد از نصب پمپ، معمولاً اشکالی ایجاد نمی کند.

وقتی از کنترل دور استفاده می شود، حد بالایی سرعت مکانیکی موتور، و همچنین محدودیت های مکانیکی و هیدرولیکی پمپ باید در نظر گرفته شود. به طور مشابه باید حداقل سرعت توصیه شده سازندگان پمپ به خاطر بارهای هیدرولیکی مد نظر قرار گیرد.

مبدل های فرکانسی برای موارد زیر می تواند مورد توجه قرار گیرد:

موتورهای القایی قفس سنجابی آسنکرون سه فاز

این موتورها وسیعترین کاربرد را برای مبدل های فرکانسی دارند. تمامی انواع این موتورها، تا سایز فریم 250 و تا ولتاژ شبکه 500 ولت می توانند با تنظیم دور استفاده شوند. موتورهای با فریم 280 به بالا و یا با ولتاژ شبکه بالاتر از 500 ولت، احتیاج به محافظت ویژه برای بلبرینگ ها و گاهی اوقات، بسته به سایز، نصب ویژه دارند.

با انتخاب موتور، گشتاور مورد نیاز در سرعت ماکزیمم باید مورد توجه قرار گیرد.

موتورهای کوچکتر تا توان 7.5 کیلووات با مبدل های یکپارچه ساخته می شوند. این باعث مزیت به خاطر عدم نیاز به سیم کشی خارجی بین موتور و مبدل و کاهش خطر برق گرفتگی می شود.

موتورهای ولتاژ بالا، می توانند با مبدل های فرکانسی ولتاژ بالا تأمین شوند.

موتورهای رلوکتانس

موتورهای رلوکتانس موتورهای سه فاز با رفتار سنکرون هستند که سیم پیچ ها به استاتور ثابت شده اند. روتور ولتاژ تحریک را انتقال نمی دهد. ولتاژ القا شده در سیم پیچ های استاتور به خاطر چرخش روتور باعث تغییر در مقاومت مگنت (رلوکتانس) می شود. حرکت سنکرون توسط طراحی ویژه روتور بدست می آید.

موتورهای رلوکتانس ابعاد کلی مشترک با فریم های موتورهای استاندارد دارند و در ساختارهای IM B3، IM B5 و IM V1 موجود می باشند. این موتورها با کلاس حفاظتی IP 55 و کلاس خنک کاری IC 411 و همچنین موتورهای 4 قطبی در فریم های 71 تا 160 و توان های 0.17 تا 8.5 کیلووات ساخته می شوند. این موتورها می توانند با مبدل های فرکانسی در محدوده 50 تا 200 هرتز و سرعت های 1500 تا 6000 دور بر دقیقه کار کنند.

موتورهای مگنت ثابت

موتورهای مگنت ثابت، موتورهای سنکرون سه فاز، خود استارت، بدون جاروبک و بطور دائم تحریک شده می باشند. روتور برای راه اندازی آسنکرون روتور قفس سنجابی و یک روتور مگنت ثابت برای عملکرد سنکرون دارد. مگنت های ثابت از مواد فریتی یا آلیاژهای کمیاب در کوپلینگ های مگنتی، ساخته شده اند.

موتورهای مگنت ثابت ابعاد کلی مشترک با فریم های موتورهای استاندارد دارند و در ساختارهای IM B3، IM B5 و IM V1 موجود می باشند. این موتورها با کلاس حفاظتی IP 44 و کلاس خنک کاری IC 411 و همچنین موتورهای 2، 4 و 6 قطب در فریم های 71 تا 160 و توان های 0.3 تا 5.5 کیلووات ساخته می شوند. نوع 2 قطبی می تواند با مبدل های فرکانسی در محدوده 50 تا 300 هرتز و سرعت های 1500 تا 18000 دور بر دقیقه کار کند. ماکزیمم فرکانس برای موتورهای 4 و 6 قطبی 200 هرتز است.

3.1.6. تغییر لغزش

این سیستم تغییر دور برای موتورهای آسنکرون با روتورهای رینگ لغزان استفاده می شود.

این موتورها می توانند با مبدل های سری شده، مقاومت نوسانی یا با یک میدان شبکه دوگانه (چرخشی) کار کند.

برای پمپ های سانتریفیوژ، عموماً تنها مبدل های سری ساب سنکرون Sub-synchronous مورد توجه می باشند.

کنترل دور بوسیله تغییر مقاومت روتور بدست می آید. لغزش بطور پیوسته بوسیله افزایش مقاومت خارجی متصل شده به سیم پیچ روتور در داخل رینگ های لغزان، کنترل می شود. محدوده کنترل سرعت بین 1: 1.3 و 1:5 می باشد.

وقتی از اتصال سری (کاسکید) استفاده می شود، توان لغزش P_Slip که بوسیله رینگ های لغزان مصرف می شود از طریق مبدل به شبکه برگردانده می شود. مبدل جریانی برای برای ماکزیمم توان لغزش P_Slip سایز می شود. توان لغزش از طریق اتصال سری (کاسکید) برگردانده می شود.