مقدمه

اساس اکثر منحنی های عملکردی برای سیال آب گزارش شده اند مگر اینکه نوع سیال در منحنی عملکرد مشخص شده باشد. نوع سیال بر منحنی عملکرد پمپ تاثیرگذار است. در سه حالت زیر می توانیم تاثیر تغییر سیال را بر منحنی عملکرد بررسی کنیم و نیاز است تا در برخی موارد منحنی عملکرد تصحیح شود:

1. اثرات تغییر چگالی سیال بر منحنی عملکرد، 2. تاثیر ذرات جامد (جریان اسلاری) بر منحنی عملکرد و 3. اثرات تغییر ویسکوزیته سیال بر منحنی عملکرد.

1- اثرات تغییر چگالی سیال بر منحنی عملکرد

در این حالت منحنی های عملکرد هد-دبی، راندمان و هد خالص مثبت مکش تغییر نمی کنند و تنها منحنی توان مصرفی تغییر می کند. با افزایش چگالی توان مصرفی پمپ افزایش می یابد و همچنین افزایش توان مصرفی پمپ با افزایش چگالی سیال رابطه مستقیم دارد.

2- اثرات ذرات جامد (جریان اسلاری) بر منحنی عملکرد

عموما با افزایش ذرات جامد در سیال راندمان و هد کاهش می یابد. در دروس آینده به صورت مفصل به این مبحث می پردازیم.

3- اثرات تغییر ویسکوزیته سیال بر منحنی عملکرد

اگر سیالی با ویسکوزیته بالاتر بخواهد توسط پمپ پمپاژ شود، هد، دبی و بازدهی پمپ کاهش می یابد ولی NPSH3% و توان مصرفی پمپ افزایش می یابد زیرا که با افزایش ویسکوزیته افت های درون پمپ افزایش می یابد.

در ادامه به روش تجربی ارائه شده توسط استاندارد HI جهت تصحیح منحنی عملکرد می پردازیم. چونکه این روش بر اساس یک سری داده های محدود به دست آمده است، اگر دقت بیشتری می خواهیم باید از روش های تحلیلی استفاده کرد.

ضرایب تصحیح به صورت زیر تعریف می شوند:

در منحنی سمت راست، خط مستقیم، خط مشخصه حلزونی یا دیفیوزر نامیده می شود و نتایج تست نشان می دهد که نقطه BEP سیال لزج بر روی این خط قرار می گیرد. با توجه به نتایج تست در نقطه BEP، با تقریب خیلی خوب می توان ضریب اصلاح دبی را با ضریب اصلاح هد برابر در نظر بگیریم.

ضرایب اصلاح می تواند توسط نتایج تجربی که از تست سیال آب و ویسکوز در تعدادی پمپ صورت گرفته است، به دست بیایند یا از مدل فیزیکی بر اساس افت انرژی در پمپ محاسبه شوند. تحلیل نتایج نشان می دهد که ضریب تصحیح هد از هر دو روش با دقت تقریبا یکسان به دست می آید. ولی روش تحلیل افت در پیش بینی توان پمپ از دقت بیشتری نسبت به روش تجربی برخوردار است. باید دقت داشت که برای تحلیل افت انرژی نیاز به جزئیات بیشتری از پمپ نسبت به روش تجربی داریم.

محدوده عملکرد روش تصحیح منحنی عملکرد

این روش برای دامنه ای از پمپ ها به صورت زیر قابل استفاده است:

پمپ تک مرحله ای و چند مرحله ای، تک مکشه و دو مکشه، پروانه بسته و نیمه باز، ویسکوزیته سینماتیکی از 1 تا 3000 سانتی استوک، دبی در نقطه BEP برای آب از 3 تا 2960 متر مکعب بر ساعت و هد هر طبقه در نقطه BEP برای آب از 6 تا 270 متر.

برون یابی برای پمپ های خیلی بزرگ، نتایج محافظه کارانه ای پیش بینی خواهد کرد، ولی در عمل چون برای این پمپ ها رینولدز بزرگ است اثر ویسکوزیته کم می شود. پس بهتر است از روش تحلیل افت انرژی یا انجام تست با سیال ویسکوز توسط سازنده پمپ استفاده شود.

از این روش برای پمپ های جریان شعاعی تا سرعت مخصوص 60SI در حالت عملکرد نرمال با پروانه های باز، نیمه باز و بسته استفاده می شود. ولی برای پمپ های جریان محوری یا با طراحی خاص از این روش تصحیح نمی توان استفاده کرد.

وقتی ضریب تصحیح را استفاده کنید که یک مارجین کافی بین NPSHava و NPSHreq وجود داشته باشد تا وقتی که NPSHreq به علت افزایش ویسکوزیته افزایش یافت، مشکلی وجود نداشته باشد. از فلوچارت زیر جهت قابل استفاده بودن این روش استفاده می شود:

تصحیح منحنی عملکرد آب بر اساس سیال ویسکوز

فلوچارت زیر مربوط به زمانی است که منحنی عملکرد مربوط به آب مشخص است و می خواهیم منحنی عملکرد مربوط به سیال ویسکوز را محاسبه کنیم.

گام اول محاسبه پارامتر B به صورت زیر

اگر این پارامتر بین 1 تا 40 بود به گام دوم می رویم. در غیر این صورت (بزرگتر از 40) روش تحلیل افت انرژی مناسب است. اگر B کوچکتر یا مساوی یک بود، هد، دبی و بازدهی ویسکوز و آب برابر است و به گام پنجم می رویم.

دوم محاسبه ضریب تصحیح برای دبی که برای تمام دبی ها معتبر است:

و همچنین محاسبه هد ویسکوز در نقطه BEP

سوم محاسبه ضریب تصحیح هد

چهارم محاسبه ضریب اصلاح بازدهی که برای تمامی نقاط معتبر است:

پنجم محاسبه توان شفت ورودی به پمپ که در تمامی نقاط معتبر است:

انتخاب پمپ در حالتی که مشخصات عملکردی سیال ویسکوز را داریم

در این قسمت هد و دبی سیال ویسکوز را داریم و می خواهیم آن را به سیال آب تبدیل کنیم. در این حالت دقت کمتری نسبت به حالت قبل داریم مگر اینکه چند بار روش را تکرار کنیم.

گام اول محاسبه پارامتر B به صورت زیر

اگر این پارامتر بین 1 تا 40 بود به گام دوم می رویم. در غیر این صورت (بزرگتر از 40) روش تحلیل افت انرژی مناسب است. اگر B کوچکتر یا مساوی یک بود، هد، دبی و بازدهی ویسکوز و آب برابر است و به گام چهارم می رویم.

دوم محاسبه ضریب تصحیح هد و دبی. این دو ضریب در دبی داده شده تقریبا برابر می شوند.

سوم محاسبه تقریبی هد و دبی آب

چهارم انتخاب یک پمپ با دو مشخصه بالا دبی و هد

پنجم محاسبه ضریب بازدهی

ششم محاسبه تقریبی توان شفت ورودی برای سیال ویسکوز

تخمین اثر ویسکوزیته بر روی NPSH3

NPSH3 برابر هد کل مکشی مطلق منهای فشار بخار مورد نیاز در ورودی پمپ است به صورتی که افت هد به علت مصدود شدن مسیر توسط بخار آب بیش از 3 درصد نشود. همچنین به پارامترهای شرایط عملکردی پمپ، هندسه پمپ و ورودی و خواص سیال پمپاژی بستگی دارد. ویسکوزیته دو اثر بر روی NPSH3 می گذارد. با افزایش ویسکوزیته، افت مسیر افزایش می یابد و مقدار NPSH3 افزایش می یابد. به طور همزمان، با افزایش ویسکوزیته سرعت رشد حباب بخار در سیال کاهش می یابد، پس مقدار NPSH3 کاهش می یابد.

اثر ویسکوزیته بر روی NPSH3 به طور عمده تابع عدد رینولدز است. اما نمی توان یک رابطه شفاف برای تمامی انواع پمپ ها ارائه داد. به عنوان یک قانون کلی، پمپ های سایز بزرگ و پمپ های با پروانه های ورودی هموار (smooth and sweeping) کمتر به تغییرات ویسکوزیته حساس هستند. اثرات وجود حباب محلول در سیال یا حل شدن گاز در ورودی پمپ با سیال با وجود حباب درشت در سیال متفاوت است. اگر سرعت سیال به اندازه کافی در ورودی پمپ زیاد باشد، اثر وجود حباب در سیال بر روی NPSH3 کم یا بی اثر است. اما وجود حباب درشت در سیال باعث افزایش NPSH3 می شود.

رویه تصحیح منحنی NPSH

روش زیر یک روش تقریبی بر اساس شیوه تحلیل است و کاربرها باید به این نکته دقت کنند که چون روش بر اساس داده های تست نیست، برای سیال ویسکوز مارجین NPSH را بیشتر در نظر بگیرند و از پیشنهاد سازندگان استفاده کنند. این روش بدون در نظر گرفتن اثرات حرارتی بر روی خواص سیال نباید برای هیدروکربن ها مورد استفاده قرار گیرد. جهت تصحیح منحنی عملکرد NPSH از رابطه زیر استفاده می کنیم:

مقدار متغیر هندسه ورودی پمپ (A) برای پمپ های end suction برابر 0.1 و برای پمپ های side suction برابر 0.5 در نظر می گیریم.

در فایل پیوست مثال های حل شده مرتبط با این درس را ارائه داده ایم.

مرجع

ANSI/HI 9.6.7 2015 “Rotodynamic Pumps Guideline for Effects of Liquid Viscosity on Performance”