يكي از نقاط تمايز پره ها ، نحوه عبور مايع و خروج آنها از تيغه هاي پره است كه به آن سرعت ويژه (Ns) مي گويند اين عدد به عنوان يكي از شاخصهاي مورد استفاده طراحان پمپ براي تشريح هندسه پره ها و نيز طبقه بندي آنها بر اساس نوع طراحي و كاربردشان به كار مي رود . طبق تعريف ، سرعت ويژه (مخصوص) ، تعداد دور بر دقيقه اي است كه در طول آن پره يك واحد حجم سيال (مثلاً متر مكعب) را در واحد زمان (مثلاً ثانيه) در يك واحد ارتفاع (مثلاً متر) تخليه مي كند .

 

سرعت مخصوص ، عددي بي بعد است كه در فرمول فوق جهت محاسبه آن به كار مي رود . مهندسين طراح پمپ از Ns به عنوان ابزاري ارزشمند جهت بهبود و توسعه پره ها استفاده مي كنند . همچنين اين عدد به عنوان شاخصي براي تعيين اينكه پمپ داراي طرح محفظه تك يا دوبل باشد به كار مي رود .

Ns براي آناليز و تحليل پمپهاي دچار مشكل و انتخاب يا خريد پمپ جديد مي تواند سودمند باشد. با قرار دادن سرعت ، جريان و هد در فرمول Ns مي توان شاخصي را براي طرح پره مورد نظر به دست آورد  (شكل1-1  ) .

 شکل 1-1: طراحی پروانه برای انواع سرعت های مخصوص

به علت تناسب پروفيل پره و ارتباط آن با Ns محاسبه شده ، بايد اين عدد را روي عملكرد و كار پمپ تأثير گذار دانست .

در پره هاي تيغه شعاعي (50 < Ns < 160) هد به وسيله نيروي گريز از مركز و يا طرح پره ايجاد مي گردد كه از اين پره ها بيشتر در پمپ توربينهاي عمودي چند طبقه استفاده مي شود . همچنين اين نوع پره‌ها به دليل پهنتر بودن تيغه ، بيشتر براي توليد جريان و افزايش آن به كار مي‌روند . پره هاي جريان محوري (Ns > 160) نيز تقريباً هميشه براي جريان با دبي بالا و هد پايين مورد استفاده قرار مي گيرند .

با توجه به معادله سرعت مخصوص ، ملاحظه مي شود كه هر قدر سرعت دوراني و دبي پمپ زيادتر بوده و ارتفاع آن كم تر باشد سرعت مخصوص آن بيشتر خواهد بود ، در نتيجه سرعت مخصوص پمپ هاي محوري زياد و سرعت مخصوص پمپ هاي گريز از مركز كم مي باشد . اگر يك پمپ گريز از مركز با قطر پروانه (D) و عرض (b) را در نظر بگيريم ، با توجه به اينكه ارتفاع رانش پمپ متناسب با مربع قطر پروانه مي باشد ، مقدار آن در مقايسه با دبي پمپ زياد مي باشد . در نتيجه پمپ هاي گريز از مركز در راندمان هاي بالا با ارتفاع رانش زياد و دبي نسبتاً كم و در نهايت با سرعت مخصوص پايين كار مي كنند .

حال اگرارتفاع رانش و دبي پمپي را ثابت نگه داشته و دور آن را زياد كنيم بايد شكل پره را تغيير دهيم . با افزايش دور و ثابت بودن ارتفاع رانش و دبي ، سرعت مخصوص زياد مي گردد . از طرفي با توجه به اينكه ارتفاع رانش متناسب با (N2D2) و دبي برابر 2πr2b2V2r مي باشد ملاحظه مي شود كه براي ثابت نگه داشتن ارتفاع رانش ، بايد قطر پروانه به نسبت عكس دور كم گردد ، براي ثابت نگه داشتن دبي ( با توجه به كاهش قطر) بايد عرض پره (b) را افزايش داد ، در غير اين صورت سرعت شعاعي (cu) افزايش يافته و موجب كاهش راندمان خواهد شد . به همين ترتيب با توجه به افزايش دور و ثابت ماندن ارتفاع رانش و دبي بايد قطر را كم و عرض پره را زياد نمود تا راندمان پمپ ثابت بماند ، از طرفي با كاهش بيش از حد قطر پروانه ، چرخش 90 درجه سيال در ورود به پمپ در مسافت كوتاه موجب افزايش افت و كاهش راندمان خواهد شد كه براي جلوگيري از اين پديده بايد شكل پره ها را در دورهاي بالاتر بصورت محوري تغيير داد تا راندمان پمپ زياد گردد .

بطور كلي سرعت مخصوص رابطه بين ابعاد و مشخصه هاي چرخ توربوماشين را معين نموده و به عنوان يك مشخصه چرخ متحرك مي باشد ، در نتيجه يكي از شرايط تشابه دو توربوماشين ، مساوي بودن سرعت مخصوص آنهاست . سرعت مخصوص در يك محدوده خاص داراي راندمان ماكزيمم براي توربوماشين بوده در عين حال يك پارامتر عمده در انتخاب نوع و طراحي توربوماشين است . بطور كلي شرط تشابه در توربوماشين هاي سيال غير غابل تراكم ، علاوه بر تشابه هندسي بين دو ماشين اين است كه ضرايب ثابت زير نيز بين آنها ، برابر باشد :

1- ضريب ارتفاع مانومتريك

 

2- ضريب دبي جريان

 

3- ضريب توان

 

4- عدد رينولدز

 

5- راندمان

 

6- سرعت مخصوص

 

7- قطر مخصوص

 

در جدول ( 1-1 ) تقسيم بندي پمپ ها بر حسب سرعت مخصوص نشان داده شده است :

بايد توجه داشت كه اعداد ارائه شده در جدول ، تقريبي و بر اساس آزمايشات گوناگون ، بدست آمده است .

پمپ هاي جريان محوري

پمپ هاي جريان مختلط

پمپ هاي شعاعي

نوع پمپ

100…300

50…160

10…50

Ns

 

جدول 1-1

 

 

 

مثال (1 ) : مطلوب است تعيين نوع‌پمپي كه بتواند دبي 20 ليتر بر ثانيه‌ را به ارتفاع 20 متر‌برساند . دور محور پمپ را 1450 دور بر دقيقه در نظر بگيريد .

در نتيجه نوع پمپ ، گريز از مركز مي باشد .

مثال (2 ) : مطلوب‌است تعيين نوع پمپي‌كه بتواند دبي 5 ليتر در‌ ثانيه را به ارتفاع 50 متر برساند . سرعت محور پمپ 1450 دور بر دقيقه مي باشد .

ملاحظه مي شود كه اين سرعت مخصوص از كمترين مقداري كه پمپ گريز از مركز دارا مي‌باشد ، كمتر است ، در نتيجه بايد از پمپ گريز از مركز چند مرحله اي استفاده نمائيم . حال اگر سرعت مخصوص اين پمپ چند مرحله اي را در سيستم متريك 10 انتخاب نمائيم ، حداقل تعداد طبقات پمپ خواهد شد :

 

در نتيجه براي تعداد طبقات پمپ خواهيم داشت :

يعني حداقل تعداد طبقات چنين پمپي 4 خواهد بود .

 

مطالب مرتبط

سرعت مخصوص در پمپ های سانتریفیوژ

 اتلافات در پمپ ها

پروانه پمپ های سانتریفیوژ

طراحي پروانه‌ پمپ های سانتریفیوژ با پره‌هاي دو بعدی (تك خمشه) – بخش اول

طراحي پروانه پمپ های سانتریفیوژ با پره هاي سه بعدی (دو خمشه - خمش دوبل) – بخش اول

طراحی پروانه پمپ های سانتریفیوژ