مقدمه

بازدهی پمپ برابر با مقدار توان سیال در خروجی پمپ (Water Horse Power) تقسیم بر مقدار توان داده شده به شفت پمپ (Brake Horse Power) است. بنابراین راندمان پمپ برابر است با

که Q بر حسب متر مکعب بر ثانیه، H بر حسب متر و SG برابر نسبت چگالی است. برخی اوقات از اصطلاح Wire Horse Power استفاده می شود که منظور مقدار توان دریافتی توسط درایور است. به طور نمونه برای الکتروموتور میزان Wire Horse Power برابر با میزان توان برق مصرفی است که برابر با BHP تقسیم بر بازدهی الکتروموتور است.

همیشه میزان BHP بیشتر از WHP است زیرا که پمپ ایده آل نیست و مقداری از توان را در کوپلینگ، بیرینگ ها، آببند کننده های شفت، برگشت جریان سیال در پمپ، اصطکاک سیال با قطعات پمپ و غیره از دست می دهد. بنابراین بازدهی پمپ به سه قسمت تقسیم می شود.

بازدهی مکانیکی

محرک یک مقدار توان را به شفت پمپ منتقل می کند ولی مقداری از این توان به عضو هیدرولیکی منتقل می شود. در واقع این بازدهی برابر با حاصل تقسیم توان دریافتی توسط عضو هیدرولیکی بر توان دریافتی توسط شفت است. این اتلاف انرژی شامل سه بخش اصطکاک بیرینگ ها، اصطکاک سیل ها (پکینگ ها، کاسه نمد ها و مکانیکال سیل ها) و اصطکاک دیسک (اصطکاک سیال بین سطح خارجی لفافه پروانه و پوسته) می شود.

بازدهی هیدرولیکی

مقدار توان داده شده به عضو هیدرولیکی به صورت کامل به سیال منتقل نمی شود. در پروانه پمپ، ورودی، خروجی، دیفیوزر، حلزونی و برگشت جریان در پمپ های چند طبقه اتلاف انرژی (ناشی از راندمان هیدرولیکی) وجود دارد. این بازدهی برابر با توان خروجی سیال (با توجه به دبی و فشار) از پمپ تقسیم بر توان داده شده به عضو هیدرولیکی است.

بازدهی حجمی

مقداری از سیال بعد از دریافت انرژی از عضو هیدرولیکی، به ورودی پروانه باز می گردد که این امر سبب اتلاف انرژی است. بنابراین مقدار بازدهی حجمی برابر با مقدار دبی خروجی از پمپ تقسیم بر دبی کل پمپ است.

بازدهی کل

بازدهی کل پمپ برابر با حاصل ضرب سه بازدهی مکانیکی، هیدرولیکی و حجمی است. سازنده پمپ، پمپ ها را در شرایط مختلط دبی و هد تست می کند و با استفاده از رابطه راندمان، شرایط عملکردی (هد، دبی و سرعت پمپ) و توان مصرفی الکتروموتور (آمپر، ولتاژ و بازدهی الکتروموتور) منحنی عملکرد بازدهی پمپ را ترسیم می کند. یک منحنی بازدهی نمونه به همراه تصویر توان های متفاوت در تست، در ذیل مشاهده می کنید.

پیشبینی بازدهی پمپ بر اساس استاندارد HI 20.3

مطابق استاندارد HI 20.3 پارامترهای مشخص شده در جدول زیر، بر روی بازدهی پمپ تاثیرگذار هستند.

جهت تخمین بازدهی پمپ سانتریفیوژ مطابق استاندارد HI 20.3 ویرایش 2010، یک رویه با استفاده از چندین منحنی ارائه شده است که این منحنی ها اثرات مخرب جریان های اسلاری، سیال با ویسکوزیته بالا و سیال مخلوط با هوا را در نظر نمی گیرند.  با داشتن دبی کل، هد کل هر طبقه، هد خالص مثبت مکش در دسترس و نوع سرویس پمپ (جدول شماره 1) می توانیم توسط یک رویه ارائه شده، بازدهی قابل دستیابی نرمال پمپ را در نقطه بهینه تخمین زد.

بازدهی قابل دستیابی نرمال پمپ های سانتریفیوژ با دسته بندی متفاوت در نقطه بهینه (BEP) با قطر ماکزیمم و پمپاژ سیال تمیز در دمای 30 درجه سانتی گراد، مطابق مثال زیر محاسبه می شود.

رویه محاسبه بازدهی پمپ با ذکر مثال

 بازدهی قابل دستیابی نرمال یک پمپ از دسته پمپ های استاندارد API، یک مرحله ای، مکش از انتها که توسط یک الکتروموتور با سرعت 1470 دور در دقیقه آب تمیز 30 درجه سانتی گراد با دبی 700 متر مکعب بر ساعت و هد 130 متر و NPSHA 7.5 متر پمپاژ می کند را محاسبه می کنیم.

مرحله 1: محاسبه سرعت مخصوص و مشخص کردن دسته پمپ

با توجه به مقدار سرعت مخصوص و توضیحات مربوط به پمپ به جدول شماره یک مراجعه می کنیم. با توجه به این جدول، پمپ در دسته F قرار می گیرد.

مرحله 2: مشخص کردن بازدهی بهینه

با مراجعه به شکل شماره 1 و با توجه به دبی پمپ و نوع پمپ، بازدهی برابر 85.1 درصد می شود.

مرحله 3: اصلاح بازدهی با توجه به سرعت مخصوص

با مراجعه به منحنی شماره 2 و با توجه به سرعت مخصوص، مقدار اصلاح برابر 3 درصد می باشد. بنابراین داریم

مرحله 4: مشخص کردن بازده بازدهی

با مراجعه به شکل شماره 3 مقدار انحراف برابر 3 درصد می باشد. پس بازه بازدهی این پمپ بین 79.1 تا 85.1 درصد است.

در انتها با توجه به شکل شماره 4  و 5 به ترتیب می توانیم اصلاح منحنی بر اساس زبری سطح و میزان افزایش لقی رینگ های سایشی را انجام دهیم.

مراجع

HI 20.3-2010 Rotodynamic (Centrifugal and Vertical) Pump – Efficiency Prediction

Volk, M., 2013. Pump characteristics and applications. CRC Press.

Karassik, I.J., Messina, J.P., Cooper, P. and Heald, C.C., 2008. Pump handbook. McGraw-Hill Education.