انواع پمپ ها درصنعت

انواع پمپ ها درصنعت

 

شرح و توصيف

يكي ازمسائل مهم درصنعت حركت سيالات درداخل لوله هاياواردوخارج كردن سيالات ازمخازن ميباشد. اين كار توسط پمپها انجام ميشوند. درواقع پمپ ها انرژي مكانيكي سيالات رابوسيله افزايش فشار،سرعت، ارتفاع سيال و يا هر سه اينها افزايش ميدهند. در صنعت دو گروه عمده پمپ هامورد استفاده قرار ميگيرد. پمپهاي سانتريفوژ و پمپهاي جابجايي مثبت. انواع پمپ ها

تقسيم بندي پمپ ها

براساس نحوه عمليات پمپاژ در پمپها، دسته بنديهاي زيرارايه شده است.

پمپهاي سانتريفوژ

اصول اساسي كار كليه پمپهاي سانتريفوژ بر اساس استفاده از نيروي گريز از مركزپايه ريزي شده است. هر جسمي كه در يك مسير دايره اي حركت كند تحت تاثير نيروي گريزاز مركز واقع ميشود. جهت نيروي گريز از مركز طوري است كه همواره تمايل دارد كه جسم را از محور يا مركز دوران دورميسازد.

 

نمونه پمپ سانتريفوژ افقي

 

قطعه دواري كه داخل پوسته پمپ وجود دارد باحركت سريع خود موجب گردش سيال ميگردد. درنتيجه اين عمل، سيال تحت تاثير نيروي گريزازمركزواقع شده و ازمجراي خروجي خارج ميگردد. درنتيجه ايجادخلانسبي، فشاراتمسفر باعث دخول سيال به بدنه پمپ ميگردد. تازمانيكه آب درداخل پمپ وجودداشته باشدمراحل فوق تكرارميشود. قطعه دواريكه درداخل پمپهاي گريزازمركزقرارداردپره ناميده ميشود. مجراي ورودي يامكش سيال درمركزپره قرارداشته ومجراي خروجي درپيرامون بدنه واقع شده است. قسمتهاي اصلي يك پمپ سانتريفوژ عبارت است از:

پروانه ها: كه بهره يك پمپ سانتريفوژي راتعيين ميكنند. بسته به نوع وكاري كه ازپمپ انتظارميرود، تعدادپره هابين ۱تا۹ يابيشترتغييرميكند. بعنوان مثال ازپروانه هاي باتك پره نيمه بازدربسياري ازپمپهاي صنعتي قوي كه بامايعات غيريكنواخت وتصفيه نشده همراه بارسوبات وذرات معلق، سروكار دارند، استفاده ميشود. ازپره هاي بازنيزبراي پمپاژسيالاتي كه داراي ماده خارجي اضافي بيشتري هستند به كارميرود.

نمونه پره نيمه باز در يك پمپ سانتريفوژ

نمونه پره نيمه باز در يك پمپ سانتريفوژ

 

قسمت ديگرپمپ پوسته ويابدنه آن است كه معمولاًبه صورت دوپارچه ميسازند. پارچه هاي مزبورتحت يك صفحه افقي يابصورت قطري بايكديگرجفت ميشوند، معمولاًدريچه هاي ورودوخروج آب رادرپارچه زيري تعبيه مي كنند. پمپ هاي گريز از مركز را به صورت يك راهه يا دوراهه مي سازند. البته نوع دوراه به مراتب بهتر از نوع يك راهه است زيرا وقتي فشارموجوددر يكي از مجراهاي ورودي ياخروجي تغيير كند نيروهاي محوري بصورت خودكاريكديگررامتعادل ميسازند.

انواع پمپ ها

نماي داخلي يك پمپ سانتريفوژ افقي

نماي داخلي يك پمپ سانتريفوژ افقي

 

تقسيم بندي و انواع پمپ سانتريفوژ

طرحهاي اساسي پمپهاي سانتريفوژ به اصول مختلف عملكردآنها بستگي دارد. بطورعمومي پمپهاي گريزازمركزرانسبت به مواردزيرطراحي ميكنند:

  1. وضعيت مجراي ورودي مثل يك راهه يا دوراهه.
  2. وضعيت مراحل ازقبيل يك مرحله ويا چندمرحله اي.
  3. وضعيت خروجي ازنظرميزان سيال خارج شده مثل پمپ باخروجي زياد، متوسط ويا كم.
  4. وضعيت پروانه مانندنوع، تعدادپره هاووضعيت بدنه پمپ.

پمپهاي يك مرحله اي: اين پمپها بيشتربراي مواردي استفاده ميشوندكه ارتفاع خروجي، كم يامتوسطي موردنظر باشد. ميتوان بااستفاده ازيك پمپ يك مرحله اي به ارتفاع خروجي حدود ۱۰۰ft دست پيدا كرد. درحاليكه عملاًوقتي ارتفاع بيش از ۲۵۰ تا ۳۰۰ft موردنظرباشدبهره گيري ازپمپهاي چندمرحله اي عاقلانه تراست.

پمپهاي چندمرحله اي: اين پمپهاقادرندآب راتاارتفاع نسبتاًزيادپمپاژنموده، فشارقابل توجهي رانيزدراختياربگذارند. بسته به اندازه وارتفاع پمپاژ، آنهارابصورت دومرحله ياچندمرحله طراحي ميكنند. باوجوديكه همه پروانه هابه يك محورواحدمتصل بوده ودرداخل يك بدنه واقع شده اندهرمرحله راميتوان عمل يك پمپ مجزافرض كرد. براي مثال درداخل يك بدنه ميتوان از۸ مرحله متفاوت استفاده نمود. دراولين مرحله سيال منبع موردنظرمستقيماً ازطريق مجراي ورودي تحويل گرفته شده وفشارآن به اندازه فشارناشي ازيك پمپ تك مرحله اي افزايش ميابدوبه مرحله بعدي ارجاع ميشود. درهرمرحله، فشاركمي زيادميشودتاجاييكه فشاروحجم آب خروجي به ميزاني كه موردنظراست برسدومراحل خاتمه يابد. ازيك ديدگاه خاص پمپهاي سانتريفوژبرحسب محرك نيزتقسيم بندي ميشوند. پمپهاي سانتريفوژي كه مستقيماًبه يك موتورالكتريكي متصل مربوط ميشوندوبا استفاده از يك تسمه حركت منتقل ميشود.

دراين مواردكه پمپ مستقيماً توسط يك موتوربه گردش درميايد، موتوروپمپ هردوبرروي يك زيركاري بزرگ تعبيه شده وبايك كوپلينگ مناسب بهم مربوط ميشوند. موتورهاي الكتريكي داراي سرعت بالاوراندمان مناسب هستندتنهاايرادي كه دارنداين است كه نميتوان سرعت موتوررابابارورودي تنظيم نمود. پمپهاي توربيني باوجوداينكه داراي راندمان پايين هستندولي به علت اينكه دورموتوربابارورودي قابل تنظيم است كاربردفراوان دارندومعمولاًبعنوان پشتيبان پمپهاي الكتروموتوري مورداستفاده قرارميگيرند.

مزاياي پمپ هاي سانتريفوژ

مزاياي پمپهاي سانتريفوژ بدين شرح ميباشد:

  1.  سادگي ساختمان
  2.  قيمت كم
  3.  تنوع جنس پروانه و محفظه (انواع فلزات و غير فلزات مثل پلاستيك ها و لاستيك ها)
  4.  هزينه نگه داري كم
  5.  چون مي توانند در دورهاي بالا كار كنند امكان اتصال مستقيم به موتور الكتريكي وجود دارد.
  6.  جريان تحويلي از پمپ پايدار و بالا است
  7.  مي تواند جريان هاي دوغابي را پمپ كند
  8.  فضاي كمي را اشغال ميكند

معايب پمپ هاي سانتريفوژ

معايب اين پمپها نيزعبارتنداز:

بجزدرسرعتهاي بالا (مثلاً بيش از ۱۰۰۰۰rpm) امكان ايجادفشارهاي بالادرپمپهاي يك مرحله اي وجودندارد. پمپ هاي چندمرحله اي براي فشارهاي بالاگران قيمت هستند، خصوصاًبراي مصالح مقاوم درمقابل حرارت دردبيهاي بالا راندمان سريعاً افت ميكنداين پمپها Self-priming نيستند(احتياج به آب بندي دارند). يكي ازمهمترين مشكلاتي كه بيشتر براي پمپهاي سانتريفوژ پيش ميايدمسئله كاويتاسيون ميباشد. قبل ازبررسي اين مطلب بايد مختصري درمورد (NPSH (Net Positive Suction Head كه يكي ازپارامترهاي مهم پمپها است توضيح دهيم. درهنگام مكش و درقسمتهاي مختلف پمپ هرگزنبايدفشارمايع كمترازفشاربخارمايع شود. NPSH R در واقع حداقل فشاري است كه پس ازغلبه برافت هاي اصطكاكي و اغتشاشي درون پمپ بازهم بايدازفشاربخارمايع بيشتر يامساوي آن باشد.

زيرا اگراين اتفاق رخ دهدباعث بوجود آمدن حبابهاي درون مايع داخل پمپ شده حبابهاي بخار به علت سرعت زياد پره هاوفشارزيادي كه خودشان دارندضربات بسيارمحكمي به پره هاي پمپ واردكرده وباعث تخريب پره هاميشوند. درواقع پديده كاويتاسيون وجودچنين حبابهايي درجريان ورودي مايع پمپ است كه براي اينكه اين اتفاق نيفتدبايدفشارمايع ورودي حداقل به مقداري باشدكه NPSH R مثبت رانتيجه بدهد. NPSH يكي ازپارامترهاي طراحي پمپها است كه معمولاً توسط كارخانه سازنده پمپ مشخص ميشود.

كاويتاسيون درپمپهاي سانتريفوژبه علت كاهش فشار مايع ورودي

كاويتاسيون درپمپهاي سانتريفوژبه علت كاهش فشار مايع ورودي

شرايط عملكرد غير عادي پمپ

وقتي پمپهاي گريز از مركز در شرايط عادي باشند، نرم و بدون لرزش كار ميكنند. در اين حالت ياتاقانها گرماي ثابتي دارند كه به وضعيت قرار گيري دستگاهها بستگي دارد. اين دما ممكن است تا حدود ۱۰۰ F° پايين بيايد. البته بايد به خاطر داشت كه دماي كلي سيستم به ظرفيت آن بستگي دارد و به ازاء حداقل جريان ،دما به حداكثر ممكن ميرسد. بعضي از اشكالاتي كه ممكن است در پمپهاي گريز از مركز اتفاق بيفتد همراه با علل ممكنه به صورت خلاصه در زير آورده شده است.

دبي پمپ كمي پس از روشن شدن پمپ كم ميشود؟ در صورت بروز چنين مشكلي علت را بايد در عوامل زير جستجو نمود:

  1. هوا وارد لوله مي شود.
  2. عمق زياد است.(بیش از ۵ متر)
  3. لوله آب بندي اوليه مسدود است و يا داخل سيال هوا يا گازهاي مزاحم زياد است (هوا يا بخار در بخش مكش تجمع كرده است).

پمپ موتور داغ ميكند؟ در اين صورت بايد عوامل زير را بررسي كرد:

  1.  سرعت زياد است.
  2.  ارتفاع ديناميكي كل كمتر از قدرت پمپ بوده و سيال زيادي پمپاژ مي شود.
  3.  پمپ براي جابجا كردن سيالي با وزن مخصوص و ويسكوزيته سيالي كه فعلاً دارد آن را پمپاژميكند ساخته نشده است

پمپ لرزش زيادي دارد؟ علل به شرح زير است:

  1.  به طور كلي قطعات در تماس باهم، تنظيم نيستند.
  2.  فونداسيون به قدر كافي سخت نيست.
  3.  يك ماده خارجي تعادل پروانه را به هم زده است.
  4. يك اشكال مكانيكي از قبيل خم شدن محور، ساييده شدن ياتاقانه ا و يا ماليده شدن يك قطعه متحرك به يك قطعه ثابت وجود دارد.

پمپهاي جابجايي مثبت

پمپهاي گريز ازمركز كه در صفحات قبل بررسي شد درواقع پمپهاي جابجايي منفي هستند. درواقع اين پمپها سرعت سيال رابه طور زيادي بالا ميبرنددرحاليكه پمپهاي جابجايي مثبت به طور ثابت و يكنواخت سيال را از داخل محفظه خود به بيرون ميرانند. پمپهاي جابجايي مثبت براي هد بالاتر و ظرفيت هاي پايين تربكار ميروند. اصول كار به اين صورت است كه مقداري ازسيال درون محفظه اي كه مرتباً پر ازسيال مي شودگيرميكند و سپس در فشار بالاتري، از قسمت خروجي پمپ خارج ميشود.

تقسيم بندي انواع پمپهاي جابجايي مثبت

انواع پمپ ها

تقسيم بندي انواع پمپهاي جابجايي مثبت و پمپهای دینامیکی

 

پمپهاي جابجايي مثبت داراي دو نوع عمده هستند. يك نوع ،محفظه اصلي پمپ ثابت است و تقريباً شبيه سيلندر است و يك قطعه متحرك مانند پيستون درون آن حركت مي كند . به اين پمپها، پمپهاي رفت و برگشتي مي گويند. اما نوع ديگر پمپها، پمپهاي دوراني مي باشند كه حركت محفظه شام ل سيال، از قسمت ورودي سيال تا قسمت خروجي آن صورت مي گيرد.

پمپهاي جابجايي مثبت نسبت به وضعيت پروانه اي كه داخل آن است تقسيم بنديهاي خاص خودرادارند: پمپهاي دنده اي ۶ كه شامل دوچرخ دنده ساده هستندويكي ازآنهابوسيله عامل محرك مثل موتوربه گردش درآمده وچرخ دنده ديگررابرميگردانديك نوع ازاين پمپهاهستند. درپمپهاي دنده اي ميزان سيال رابه سادگي وتنهاباتغيير سرعت گردش محور ميتوان تغيير داد. نوع ديگر پمپهاي دوراني، پمپهاي پره اي ميباشند. اصول كار اين پمپها بر اساس افزايش حجم فضاي خالي براي ايجاد يك خلاء جزئي پايه گذاري شده است . بديهي است كه خلاء مزبور باعث پر شدن محفظه مكش پمپ از سيال ميشود. لحظه بعد كاهش حجم فضاهاي خالي، سيال را با فشار از طرف ديگر بيرون ميراند. در پمپهاي مارپيچي ساختمان داخلي، شبيه چرخ گوشت است و براي مايعات باويسكوزيته بالا، مثل پليمرها به كار ميرود و غالباً با سر و صدا و داراي راندمان بالايي هستند.

 

ترتيب ورود وخروج سيال در پمپ جابجايي مثبت

ترتيب ورود وخروج سيال در پمپ جابجايي مثبت

انواع پمپ ها

نمونه پمپ مارپيچي

نمونه پمپ مارپيچي

 

پمپ هاي سنجشي معمولاً براي پمپ كردن مقدار دقيق سيال (مثل افزودن بازدارنده هاي شيميايي) به كارميروند. ظرفيت كم و فشارهاي بالا از خصوصيات اين پمپ ها ميباشد.
پمپهاي پيستوني نيز به صورت جابجايي مثبت يا متغير ساخته ميشوند . در پمپهاي پيستوني با جابجايي متغير، جابجايي پمپ به طور خودكار تغيير يافته و موجب ميشود كه جريان مورد نياز سيستم به طوراتوماتيك ثابت باقي بماند. وقتي ميزان جابجايي تغيير كند فشار سيستم به نحوي متناسب با آن تغيير كرده بصورتيكه جريان تقريباً ثابت باقي بماند.

پمپ پره اي-pump

پمپ پره ای

 

يكي ديگر از پمپ هاي مورد استفاده در صنعت، پمپ دوراني ميباشد. همانطوريكه در شكل زير مشاهده ميشود در اين نوع از پمپ ها، سيال وارد محفظه اي ميشود كه در آن چند پره (معمولاً دو پره ) در حال چرخيدن هستند. نحوه چرخش پره ها به صورتي است كه باعث بردن سيال به كناره هاي محفظه شده و از آنجاسيال به قسمت خروجي پمپ با فشار ايجاد شده توسط پره ها منتقل ميشود. اين پمپ ها داراي ساختمان ساده اي بوده و براي سيالات با ويسكوزيته بالا بيشتر مورد استفاده قرار ميگيرند.

انواع پمپ ها

پمپ دوراني

پمپ دوراني

 

يكي از خصوصيات اين پمپ ها قابليت كنترل فشار خروجي از پمپ با تنظيم سرعت چرخش پره ميباشد. يكي از مسايل مهم اين نوع پمپ ها، قابليت خوردگي سيال ميباشد . لذا در مورد جريان هايي كه مي توانند خاصيت خورندگي روي پره ها ايجادكنند، با كشيدن پوشش بر روي پره ها از خوردگي جلوگيري ميشود.

نحوه كار پمپها در سيستم

منحني يك پمپ ارتباط بين هد وظرفيت يك پمپ راشرح ميدهدواين ارتباط بدينصورت است كه هرچه ارتفاع بالاتري موردنظرباشدظرفيت پمپ كمترخواهدشدودرنتيجه اين دورابطه عكس بايكديگردارند. منحني سيستم نيزارتباط بين اختلاف هد كل درسراسرسيستم وجريان كلي درسيستم رانشان ميدهد. براي انتخاب يك پمپ شكل وشيب نمودارپمپ بايدنسبت به موقعيتش(باتوجه به نمودارسيستم)موردتوجه قرارگيرد. گاهي اوقات كه ظرفيت پمپ ازظرفيت سيستم بيشتراست بوسيله شيرهايي بنام شيرفشارشكن ظرفيت پمپ راتاظرفيت موردنيازدرسيستم كاهش ميدهد. به اين ترتيب كه شيرفشارشكن باصرف انرژي باعث افزايش انرژي اصطكاكي درقسمت خروجي پمپ شده وباعث كاهش ظرفيت ميشود. كنترل ظرفيت پمپ ميتواندبابرگرداندن قسمتي ازمايع به بخش ورودي پمپ نيزصورت بگيردكه غالباًاين روش براي پمپهاي جابجايي مثبت بكارميرودزيرابراي اين گونه پمپهاشيرفشارشكن به كارنميرود. راه ديگربراي تنظيم ظرفيت پمپ تطبيق سرعت چرخش پمپ باظرفيت موردنيازاست كه غالباًكارآساني است زيراپمپهاي الكتروموتوري باسرعت ثابتي راه اندازي ميشوندولي ازاين روش درپمپهاي توربيني ميتوان استفاده كرد.

انواع پمپ ها