پمپ گریز از مرکز (پمپ سانتریفیوژ) چیست؟
پمپ گریز از مرکز یا پمپ سانتریفیوژ (Centrifugal Pump) از نوع پمپ‌های روتودینامیک یا دوّار است که با چرخش پروانه، سیال را منتقل می‌کند. برخی از منابع معتبر ادعا می‌کنند که 80 درصد پمپ‌های جهان از این نوع است؛ بنابراین این پمپ آب هیچ رقیبی نداشته و برای اکثر کاربردهای خانگی، صنعتی، تجاری و کشاورزی، گزینه‌ی اول مصرف‌کنندگان است. ساخت این پمپ آسان است و طراحی آن در طی دهه‌ها استفاده در صنایع مختلف بهینه شده است. همچنین پمپ گریز از مرکز، با تغییراتی در طراحی برای کاربردهای مختلف، تطابق یافته است.
انواع پمپ گریز از مرکز و نحوه عملکردشان:
پمپ گریز از مرکز یک ماشین دوار است که جریان و فشار به‌صورت دینامیکی در آن ایجاد می‌شود. در این پمپ برخلاف پمپ‌های جابجایی مثبت، ورودی و خروجی از هم جدا نشده‌اند و سیال می‌تواند آزادانه از پمپ عبور کند.پمپ سانتریفیوژ دو قسمت متحرک و ثابت تشکیل شده است. اصلی‌ترین قسمت متحرک یا روتور، ایمپلر (Impeller)، چرخ یا پروانه است که انرژی توسط این قطعه به سیال منتقل می‌شود. قسمت ثابت یا استاتور نیز از دیفیوزر تشکیل شده که انواع مختلفی دارد.
سه نوع پمپ گریز از مرکز وجود دارد: شعاعی، جریان مختلط و محوری. این پمپ‌ها در عملکرد تفاوت چندانی باهم ندارند اما هرکدام مناسب برای رنج دبی و هد خاصی هستند. برای اینکه تشخیص دهیم کدام یک از این پمپ‌ها باید استفاده شود، باید با کمیتی به نام سرعت مخصوص آشنا شویم که از معیارهای اصلی انتخاب پمپ است. مقدار سرعت مخصوص از رابطه‌ی زیر به دست می‌آید:
| تست |
|---|
| ns: سرعت مخصوص (بی‌بعد) |
| N: سرعت دورانی پمپ (دور بر دقیقه) |
| Q: دبی سیال (مترمکعب بر ثانیه) |
| H: هد پمپ (متر) |
برای هر سرعت مخصوص، تنها یک نوع پمپ بازده حداکثر خواهد داشت. شکل زیر مشخص می‌کند برای پمپی که برای کار در شرایط مشخصی استفاده خواهد شد، چه نوعی انتخاب شود. برای مثال فرض کنید می‌خواهیم پمپی با دبی 0/01 مترمکعب در ثانیه با هد 25 متر را انتخاب کنیم. سرعت الکتروموتور نیز 2900 دور بر دقیقه است. با جایگذاری مقادیر در رابطه‌ی سرعت مخصوص، مقدار آن 25/9 به دست می‌آید که پمپ مناسب، شعاعی خواهد بود. حال اگر با همان شرایط قبلی، دبی 3 مترمکعب را در نظر می‌گرفتیم، مقدار سرعت مخصوص 449 و پمپ مناسب، محوری خواهد بود.
در ادامه هرکدام از انواع پمپ گریز از مرکز و ویژگی‌های آن‌ها بررسی می‌شود.
1- پمپ شعاعی:
هدف پمپ سانتریفیوژ، ایجاد فشار به‌وسیله‌ی شتاب دادن به جریان تا سرعت بالا است. طبق شکل زیر، با چرخش پروانه و ایجاد مکش، سیال به‌صورت محوری وارد پمپ می‌شود و به‌صورت شعاعی از پمپ خارج می‌شود.
معمولاً پمپ‌ها به‌گونه‌ای طراحی می‌شوند که سرعت محوری ورودی، برابر با سرعت شعاعی سیال در خروجی پروانه باشد. در خروجی پروانه، علاوه بر سرعت شعاعی که به دلیل حرکت سیال به سمت بیرون پره‌ها است، سرعت زاویهای نیز به دلیل حرکت دورانی پره‌ها وجود دارد؛ بنابراین سرعت مطلق سیال در خروجی پره‌ها، مجموع سرعت دورانی و شعاعی است. مزیت پمپ گریز از مرکز، اعمال نیروی گریز از مرکز است که طبق اصول دینامیک، به دلیل وجود حرکت چرخشی پروانه و سرعت شعاعی سیال نسبت به پروانه وجود دارد. سهم زیادی از انرژی منتقل‌شده به سیال، از طریق این نیرو است که در پمپ‌های دیگر وجود ندارد.
پروانه اصلی‌ترین قطعه‌ی پمپ است و طراحی آن تمام مشخصات پمپ را تعیین می‌کند. سایر قطعات پمپ، طراحی پیچیده‌ای ندارند. طراحی پروانه در تمام پمپ‌ها، مشکل‌ترین بخش طراحی و ساخت است. روش‌های طراحی این قطعه، با سال‌ها آزمون و خطا در صنعت، بهبود یافته و امروزه طرح‌هایی با بازده بالا در اکثر برندهای پمپ دیده می‌شود. تمام کمیت‌های ابعادی پروانه ازجمله قطر ورودی، زاویه‌ی ورودی پره‌ها، ضخامت پره‌ها، تعداد پره‌ها، پروفیل پره‌ها، زاویه‌ی خروجی پره‌ها، قطر خروجی، سرعت دوران و … باید به‌دقت انتخاب شوند و حتی اگر یکی از این کمیت‌ها نامناسب انتخاب شود، بازده پمپ کاهش می‌یابد.
بیشتر بخوانید: کاربرد دوزینگ پمپ
2- پمپ محوری:
در پمپ گریز از مرکز محوری، جریان برخلاف پمپ شعاعی، به‌صورت محوری خارج می‌شود. این پمپ‌ها مناسب برای کاربردهایی هستند که نیاز به فشار کم و دبی زیاد است. در مقایسه با پمپ‌های شعاعی، با اندازه‌ی برابر، می‌توانند تا سه برابر دبی برای هد کمتر از 4 متر را پمپاژ کنند. تعداد پره‌های پمپ محوری معمولاً کم (سه یا چهار عدد) است و دیفیوزر در پشت پروانه قرار دارد.
در طراحی پمپ‌های محوری، معمولاً از یک زانویی 90 درجه استفاده می‌شود تا مطابق شکل‌های زیر، الکتروموتور در پشت پروانه قرار گیرد.
3- پمپ جریان مختلط :
ازلحاظ عملکرد و ساختار، پمپ جریان مختلط بین پمپ‌های شعاعی و محوری قرار دارد. ازنظر کاربرد، برای شرایطی که دبی و هد متوسط موردنیاز باشد، این پمپ‌ها بهترین عملکرد را دارند. شکل زیر ساختمان پمپ جریات مختلط را نشان می‌دهد. سیال به‌صورت محوری وارد پمپ شده و توسط پره‌های پروانه که با رنگ زرد نشان داده شده‌اند، با زاویه‌ی بزرگ‌تر از 90 درجه از پمپ خارج می‌شود.
بخش دیفیوزر :
سیال پس از خروج از پروانه، به استاتور وارد می‌شود. هدف این بخش، کاهش سرعت سیال و تبدیل آن به فشار است؛ زیرا سرعت خروجی در پروانه بسیار بالا و فشار آن پایین است. سیال با این شرایط مناسب کاربردهای متداول نیست؛ زیرا به دلیل تلفات ناشی از اصطکاک و تلفات جزئی مانند عبور سیال از زانویی و شیر، فشار سیال افت کرده و کاویتاسیون ایجاد می‌شود و در این شرایط، سیال نمی‌تواند حرکت کند. طرح‌های مختلفی برای بخش استاتور وجود دارند که در ادامه آن‌ها را بررسی می‌کنیم.
دیفیوزر بدون پره (Vanless Diffuser): این طرح، پر استفاده‌ترین نوع استاتور است. در این دیفیوزر، سیال با عبور از یک کانال که مساحت آن در حال بیشتر شدن است، سرعت خود را کاهش داده و فشارش افزایش می‌یابد. مقدار افزایش فشار در این طرح پایین است اما به دلیل هندسه‌ی ساده و هزینهی پایین ساخت، محبوبیت بیشتری دارد.
دیفیوزر پره‌دار (Vanned Diffuser): در طراحی دیفیوزر پره‌دار، پره‌هایی در خلاف جهت پره‌های پروانه قرار داده‌شده‌اند. سیال با برخورد به این پره‌ها، سرعت خود را از دست داده و فشار آن افزایش می‌یابد. شکل پره‌ها بسته به انتخاب طرح متفاوت است و می‌تواند مخروطی، مثلثی یا هر پروفیل دیگری انتخاب شود.
همچنین در پمپ‌هایی که از این طرح استفاده می‌کنند، فاصله‌ی بین پره‌های پروانه و دیفیوزر جزء کمیت‌های مهم طراحی به‌حساب می‌آید و باید به‌طور دقیق ساخته شود. در صورت استفاده از دیفیوزر پره‌دار، هزینهی ساخت پره‌ها باعث افزایش هزینهی پمپ خواهد شد اما در مقابل، حجم پمپ کوچک‌تر شده و همچنین فشار سیال خروجی بیشتر می‌شود.
سیال پس از دیفیوزر وارد حلزونی می‌شود. حلزونی درواقع یک محفظه‌ی خالی است که سطح مقطع آن در قسمت‌های مختلف، متفاوت است. این سطح مقطع در قسمت خروجی پمپ به حداکثر مقدار می‌رسد و هر چه از خروجی دورتر شویم، کوچک‌تر می‌شود. وقتی سطح مقطع سیال بزرگ‌تر شود، سرعت آن کاهش می‌یابد. این مطلب را می‌توانید با باز کردن شیر آب مشاهده کنید. در بالاترین نقطه‌ی شیر آب، سرعت آن کمترین مقدار است و سطح مقطع آن، مقدار حداکثر را دارد. با پایین آمدن آب و سرعت گرفتن به دلیل گرانش، سطح مقطع آن کاهش می‌یابد. در حلزونی نیز برعکس این عمل اتفاق می‌افتد.
4- پمپ دو مکشه :
پمپ دو مکشه که ساختمان آن در شکل زیر نشان داده شده است، درواقع دو پمپ است که پروانه‌ی آن‌ها به هم متصل شده‌اند. ورودی دو پمپ جدا از هم است اما سیال در خروجی ترکیب می‌شود. هر دو پروانه نیز توسط یک شفت و الکتروموتور به حرکت درمی‌آیند. طراحی پمپ دو مکشه مزیت‌هایی نسبت به پمپ تک مکشه یا معمولی دارد.
به‌طور مثال نیروی محوری دو پروانه، همدیگر را خنثی کرده و هیچ نیروی محوری به پمپ اعمال نمی‌شود. به همین دلیل پمپ‌های دو مکشه سایش و شکستگی کمتری را تجربه می‌کنند. از طرف دیگر هزینهی پمپ دو مکشه در حدود دو برابر یک پمپ معمولی است اما طول عمر آن بیشتر (حدود 30 سال) است که می‌تواند این هزینهی اولیه‌ی بالا را جبران کند. همچنین بازده یک پمپ دو مکشه بسیار بالاتر از پمپ معمولی است که مزیت بزرگی برای این طراحی به‌حساب می‌آید.
5- پمپ دو مکشه :
در پمپ گریز از مرکز، به دلیل تلورانس پایین بین محفظه و پروانه و فاصله‌ی کم میان پره‌های پروانه، وجود ذرات یا توده‌های جامد در سیال می‌توانند منجر به گرفتگی پمپ و ازکارافتادن آن شوند. برای چنین شرایطی، پمپ‌های گریز از مرکزی طراحی می‌شوند که به‌راحتی می‌توانند از عهده‌ی پمپاژ توده‌های جامد برآیند. در ادامه، یکی از طرح‌های این نوع پمپ و نحوه‌ی عملکرد آن را بررسی می‌کنیم.
برای عملکرد بهتر پمپ سانتریفیوژ در مقابل توده‌های جامد، معمولاً در طراحی، صفحه‌ی بالایی یا هر دو صفحه‌ی محصور کننده‌ی پروانه که تلورانس پایینی دارد و امکان گیرکردن مواد جامد در آن وجود دارد، حذف می‌شوند. به پمپ‌هایی که هر دو صفحه را دارند، بسته و به پمپ‌هایی که یک یا دو صفحه‌ی محصورکننده را ندارند، نیمه‌باز و باز گفته می‌شود.
با افزایش اندازه‌ی توده‌های جامد، پمپ‌های استاندارد باز و نیمه‌باز یا بسته‌ی ضد گرفتگی که در گذشته استفاده می‌شدند، بالاخره شروع به گرفتگی مکرر می‌کنند. بسته به شرایط رخ‌داده، چنین پمپ‌هایی که با عنوان ضد گرفتگی طراحی شده‌اند ، دچار گرفتگی جزئی یا انسداد کامل می‌شوند که عبور آب را غیرممکن می‌سازد.
برای حل این مشکل، پمپ‌هایی که طراحی بهتری دارند، باید جایگزین شوند. پمپ تک‌پره‌ی گریز از مرکز پیچی یا به‌اختصار پمپ تک‌پره، یکی از طرح‌های ساده‌ای است که می‌تواند مشکل انسداد را حل کند. تعداد پره‌ها برای ویژگی ضد گرفتگی بودن پمپ مهم است؛ زیرا لبه‌ی ورودی پره‌ها، به دلیل گیرکردن مواد رشته‌ای و دراز، یکی از مهم‌ترین مکان‌هایی هستند که انسداد از آن‌ها شروع می‌شود.
با کاهش تعداد پره، احتمال گرفتگی در پمپ کاهش می‌یابد. پروانه‌ی این پمپ، تنها یک پره دارد؛ بنابراین امکان گرفتگی در این پمپ، به میزان زیادی کاهش می‌یابد. شکل زیر، عبور یک دستمال را از پروانه‌ی پمپ تک‌پره نشان می‌دهد.
به‌علاوه، شکل پره در ورودی به‌گونه‌ای طراحی شده است که شبیه به بدنه باشد؛ بنابراین حتی اگر جسمی در ورودی پروانه گیر کند، سیالی که در حال عبور از پمپ است، جسم را به سمت خروجی پمپ می‌کشد.
دومین المان طراحی که برای رفع انسداد پمپ کمک می‌کند، پروفیل سطح محصور کننده است که پروانه درون آن قرار دارد. وجود هرگونه فضای خالی باعث می‌شود تا مواد جامد در این فضا گیر کنند. با کاهش تلورانس به مقدار بسیار پایین، ذرات جامد اجازه‌ی ورود را نخواهد داشت.
سومین راه حل برای رفع انسداد، جایگاه نوک پروانه است. نوک پره‌ی پروانه‌ی پیچی، تیز است و تمام ذرات جامدی که در راه قرار بگیرند را خواهد گرفت. طراحی قسمت مکش دارای یک لبه‌ی اضافی است که نوک پره را پوشش داده و اجازه‌ی ورود ذرات جامد را به دلیل نبود تماس مستقیم با نوک پره، نمی‌دهد. لبه به‌اندازه‌ی کافی کوچک انتخاب شده است که با الگوی جریان سیال تداخل ندارد و همچنین به‌اندازه‌ای بزرگ است که تمام نوک پروانه را پوشش دهد. شکل زیر نمونه‌ای از این طرح را برای پمپ گریز از مرکز نشان می‌دهد.
سه المان طراحی که توضیح داده شدند، باهم کار می‌کنند تا مانع هرگونه انسداد در پمپ شوند؛ بنابراین، این طرح برای انتقال انواع پساب، سیال دارای ذرات و توده‌های جامد و فاضلاب، کاملاً مناسب است.
کاربرد پمپ گریز از مرکز:
پمپ سانتریفیوژ دهه‌ها در صنایع مختلف استفاده شده و با تمام صنایع تطبیق یافته‌اند. برای هر کاربرد مشخصی، تغییرات جزئی در ساختمان پمپ ایجاد شده است اما اصول کار تمام این پمپ‌ها یکسان است. جدول زیر کاربردهای مختلف این پمپ‌ها را نشان می‌دهد.
| نوع پمپ گریز از مرکز | کاربرد | مشخصات |
|---|---|---|
| موتور داخل محفظه | هیدروکربن ها، مواد شیمیایی و هرجایی که وجود نشتی غیرقابل قبول است. | بدون آب بندی؛ پروانه مستقیماً به موتور محرک متصل است. تمام قطعات در تماس با سیال، داخل محفظه قرار دارند. |
| موتور با محرک مغناطیسی | هیدروکربن ها، مواد شیمیایی و هرجایی که وجود نشتی غیرقابل قبول است. | بدون آب بندی؛ پروانه توسط آهنرباهای کوپل شده ی نزدیک، به حرکت درمی آید |
| پمپ خردکننده | صنایع تصفیه فاضلاب، مواد شیمیایی، صنایع غذایی و پساب | پروانه با دندانه های خردکننده ی اجسام جامد نصب شده است. |
| پمپ سیرکولاتور | گرمایش و تهویه ی هوا | طراحی فشرده داخل خط لوله |
| پمپ چندطبقه | کاربردهای فشار بالا | استفاده از چند پروانه برای افزایش فشار سیال خروجی |
| پمپ ضد یخ | گاز طبیعی مایع و مبردها | استفاده از مواد مخصوص برای ساخت پمپ برای مقاومت در برابر دمای بسیار پایین |
| پمپ زباله | زه کشی معادن و گودال ها، پایگاه های ساخت و ساز | برای پمپاژ سیال با توده های جامد طراحی شده است. |
| پمپ دوغاب | معدن، فرآوری مواد معدنی و دوغاب های صنعتی | برای تحمل و مقاومت در برابر سیال های بسیار خورنده طراحی شده است. |
مزایا پمپ سانتریفیوژ:
طراحی منحصربه‌فرد پمپ گریز از مرکز، 9 مزیت یکتا را برای کاربردهای مختلف ارائه می‌دهد. این مزیت‌ها عبارت‌اند از:
1- مقاومت در برابر خورندگی
: تمام پمپ‌های گریز از مرکز از جنس فلزات ضد خورندگی ساخته نمی‌شوند اما در صورت نیاز، تمام قطعات این پمپ را می‌توان از جنس فلزاتی مانند فولاد ضدزنگ ساخت. در این صورت پمپ می‌تواند در برابر سخت‌ترین شرایط بیرونی و خورنده‌ترین مواد شیمیایی، مقاومت کند.
شرایط محیطی که به‌راحتی می‌تواند پمپ‌های دیگر را از کار بیندازد، برای پمپ‌های ضد خورندگی مسئله‌ی مهمی نیست. این مزیت، دو ویژگی برای پمپ سانتریفیوژ ایجاد می‌کند. اولاً تنوع سیالاتی که پمپ می‌تواند انتقال دهد، بیشتر می‌شود. ثانیاً طول عمر پمپ افزایش چشمگیری خواهد داشت.
بیشتر بخوانید: نحوه عملکرد پمپ پریستالتیک
(پمپ سانتریفیوژ پدرولا سری F)
2- بازده بالا:
طراحی پمپ گریز از مرکز به‌مرور زمان بهینه شده و امروزه، پمپ‌های تولید شده بازده بالایی دارند که این پمپ‌ها را در رده‌ی پمپ‌های پربازده جای می‌دهد. اگر طراحی پمپ به‌درستی انجام شود و در نقطه‌ی طراحی کار کند، می‌توان بازده بالای 70 درصد را نیز از این پمپ انتظار داشت. بازده بالا، باعث کاهش توان ورودی و هزینه‌های جاری شده و این نکته در بلندمدت، مزیت بزرگی به‌حساب می‌آید.
3- جریان روان:
به خاطر نحوه‌ی کار پمپ و سرعت بالای دوران پروانه، جریان خروجی از پمپ سانتریفیوژ، روان و بدون پالس است. برخلاف اکثر پمپ‌های جابجایی مثبت، دبی و فشار جریان خروجی در این پمپ نوسان نمی‌کند که باعث پایداری سیستم و آسیب نرسیدن به سایر قسمت‌ها ازجمله لوله‌کشی می‌شود.
4- اعتمادپذیری ثابت‌شده:
برای کاربردهایی که عدم کارکرد پمپ خسارت زیادی به همراه دارد، پمپ گریز از مرکز انتخاب مناسبی است. عملکرد این پمپ در برابر آزمون زمان، امتحان خود را پس داده است.
5- نیاز به نگهداری کم:
معمولاً در کاربردهای مختلف از پمپ‌هایی که نیاز به نگهداری زیادی دارند، استقبال پایینی می‌شود. برخلاف پمپ‌هایی مانند پمپ پیستونی که تعداد قطعات زیادی داشته و نیاز به نگهداری و بازرسی مکرر و تعویض دوره‌ای برخی از قطعات دارند، پمپ گریز از مرکز به دلیل طراحی ساده و کارا، به کمترین میزان نگهداری نیاز داشته و کار کردن با آن را آسان می‌کند. نیاز به نگهداری کم باعث کاهش هزینه‌ها و زمان خاموش ماندن پمپ شده و درنتیجه تکنسین‌ها می‌توانند این زمان را صرف عملکرد سیستم کنند.
(پمپ گریز از مرکز لوارا سری FH)
6- اندازه‌های مختلف:
پمپ سانتریفیوژ در مدل‌های شعاعی برای کاربردهایی مانند سیستم خنک‌کننده‌ی مایع رایانه‌ها که نیاز به دبی چند لیتر در دقیقه دارد تا مدل‌های محوری برای کاربردهایی مانند پمپاژ آب برای ایستگاه‌های تصفیه‌ی آب شهری که نیاز به دبی چند صد مترمکعب در ساعت دارند، تولید می‌شوند و می‌توانند تمام نیازهای مختلف را پوشش دهند.
7- تنوع کاربرد:
همان‌طور که در بخش کاربردهای پمپ اشاره شد، این نوع پمپ‌ها، متداول‌ترین نوع پمپ در کاربردهای صنعتی، خانگی و کشاورزی هستند.
8- قیمت پایین:
با توجه به تعداد کم قطعات، ساده بودن روش ساخت و تولید در تعداد بالا، هزینهی پمپ‌های گریز از مرکز پایین‌تر از اکثر پمپ‌های دیگر است.
9- وزن کم:
این پمپ‌ها به دلیل قطعات کم‌حجم و سبک در بسیاری از وسایل نقلیه مورد استفاده قرار می‌گیرند.
معایب پمپ سانتریفیوژ:
1- فشار پایین:
مقدار فشار یا هد خروجی در پمپ گریز از مرکز پایین‌تر از پمپ‌های جابجایی مثبت است. در کاربردهایی که نیاز به دبی پایین و هد بالا است، این پمپ‌ها انتخاب مناسبی نیستند.
2- نیاز به پر شدن با سیال:
این پمپ‌ها برای شروع به کار نیاز به پر شدن با سیال دارند و در صورت وجود هوا داخل پمپ، نمی‌توانند سیال را از لوله‌ی ورودی بمکند. البته با تغییراتی در ساختمان پمپ می‌توان آن را به یک پمپ خودمکش تبدیل کرد اما پمپ‌های خودمکش نیز برای اولین شروع به کار، نیاز به پر شدن با سیال دارند.
3- احتمال کاویتاسیون:
به دلیل سرعت بالای پره‌های پروانه در پمپ سانتریفیوژ، همیشه احتمال کاویتاسیون وجود دارد؛ بنابراین این پمپ‌ها به فشار ورودی بالایی نیاز دارند.
انتخاب پمپ سانتریفیوژ مناسب:
انتخاب نقطه‌ی عملکرد :
بحث‌های مختلفی در رابطه با انتخاب پمپ گریز از مرکز مناسب وجود دارد. اکثر این بحث‌ها در رابطه با بهینه‌سازی طراحی هندسی پمپ است که در این بخش به دلیل عدم کاربرد آن در انتخاب یک پمپ نمی‌پردازیم. در کاربردهای متداول عملی، پمپ بهینه به موارد زیر گفته می‌شود:
– پمپی با کمترین هزینهی اولیه
– پمپی که کمترین مقدار انرژی را مصرف کند.
– پمپی که به کمترین مقدار نگهداری نیاز داشته باشد.
– پمپی که بیشترین طول عمر را داشته باشد.
هرکدام از موارد بالا معیار مناسبی است اما در عمل، افزایش سهم یکی از آن‌ها باعث کاهش سهم سایر معیارها خواهد شد. برای بررسی بیشتر معیارهای انتخاب پمپ، لازم است تا عملکرد آن را بیشتر مطالعه کنیم. سازندگان پمپ با استفاده از تست عملکرد، بازده هر مدل از پمپ را مشخص می‌کنند.
این تست‌ها در یک نقطه انجام می‌شود که به آن بهترین نقطه‌ی عملکرد (BEP) گفته می‌شود و در تمام نمودارها نشان داده می‌شود. پمپ در این نقطه بهترین عملکرد را دارد و بازده آن حداکثر است. همچنین نیروهای شعاعی در این نقطه حداقل مقدار را دارند. برای استفاده از پمپ گریز از مرکز، معیار تقریبی رنج استفاده از پمپ، 50 تا 120 درصد BEP است. همچنین مقدار توصیه‌شده برای استفاده از پمپ، 85 درصد BEP است.
در اکثر موارد، برای انتخاب پمپ نه یک نقطه، بلکه رنجی از شرایطی را داریم که پمپ در آن محدوده کار خواهد کرد. عملکرد پمپ سانتریفیوژ غیرهوشمند است و در هر نقطه‌ای، پمپ فقط تلاش می‌کند تا حداکثر دبی سیال را جابجا کند. اندازه‌ی جریان پمپاژ شده به‌وسیله‌ی مقاومت سیال، ظرفیت فیزیکی پمپ و دبی سیالی که می‌تواند وارد پمپ شود، تعیین می‌شود.
در انتخاب پمپ گریز از مرکز، با توجه به شرایط محیط و سیال، برخی از معیارها باید قربانی شوند. در پمپاژ آب تمیز، این مسئله وجود ندارد اما برای آب کثیف، سیال دارای ذرات یا توده‌های جامد، سیال حباب‌دار و فشار مکش غیرمعمول، شرایط چالش‌برانگیز می‌شود. در این موارد، برای رسیدن به هدف، پمپ انتخاب‌شده بازده پایینی خواهد داشت.
پمپ بدون آب‌بندی :
ایراد در آب‌بندی مکانیکی، یکی از رایج‌ترین علت‌هایی است که پمپ را از کار انداخته و نیازمند تعمیر می‌کند. برخی از متخصصین این زمینه، تخمین می‌زنند 85 درصد تعمیرات پمپ، به دلیل ایراد در آب‌بندی اتفاق می‌افتد. آب‌بندی مکانیکی به دلیل استفاده از پمپ در دستگاه‌های متحرک، ارتعاش، تغییرات دمایی و ورود حباب هوا، ریسک خرابی دارد.
اگر پمپ شما بیشتر در معرض این شرایط خواهد بود، می‌توانید به‌راحتی صورت‌مسئله را پاک کنید؛ یعنی یک پمپ بدون آب‌بندی انتخاب کنید. البته پمپ بدون آب‌بندی مناسب تمام کاربردها (مانند فشار ورودی زیاد) نیست. در پمپ بدون آب‌بندی همان‌طور که در شکل زیر مشاهده می‌کنید، بخش محرک، داخل محفظه قرار گرفته و مستقیماً به پروانه متصل است.
پمپ گردابی :
اگر پمپ انتخابی شما باید رنج گسترده‌تری از دبی را پشتیبانی کند، پمپ گردابی انتخاب بهتری است؛ چراکه این پمپ به دلیل طراحی خاص خود، محدوده‌ی دبی بیشتری از پمپ گریز از مرکز معمولی و همچنین مقدار جامد و حباب هوای بیشتری را پشتیبانی می‌کند. در عمل نیز حتی در شرایط بد، نیروی شعاعی کمی به شفت و یاتاقان‌ها وارد می‌شود. در مقابل بازده آن‌ها پایین‌تر است و این کاهش بازده حتی به 30 درصد نیز می‌رسد. در بسیاری از انتخاب‌ها، این کاهش بازده در مقابل ویژگی‌های خاص این پمپ، مبادله‌ی قابل قبولی است.
محرک با فرکانس متغیر (VFDs) :
استفاده از چنین محرک‌هایی به دلیل تغییر سرعت پروانه، امکان تطابق عملکرد پمپ با شرایط موجود را ایجاد می‌کند. تغییر سرعت پمپ، این اطمینان را می‌دهد که نقطه‌ی عملکرد پمپ، نزدیک نقطه‌ی BEP باقی بماند.
درمجموع ذکر این نکته ضروری است که پمپ بهینه برای افراد مختلف، معیار یکسانی ندارد و هدف بهینه‌سازی و شرایط استفاده از پمپ، اندازه و نوع پمپ را مشخص می‌کند. درهرصورت باید تعادلی بین هزینهی اولیه، مصرف انرژی، طول عمر و نیازهای نگهداری پمپ ایجاد شود.[/su_heading]
محاسبه هد دینامیکی پمپ گریز از مرکز:
برای انتخاب پمپ گریز از مرکز یا انجام محاسبات لازم، نیاز به دانستن هد کل و دبی نامی است. انجام محاسبات کامل هد برای یک پمپ، نیازمند دانش مهندسی و استفاده از روابط پیچیده است اما در این بخش، با استفاده از فرضیات ساده‌سازی مناسب، این کمیت را با دقت بالایی محاسبه می‌کنیم. انتخاب رنج دبی، کاملاً مشخص و وابسته به مصرف است اما انتخاب هد مناسب در صورت اشتباه در محاسبات می‌تواند به نتایج نادرستی ختم شود.
نتایج انتخاب ناصحیح هد و اندازه‌ی پمپ عبارت‌اند از:
– اندازه‌ی نادرست پمپ و سایر قطعات الکتریکی
– جریان زیاد یا کم
– کار کردن پمپ دور از نقطه‌ی BEP
– كاويتاسيون
– ارتعاش
– بروز مشكلات مربوط به ياتاقان‌ها
سازندگان پمپ معمولاً نمودارهای عملکرد پمپ را با هد پمپ به واحد فوت یا متر ارائه می‌دهند. یک پمپ ایده‌آل با قطر پروانه و سرعت مشخص، یک سیال را بدون در نظر گرفتن چگالی آن تا یک نقطه‌ی مشخص بالا خواهد برد. با استفاده از واحد فوت یا متر به‌جای واحد استاندارد فشار (kPa یا psi)، چگالی سیال از محاسبات حذف خواهد شد.
هد دینامیکی فاصله‌ی بین هد خروجی و هد مکش است که مقادیر هدها، در ابتدا و انتهای پمپ اندازه‌گیری می‌شوند. این هد شامل انرژی موردنیاز برای غلبه بر ارتفاع استاتیکی، اصطکاک و … نیز می‌باشد؛ بنابراین در زمان محاسبه‌ی هد دینامیکی کل، انرژی در دسترس در ورودی با انرژی موردنیاز در خروجی مقایسه می‌شود و پس‌ازآن پمپ انتخاب می‌شود تا با بیشترین بازده، انرژی موردنیاز را به سیال منتقل کند. این مراحل، روند معمول برای انتخاب پمپ در کاربردهای مختلف است.
در شکل زیر سیال باید از مخزن A به مخزن B انتقال داده شود. در این مثال، مخزن‌ها روباز هستند که نشان می‌دهد فشار آن‌ها برابر فشار اتمسفر است و همچنین فرض می‌شود سطح آب در مخزن‌ها ثابت نگه داشته می‌شود.
برای محاسبه‌ی هد، ابتدا بر دو کمیت اساسی متمرکز شده و سایر عامل مؤثر را کنار می‌گذاریم:
هد استاتیک یا اختلاف ارتفاع بین سطح مایع در دو مخزن هد اصطکاک یا تلفات فشاری که به دلیل حرکت مایع در لوله‌ها و اتصالات به وجود می‌آید.
در مثال بالا، به دلیل اینکه پمپ گریز از مرکز، جریان بدون نوسان ایجاد می‌کند، هد سرعت برابر صفر خواهد شد. همچنین فشار در مخزن‌ها برابر فشار اتمسفر است؛ بنابراین نیاز به هد فشاری اضافی در مقصد پمپاژ نداریم. در اکثر کاربردها مانند پمپ خانگی، نیاز است که در مقصد پمپاژ مثل شیر آب، فشار آب در حدود 15 متر وجود داشته باشد که این مقدار باید به هد کل اضافه شود.
محاسبه هد استاتیکی: همان‌طور که قبلاً گفته شد، این فشار همان اختلاف ارتفاع مبدأ و مقصد است که در اکثر کاربردها به‌سادگی قابل‌محاسبه است. اگر این فاصله با زمان تغییر می‌کند، باید مقدار حداکثر در محاسبات استفاده شود. در مواردی که منبع مکش پایین‌تر از پمپ قرار دارد، باید مقدار آن در محاسبات، منفی در نظر گرفته شود.
هد دینامیک پمپ = هد استاتیک پمپ + هد اصطکاکی
محاسبه‌ی هد اصطکاکی: محاسبه‌ي اين مورد جزئيات بيشتري دارد و موارد زير بايد مشخص باشند:
– طول لوله‌ها
– قطر لوله‌ها
– جنس و مدت استفاده از لوله‌ها
– تعداد و نوع اتصالات و شیرهای موجود
– دبي تخمين‌زده‌شده‌ي سيال
منابع مختلفي براي محاسبه‌ي هد اصطكاكي وجود دارند كه اغلب نياز به محاسبات پيچيده دارند. برای محاسبه‌ی سریع و تخمین کلی، روش پیشنهادی، طول معادل است که در این روش تلفات اتصالات مختلف برحسب طول لوله ارائه می‌شود. جدول زیر، این مقادیر را برحسب نسبت طول به قطر لوله ارائه می‌دهد.
شعاع بزرگ (R/D=2)17شعاع بزرگ (R/D=4)14شعاع بزرگ (R/D=6)122 جوش (45 درجه)153 جوش (30 درجه)82 جوش (22/5 درجه)690 درجه90جریان مستقیم18سه راهه90
| نام اتصال | نوع | نسبت طول به قطر معادل |
|---|---|---|
| زانویی 90 درجه رزوه دار | شعاع استاندارد (R/D=1) | 30 |
| زانویی 90 درجه رزوه دار مغناطیسی | شعاع بزرگ (R/D=1.5) | 16 |
| زانویی 90 درجه خمیده، فلنج دار یا جوشکاری شده | شعاع استاندارد (R/D=1) | 20 |
| زانویی 90 درجه مایتر | 1 جوش (90 درجه) | 60 |
| زانویی 45 درجه رزوه‌دار | شعاع استاندارد (R/D=1) | 16 |
| زانویی 45 درجه مایتر | 1 جوش (90 درجه) | 15 |
| خم 180 درجه | 2 جوش (22/5 درجه) | 15 |
| شیر زاویهای | 45 درجه | 55 |
| شیر کروی | استاندارد | 340 |
| شیر سماوری | جریان فرعی | 90 |
| شیر دروازه‌ای | استاندارد | 8 |
| شیر توپی | استاندارد | 3 |
برای ادامه‌ی محاسبات، نیاز به مشخص کردن ضریب اصطکاک داریم. این ضریب وابسته به جنس لوله و سرعت سیال است. برای محاسبه، ابتدا عدد رینولدز را برای پمپ از رابطه‌ی زیر محاسبه می‌کنیم.
V: سرعت سیال در لوله با واحد متر بر ثانیه
D: قطر لوله با واحد سانتی‌متر
زبری سطح، کمیتی است که در مقدار ضریب اصطکاک مؤثر است. جدول زیر مقدار این ضریب را برای جنس‌های مختلف لوله نشان می‌دهد.
| جنس لوله | زبری سطح (mm) |
|---|---|
| بتن زبر | 0/25 |
| بتن صاف | 0/025 |
| لوله مویرگی | 0/0025 |
| پرسپکس شیشه‌ای یا پلاستیکی | 0/0025 |
| چدن | 0/15 |
| لوله‌ی فاضلاب کهنه | 3 |
| فولاد | 0/1 |
| فولاد زنگ‌زده | 0/5 |
| فولاد سازه‌ای یا ریخته‌گری شده | 0/025 |
| لوله‌ی آب قدیمی | 1 |
برای محدوده‌ی رینولدز 5000 تا 108 و مقدار نسبت زبری به قطر مقدار 0/000001 تا 0/01، ضریب اصطکاک که برای اکثر کاربردها پاسخگو است، از رابطه‌ی زیر قابل‌استفاده است.
ε: زبری (باید واحد یکسانی با قطر داشته باشد)
با به دست آوردن ضریب اصطکاک، مقدار افت هد کل از رابطه‌ی زیر به دست می‌آید:
hf: هد اصطکاکی با واحد متر
در رابطه‌ی بالا، L همان طول کل است که برابر طول لوله‌ها به‌علاوه‌ی طول معادل است. مثلاً اگر 25 متر لوله و دو زانویی 90 درجه رزوه‌دار با شعاع استاندارد و یک شیر زاویهای 90 درجه داشته باشیم، برای لوله با قطر 3 سانت، مقدار برابر خواهد بود با:
ضریب اطمینانی که قبلاً به آن اشاره شد، شامل زبری سطح، جریان لایه‌ای در برابر جریان آشفته (مخصوصاً برای لوله‌هایی با قطر کم و جریان زیاد) و لزجت سیال است. انتخاب ضریب اطمینان، وابسته به استاندارد طراحی است اما در اکثر موارد مقدار این ضریب بین 10 تا 15 درصد در نظر گرفته می‌شود.
در ادامه به حل مشکل پمپی می‌پردازیم که به دلیل محاسبه‌ی اشتباه هد، اندازه‌ی بزرگ‌تر یا کوچک‌تر از مقدار موردنیاز دارد. برخلاف تمام محاسبات، گاهی چنین پمپ‌هایی در کاربردهای مختلف پیدا می‌شوند.
در مواردی که هد دینامیکی کل بیشتر از مقدار واقعی محاسبه شده، پمپ در جریان بیشتر کار کرده و همیشه در محدوده‌ی حداکثر جریان مجاز قرار خواهد داشت. علاوه بر پمپاژ دبی بیشتر، ممکن است پمپ به علت افزایش زیاد NPSH موردنیاز، دچار کاویتاسیون شود. همچنین در برخی از موارد، ممکن است الکتروموتور دچار اضافه‌بار شود. گزینه‌های بهبود شرایط عبارت‌اند از:
کاهش قطر پروانه: این روش، یک روش متداول در صنعت است و برای انطباق طراحی پمپ با شرایط جدید به کار می‌رود. البته باید در نظر داشت که این روش تنها برای پمپ‌هایی است که از دیفیوزر بدون پره استفاده می‌کنند.
کاهش سرعت پمپ: این کار را می‌توان با تعویض الکتروموتور یا تنظیم الکتروموتورهای دارای محرک با فرکانس متغیر انجام داد. این گزینه، شرایط را تنها کمی جبران می‌کند و طول عمر پمپ را فقط چند ماه افزایش می‌دهد.
نیمه بسته گذاشتن شیر خروجی: در این مورد، تلفات بیشتری برای سیال ایجاد شده و هد دینامیکی کل موردنیاز افزایش یافته و درنتیجه دبی پمپ کاهش می‌یابد. برای مثال اگر پمپ در حال کاویتاسیون باشد، با انجام این گزینه، نقطه‌ی عملکرد پمپ در نمودار به سمت عقب حرکت کرده و کاویتاسیون کم شده یا از بین می‌رود.
برای شرایطی که هد انتخاب‌شده کمتر از هد موردنیاز است، پمپ در حداکثر ظرفیت خود کار خواهد کرد. گزینه‌های موجود برای حل این مسئله شامل موارد زیر می‌شوند:
افزایش قطر پروانه: با انجام این مورد، توان موردنیاز پمپ افزایش‌یافته و پمپ نیاز به یک الکتروموتور قوی‌تر خواهد داشت.
افزایش سرعت پمپ: این مورد، همانند کاهش سرعت پمپ با دو روش ذکرشده انجام می‌شود. البته در این مورد، به‌احتمال‌زیاد نیاز به توان بیشتری باشد.
کاهش هد موردنیاز: برای این کار، بررسی کنید که آیا امکان کاهش تلفات در سیستم وجود دارد یا نه. با استفاده از لوله‌هایی با سایز متفاوت یا شیرهای با تلفات کم، ممکن است هد موردنیاز سیستم کاهش زیادی داشته باشد.
اجزاء پمپ گریز از مرکز:
اجزاء پمپ سانتریفیوژ که در تماس مستقیم با سیال هستند، عملکرد هیدرولیکی پمپ را مشخص می‌کنند. اگرچه قطعات مکانیکی شامل قطعاتی که پروانه را نگه داشته و محفظه را آب‌بندی می‌کنند نیز می‌شود. همچنین قطعاتی برای ممکن کردن حرکت دورانی پروانه نیز وجود دارند. در ادامه بخش‌های مختلف پمپ گریز از مرکز را بررسی می‌کنیم.
بخش در تماس با سیال: کار اصلی این بخش را پروانه انجام داده و با چرخش و اعمال نیروی مستقیم به سیال، باعث پمپاژ آن می‌شود.
محفظه: این بخش، جعبه و قسمت محافظت کننده از تمام قطعات پمپ است. همچنین وجود محفظه برای جلوگیری از نشت سیال و حفظ فشار سیال، ضروری است.
قطعات مکانیکی: این قطعات شامل تمام اجزایی است که حرکت و آب‌بندی سیال را ممکن می‌سازند و شامل موارد زیر است:
شفت: پروانه متصل به شفت است که اکثراً از جنس فولاد یا فولاد ضدزنگ ساخته می‌شود. اندازه‌ی شفت، جزو کمیت‌های مهم طراحی است. اگر اندازه‌ی شفت کوچک انتخاب شود، ارتعاش پمپ بیشتر شده، عمر یاتاقان‌ها و سایر اجزای پمپ گریز از مرکز کاهش یافته و درنهایت باعث شکسته شدن شفت می‌شود. سایز بزرگ شفت نیز هزینهی اضافی برای پمپ داشته و گشتاور و انرژی لازم برای چرخش پروانه را افزایش می‌دهد.
محافظ شفت: معمولاً قسمتی از شفت که خارج از محدوده‌ی پوشش آب‌بندی قرار دارد، توسط یک قطعه‌ی محافظ پوشش داده می‌شود. این قطعه از جنس فلزاتی مانند فولاد ضدزنگ یا برنز ساخته می‌شود و هندسه‌ی آن به‌گونه‌ای است که بتواند روی شفت لغزیده یا به‌طور پیچی روی آن بسته شود. علاوه بر محافظت از شفت، وجود محافظ شفت باعث قرارگیری درست پروانه روی شفت می‌شود.
آب‌بندی: قسمتی که شفت از محفظه عبور می‌کند، کاسه‌نمد است و در این قسمت باید آب‌بندی به کار گرفته شود تا دیواره‌ی کاسه‌نمد و شفت از هم جدا شوند. آب‌بندی‌های مکانیکی دارای عملکرد، طراحی و هزینهی متفاوتی هستند اما ساده‌ترین آب‌بندی شامل چند جزء است: گلند (Gland)، حلقه‌ی آب‌بندی ثابت، حلقه‌ی آب‌بندی دوّار و فنر. گلند در اطراف شفت پمپ و مقابل پیچ‌های کاسه‌نمد که روی محفظه‌ی پمپ سانتریفیوژ هستند، قرار دارد. حلقه‌ی آب‌بندی ثابت به گلند چسبیده و توسط آن در اطراف شفت، ثابت شده است.
حلقه‌ی آب‌بندی دوّار توسط یک المان از جنس پلیمر الاستیک به حلقه‌ی ثابت چسبیده و توسط فنر روی آن فشار داده می‌شود.فنر، فشار لازم را روی حلقه‌ی دوّار اعمال می‌کند. با چسبیدن حلقه‌ی ثابت به گلند و حلقه‌ی متحرک به شفت، تنها راه نشت سیال از کاسه‌نمد به داخل محفظه‌ی آب‌بندی شده، عبور از میان دو حلقه است که توسط فنر روی هم فشار داده می‌شوند. با چرخش شفت پمپ، سطح دوّار مقابل سطح ثابت قرار می‌گیرد.
مقدار بسیار کمی از سیال از میان این دو سطح عبور می‌کند اما سيال عبور كرده به دلیل گرمای زیاد ایجادشده ناشي از اصطکاک میان سطوح، تبخیر می‌شود. این مقدار کم سیال کافی است تا اجزای آب‌بندی، روغن‌کاری و خنک شوند. زمانی که سطوح آب‌بندی خنک، تمیز، نرم و روغن‌کاری شوند، می‌توانند تقریباً تمام نشتی بین شفت و کاسه‌نمد را از بین ببرند.
یاتاقان‌ها: معمولاً پمپ گریز از مرکز از یاتاقان‌های بلبرینگی استاندارد ضد اصطکاک که توسط روغن یا گریس روغن‌کاری می‌شوند، استفاده می‌کنند. این یاتاقان‌ها همانند یاتاقان‌هایی هستند که در سایر پروژه‌ها ازجمله الکتروموتورها و خودروها استفاده می‌شوند. شفت، توسط یاتاقان در محل خود نگه‌داشته می‌شود و باید به‌گونه‌ای طراحی شود که بتواند تمام نیروهای اعمال‌شده از سیال به پروانه را تحمل کند.
همچنین یاتاقان باید با اندازه‌ی مناسبی انتخاب شود تا بتواند مدت سرویس قابل قبولی داشته باشد. ایراد در این قطعه از علت‌های شایع خرابی پمپ‌ها است؛ بنابراین مهندسین و کاربران هنگام خريد پمپ سانتریفیوژ، به جزئیات یاتاقان پمپ علاقه‌مند هستند. چند نوع یاتاقان وجود دارد که عبارت‌اند از:
بلبرینگ غلتکی: این نوع از غلتک‌های استوانه‌ای شکل که شفت درون آن حرکت می‌کند، تشکیل شده است. این نوع یاتاقان، اصطکاک را کاهش داده و در تحمل نیروهای محوری و شعاعی، کمک می‌کند.
بلبرینگ: در این نوع، شفت به کمک توپ‌های داخل یاتاقان می‌چرخد. طراحی آن‌ها سخت نیست و برای سرعت‌های بالا مناسب هستند. همچنین نگهداری از آن آسان است.
یاتاقان لغزشی: این نوع که در صنعت به عنوان بوش نیز شناخته می‌شود، یک استوانه‌ی توخالی است که شفت درون آن دوران می‌کند. بین شفت و استوانه باید همیشه به‌اندازه‌ی کافی روغن وجود داشته باشد و همچنین سرعت دوران شفت باید از مقدار مشخصی بیشتر باشد. در غیر این صورت، نیروی اصطکاکی این نوع یاتاقان به‌شدت افزایش می‌یابد.
تست عملکرد پمپ سانتریفیوژ:
کاربر باید تمام تست‌های عملکرد هیدرولیکی را انجام دهد و تفاوتی نمی‌کند که پمپ تازه است یا مدت طولانی کار کرده و یا حتی اینکه به‌تازگی تعمیر شده است. تست عملکرد می‌تواند پیچیده باشد و باید کمیت‌های زیادی را پوشش دهد. کاربردهای مختلف پمپ‌ها، رنج گسترده‌ای برای کمیت‌های دبی، هد، بازده، توان و NPSH موردنیاز دارند.
به همین دلیل صنایع پمپی مختلف، استانداردهایی را برای تست‌های مختلف اتخاذ کرده‌اند تا مشخص کنند که پمپ در آزمایش مشخصات فنی عملکرد، قبول می‌شود یا نه. کاربر باید از مشخص بودن استاندارد تست‌ها از ابتدای شروع به کار پمپ گریز از مرکز، اطمینان حاصل کند. چک‌لیست زیر برگرفته از موسسه‌ی هیدرولیک است اما انجمن مهندسین مکانیک آمریکا (ASME) و موسسه‌ی نفت آمریکا (API) نیز استانداردهایی دارند که نتایج مشابهی ارائه می‌دهند. تست‌های پمپ‌ها معمولاً توسط شرکت‌های ثانویه انجام می‌شود.
قبل از شروع تست، موارد زیر را بررسی کنید:
به‌غیراز شرایطی که فشارسنج‌ها درست در مرکز خطوط مکش و تخلیه قرار گرفته باشند، مقادیر هد محاسبه‌شده، نیاز به ضریب تصحیح دارند تا اختلاف فشار نقطه‌ی اندازه‌گیری و مرکز لوله، جبران شود.
مطمئن شوید که حداقل طول 10 برابر قطر قبل و 5 برابر قطر بعد از وسیله‌ی اندازه‌گیری وجود دارد. با انجام این مورد، می‌توان اطمینان یافت که جریان در سطح مقطعی که اندازه‌گیری در آن انجام می‌شود، کاملاً توسعه‌یافته و یکنواخت است. البته این مقادیر برای آب است و اگر لزجت سیال بیشتر باشد، مقدار طولی که سیال برای توسعه یافتن نیاز دارد، بیشتر خواهد شد.
اگر تست با توان ورودی الکتروموتور انجام می‌شود، بازده الکتروموتور را نیز در محاسبات استفاده کرده و از صحت مقادیر توان ورودی به الکتروموتور، اطمینان حاصل کنید. اگر از محرک با سرعت متغیر استفاده شده، استفاده از بازده ذکرشده صحیح نیست و برای سرعت‌های مختلف، بازده تغییر خواهد کرد.
بهترین راه برای تعیین میزان توان ورودی، استفاده از یک دستگاه اندازه‌گیری گشتاور و تاکومتر کالیبره شده است. در شکل زیر یک دستگاه اندازه‌گیری گشتاور را مشاهده می‌کنید که مستقیماً بین موتور و پمپ قرار می‌گیرد.
بیشتر بخوانید: کاربرد پمپ سیرکولاتور
تعداد نقاط تست و مشخصات آن‌ها را مشخص کنید. اکثر استانداردها، حداقل 5 نقطه‌ی تست را پیشنهاد می‌کنند اما برای مشخص کردن دقیق‌تر منحنی‌های عملکرد، تعداد نقاط بیشتری لازم است. همچنین طبق دستورالعمل استانداردها، یک نقطه باید بین 5- تا 0 درصد و نقطه‌ی دیگر بین 0 تا 5 درصد دبی نامی پمپ باشد. بقیه‌ی نقاط نیز باید با فاصله‌ی یکسان در رنج عملکرد پمپ یا به انتخاب کاربر، پخش شوند.
قبل از شروع تست، تمام خطر‌های موجود مشخص شده و برای مقابله با آن‌ها، برنامه‌ی مشخصی ایجاد شود. تست‌های عملکرد هیدرولیکی توسط لوله‌ها و اتصالات موقت، سازه‌های قابل حمل و با استفاده از الکتریسیته با ولتاژ و جریان بالا انجام می‌شوند؛ به همین دلیل باید اقدامات امنیتی کامل انجام شوند.
هنگام تست نیز اقدامات زیر را انجام دهید:
پس از شروع به کار پمپ گریز از مرکز، مطمئن باشید هوایی در خطوط باقی نمانده است. وجود توده‌ها یا حباب‌های هوا می‌توانند باعث خطای زیاد در کمیت‌های تست شود.
برای تست درجه‌ی یک، از 4 سنسور فشار که روی یک منیفولد حلقه‌ای نصب شده‌اند، استفاده کنید. در شکل زیر نمونه‌ای نحوه‌ی نصب این منیفولد را مشاهده می‌کنید. قبل از انجام آزمایش‌ها، باید از بدون چرخش بودن جریان، اطمینان حاصل کنید. در غیر این صورت، عدم تقارن جریان، باعث کاهش دقت اندازه‌گیری خواهد شد. روند انجام این کار ساده است.
پس از شروع، به جریان پایا در دبی نامی پمپ برسید. پس از آن باید مقدار هرکدام از سنسور‌های فشار، جداگانه ثبت شود. اگر یکی از مقادیر بیشتر از 0/5 درصد از میانگین فشارها تفاوت داشته باشد یا تفاوت آن بیشتر از مقدار هد سرعت در سطح مقطع تست باشد، نشان‌دهنده‌ی وجود جریان چرخشی در پمپ است. هد سرعت همان مربع سرعت بر دو برابر شتاب گرانش است که واحد متر دارد. برای از بین بردن حرکت چرخشی، شبکه‌هایی در پایین‌دست جریان نصب می‌شوند که الگوهای ثانویه‌ی جریان با عبور از این شبکه‌ها، از بین می‌روند.
برای تست پمپ‌های عمودی با منبع باز، از عدم وجود گرداب در سطح سیال اطمینان حاصل کنید. چنین گرداب‌هایی که عمق آن‌ها تا ورودی پمپ است، باعث تأثیر زیاد در عملکرد پمپ می‌شوند.
از سپری شدن زمان کافی پس از هر تغییر برای ثبت نتایج، مطمئن شوید. این زمان، باید حداقل 10 ثانیه باشد. البته بسیاری از آزمایشگاه‌ها، حداقل زمان 2 دقیقه برای هر مرحله از تست را اختصاص می‌دهند.
پس از انجام تمام اقدامات بالا، داده‌های تست‌ها به دست می‌آیند. در تحلیل داده‌ها باید نکات زیر اعمال شوند.
تمام داده‌ها ازجمله هد دینامیکی کل، بازده، NPSH و توان ورودی را با داده‌های خامی که توسط استانداردها یا سایر منابع معتبر مهندسی ارائه می‌شوند مقایسه کنید.
گواهی کالیبراسیون تمامی دستگاه‌ها را که باید در انتهای گزارش پیوست شود، بررسی کنید. هیچ‌کدام از دستگاه‌ها نباید خارج از محدوده‌ی کالیبره باشند.
در انتها، نمودارهای عملکرد پمپ را با نمودارهای داده‌شده توسط سازنده مقایسه کنید.
عیب یابی پمپ گریز از مرکز:
یکی از مشکلات رایج در صنعت، تعداد افراد محدود با توانایی و تجربه‌ی کافی برای بررسی و حل مشکلات پمپ‌های گریز از مرکز است. همین نکته باعث بروز مشکلات بیشتر و شدیدتری برای پمپ می‌شود. بررسی و تشخیص کامل مشکلات پمپ نیاز به دانشی عمیق در این زمینه دارد که اکثر تکنسین‌ها از آن برخوردار نیستند. اکثر مهندسین مهارت خود در تعمیر و عیب‌یابی پمپ را از طریق تجربه به دست می‌آورد؛ درحالی‌که این تجربه هزینهی اقتصادی سنگینی را برای مجموعه خواهد داشت.
به‌طور مثال 80 درصد ایرادات پمپ‌ها، خود را در بخش آب‌بندی و یاتاقان‌ها نشان می‌دهند درحالی‌که مشابه ایراد در فیوز و سیستم الکتریکی هستند. زمانی که فیوز پمپ یا سیستم الکتریکی آن عمل نمی‌کند، نشان‌دهنده‌ی این نیست که مشکلی در خود فیوز وجود دارد؛ بلکه مشکل اکثراً در بخش دیگری از سیستم است.
مشابه این مورد، زمانی که آب‌بندی یا یاتاقان درست عمل نمی‌کنند، به‌ندرت به مسئله‌ی اصلی نگاه می‌شود. در عوض قطعه‌ای که ایراد پمپ از آن مشاهده می‌شود (آب‌بندی یا یاتاقان) را تعویض می‌کنیم که مشکل اصلی را حل نمی‌کند و حتی در صورت حل مشکل، ممکن است پس از مدت کوتاهی دوباره پمپ ایراد پیدا کند.
به دلیل اینکه تنها چند علامت برای تشخیص ایراد پمپ سانتریفیوژ وجود دارد، کلید حل مشکل پمپ تشخیص مسئله با بررسی علامت‌های خرابی است؛ یعنی هر مشکل به وجود آمده چندین مورد از علامت‌های خرابی پمپ را خواهد داشت که ترکیب و نوع این علامت‌هاست که مشکل را مشخص می‌کند.
شروع یک فرایند عیب‌یابی مؤثر همیشه با سؤال چه زمانی این اتفاق افتاد، می‌باشد. اگر ایراد پمپ یک‌دفعه خود را نشان داده، علت متفاوتی از ایرادی دارد که به‌مرور زمان ایجاد می‌شود. همچنین واضح است که مشکلی که یک‌دفعه به وجود آمده، احتمالاً به دلیل تغییرات سریع در شرایط کاری پمپ است؛ بنابراین چنین مشکلی به سایش و شکستگی قطعات پمپ که در طول زمان اتفاق می‌افتد، مربوط نیست و به‌احتمال‌زیاد، علت آن استفاده‌ی نادرست است. البته شرایط ذکرشده استثنا دارد و آن‌هم زمانی است که سایش در بازه‌ی زمانی طولانی باعث ازکارافتادن ناگهانی یک قطعه شود.
برخی از مشکلات در پمپ گریز از مرکز به‌صورت دوره‌ای رخ می‌دهد. مثلاً در یک پمپ، آب‌بندی هر شش ماه یک‌بار دچار مشکل می‌شود و استفاده از جنس‌های مختلف در تعویض قطعات، همان نتیجه را می‌دهد. این شرایط نشان می‌دهد که آب‌بندی پمپ تنها، نتیجه و نشان‌دهنده‌ی مشکل است و منشأ آن در بخش دیگری است. در این مواقع، مهارت و تجربه ابزارهای مؤثری برای حل مشکل هستند. یک متخصص باتجربه در این شرایط به‌جای بخش‌های مربوط به آب‌بندی، فوراً شفت و لوله‌ها را بررسی می‌کند.
پمپ‌های دو مکشه‌ی افقی، ممکن است با یک زانویی 90 درجه که در لوله‌ی مکش قرار دارد، طوری نصب شوند که سیال ورودی هم‌محور با شفت پمپ باشد. وقتی سیال از زانویی عبور می‌کند، به دلیل نیروی گریز از مرکز، به سمت شعاع بزرگ‌تر فشار وارد کرده و دبی بیشتر به یکی از پروانه‌ها وارد شده و پروانه‌ی دیگر، دبی کمتری دریافت می‌کند. این جریان باعث ایجاد نابالانسی زیادی در بدنه‌ی پمپ می‌شود که می‌تواند نیروی محوری زیادی را به پروانه وارد کند.
خروجی متداول این نیروی نابالانسی، ایجاد ایراد مکرر در آب‌بندی یا یاتاقان انتهای شفت و نزدیک به ورودی است. این ایراد معمولاً در بازه‌ی زمانی 6 ماهه اتفاق می‌افتد و وابسته به جنس و نوع آب‌بندی نیست. در پمپ‌های افقی، ایراد در آب‌بندی پمپ اگر مکرر باشد، با افزایش سایز شفت رفع می‌گردد.
تحت شرایط ایده‌آل یعنی زمانی که پمپ در بهترین نقطه‌ی عملکرد (BEP) کار می‌کند، نیروی شعاعی که به دلیل بار هیدرولیکی وارده‌شده به پروانه، به شفت اعمال می‌شود به مقدار حداقل خود می‌رسد و شفت دچار مشکل نمی‌شود؛ اما زمانی که پمپ در نقطه‌ای دورتر از بهترین نقطه‌ی عملکرد کار می‌کند، نیروی اعمال‌شده به شفت به میزان قابل‌توجهی افزایش یافته و ممکن است شفت را دچار اعوجاج کند. پس برای پمپ‌هایی که در دبی‌های پایین‌تر از دبی نامی کار می‌کنند، سلامت شفت باید به‌طور مرتب بررسی شود.
یکی دیگر از زمینه‌هایی که نیاز به مهارت بالا در عیب‌یابی دارد، کاویتاسیون است. در اکثر دستورالعمل‌های عیب‌یابی پمپ‌ها، بیشترین بحث روی این مورد صورت می‌گیرد اما در عمل، به دلیل طراحی مناسب پمپ‌ها، اکثر پمپ‌های گریز از مرکز در طول عمر خود، کاویتاسیون را تجربه نمی‌کنند.
برای اکثر افرادی که در صنعت پمپ فعالیت می‌کنند، علامت‌های کاویتاسیون مشخص است: صدا و سطح ارتعاش زیاد در پمپ. بررسی دقیق‌تر نشان می‌دهد که در اثر کاویتاسیون، چاله‌هایی در پروانه به وجود می‌آیند و همچنین مقدار هد، کمی افت می‌کند. برای حل این مشکل، اول باید به‌طور کامل بفهمیم که چرا کاویتاسیون رخ می‌دهد.
کاویتاسیون، فرایندی است که در اثر تغییر فشار سیالی که از پروانه عبور می‌کند، به وجود می‌آید. زمانی که سیال در داخل پروانه با سرعت نزدیک به سرعت چرخش پره‌ها دوران می‌کند، فشار آن کاهش می‌یابد و اگر فشار سیال از فشار بخار سیال در دمای کاری پایین‌تر باشد، سیال بخار شده و پدیده‌ی کاویتاسیون ایجاد می‌شود.
علت اینکه کاویتاسیون یک پدیده‌ی پیچیده در پمپ‌هاست، این است که کاویتاسیون به دلیل سه عامل مختلف در پمپ رخ می‌دهد و تشخیص هرکدام از این‌ها، سخت است. انواع عوامل ایجاد کاویتاسیون عبارت‌اند از: چرخش سیال در ورودی و خروجی و ورود هوا به داخل پمپ. در ادامه منشأ انواع کاویتاسیون را بررسی می‌کنیم.
چرخش سیال در ورودی: این مشکل از ناپایداری‌های زیادی ازجمله آشفتگی سیال و جریان چرخشی برگشتی در پروانه به وجود می‌آید. این شرایط معمولاً زمانی اتفاق می‌افتد که پمپ در دبی پایینی کار کند. نام دیگر این شرایط، جدایش یا کاویتاسیون هیدرودینامیکی است که این الگوهای جریان تمایل دارند که به سمت پایین‌دست بازگردند. رنج جریانی که این پدیده در آن اتفاق می‌افتد، برای هر پروانه متفاوت است اما به‌طورمعمول در جریان‌های پایین‌تر از 30 درصد بهترین نقطه‌ی عملکرد چنین جریانی مشاهده می‌شود. اثر این نوع کاویتاسیون در نیمه‌ی نخست پره‌های پروانه دیده می‌شود.
چرخش سیال در خروجی: این نوع جریان در انتهای پره‌ها و ورودی حلزونی اتفاق می‌افتد.
حباب هوا: این مورد شامل شرایطی است که حبابها قبل از رسیدن به پمپ گریز از مرکز، در سیال وجود دارند. زمانی که این حبابها به پروانه می‌رسند، شرایط دقیقاً مانند زمانی است که حبابها در پروانه ایجاد می‌شوند. به‌عبارت‌دیگر، فشار سیال باعث تراکم حباب هوا می‌شود اما زمانی که فشار سیال در پروانه کاهش می‌یابد، حبابها منبسط شده و همان اثر کاویتاسیون را ایجاد می‌کنند.
این شرایط می‌تواند به دلیل پمپاژ مایعات مخمر یا کف‌دار که در بسیاری از صنایع استفاده می‌شوند، به وجود آید. همچنین هنگام انتقال سیال در دمایی نزدیک به دمای جوش، چنین شرایطی رخ می‌دهد. البته شایع‌ترین عامل حباب هوا، آشفتگی سیال در خط مکش است. برای مثال، لوله‌ی ورودی نامناسب در شکل زیر باعث ایجاد حباب‌های هوا خواهد شد.
همچنین فرایندهایی که شامل هم زدن سیال می‌شود، باعث ایجاد حباب می‌شود اما با استفاده از بفل‌های مناسب در مخزن تغذیه، می‌توان از ورود آن‌ها به پمپ جلوگیری کرد.
شرایط ایده‌آل برای ورودی پمپ سانتریفیوژ، استفاده از لوله‌ای صاف با طول 5 تا 10 برابر قطر ورودی بین ورودی پمپ و اولین مانع سر راه مانند زانویی است.
بزرگ‌ترین گام برای حل مشکل کاویتاسیون، مشخص کردن این نکته است که کدام‌یک از سه عامل بالا باعث این پدیده می‌شود. این موضوع با خفه کردن شیر خروجی مشخص می‌شود که با انجام این کار، جریان در پمپ، کاهش یافته و سه نتیجه حاصل می‌شود.
1- صدا و ارتعاش کاهش یافته و شاید به‌طور کامل از بین برود. در این صورت پمپ گریز از مرکز باید در جریان کمتر که NPSH پایین‌تری موردنیاز است، کار کند و کار کردن روان و بی‌صدای پمپ مشخص می‌کند که کاویتاسیون از بین رفته است.
2- صدا و ارتعاش بیشتر می‌شود. در این مورد، چرخش جریان اتفاق می‌افتد و باید اقدامات مناسب با این عامل، انجام شود.
3- تغییر صدا و ارتعاش، کم است یا اصلاً تغییری وجود ندارد. این مورد نشان می‌دهد که حباب‌های هوا در سیال، قبل از ورود به پمپ وجود دارند و باید اقدامات لازم برای این کار که قبلاً توضیح داده شد، انجام شوند.
قیمت پمپ گریز از مرکز:
جهت کسب اطلاعات بیشتر در خصوص قیمت و نحوه خرید پمپ سانتریفیوژ و مشاوره تخصصی با کارشناسان فروش شرکت آتور صنعت با شماره 32004-031 تماس حاصل فرمایید.
| عنوان | قیمت |
|---|---|
| قیمت پمپ سانتریفیوژ پدرولا | جهت دریافت لیست قیمت خرید پمپ آب سانتریفیوژ با شماره 32004-031 تماس بگیرید. |
| لیست قیمت پمپ گریز از مرکز لئو | |
| قیمت پمپ گریز از مرکز ابارا | |
| لیست قیمت پمپ سانتریفیوژ پنتاکس | |
| قیمت پمپ گریز از مرکز لوارا | |
| لیست قیمت پمپ سانتریفیوژ پمپیران |
نقد و بررسی در "پمپ سانتریفیوژ (گریز از مرکز)"