در این درس با تعریف پمپ سانتریفیوژ و پارامترهای عملکردی پمپ سانتریفیوژ به صورت مختصر آشنا می شویم و در انتهای این درس به سوالات زیر پاسخ می دهیم:
- پمپ سانتریفیوژ چیست؟
- پارامترهای مهم در پمپ های سانتریفیوژ چیست؟
- تعریف NPSH، سرعت مخصوص و سرعت مخصوص در دهانه مکش پمپ سانتریفیوژ چیست؟
پمپ سانتریفیوژ
پمپ تجهیزی است که به سیال انرژی می دهد تا یک دبی حجمی مشخص از سیال از یک نقطه به نقطه دیگر انتقال پیدا کند. در پمپ های سانتریفیوژ به این صورت عمل می شود که پمپ سانتریفیوژ به کمک پروانه خود انرژی منبع بیرونی (موتور الکتریکی، موتور دیزل یا غیره) را به انرژی حرکتی سیال تبدیل می کند، در نتیجه سرعت و شتاب سیال در خروجی از پروانه افزایش پیدا می کند. از آنجا که سرعت زیاد سیال، تلفات اصطکاکی زیادی در لوله دارد و همچنین کنترل و هدایت سیال با سرعت پایین ساده تر است، سرعت و شتاب سیال در پوسته کاهش یافته و تا حد امکان به فشار استاتیکی تبدیل می شود.
پارامترهای عملکردی پمپ سانتریفیوژ
عملکرد یک پمپ سانتریفیوژ در سرعت دورانی مشخص توسط پارامترهای دبی، هد، توان جذبی در کوپلینگ، بازدهی و هد خالص مثبت مکش توصیف می گردد. این پارامترها را در جدول زیر به صورت مختصر تعریف می کنیم.
دبی پمپ
دبی پمپ سانتریفیوژ به صورت حجم سیال بر واحد زمان و معمولا با واحد متر مکعب بر ساعت یا لیتر بر دقیقه بیان می شود. رابطه بین سرعت سیال، دبی سیال و مساحت مقطعی که سیال از آن عبور می کند به صورت زیر است:
هد پمپ سانتریفیوژ
در درس فشار در برابر هد، رابطه بین فشار و هد بیان شد. انرژی اي که پمپ سانتریفیوژ به سیال منتقل می دهد توسط سازندگان پمپ به صورت هد گزارش می شود زیرا که از نظر تئوری هد مستقل از چگالی و نوع سیال است. بنابراین وقتی دو سیال که تنها در چگالی با یکدیگر متفاوت هستند توسط یک پمپ پمپاژ شوند، همانند تصوير زير، پمپ به هر دو سیال به یک اندازه هد می دهد ولی فشار در خروجی پمپ با توجه به رابطه فشار و هد با یکدیگر متفاوت هستند.
رابطه هد پمپ با سرعت، فشار و ارتفاع سیال در ورودی (Suction) و خروجی (Discharge) پمپ به صورت زیر بیان می گردد (پارامتر p، z و c به ترتيب بيانگر فشار، ارتفاع و سرعت مي باشند).
هد خالص مثبت مکش NPSH پمپ
سیال در طی دو فرآیند می تواند تبخیر شود:
1) جوشش: دمای سیال از نقطه جوشش بیشتر شود.
2) کاویتاسیون: فشار سیال از فشار بخار آن در همان دما کمتر شود.
با توجه به معادله برنولی به علت سرعت گرفتن سیال در ورودی پمپ، فشار آن کاهش می یابد که اگر فشار سیال کمتر از فشار بخار آن شود، می تواند منجر به رخ دادن پدیده کاویتاسیون شود. این پدیده اثرات نامطلوبی بر پمپ می گذارد از جمله کاهش دبی پمپ، آسیب به پروانه و کاهش هد و غیره. پس جهت بررسی این موضوع باید فشار موضعی سیال در ورودی پمپ سانتریفیوژ مورد بررسی قرار گیرد که کمتر از فشار بخار نشود. ولی در عمل کار با فشار موضعی در ورودی پمپ دشوار است زیرا نمی دانیم دقیقا در کدام نقطه این کاهش فشار روی خواهد داد. پس برای مشخص کردن کاویتاسیون از پارامتر هد خالص مثبت مکش استفاده می شود. این پارامتر در واقع اختلاف هد مطلق در ورودی پمپ و هد معادل فشار بخار سیال در آن دما است.
|هد مطلق در ورودی پمپ- هد معادل فشار بخار سیال در همان دما|= هد خالص مثبت مکش در دسترس
به این پارامتر هد خالص مثبت مکش در دسترس پمپ گفته می شود. پارامتر دیگری به عنوان هد خالص مثبت مکش مورد نیاز پمپ مشخص می شود که باید هد خالص مثبت مکش در دسترس بیشتر از هد خالص مثبت مکش مورد نیاز پمپ باشد تا کاوتاسیون رخ ندهد. در واقع هد خالص مثبت مکش مورد نیاز پمپ، حداقل مقدار هد در مکش است تا کاویتاسیون رخ ندهد. هد خالص مثبت مکش مورد نیاز توسط سازندگان پمپ به صورت منحنی عملکرد بر حسب دبی ارائه می شود.
توان و بازدهی پمپ
توان مفيدي (Pu) كه توسط پمپ به سيال منتقل مي شود برابر حاصلضرب دبي در اختلاف فشار دو سمت پمپ است. همچنين به علت وجود تلفات، توان مورد نياز در كوپلينگ پمپ بيشتر از توان مفيد است و نسبت توان مفيد به توان در كوپلينگ برابر با بازدهي پمپ مي شود.
منحنی مشخصه پمپ سانتریفیوژ
رسم پارامترهای هد، بازدهی و NPSH (Net Positive Suction Head) بر حسب دبی را منحنی های مشخصه می نامند. نقطه عملکرد با بیشترین دبی را نقطه BEP (Best Efficiency Point) می نامند که پمپ سانتریفیوژ برای این نقطه طراحی می گردد. نقطه کاری برابر محل تلاقی منحنی مقاومت سیستم با منحنی مشخصه پمپ است.
سرعت مخصوص پمپ سانتریفیوژ
هر پمپ سانتریفیوژ توسط سه پارامتر سرعت دورانی، دبی و هد در نقطه بهینه مشخص می شود. این سه پارامتر نوع پروانه و طرح پمپ را مشخص می کنند که توسط سرعت مخصوص به یکدیگر مرتبط می شوند (رجوع به درس انواع پمپ ها). سرعت مخصوص توسط روابط زیر تعریف می گردد. nq پارامتر سرعت مخصوص بی بعد در سیستم SI كه n سرعت دورانی پمپ بر حسب دور بر دقیقه، Qopt دبی پمپ در نقطه بهینه بر حسب متر مکعب بر ثانیه، fq مشخص کننده تک مکشه (برابر 1) یا دو مکشه (برابر 2) بودن پمپ و Hopt هد پمپ در نقطه بهینه بر حسب متر است. Ns سرعت مخصوص در سیستم آمریکایی و برابر رابطه زیر است.
سرعت مخصوص در دهانه مکش پمپ سانتریفیوژ
قابلیت مکش پمپ سانتریفیوژ و همچنین توانایی انحراف پمپ از نقطه بهینه با پارامتری به نام سرعت مخصوص در دهانه مکش مشخص می گردد. این پارامتر مربوط به عملکرد مکش پمپ و احتمال بروز بازچرخش های داخلی در پمپ است و بهتر است بیشینه سرعت مخصوص در دهانه مکش کنترل شود. سرعت مخصوص در دهانه مکش به صورت زیر تعریف می گردد.
انواع پمپ های سانتریفیوژ
با توجه به اینکه پمپ های سانتریفیوژ محدوده عملکرد وسیعی در دبی و هد دارند و از طرف دیگر، از جنبه های مختلفی با یکدیگر تفاوت دارند دسته بندی آنها به تعداد محدود کار دشواری است. کامل ترین دسته بندی پمپ های سانتریفیوژ توسط استاندارد H.I با 38 نوع پمپ ارائه شده است. در ادامه اين دسته بندي استاندارد H.I به همراه تشريح هر يك از اين 38 نوع پمپ را ارائه می دهیم.