منحنی عملکرد تئوری و واقعی پمپ سانتریفیوژ

پمپ, مطالب پیشنهادی

بدون نظر

مقدمه

در درس گذشته با استفاده از روابط اویلر، منحنی عملکرد تئوری پمپ سانتریفیوژ ترسیم شد که منحنی عملکرد پمپ به صورت خطی و با افزایش دبی به صورت کاهشی است. در این مقاله به بررسی تفاوت منحنی عملکرد واقعی نسبت به منحنی عملکرد تئوری پمپ سانتریفیوژ می پردازیم. سعی می کنیم تمامی افت ها در پمپ را به صورت مجزا شرح دهیم.

مقایسه منحنی عملکرد تئوری و واقعی پمپ سانتریفیوژ

در منحنی زیر مقدار هد تئوری (Euler Head)، افت بازچرخش جریان (Recirculation losses)، نشتی (Leakage)، اصطکاک (Flow Friction)، زاویه برخورد (Incidence) و منحنی واقعی پمپ (Pump Curve) که افت در پمپ هستند، مشخص شده است.

در تصویر زیر منحنی توان مصرفی پمپ به همراه اتلافات موجود در پمپ مشخص شده است.

با توجه به افت های هیدرولیکی و مکانیکی، منحنی واقعی عملکرد پمپ متفاوت از منحنی عملکرد تئوری است. در تصویر زیر اجزای پمپ که سب افت مکانیکی یا هیدرولیکی می شوند، مشخص شده است. در ادامه جهت مشخص کردن افت ها در منحنی عملکرد واقعی پمپ، از این تصویر استفاده می شود.

افت های مکانیکی

افت های مکانیکی رایج در پمپ شامل اتلاف در بیرینگ ها، سیل های آب بندی (مکانیکال سیل، پکینگ سیل و کاسه نمد) و غیره است. مقدار عددی این تلفات معمولا به صورت ثابت در نظر می گیریم.

افت های هیدرولیکی

اتلاف هیدرولیکی ناشی از اصطکاک سیال به جداره داخلی پمپ و همچنین تغییر جهت و سرعت سیال در مسیر عبور از درون پمپ است. در ادامه هر یک از این اتلافات هیدرولیکی به صورت مجزا شرح می دهیم.

اصطکاک (Flow Friction)

همانند تصویر زیر، این افت در پمپ محل تماس سیال با پوسته و پروانه پمپ رخ می دهد و سبب افت فشار سیال و در نتیجه کاهش هد پمپ می شود.

مقدار عددی آن وابسته به زبری سطح (ضریب اصطکاک بستگی به زبری سطح و عدد رینولدز دارد) و همچنین سرعت نسبی سیال و سطح پوسته و پروانه است. این پارامتر با توان دوم سرعت نسبی رابطه مستقیم دارد که در تصویر زیر مشاهده می کنیم.

مخلوط شدن در سطح مقطع انبساطی (دیفیوزری)

جهت تبدیل انرژی جنبشی به انرژی فشاری، سیال وارد یک سطح مقطع انبساطی (دیفیوزری) مانند تصویر زیر می شود. این تبدیل انرژی همواره همراه با افت در پمپ ناشی از مخلوط شدن است.

خطوط جریان این تبدیل انرژی در تصویر زیر مشخص شده است.

با تشکیل گردابه ها، مقدار از انرژی به جای تبدیل شدن به انرژی فشاری به گرما تبدیل می شود. این اتلاف در نقاط مختلف پمپ می تواند رخ دهد.

مخلوط شدن در سطح مقطع انقباضی

در تصویر زیر محل رویداد این پدیده در ورودی چشمه پروانه پمپ را مشاهده می کنیم.

مطابق تصویر زیر، زمانی که سطح مقطع کوچک می شود به علت تشکیل گردابه، مقداری از انرژی سیال تلف می شود.

باز چرخش جریان (Recirculation losses)

محل رخداد این پدیده در تصویر زیر مشخص شده است.

مطابق تصویر زیر نواحی بازچرخش جریان در پروانه پمپ مشخص شده است.

این پدیده معمولا در دبی های کم (کمتر از نقطه طراحی) روی می دهد.

زاویه برخورد سیال (Incidence)

در تصویر زیر، محل رویداد این پدیده را مشاهده می کنیم.

این افت زمانی روی می دهد که زاویه جریان و پره پروانه پمپ متفاوت باشد. این حالت در دبی کم یا جریان با پیش چرخش رخ می دهد و کمترین میزان آن در نقطه BEP است. یک نمونه از این نوع افت در شکل زیر مشاهده می کنیم.

اصطکاک دیسک (Disk Friction)

مطابق تصویر زیر، این اتلاف انرژی بین لفافه پروانه و پوسته رخ می دهد. سرعت سیال در سطح پروانه برابر سرعت پروانه و در سطح پوسته برابر صفر است، بنابراین یک جریان گردابی بین پروانه و پوسته تشکیل می شود. مقدار این افت وابسته به سرعت دوران پروانه، قطر پروانه، زبری سطح و همچنین وجود پروانه بر روی لفافه پمپ است.

نشتی داخلی پمپ (Leakage)

همانطور که در تصویر زیر مشاهده می شود، نشتی بین قطعات چرخشی پمپ مانند پروانه و قطعات ثابت رخ می دهد. نشتی سبب کاهش بازدهی حجمی می شودزیرا که دبی در پروانه در مقایسه با دبی پمپ بیشتر است. جریان نشتی در درون پمپ به علت اختلاف فشار رخ می دهد و جهت جلوگیری از آن باید گپ بین قطعات کاهش یابد. یک راه حل استفاده از رینگ سایشی است.

توزیع تلفات برای پمپ های متفاوت با توجه به سرعت مخصوص

نسبت تلافات هیدرولیکی و مکانیکی هر پمپ تابع سرعت مخصوص است. در تصویر زیر، تغییرات و اندازه این تلفات با توجه به سرعت مخصوص مشخص شده است. به طور مثال، با افزایش سرعت مخصوص (پمپ های جریان محوری)، افت ناشی از نشتی و اصطکاک دیسک کاهش می یابد.