پمپ ها

می دانیم که مایعات دارای شکل ثابتی نیستند به همین دلیل برای جابجایی آن ها از روش اختلاف فشار استفاده می شود تا بتوان آن ها را انتقال داد که برای این کار از پمپ ها یا تلمبه استفاده میشود. عملیاتی که برای ایجاد اختلاف فشار و جابجایی مایعات مورد استفاده می شود را پمپاژ گویند.

انواع پمپ ها

پمپ گریز از مرکز:
اینگونه پمپ ها داری یک شیر خروجی می باشد که باید بسته باشد زیرا در این موقع باعث ایجاد حداکثر فشار در تلمبه می شود که به آن فشار طراحی گفته می شود.
پمپ ترکیبی:
زمانی که نیاز باشد یک سیال را با جریان بسیار بالا ارسال کنیم چندین پمپ را بصورت سری به همدیگر متصل کرده که به اینگونه پمپ ها پمپ ترکیبی گویند.
پمپ دیاگرامی:
از اینگونه پمپ ها زمانی استفاده می شود که نیاز به ایجاد فشار و سرعت زیاد نباشد و این پمپ ها با استفاده از یک خلاء می توانند سیال را پمپ کنند.
پمپ رفت و برگشتی:
در این پمپ ها برای بالا بردن فشار سیال از حرکت افقی و عمودی استفاده می شود که مقداری اتلاف انرژی به همراه دارد.
این پمپ ها برخلاف پمپ های گریز از مرکز نباید خروجی پمپ بسته باشد زیرا باعث ایجاد خرابی در پمپ می شود. علاوه بر این ها بستن یک شیر اطمینان در خروجی پمپ لازم است.
پمپ پیستونی:
در این نوع پمپ ها که مانند پمپ های گریز از مرکز دارای یک شیر خروجی است که نباید موقع عمل پمپاژ بسته باشد.
پمپ پلانجری:
این نوع پمپ دارای یک شیر اطمینان است که مانند پمپ پیستونی است ولی اگر قطر فشارنده آن کم باشد به آن پمپ پلانجری گویند.
پمپ گریز از مرکز:
هرگاه جسمی به سرعت حول محور خود به چرخش درآید، ذرات مرکزی آن جسم در اثر نیروی تولید شده به خارج پرتاب می گردند. این نیرو را نیروی گریز از مرکز گویند. پمپ های گریز از مرکز بر اساس این نیرو که در اثر چرخش پروانه بوجود می آید، کار می کنند. دو قسمت مهم این تلمبه که کار اصلی را انجام می دهند، عبارتند از:
  • پروانه impeller
  • جداره casing
مایع پس از رهایی از پروانه ، از مجرایی می گذرد که انرژی سرعتی مایع به انرژی فشاری مبدل می گردد. به این ترتیب، فشار مایع هنگام خروج بیش از فشار ورودی آن می باشد. اگر سطل پر آبی را با سرعت به دوران درآوریم، مشاهده می شود وضعی قرار می گیرد که بای آب نمی ریزد. اگر در همین حال، سوراخی در ته طرف ایجاد کنیم، مشاهده می شود که آب با سرعت زیاد از سوراخ به بیرون می ریزد.
پمپ دوّار:
پمپ دوّار، یک نوع پمپ جابجایی مثبت است که مایع را ممکن است به دو طریق پمپ کند:
  • دورانی خاص
  • و مخلوطی از دوران و نوسان.
هر پمپ دوّار به طور کلی از یک محفظه ساکن درست شده که در این محفظه یک موتور بوسیله نیروی یک محرک خارجی می گردد. حرکت روتور اجرا، پمپ کننده را به حرکت در می آورد.
پمپهای دوّار با طرحهای گوناگون و متنوع ساخته شده اند که معمولترین آنها عبارتند از:
چرخ دنده داخلی و خارجی ، یک پیچی و چند پیچی ، تیکه ای ، پره ای نفرشی ، پره ای نوسانی ، بادامک پیستونی می باشد.
این پمپ ها لازم است با سرعت دورانی زیاد و در حدود ۵۰۰۰ دور در دقیقه و یا بیشتر کار نمایند.

 

تا اینجا در رابطه با پمپ ها داشتیم به بیان موضوعی در رابطه با پمپ های جابجایی مثب صحبت کردیم برای اینکه این قضیه کمی روشن تر و شفاف تر باشد به شرحی در رابطه با پمپ های جابجایی مثبت و نوع های شبیه به آن می پردازیم.
پمپ های جابجایی مثبت:
پمپ دورانی یک نوع پمپ جابجایی مثبت می باشد. به عنوان مثال در هر دور کامل چرخ در یک پمپ چرخ دنده ای مقدار معینی از سیال را از ورودی به خروجی منتقل کرده و آن را به سیستم های لوله کشی انتقال می دهد. به همین دلیل از پمپ های چرخ دنده ای معمولا برای انتقال سیال ها از میان سیستم هایی که دارای یک مسیر جریان کامل از قسمت خروجی به ورودی پمپ می باشند، استفاده می شود.
اگر این مسیر جریان برای مدتی مسدود شود، فشار زیاد ایجاد شده باعث متوقف شدن واحد محرک می گردد. پمپ ممکن است خورد شود، یا حداقل اتصالات فلزی سیستم لوله کشی خراب شده و شروع به نشت نمایند.
پمپ چرخ دنده جناقی:
این پمپ به خاطر داشتن شکل دندانه چرخ دنده اش، پمپ چرخ دنده جناقی نامیده شده است. دندانه های پمپ چرخ دنده ای ساده ، مستقیم هستند. بدین دلیل هنگام تخلیه هر چرخ دنده در یک زمان انجام می شود. دنده چرخ دنده های جناقی کج است. این موضوع باعث روی هم افتادن چرخ دنده ها می شود. هنگام تخلیه یک چرخ دنده قبل از تکمیل هنگام چرخ دنده دیگر انجام می شود، بدین دلیل باعث نرم تر کار کردن جریان در داخل سیستم لوله کشی می شود.
پمپ های چرخ دنده حلزونی:
بعضی از پمپ های چرخ دنده ای باید بتوانند سیال را به هر دو جهت جابه جا کنند. بدین معنی که جهت چرخش چرخ دنده ها بایستی معکوس شود. چرخش پمپ های چرخ دنده ای ساده قابل برگشت (دو طرفه) است ولی دارای خروجی ضربانی می باشند. پمپ های چرخ دنده جناقی دارای خروجی یکنواخت تری هستند، ولی جهت چرخش چرخ دنده ها قابل برگشت نیست. برای پیشگیری این نقض ، بعضی از پمپهای چرخ دنده ای از چرخ دنده حلزونی استفاده می کنند. کجی دندانه های چرخ دنده حلزونی باعث می شود هنگامه تخلیه یکنواخت برای جریان خروجی آرام تر از پمپ می باشد.
هر پمپ دارای سه روتور می باشد، یک روتور نیرو دهنده و دو هرز گرد. روتورها درون یک پوسته قرار می گیرند. سیال از طریق دهانه مکشی وارد پمپ می شود و از طریق گذرگاه های محفظه به هر دو انتهای روتورها یا جایی که سیال در میان فضای بین پوسته روتور و دندانه های روتور نیرو دهنده بار (سیال) پمپاژ شده مورد نیاز را با هرزگردها که بطور ساده برای آب بندی بکار می روند، حمل می کند. محفظه های روتور از یاطاقانهای طوقهای تشکیل شده اند. این یاطاقان ها روتورها را نگهداری و هدایت کرده و آنها را درگیر می کنند.
محفظه روتورها کانالهایی هستند که مایع باید قبل از تخلیه شدن از پمپ از میان آنها بگذرد. برای جلوگیری از نفوذ هوا به داخل پمپ (فشار سیال در طرف مکش پمپ ممکن است کمتر از فشار اتمسفر باشد) شافت روتور نیرو دهنده باید آب بندی شود. شافت روتور هرزگرد مانند میله والو به وسیله پکینگی که توسط گلند در کاسه نمد نگه داشته می شود، آب بندی می گردد.
قسمت انتهای کاسه نمد یک قسمت مجزا می باشد. این قطعه یاطاقان طوقه ای می باشد که بوش آب بندی نامیده می شود. بوش آب بندی، شافت روتور نیرو دهنده را نگه داشته و هدایت می کند و نیز برای نفوذ ناپذیری هوا از اطراف شافت به داخل کمک می کند.
زمانی که یک مهندس آبیاری (مهندس آب) وارد صنعت می شود باید بتواند با انواع پمپ ها و دستگاه هایی که با آب سر و کار داردند کار کند و اطلاعاتی درمورد آنها داشته باشد. به همین دلیل سعی کردم در این پست به توضیحی در مورد یکی از پمپ های بسیار معروف و پر کاربرد در صنعت بپردازم.
پمپ سانتریفوز:
در این این نوع پمپ ها سیال ابتدا به مرکز پمپ و نزدیک پره ها فرستاده می شود و از اثر نیروی گریز از مرکز که ناشی از گردش سریع پمپ می باشد و انرژی جنشی زیادی بدست آورده و به خارج پرتاب شده و پوسته را از سیال پر کرده. انرژی جنبشی در قسمت های خروجی پمپ به انروی فشاری تبدیل می شود.
حرکت پروانه:
در جهت عمود بر فرو رفتگی پره ها در پمپ ها می باشد. پمپ های سانتریفیوژ از پرکاربردترین پمپ هائی است که در صنعت کاربرد فراوان دارد. مزیت این نوع پمپ ها این است که در اثر گذر حجمی سیال در آنها یکنواخت می شود.
پمپ های سانتریفیوژ را بر حسب نوع آن ها به انواع زیر تقسیم بندی می کنند:
  • از نظر وضعیت طبقات که ممکن است یک طبقه و یا چند طبقه باشند.
  • از نظر مقدار آبدهی و هد که ممکن است بصورت کم ، متوسط و زیاد باشند.
  • از نظر نوع پروانه ، تعداد تیغه.

اجزای یک پمپ سانتریفوژ:

  • موتور ، که باعث حرکت دورانی محور می گردد.
  • پوسته جداره
  • لوله رانش
  • لوله مکش
  • محفظه بین پوسته و پروانه
  • پروانه پمپ شامل پره هایی می باشد که به نحوی ساخته شده اند تا جریان داخل پمپ حتی امکان یکنواخت باشد.

پروانه ممکن است به یک صفحه متصل باشد یا بین دو صفحه قرار داشته باشد یا آزاد باشد. مایع در جهت محور وارد بدنه پمپ می شود و سیال ورودی بوسیله پره های پروانه دریافت شده و به داخل یک پیچک که مماس بر پمپ می باشد تخلیه می گردد. آب بندی پمپ های سانتریفوژ مسئله ای بسیار مهمی است که در صورت عدم رعایت آن باعث کاهش راندمان عمل پمپ می گردد.

 

در این قسمت قصد داریم تا درباره انواع پمپ های گریز از مرکز( centrifuge pump ) را مورد بحث و بررسی قرار دهیم. ابتدا اصول کار اولیه یک پمپ گریز از مرکز را بصورت خیلی مختصر شرح می دهم تا با مفهوم گریز از مرکز آشنایی پیدا کنید.

یک قوطی حلبی را در نظر بگیرید که در آن دو تا تیغه قرار گرفته است که سیال مورد نظر در آن ریخته می شود و این تیغه ها که به دیواره متصل می باشند شروع به حرکت می کنند و موجب ایجاد تلاطم و گردش در آب می شوند که این نیرو را گریز از مرکز گویند. خوب تا اینجا را داشته باشید حال این نیروی ایجاد شده باعث می شود تا سیال به کناره های دیواره ظرف رفته و سپس به سمت جلو یا بالا حرکت کند و این حرکت را گریز از مرکز یعنی خارج شدن از نقطه مرکز را گویند.
یک مثال ساده می تواند قضیه را کاملا روشن کند. زمانی که شما می خواهید یک چای را شرین کنید درون آن شکر ریخته و با قاشق هم می زنید اگر خیلی سریع هم بزنید مایع درون لیوان یک شکل خاصی به خود می گیرد که کل مایع تمایل دارد به دور قاشق نزدیک شود که این همان نیروی گریز از مرکز در پمپ های گریز از مرکز می باشد.
انواع پمپ های گریز از مرکز:
  • پمپ پره مستقیم ( شعاعی)
  • پمپ تیغه خمیده ( volute )
  • پمپ مارپیچ
پمپ پره مستقیم:
در این گونه پمپ ها یک مجرای ورودی در مرکز پروانه پمپ قرار گرفته که سیال از طریق آن وارد محفظه می شود در این حین حرکت دورانی سیال موجب ایجاد یک فشار به قطر خارجی پروانه می شود که باعث ایجاد جریان شده و پروانه را با سرعت و فشار زیادی ترک گفته و از طریق خروجی خارج می شود.
پمپ تیغه خمیده ( volute ):
این نوع پمپ ها علاوه بر قسمت های داخلی که به پره های منحنی شکل مجهز می باشد حتی درپوش آن هم به پره های منحنی شکل مجهز شده است. در این گونه پمپ شکل پمپ یک تغییر خاصی دارد که حالت مارپیچ به خود دارد.
زمانی که سیال وارد محفظه پمپ شده پره ها سیال را به تلاطم در آورده اما به فرم مارپیچ این کار انجام می شود و سیال را به دیواره چسبانده و سپس آن را خارج می کند همزمان با گردش پروانه آب به دیواره چسبیده می شود و وارد مجرای مارپیچی می شود. توجه کنید که فرآیند کار تمامی پمپ های گریز از مرکز یکسان است ولی کمی با هم تفاوت دارند.
پمپ مارپیچ:
این پمپ ها به شکل یک منحنی مارپیچ می باشند که به گرد یک نقطه دوران می کنند و دارای فاصله یکسان و ثابتی می باشند که از مرکز خود دور می شوند. حالت مارپیچ به شکل پوسته داخلی پمپ اطلاق می شود که فرم مارپیچ به خود می گیرد.
این شکل پمپ یک مزیت خوب به پمپ می دهد تا بتواند سیال را به راحتی خارج کند. پس نتیجه این می شود که مجرای مارپیچی شکل سیال را جمع کرده و به سمت دریچه خروجی هدایت می کند.
یکی دیگر از مزیت های این نوع پمپ ها این است که سرعت در تمامی نقاط پمپ یکسان است ولی در هنگام خروج سرعت کمی کاهش یافته است. می دانید که فشار با سرعت رابطه عکس دارد زمانی که سرعت کم شده فشار زیاد می شود حال برای اینکه فشار را بیشتر کنند سطح مقطع خروجی پمپ را افزایش می دهند.

پمپ ها

در قسمت قبل به تفسیر پمپ های گریز از مرکز (centrifuge pump) پرداخته و انواع آن ها را بیان نمودیم. حال می خواهیم در اینجا به توضیح در مورد تقسیم بندی کلی پمپ ها بپردازیم.

پمپ ها را براساس میزان ارسال ارتفاع سیال تقسیم می کنند. که به آن هد پمپ (pump head) گویند. حال پمپ ها به چند دسته تقسیم می شوند:
  • پمپ ها تک مرحله ای (single stage)
  • پمپ های دو مرحله ای
  • پمپ های چند مرحله ای
پمپ ها تک مرحله ای (single stage):
این پمپ ها برای مواردی طراحی شده اند که ارتفاع خروجی آن ها کمتر از ۱۰۰۰ فوت (۳۰۵ متر) باشد کاربرد دارد. اما مهمترین ایرادی که از این گونه پمپ ها می توان گرفت این است که ارتفاعی که سیال را می تواند پمپ کنند بسیار کم می باشد. این نوع پمپ ها به دو صورت طراحی می شوند:
  • پمپ های تک مرحله ای ثابت
  • پمپ های تک مرحله ای متحرک (portable)
پمپ های تک مرحله ای ثابت
این پمپ برای زمانی است که بخواهیم یک سیال را از یک چاه کم عمق یا مصارف عمومی و کار در منزل مورد استفاده قرار می گیرد.
پمپ های تک مرحله ای قابل حمل:
این پمپ برای موتورهای برقی و گازوئیلی یا بنزینی استفاده می شود. بیشتر شرکت های ساختمانی از این نوع پمپ ها استفاده می کنند زیرا قابلیت حمل به هر نقطه را داشته و برای هر نوع عملیاتی توانایی و قدرت مناسبی دارند.
پمپ های چند مرحله ای:
دیگر در رابطه با پمپ های دو مرحله ای صحبت نمی کنیم زیرا ساختاری شبیه به پمپ های چند مرحله ای دارند. این پمپ ها برای زمانی طراحی شده اند که بخواهیم یک سیال را به ارتفاع زیادی پمپاژ نماییم به همین دلیل این پمپ ها با استفاده از ساختاری که برای آن ها طراحی کرده اند مناسب می باشند. در این پمپ ها از یک مرحله ای وجود دارد تا ۱۰ و بیشتر، به طوری که هر مرحله را می توان یک پمپ تک مرحله ای فرض کرد.
ارسال سیال در این گونه پمپ ها به صورت فزاینده می باشد که ابتدا در مرحله اول سیال ورودی به دو بخش تبدیل شده و میزانی فشار به آن اضافه می شود، سپس در مرحله بعدی باز سیال به دو بخش تقسیم شده و میزان دیگری فشار به ماده ما اضافه شده و باز در مرحله بعدی سیال به اندازه فشار دلخواه رسیده و حال از جمع زدن کل این مراحل عدد ۸ بدست می آید که پمپ ۸ مرحله ای نامیده می شود و این طریقه محاسبه و کارکرد پمپ های چند مرحله ای بود که به صورت خلاصه توضیح داده شد.