مقالات تخصصي تاسيسات



موضوع مقاله

طرز کار پمپ گريز از مرکز :

متن :

يک پمپ گريز از مرکز بر اساس تبديل انرژي جنبشي يک سيال جاري به فشار ايستا کار مي‌کند. اين نحوه عمل بوسيله قانون برنولي توصيف مي‌شود. قاعده عملکرد پمپ گريز از مرکز را مي‌توان با ملاحظه تاثير تکان دادن يک سطل آب بر روي يک مسير دايره‌اي شکل توسط يک طناب، نشان داد. نيرويي که آب را به کف سطل فشار مي‌دهد، نيروي گريز از مرکز است. اگر يک سوراخ در کف سطل تعبيه شود، آب از طريق اين سوراخ جريان مي‌يابد. از اين گذشته اگر يک لوله ورودي در بالاي سطل تعبيه شود، جريان آب به بيرون سوراخ منجر به توليد يک خلاء موضعي در داخل سطل خواهد شد.
اين خلاء آب را از يک منبع در سمت ديگر لوله ورودي به داخل سطل خواهد کشيد. بدين روش يک جريان پيوسته از منبع و به بيرون سطل بوجود مي‌آيد.
در رابطه با پمپ‌هاي گريز از مرکز، سطل و سرپوش آن متناظر با قاب پمپ، سوراخ و لوله ورودي متناظر با ورودي و خروجي پمپ هستند و طناب و بازو متناظر کار پروانه را انجام مي‌دهد.
پمپ گريز از مرکز پمپي است که از يک پروانه گردان بمنظور افزودن فشار يک سيال استفاده مي‌نمايد. پمپ‌هاي گريز از مرکز عموما براي جابجا کردن سيال از طريق يک سيستم لوله کشي کاربرد دارد. سيال در امتداد يا نزديک محور چرخان وارد پروانه پمپ گشته و بوسيله اين پروانه شتاب مي‌گيرد و به سرعت به سمت بيرون و به داخل يک پخش کننده يا محفظه حلزوني جريان مي‌يابد که از آن‌جا به درون سيستم لوله کشي پايين جريان خارج مي‌گردد.
تيغه‌هاي روي پروانه بطور تصاعدي از مرکز پروانه پهن مي‌شوند که سرعت را کاهش داده و فشار را افزايش مي‌دهد. اين امکان به پمپ گريز از مرکز اجازه مي‌دهد تا جريان‌هاي پيوسته با فشار بالا ايجاد نمايد.


دسته بندي پمپ‌هاي گريز از مرکز:
پمپ‌هاي گريز از مرکز را مي‌توان به چند صورت دسته بندي نمود. يک نحوه دسته بندي بر اساس جرياني است که بوجود مي‌آورند که متشکل از سه دسته هستند:

پمپ‌هاي جريان شعاعي
در نوع شعاعي فشار سيال کاملا توسط نيروي گريز از مرکز تامين مي‌شود. از اين نوع پمپ در مواردي که مي‌خواهند دبي خوبي در اختيار داشته باشند استفاده مي‌شود.

پمپ‌هاي جريان مختلط
در اين نوع پمپ، قسمتي از فشار توسط عمل بالابري يا راندن تيغه‌ها بر روي سيال صورت مي‌گيرد و قسمتي ديگر بوسيله نيروي گريز از مرکز تامين مي‌شود.

پمپ‌هاي جريان محوري
در اين پمپ‌ها فشار با عمل پيش راني و بالابري تيغه‌ها بر روي سيال بوجود مي‌آيد.

در حالت کلي از پمپ‌هاي جريان محوري هنگامي که افزايش فشار لازم باشد استفاده مي‌کنند و از پمپ‌هاي جريان شعاعي به منظور توليد دبي سود مي‌برند.



اجزاي اصلي پمپ‌هاي گريز از مرکز
دو جزء اصلي پمپ‌هاي گريز از مرکز پروانه و تيغه هستند.

پروانه‌ها:
نقش پروانه‌ها در پمپ گريز از مرکز تامين لازم براي سيال مي‌باشد. در پمپ‌ها دو نوع پروانه پايه‌اي وجود دارند:

مارپيچي‌
پروانه مارپيچي با ويژگي نداشتن تيغه‌هاي پخش کننده مشخص مي‌شوند. در عوض پروانه‌ي آن درون محفظه‌اي که حلزوني شکل است قرار گرفته و سرعت آب به دليل ترک کردن پروانه کاهش مي‌يابد که همراه با افزايش فشار مي‌باشد.

توربيني
پروانه‌هاي توربيني با تيغه‌هاي پخش کننده‌اي احاطه شده‌اند که مسيرهاي به تدريج پهن شونده‌اي فراهم مي‌آورند تا سرعت آب را به آهستگي کاهش دهند. بنابراين هد سرعت به هد فشار تبديل مي‌شود.

انتخاب بين اين دو نوع پروانه بسته به شرايط استفاده تغيير مي‌کند. نوع مارپيچي به دليل ظرفيت بالا و هد مصرفي پايين در چاه‌هاي کم عمق معمولا ترجيح داده مي‌شوند. نوع توربيني در چاه‌هاي آب عميق استفاده مي‌شود.

تيغه:
تيغه نقش راندن مايع به خروجي پمپ را دارد که سرعت را به فشار تبديل مي‌نمايد. جزء تيغه در داخل پمپ که معمولا به پروانه متصل است به نوبه خود داراي شکل‌هاي گوناگوني است. دسته بندي شکلي تيغه‌ها را مي‌توان به طور کلي به دو دسته تقسيم نمود:
1- صاف
2- مارپيچ

که اين دسته بندي نيز مي‌تواند منجر به دسته بندي کلي در مورد پروانه‌ها گردد.


مزايا و معايب استفاده از پمپ گريز از مرکز
از مزاياي پمپ گريز از مرکز مي‌توان به ويژگي توليد يک جريان هموار و يکنواخت اشاره نمود. برخي انواع پمپ‌هاي گريز از مرکز مقداري شن نيز پمپ مي‌کنند و در کل مطمئن و داراي عمر کاري مناسبي مي‌باشند.
از معايب اين پمپ‌هاي مي‌توان به از دست دادن سطح کيفي راه اندازي اشاره نمود که بعد از راه اندازي رخ مي‌دهد. همچنين راندمان اين پمپ‌ها وابسته به کار تحت هد و سرعت طراحي مي‌باشد.
در راه اندازي يک پمپ گريز از مرکز از آن جايي که اين پمپ‌ها از مکش استفاده مي‌کنند قابليت پمپ کردن هوا را ندارند. پس بعنوان يک نتيجه پمپ و لوله بايستي از آب پر باشند تا مشکلي در پمپ آب بروز نکند.

نابالانسي در پمپ‌هاي گريز از مرکز
وقتي اجزاي چرخان پمپ نابالانس باشند، ارتعاش حاصل از عضو چرخان نابالانس مي‌تواند ترسناک باشد. اين ارتعاش مي‌تواند موجب لرزش سطح زميني که دستگاه روي آن قرار گرفته است شود، دستگاه‌هاي اطراف آن در جاي خود تکان مي خورند، پيچ‌هاي نگه دارنده شل مي‌شوند و قطعات مي‌شکنند. يک عضو چرخان نابالانس ير روي ياتاقان‌هاي خود نيرو اعمال مي‌کند و آن را از طريق سازه خود به بيرون منتقل مي‌نمايد و نهايتا اين نيرو به فندانسيون مي‌رسد.


دلايل بروز نابالانسي
 - خمش يا قوس برداشتن بين ياتاقان‌هاي تکيه گاهي
 - وزن معلق تحت نيروي ثقل محور محرک را خميده مي‌کند
 - ماده يا سيال غيريکنواخت توزيع شده در روتور
 - قطعات هرز و لق شده بر روي روتور
 - قطرهاي مختف المرکز بر روي روتور که ناشي از ساخت مي‌باشد و قطعات روي روتور هم مرکز نشده‌اند
 - هم تراز نبودن مسير رانش با محور روتور
 - کوپلينگ‌هاي راننده لق از پشت هم پرش مي‌کنند
 - از بين رفتن تلرانس‌هاي بين قطعات مونتاژ شده بر روي روتور
 - شانه‌اي‌هاي روي روتور خارج از ميدان محور دوران ساخته شده‌اند
 - خلل و حفره‌هاي روي روتور
 - هم تراز نبودن ياتاقان‌ها به محور نيرو وارد کرده و آن را قوس مي‌دهد


کاويتاسيون:
کاويتاسيون را مي‌توان رفتار خلل و حباب‌هايي دانست که در سيال بوجود مي‌آيند. از نظر رفتاري کاويتاسيون را مي‌توان به دو دسته تقسيم بندي نمود:

1- کاويتاسيون غير فعال (گذرا)
فرايندي است که يک خلل يا حباب در سيال به سرعت از بين مي‌رود و يک موج ضربه بوجود مي‌آورد. اين نوع کاويتاسيون اغلب در پمپ‌ها، پروانه‌هاي کشتي، پروانه‌هاي موتور و در بافت‌هاي آوندي گياهان رخ مي‌دهد.
کاويتاسيون غير فعال ابتدا در اواخر قرن نوزدهم توسط Lord Rayleigh وقتي از بين رفتن يک خلل کره‌اي را در يک سيال مشاهده نمود، بررسي شد. وقتي يک حجم مايع در معرض يک فشار کم کارامدي قرار مي‌گيرد، مايع مي‌ترکد و يک حفره تشکيل مي‌دهد. اين پديده آغاز کاويتاسيون ناميده مي‌شود و مي‌تواند در پشت تيغه يک ملخ يا پروانه که به سرعت مي‌چرخد يا هر سطح ديگري که در زير آب با اندازه و شتاب کافي ارتعاش مي‌کند، رخ دهد. چنين حباب کاويتاسيون با فشار کم درون مايع، به خاطر فشار بالاتر محيط از بين مي‌رود. همانطور که حباب از بين مي‌رود، فشار و دماي بخار درون آن افزايش مي‌يابد. در نهايت حباب به کسر کوچکي از اندازه اصلي خود تبديل مي‌شود که در اين نقطه گاز درون حباب به محيط مايع پراکنده شده و يک مقدار انرژي زيادي را به شکل موج ضربه صوتي و نور مرئي رها مي‌سازد. در نقطه فروپاشي کلي دماي بخار درون حباب مي‌تواند چندين هزار درجه کلوين و فشار آن چند صد اتمسفر باشد.
کاويتاسيون غيرفعال مي‌تواند در حضور يک ميدان صوتي نيز رخ دهد. حباب‌هاي گاز ميکروسکوپي که عموما در يک مايع حضور دارند بدليل بکار گرفتن ميدان صوتي مجبور به نوسان مي‌شوند. اگر چگالي صوتي به مقدار کافي بالا باشد، حباب‌ها ابتدا از لحاظ اندازه رشد مي‌کنند و سپس به سرعت فرو پاسيده مي‌شوند. بنابراين کاويتاسيون غير فعال حتي اگر کاهش فشار مايع براي خلل مشابه مشاهده Rayleigh کافي نباشد، مي‌تواند رخ دهد. حمام‌هاي فراصوتي معمولا از کاويتاسيون غيرفعال حباب‌هاي گاز ميکروسکپي براي فرسايش چرک از مواد استفاده مي‌کنند.
عمل کاويتاسيون بسيار شبيه به جوشش مي باشد. اما تفاوتي که بين اين دو فرايند وجود دارد بدين صورت است که جوشش وقتي رخ مي‌دهد که انرژي مايع به حدي برسد که بر فشار محيط غلبه کند و به عبارتي افزايش فشار دارد. اما در کاويتاسيون مايع افت فشار را تا حدي ادامه مي‌دهد تا به فشار اشباع رسيده و شروع به تبخير نمايد.

کاويتاسيون فعال
فرايندي است که حباب‌هاي کوچک در يک مايع به نوسان در حضور يک ميدان صوتي، وقتي شدت ميدان صوتي براي فروپاشي کلي حباب ناکافي باشد، واداشته مي‌شوند. اين شکل از کاويتاسيون فرسايش بسيار کم‌تري نسبت به کاويتاسيون غيرفعال را سبب مي‌شود و اغلب براي پاک کردن مواد ظريف مانند قطعات پنجره‌اي سيليکون استفاده مي‌شوند.

معايب کاويتاسيون در برخورد حباب‌هاي کوچک شده با دماي بسيار بالا و داراي موج ضربه با سطوحي مانند پروانه کشتي و پمپ‌ها مي‌باشد.

صداي زيادي توليد مي کند

اجزاء را تخريب مي‌کند

ارتعاشات توليد مي‌نمايد

راندمان را کاهش مي‌دهد.


مزايا:
به وجود آنکه کاويتاسيون در بسياري از محيط ها مطلوب نمي‌باشد، اما هميشه اينگونه نيست. از کاويتاسيون نيز مي‌توان سود برد. به عنوان مثال از کاويتاسيون در ابزارهاي پاک کننده فراصوتي استفاده مي‌شود. اين ابزارها کاويتاسيون را با امواج صوتي توليد کرده و از فروپاشي حباب‌ها براي تمييز کردن سطوح بهره مي‌گيرند. اين کاربرد مفيد نياز به مواد شيميايي مضر را در برخي موارد از بين مي‌برند. همچنين از کاويتاسيون در برخي مايعات براي هموژنيزه کردن استفاده مي‌کنند. و در نهايت در تصفيه و خالص سازي آب نيز مي‌توان از کاويتاسيون بهره برد.

کاويتاسيون در پمپ‌ها و پروانه‌ها
بيش‌ترين جايي که کاويتاسيون رخ مي‌دهد در پمپ‌ها، روي پروانه‌هاي کشتي مي‌باشد.
همان‌طور که يک تيغه پروانه در يک پمپ يا پروانه کشتي يا زيردريايي در سيال حرکت مي‌کند فشار در اطراف آن تيغه کاهش مي‌يابد. با افزايش سرعت تيغه اين کاهش فشار به جايي مي‌رسد که فشار تبخير سيال تامين مي‌شود. در اين حالت سيال تبخير شده و حباب تشکيل مي‌شود. حال کاويتاسيون رخ داده است. وقتي اين حباب‌ها فروپاشي مي‌شوند، امواج ضربه قوي در سيال بوجود مي‌آيد که قابل شنيدن است و حتي تيغه‌ها را از بين مي‌برد. کاويتاسيون در پمپ‌ها به دو صورت رخ مي‌دهد:

کاويتاسيون در مکش
اين کاويتاسيون به دليل فشار کم در مکش رخ مي‌دهد که سبب ايجاد حباب در ورودي پروانه پمپ گشته و تا خروجي پمپ ادامه مي‌يابد. در خروجي بدليل فشار زياد سيال خروجي اين حباب‌ها از بين مي‌روند. در پمپ‌هايي که تحت اين نوع کاويتاسيون عمل مي‌کنند، مقدار زيادي از سطح پروانه‌ها از بين رفته و در نتيجه پمپ بطور ناگهاني از کار مي‌افتد.

کاويتاسيون در خروجي:
در اين نوع کاويتاسيون فشار خروجي پمپ بسيار بالا است و اين بدليل کار کردن پمپ در کم‌تر از 10 درصد راندمان آن مي‌باشد. فشار خروجي بالا سبب برقراري يک چرخه از سيال درون پمپ مي‌شود تا اينکه آن سيال را به جريان وادار سازد. همانطور که سيال در اطراف پروانه جريان مي‌يابد در اثر سرعت سيال خلا ايجاد شده و حباب تشکيل مي‌شود. در نتيجه کاويتاسيون موجب بروز اثرات مخرب در پمپ مي‌گردد. اين اثرات عبارتند از: از بين رفتن تيغه‌ها، از کار افتادگي کامل ياتاقان‌ها و آب بندهاي پمپ تحت فشارهاي بالا، در شرايط بحراني‌تر مي‌تواند محور پروانه را بشکند.



نتيجه گيري:
در راه اندازي پمپ‌هاي گريز از مرکز حتما بايد به اين نکته توجه داشت که لوله و پمپ از آب پر باشند، زيرا که اين پمپ‌ها بدليل ايجاد مکش نمي‌توانند هواي باقي مانده در لوله را پمپ نمايند. بهمين دليل هميشه در راه اندازي شير خروجي بسته است و شير ورودي باز مي‌ماند. از طرف ديگر آمپر راه اندازي پمپ کاهش مي‌يابد و در نتيجه به موتور آسيبي نمي‌رسد.
در پمپ‌هاي گريز از مرکز اگر پمپ کردن دبي بيش‌تر از سيال مورد نظر باشد، از پمپ‌هاي نوع جريان شعاعي بهره مي‌گيريم.
در پمپ‌هاي گريز از مرکز اگر فشار سيال داراي اهميت باشد، از پمپ‌هاي محوري کمک مي‌گيريم.
تيغه‌هاي منحني شکل در درون پروانه پمپ راندمان بالاتري از تيغه‌هاي کاملا صاف و شعاعي دارند.
نابالانسي در پمپ‌هاي گريز از مرکز به هر دليلي که رخ دهد مي‌تواند باعث آسيب رساندن به پمپ و مخصوصا روتور و قطعات سوار شده بر روي آن گردد.

در پمپ‌ها از بروز کاويتاسيون بايد جلوگيري نمود که اين کار را مي‌توان با روش‌هاي مذکور انجام داد:
دور کردن خم‌ها و شيرها از محل ورودي پمپ تا ميزان تجربي حداقل 3 برابر قطر لوله
جلوگيري از پايين آوردن ميزان کار پمپ تا کم‌تر از 10 درصد راندمان آن تا از ايجاد فشار بيش از اندازه در محلي بعد از پروانه پمپ جلوگيري شده و احتمال بروز خلاء و در نتيجه کاويتاسيون کم شود.
در نظر گرفتن قطر مناسب لوله ورودي تا از افت فشار در قبل از ورودي پمپ و در نتيجه بروز خلاء و کاويتاسيون اجتناب نمود.
از کاويتاسيون مي‌توان در جهت بهره گرفتن از آن استفاده نمود و نياز به مواد شيميايي مضر را در برخي موارد حذف نمود.


بازگشت
مطالب مرتبط با این مقاله


دانستنيهاي فني و تاسيساتي : گردآوری گروه تهویه مطبوع مهاجر