پمپ ها و قانون پمپ ها
شرح قوانين حاکم بر پمپها و تئوري آنها :
پمپهاي گريز از مرکز ماشين هايي هستند که با استفاده از نيروي گريز از مرکز ( عکس العمل‌سيال در برابر نيروي مرکز گرا ) سيالات را جابه جا مي‌کنند . در ادامه به موارد مهم در موضوع سيالات اشاره مي شود .
نيروي وزن باعث مي شود که اگر سيال در يک ارتفاع باشد به ارتفاع پايين تر جريان يابد . انرژي‌پتانسيل ، انرژي است که در سيال ذخيره مي شود و مايع داراي فشار بالاتر انرژي پتانسيل بيشتري‌ دارد ، بنابراين سيال از سطوح با فشار بالا به سطوح با فشار پايين جريان مي يابد . در صورتي که فشار دو مخزن برابر باشد يا اينکه اختلاف ارتفاع نداشته باشند سيال ميان آنهاجريان نمي يابد . بنابراين در اين حالت ها نياز به استفاده از پمپ داريم . همچنين ميتوان از پمپ ‌به منظور افزايش مقدار سيال جابه جاشده ، ( دبي) استفاده کرد . پس ميتوان نتيجه گرفت يک پمپ با افزايش انرژي سيال آنرا جابجا مي کند . در پمپ‌ هاي سانتريفيوژ اين عمل توسط پروانه انجام مي شود ، که با چرخاندن ‌سيال انرژي آن را مي افزايد . سيال با عبور از ورودي پمپ وارد چشم ( مرکز ) پروانه مي‌گردد و با دوران پروانه از لبه آن خارج مي‌گردد . هر چه سرعت پروانه بيشتر باشد سيال سريعتر جابجامي شود . در زير يک نمونه محفظه و پروانه نشان داده شده است .
هنگامي که سيال وارد پوسته( محفظه) مي شود سرعت‌آن کاهش‌ مي‌يابد . چون سرعت سيال‌کاهش مي يابد فشار آن افزايش يافته و از طرف ديگر چون سيال با فشار زياد در لبه و دور از چشمي خارج مي‌گردد باعث ايجاد يک ناحيه کم فشار در چشمي شده که در اثر آن‌جريان سيال به درون چشمي امکان پذير مي‌گردد . ( اختلاف فشار ) وقتي سيال به خارج پمپاژ مي شود سرعت آن افزايش مي يابد اين افزايش سرعت در خروجي‌ به شکل فشار بسيار زياد و بخشي از آن در محفظه به صورت فشار نمايان مي شود .
پروانه که به عنوان پيشران‌مي باشد توسط يک منبع محرک بيروني چرخانده مي شود . محرک‌به شکل هاي مختلف الکتروموتور ، توربين و موتور با سوخت فسيلي مي باشد . نيروي محرک‌توسط يک شافت به پيشران منتقل مي‌گردد . محلي که شافت از محفظه پمپ خارج مي شود ،‌ دچار نشتي مي‌گردد براي رفع اين مشکل از آب بند يا جعبه لايي استفاده مي شود . در جايي که‌لايي قرار مي‌گيرد ممکن است که شافت به شدت دچار ساييدگي گردد به همين دليل بايد از مواد قابل انعطاف استفاده کرد . همچنين براي جلوگيري از سايش ، از يک آستين متحرک‌ شافت استفاده مي کنند . آستين به راحتي تعويض مي‌گردد.
سيال از ناحيه خروجي با فشار بالا به پشت ناحيه مکش نشتي پيدا مي کند . به همين جهت‌ فضاي بين آنها را به حلقه هاي تحت‌ سايش مجهز مي‌کنند حلقه سايش ‌بدنه ‌ثابت اما حلقه سايش پيشران همراه آن دوران مي کند . بستن مناسب حلقه هاي سايش مقدار نشتي را به اندازه‌ زيادي کاهش مي‌دهد . البته مقداري نشتي براي روانکاري لازم است ، سيال نشت شده سبب ‌روانکاري و خنک سازي حلقه هاي سايش مي شود و همچنين از سايش رينگها در مقابل هم‌جلوگيري مي‌کند . با ضعيف شدن رينگها فضاي ميان آنها زياد شده و نشتي بيشتر مي شود . در اينصورت بايد رينگ ها تعويض شوند . همچنين حلقه هاي تحت سايس بوسيله سيال پمپاژ شده روانکاري مي‌شوند و اگر روانکاري‌ مناسب نباشد حلقه ها باهم تماس داشته ، ساييده مي‌شوند ، گرم شده و جام مي‌کنند .به همين علت نبايد يک پمپ گريز از مرکز را تا زماني که از سيال پر نشده راه اندازي کرد .
ارزيابي پمپ هاي گريز از مرکز :
پمپ ها براساس مشخصات و ويژگيهاي پمپاژشان ارزيابي مي‌شوند.
براي مثال ، پمپي که(100 )گالن در دقيقه ظرفيت دارد ، ظرفيت ارزيابي(100) گالن بر دقيقه را‌دارد . ظرفيت معمولا فاکتوري براي ارزيابي يک پمپ است . فشار ورودي و مکش نيز بر ارزيابي موثرند . با ارزيابي پمپ ما مي توانيم بهترين پمپ لازم با بهترين بازده را انتخاب کنيم .
ظرفيت
مقدارمايعي که پمپ در واحد زمان جابجا ميکند ، ظرفيت پمپ مي باشد که برحسب‌گالن بر دقيقه بيان مي‌گردد . البته واحدهاي ديگري نيز استفاده مي شود .
ظرفيت پمپ با افزايش سرعت پيشران افزايش مي يابد و در واقع با سرعت در ارتباط است . اما همواره تغيير سرعت عامل افزايش ظرفيت نمي‌باشد . نکته مهم اين است که عامل افزايش‌ظرفيت ، سرعت مماسي وارد برسيال از سوي ملخي هاي پروانه است. که کاملا مي دانيم‌ به شعاع بستگي دارد ، بنابراين ظرفيت پمپ با پروانه بزرگتر نسبت به پمپي با پروانه کوچکتر ‌با سرعت دوراني برابر ، بيشتر است زيرا سرعت مماسي آن بالاتر مي‌باشد .
وقتي که سيال با سرعت زياد از پروانه جدا شده وارد بدنه پمپ مي شود درآنجا سرعت به فشار تبديل شده و فشار خروجي زيادمي شود . پس افزايش سرعت مماسي باعث افزايش فشارخروجي‌ پمپ مي شود . پس نتيجه‌اي‌که گرفته مي شود اينست که با افزايش سرعت پيشران مي توان ظرفيت‌پمپ را افزايش داد و يا با ثابت ماندن سرعت دوراني ، پروانه ي بزرگتري بکار برد.
هد و فشار
فشار را معمولا نيروي وارد بر واحد سطح سيال تعريف مي‌کنند و در صنعت معمولا برحسب اينچ مربع بيان مي‌گردد . واحد هاي ديگري نيز بوده که کاربرد آنها در صنعت کمتراست‌ براي هد ميتوان تعاريف گوناگوني ارائه کرد . در مورد پمپ معمولا هد رابه نسبت ارتفاع و بلندي بيان مي‌کنند . بايد گفت که هد در واقع شکلي از انرژي جرم سيال است ومي تواند به شکل‌گرما نيز باشد . در اينجا در مورد هد ارتفاع که کاربرد بيشتري دارد بحث مي‌کنيم . هنگامي که ‌ارتفاعي از سيال داشته باشيم از طرف آن فشاري بر سطح زيرين وارد مي شود که هد ارتفاع‌گويند . هد ارتفاع هم غالبا بر حسب فوت بيان مي‌گردد .
فشاري که از هد ناشي مي شود به قطر ظرف بستگي ندارد .
در هر نقطه از پايين ظرف ، فشار فقط به هد يا ارتفاع سيال بستگي دارد .
فشار در سيال را بوسيله فشارسنج معين مي‌کنند . فشار سنج در واقع فشار نسبي رامشخص مي‌کند . يعني فشار جو را از فشار مطلق کم مي‌کند . رابطه بين فشار مطلق و فشار نسبي به شکل زير است :
فشار نسبي + فشار جو = فشار مطلق
همچنين با استفاده از رابطه مقابل مي توان هد فشار را بدست آورد :
P = g. h
بنابراين فشار ناشي از هد يک سيال به وزن مخصوص آن بستگي دارد .
پس دو سيال با وزن مخصوص متفاوت و هد يکسان فشار مختلفي اعمال مي‌کنند.
فشار بخار
اگر مايعي در ظرفي سربسته بخار شود ، مولکولهاي بخار نمي توانند از نزديکي مايع دور شوند و تعدادي از مولکولهاي بخارضمن حرکت نامنظم خود ، به فاز مايع برمي‌گردند.
سرعت بازگشت مولکولهاي بخار به فاز مايع ، به غلظت مولکولها در بخار بستگي دارد . هرچه تعداد مولکولها در حجم معيني از بخار زيادتر باشد ، تعداد مولکولهايي که به سطح مايع برخوردکرده و مجددا به فاز مايع تبديل مي شود ، بيشتر خواهد بود .
در ابتدا چون تعداد کمي از مولکولها در بخار وجود دارند ، سرعت تبديل آنها به مايع کم‌است اما با افزايش غلظت بخارسرعت مايع شدن افزايش مي يابد تا اينکه بخار شدن به جايي‌مي رسد که سرعت بخار شدن مولکولها با سرعت مايع شدن آنها برابر شود . اين حالت را تعادل بين دو فاز مايع و بخار گويند . چون در حالت تعادل ، غلظت مولکول ‌ها در فاز بخار ثابت است، فشار بخار نيز ثابت است . فشار هر بخار در حالت تعادل با مايع خود در دماي
معين را فشار بخار آن مايع مي ناميم . فشار بخار تابع دماست و با افزايش آن زياد مي شود .
بعضي اوقات که فشار مکش مطلق به اندازه کافي بالا نباشد ، مايع يا سيال در مکش (ورودي ) پمپ تبخير مي‌گردد . براي اينکه بدانيم چرا اين اتفاق مي افتد ،بايد بدانيم که چه سيالاتي بخار مي گردند يا اينکه چه موقع بخار مي‌گردند.
حرارت شکلي از انرژي است که باعث افزايش انرژي سيال مي شود که به شکل بخار شدن و افزايش فشار نمايان مي شود . فشار بخار باعث مي شود که مايع بخار گردد .فشار بخار بالاتر ، سرعت تبخير مايع را افزايش مي‌دهد.
يک مايع با فشار بخار بالاتر ، حرارت کمتري براي بخار شدن نياز دارد . همچنين فشاري توسط گازها و بخارات روي سطح مايع به آن وارد مي‌گردد. فشار روي مايع تمايل به جلوگيري از فرار و آزاد شدن بخارات مايع دارد.
بنابراين براي محافظت و جلوگيري از بخارشدن مايع در پمپ ، فشارمکش مطلق بايد بالاتر از فشار بخار مايع در آن دما باشد.
اصطکاک ( سايش ) افت فشار از اصطکاک ناشي مي شود و در واقع نوعي تبديل انرژي مي‌باشد . اصطکاک يک نيروي مقاوم براي جريان سيال است . براي حرکت سيال ، نيروي پيشران بايد بزرگتر از نيروي مقاوم باشد . در اصطلاح فني گفته مي شود که افت فشار بايد بزرگتر از مقدار اصطکاک باشد.
يک لوله باقطرکوچکتر مقاومت بيشتري در مقابل جريان نسبت به يک لوله با قطر بزرگتر ايجاد مي‌کند . زماني که مقدار جريان در يک پمپ بيشتر شود ، اصطکاک نيز افزايش مي يابد. افزايش مقدار جريان ، فشار مکش ( ورودي ) قابل دسترسي را کاهش مي‌دهد .
با افزايش مقاومت در برابر جريان در ورودي ( مکش ) پمپ ، مايع ممکن است بخار شود.
بنابراين با افزايش مقدار جريان ، اصطکاک افزايش و فشار مکش کاهش مي يابد و احتمال بخار شدن سيال در ورودي بيشتر مي شود ، پس در کاربرد لوله ورودي بايد به اين موضوع توجه داشت .
- اجزا اصلي و ساختمان مکانيکي :
هر پمپ گريز از مرکز داراي سه بخش اصلي زير است که هرکدام از آنها از اجزاي مختلفي تشکيل شده است :
1) محرک
2) محفظه آب بندي
3 ) پوسته
محرک: در پمپ هاي دوار معمولا از سه نوع محرک الکترومغناطيسي ( الکتروموتور ) ، ديزلي وتوربيني استفاده مي شود . محرک الکترو مغناطيسي يک ژنراتور بوده که انرژي الکتريکي را به حرکت دوراني تبديل مي کند . محرک توربيني به کمک انرژي بخار آب ؛ محور پمپ را مي چرخاند .
محرک ديزکي نيز موتوري است که با سوخت فسيلي معمولا گازوئيل کار مي‌کند.
خروجي محرک به کمک کوپلينگ به ميل محور پمپ متصل شده و اين ميل محور وارد محفظه آب بندي مي شود . در اين محفظه دو ياتاقان (ساچمه اي) قرار داشته که ‌درون روغن غوطه‌ور مي‌باشند و حکم تکيه‌گاه هاي ميل محور را دارند . انتهاي ميل محور به يک پروانه که درون پوسته جا دارد متصل شده است.
پوسته : که قسمت عمده آن پروانه و شافت است .
الف ) پروانه( Impeller) :
ايمپلرها با انواع مختلف يک دهنه ، دودهنه ، باز ، اصولا پروانه هاي دو دهنه داراي نيروي محوري(Trust) کمتر اما هزينه ساخت گرانتر مي‌‌باشند . همچنين پروانه هاي باز و نيمه باز از نظر هزينه ساخت ارزانتر مي‌باشند . مشخصه هاي مايع و وجود ذرات جامد ، رواني و نارواني مايع و پارامترهايي ازاين قبيل درنوع استفاده‌ از ايمپلرموثرهستند . پروانه هاي باز درپمپ هاي محوري و بسته در پمپ هاي شعاعي بکار مي روند . که براي نوع باز براي مايعات حاوي ذرات جامد و الياف دار نوع بسته براي مايع‌ هاي تميز و بدون ذرات شناور مناسب مي باشند . نوعي از پروانه هاي باز نيز براي مخلوط مايع و جامد بکار مي روند . بنابراين ساده ترين نوع پروانه ، پروانه باز بوده که براي انتقال مايعات حاوي ناخالصي جامد شناور بکار مي رود . پروانه نيم باز نيز براي مايعات رسوب زا بکار برده مي شود .کاربرد پروانه بسته نيز در ظرفيت هاي بالا و به دو دسته يک چشمي و دوچشمي تقسيم مي شود .
تعريف پروانه نيز به عنوان بخشي اساسي ، قسمت متحرک پمپ است که مايع ورودي به‌ چشم را به علت داشتن حرکت دوراني به خارج ميراند . لازم است که اشاره کنم هر چه اندازه ذرات شناور بيشتر باشد تعداد پره ها کمترخواهد بود .