مقدمه
یک دسته از پمپ های سانتریفیوژ جهت انتقال و پمپاژ سیالات اسلاری مورد استفاده قرار می گیرند که این پمپ ها از لحاظ ساختار در دسته بندی مجزا از دیگر پمپ های سانتریفیوژ قرار می گیرند. منظور از سیال اسلاری در واقع سیال دو فازی جامد و مایع است که در عمده صنایع معدنی فاز مایع همان آب است. از جمله کاربرد این پمپ ها در صنایع معدنی (خردایش تر، فلوتاسیون و آب گیری)، لایروبی رودخانه ها، نفت و حفاری و غیره می توان اشاره کرد.
برخی مواقع، علاوه بر دو فاز جامد و مایع، فاز گازی هم به این جریان اضافه می شود که از آن با نام Froth یا سیال همراه با کف یاد می شود. در کاربردهای مختلف از جمله فرایند فلوتاسیون مواد معدنی، جهت جداسازی مواد معدنی ارزشمند از باطله، به سیال مواد شیمیایی و کف ساز اضافه می کنند تا فرایند جداسازی انجام پذیرد. در این فرایند، نیاز به پمپ اسلاری جهت پمپاژ جریان سه فازی است که باید با دقت و حساسیت بالایی انتخاب شود زیرا پمپ ها توانایی پمپاژ گاز را ندارند و در صورت انتخاب نادرست پمپ، لوله کشی ورودی پمپ و مخزن مکش، سبب ناپایداری عملکرد پمپ می گردد. سعی کرده ایم در ادامه به مبحث پمپاژ سیال اسلاری همراه با کف (Froth) بپردازیم.
تاثیر سیال همراه با کف بر روی عملکرد پمپ
وقتی هوا همراه سیال وارد پمپ می شود، بازدهی، هد و دبی پمپ کاهش می یابد. سیال مایع با توجه به نیروی گریز از مرکز به خارج از پمپ منتقل می شود ولی هوا به علت چگالی کم، در چشمه پروانه تجمع می یابد و سبب مسدود شدن مسیر چشمه پمپ می شود. بنابراین دبی پمپ کاهش می یابد و هد پمپ افزایش می یابد تا هوا از پمپ خارج گردد، به عبارت دیگر پمپ هوا رو فشرده کند و به بیرون از پمپ ارسال نماید. در نتیجه دبی پمپ به صورت نوسانی بین بیشینه مقدار و دبی تقریبا صفر عمل می کند. از اثرات آن می توان به نوسانی شدن دبی و هد و همچنین نوسانی شدن نیروی وارد به پمپ اشاره کرد.
جهت جلوگیری از این پدیده باید تمهیدات لازم را برای پمپ و سیستم به منظور پمپاژ سیال همراه با کف فراهم کرد. به این منظور یک پارامتر با نام ضریب کف (Froth Factor) به صورت زیر تعریف می شود (نسبت حجم سیال همراه با هوا تقسیم بر حجم سیال بدون هوا).
این ضریب با توجه به کاربری های مختلف متفاوت است و مطابق جدول زیر تخمین زده می شود.
نحوه انتخاب پمپ برای سیال دوغابی همراه با کف
جهت انتخاب پمپ سانتریفیوژ جهت انتقال دوغاب همراه با کف می توان از پمپ با سایز بزرگتر مطابق با ضریب کف استفاده کرد. در این روش مقدار دبی طراحی را در عدد ضریب کف ضرب می کنیم و سپس برای آن دبی و هد مورد نظر، پمپ انتخاب می کنیم. لازم به ذکر است در صورت افزایش دبی، میزان مقاومت سیستم و در نتیجه هد نیز تغییر می کند. بنابراین جهت انتخاب صحیح پمپ لازم است میزان هد نیز با توجه به افزایش دبی، افزایش یابد. در نمودار زیر نحوه انتخاب پمپ در دو حالت هد ثابت (Traditional method) و هد متناسب با افزایش دبی (Alternate method) ترسیم شده است. در صورتی می توانیم افزایش هد متناسب با افزایش دبی را در نظر بگیریم که اطلاعات مربوط به لوله کشی سیستم در دسترس باشد. این نکته مد نظر قرار گیرد که معمولا پمپ های در فرایند معدنی هد استاتیکی زیاد و هد دینامیکی کم دارند، بنابراین استفاده از روش هد ثابت از دقت خوبی برخوردار است.
توان موتور را در نقطه عملکرد با دبی افزایش یافته و در حالت بیشترین چگالی سیال در نظر بگیرید (فرض شود سیال بدون هوا است).
تا حد امکان پمپ با دور کمتر انتخاب شود و پروانه نیمه باز ترجیح داده می شود. از محرک با دور متغییر (الکتروموتور درایو دار) برای پمپ استفاده شود زیرا که شرایط کف متفاوت است و باید با توجه به تغییرات شرایط، دور پمپ تغییر کند.
روش های کاهش اثر کف در فرایند پمپاژ
علاوه بر نوع انتخاب پمپ، طراحی مخزن برای پمپ و دیگر موارد نیز در راستای کاهش اثر کف بر عملکرد پمپ نیز تاثیرگذاراند که در ادامه به شرح آنها می پردازیم.
- به منظور از بین بردن کف، آب بر روی سطح مخزن اسپری شود.
- قسمتی از فید باکس ورودی در مخزن شناور باشد تا امکان ونت شدن هوا وجود داشته باشد.
- جهت جدا شدن کف از سیال، در درون باکس و بین چشمه پروانه پمپ و سیال ورودی، صفحه شیبدار نصب شود. این عمل موجب می شود تا سیال از یک مسیر مارپیچ حرکت کند و دیرتر به پمپ برسد.
- ونت بر روی مسیر مکش پمپ نصب شود.
- تا حد امکان مخزن با ارتفاع زیاد ساخته شود تا هد استاتیک در قسمت مکش پمپ افزایش یابد، در نتیجه به دلیل افزایش فشار، حجم هوا در سیال کاهش می یابد.
- در ورودی مخزن از ردیوسر پایین تخت استفاده شود تا هوا به درون مخزن برگردد و در ورودی پمپ از ردیوسر بالا تخت استفاده شود تا امکان تجمع هوا وجود نداشته باشد.
