پمپ های سانتریفیوژ
نوشته شده در تاریخ 1400/6/10 ساعت 2:32 بامداد
Image Not Loaded

 

چکيده

از آنجايي که پمپ­ها وسيله ­اي براي انتقال سيال از نقطه ­اي به نقطه ­ي ديگر مي­باشند معمولا در کليه ي سيستم هاي انتقال سيالات در مجتمع هاي صنعتي به وفور مشاهده مي­شوند. در واقع مي­توان گفت که پمپ هاي صنعتي معادل قلب يک انسان را در يک مجتمع صنعتي دارند. لذا نگه داري و حفاظت از آن ها به منظور جلوگيري از توقف توليد ايجاب مي­ نمايد که اپراتورهاي شاغل در صنايع به اصول کار اجزا و نحوه ي صحيح بهره برداري عيوب و پاره اي از موارد ديگر به خوبي آشنا شوند.

مقدمه

اجداد اوليه انسان در كناره جنگلها و آبها زندگي مي كردند.مهد تمدن هاي انساني در سواحل گرم و ماسه اي بوده.در حقيقت بايد گفت كه اين كشاورزان بودند كه اجتماعات كوچكي را كه بعدها به اولين شهرها تبديل شدند ايجاد كردند.در تمدن رومي براي نيازهاي كشاورزي و شهري هر نفر،در حدود  20 ليتر آب در روز مصرف مي گرديده است. ازآنجائي كه منابع محلي پاسخگوي آب مورد نياز نبود، بشر به فكر انتقال آن افتاد. اولين ابزار انتقال آب يك ظرف چتر مانند بود كه به انتهاي يك تير چوبي متصل مي شد. در حدود 2000 سال قبل از ميلاد، اين ابزارهاي ابتدائي توسط اولين مكانيزم اهرمي با نام Shadoof جايگزين گشت. با وجود اينكه سيستم مذكور بطور قابل ملاحظه اي انتقال آب را ساده مي كرد،ولي فقط مي توانست در يك زمان مشخص يك سطل را جابجا كند.هدف مخترعان عهد باستان نه تنها سهولت فيزيكي انتقال آب، بلكه سرعت بخشيدن به آن و افزايش حجم آب جابجا شده نيز بود. نتيجاتاً Persian Wheel جانشين  دستگاه هاي قبلي شد. يونانيان براي اختراع مكانيزمي جهت كنترل نيروي آب شهرت دارند. اين سيستم داراي يك چرخ تيغه دار بود كه قسمت پائيني آن در جريان آب قرار مي گرفت و نيروي جريان آب موجب دوران چرخ مي گشت. اگرچه دستگاه هاي متفاوت ديگري نيز بعد از آن ساخته شدند، ولي اصل بنيادين سيستم هاي اهرمي انتقال آب ثابت باقي ماند، تا وقتي كه يكي از اختراعات مكانيكي مهم در جهان باستان ظهور كرد.

 

 

 پيچ ارشميدس

پيچ ارشميدس بر خلاف مكانيزهاي گذشته،دو مزيت سهولت انتقال آب و سازگاري در شرايط و نيازهاي مختلف را تواماً دارا بود و همچنين ثابت شد كه استفاده از اين دستگاه ها به منظور آبياري بسيار مناسب و آسان است. هدف از تمامي مطالب عنوان شده بيان اين موضوع بود كه: پمپ يك تكنولوژي جديد نيست بلكه تنها نيروي محركه آن است كه جديد مي باشد. نيروي محركه پمپ در ابتدا، انسان ها و حيوانات بودند. طبيعي بود كه اين پمپ ها در يك سرعت كاري پايين كار مي كردند. سپس بشر از آب و باد بهره گرفت و اين روند رشد ادامه يافت تا به امروزه كه بشر براي به حركت درآوردن پمپ ها از الكتروموتور و توربين بخار استفاده مي كند. استفاده از پمپ هاي پيستوني و پيچي تا قرن 19 بسيار متداول بود. تا آن زمان به دو دليل از پمپ هاي سانتريفوژ زياد استفاده نمي شد. دليل اول اين بود كه براي به حركت در آوردن پمپ هاي سانتريفوژ احتياج به نيروي محركه بالائي بود. علت ديگر عدم مقبوليت پمپ هاي سانتريفوژ، مقبوليت پمپ هاي رفت و برگشتي بود كه به نيازهاي تكنيكي آن دوره پاسخ مي گفت. در ادامه به توضيح مختصري از پمپ هاي سانتريفوژ و نحوه ي عملکرد آن و راه هاي حفاظت از اين پمپ ها براي عملکرد بهتر مي پردازيم.

 

 

نيروي گريز از مركز

سنگي را به نخي بسته و آن را شروع به چرخاندن مي كنيم . سنگ در يك مسير دايره اي شروع به حركت مي كند. سرعت سنگ ثابت است اما جهت آن تغيير مي كند . اگر سرعت تغيير كند يا جهت سرعت تغيير كند، حركت شتابدار خواهد بود. از آنجا كه جهت سرعت سنگ در حال تغيير است، بنابراين سنگ حركت شتابداري خواهد داشت . شتاب يك بردار است و جهت دارد . مي خواهيم جهت شتاب سنگ راتعيين كنيم. از بالا به سنگ نگاه مي كنيم سنگ در يك مسير دايره اي با سرعت ثابت در حال حركت است.شتاب عبارت هست از تغييرات سرعت به زمان پس جهت ?Vجهت شتاب سنگ خواهد بود. همانطور كه در شكل مشخص است جهت?  V به طرف مركز است، بنابراين سنگ داراي يك شتاب مركز گراست. هر شتابي به علت نيرويي ايجاد مي شود. به نيروي ايجاد كننده شتاب جانب مركز، نيروي جانب مركز مي گويند. نيروي جانب مركز باعث مي شود كه سنگ در يك مسير دايره اي حركت كند. برايند نيروهاي وارد بر جسم را مي كشيم. مولفه Tsinθ پيوسته گرايش به طرف مركز دارد و نيروي جانب مركز ناميده مي شود. نيروي جانب مركز باعث حركت سنگ در مسير دايره اي مي شود. در يك لحظه طناب پاره مي شود؟ به نظر شما چه اتفاقي مي افتد؟ سنگ به حركت خود ادامه مي دهد. يعني با همان سرعتي كه در لحظه پاره شدن داشته، مماس بر مسير دوران پرتاب مي شود. براي اين كه بفهميم چرا سنگ در هنگام پاره شدن، اين رفتار را از خود نشان داده يعني تمايل داشته كه به مسير خودش در همان لحظه اي كه طناب پاره شده ، ادامه بدهد بايد مفهوم اينرسي را بدانيم.

سوار بر ماشين در حال حركت هستيد. ناگهان مانعي در مقابل ماشين قرار مي گيرد و شما ترمز مي كنيد. مي بينيد كه به سمت جلو پرتاب مي شويد. چرا؟ در حقيقت بدن شما با سرعتي برابر با سرعت ماشين در حال حركت بوده، بنابراين تمايل دارد كه همچنان به حركت خود ادامه بدهد. وقتي ماشين ترمز مي كند و متوقف مي شود تمايل به ادامه حركت به سمت جلو باعث پرتاب شدن شما به سمت جلو مي شود. نيرويي كه باعث مي شود جسمي كه در يك مسير دايره اي در حال حركت است، همانطور حول يك نقطه ثابت به حركت دايره اي خود ادامه دهد، نيروي مركز گراست و جهت نيروي مركز گرا به سمت مركز منحني است.

نيروي گريز از مركز همانطور كه از اسمش مشخص است، بايستي عكس نيروي مركز گرا باشد. به يك نكته توجه كنيد كه نيروي گريز از مركز وجود خارجي ندارد. در سنگي كه در مسير دايره اي در حال چرخش بود تمايلي وجود دارد كه در مقابل تغيير جهت سرعت مقاومت مي كند. اين تمايل اينرسي است و در حقيقت نيروي گريز از مر كز اينرسي جسم خواهد بود. شما بارها و بارها نيروي گريز از مركز را تجربه كرده ايد. وقتي كه سوار چرخ و فلكي هستيد، تحت تاثير نيروي جانب مركز در حال يك حركت دوراني مي باشيد. اما در عين حال اين احساس را داريد كه نيرويي شما را به صندلي مي فشارد و تمايل به اين دارد كه شما را از مركز دوران دور كند، اين نيرو همان نيروي گريز ازمركز است. حال كه تا اندازه اي با مفهوم نيروي گريز از مركز آشنا شديم، ببينيم كه چرا پمپ هاي سانتريفوژ به پمپ هاي گريز از مركز مشهور هستند.

در داخل يك سطل مقداري آب ريخته و شروع به چرخاندن سطل مي كنيم. سطل در يك مسير دايره اي به علت نيروي جانب مركز حركت خواهد كرد، بدون اين كه آب داخل آن بريزد. در حقيقت آب موجود در ظرف به علت اينرسي يا نيروي گريز از مركز به ته ظرف فشرده مي شود و به بيرون نمي ريزد. حال سوراخي در ته ظرف ايجاد مي كنيم. چه اتفاقي مي افتد! آب از سوراخ به بيرون ريخته مي شود. چرا؟ نيروي گريز از مركز باعث بيرون ريختن آب از داخل سطل مي شود. در پمپ هاي گريز از مركز، كافي است دو پره مجاور را مانند ظرفي فرض كنيم كه سيال پمپ شونده به داخل آن مي ريزد. ظرفي كه كف ندارد و در حقيقت فقط از دو ديواره تشكيل شده، به علت نيروي گريز از مركز، سيال در طول پره ها حركت كرده و به داخل پوسته تخليه مي شود.

 

نشان دادن مسير حركت جريان در پمپ و توضيح وضعيت انرژي:

سيال از چشمه پمپ وارد پروانه مي شود. با چرخش پروانه سيال در فضاي بين پره ها به چرخش در آمده و به بيرون از پروانه حركت داده مي شود. زماني كه سيال چشمه پروانه را ترك مي كند در چشمه پمپ يك ناحيه كم فشار ايجاد مي شود. اين ناحيه كم فشار باعث مكش سيال از دهانه suction به چشمه پمپ مي شود. تيغه هاي پروانه منحني شكل هستند و سيال به علت نيروي گريز از مركز به خارج از پروانه فرستاده مي شود. سيال پس از ترك پروانه به داخل پوسته تخليه مي شود. پوسته حلزوني شكل بوده و سطح مقطع آن از زبانه تا دهانه discharge در حال افزايش است. سيال توسط پوسته جمع آوري شده و به دهانه discharge فرستاده مي شود. سيال از اين مخروط در حال عبور است. مشاهده مي شود كه سرعت سيال به تدريج در حال كم شدن است. نتيجه اي كه مي گيريد اين است كه سرعت با افزايش سطح مقطع كاهش مي يابد. حال دو فشار سنج را در محل هاي 1 و 2 قرار مي دهيم. مشاهده مي شود كه فشار 2 از فشار 1 بيشتر است. بنابراين مي توان نتيجه گرفت كه سرعت و فشار با هم رابطه عكس دارند. در پمپ هاي سانتريفوژ معمولاً از الكتروموتور براي به حركت درآوردن شافت وپروانه استفاده مي شود. انرژي الكتريكي توسط موتور به انرژي مكانيكي تبديل مي شود و انرژي مكانيكي باعث چرخش پروانه و شافت مي گردد. سيال در بين پره ها شروع به حركت خواهد كرد و سرعت و فشار آن مرتباً زياد مي شود تا زماني كه سيال به نوك پره برسد. در حين حركت سيال در طول پره ها، انرژي مكانيكي به انرژي جنبشي و انرژي فشاري تبديل مي شود و به سيال منتقل مي گردد. سيال فوق پس از ترك پروانه با حداكثر انرژي جنبشي به داخل پوسته تخليه مي شود. در پوسته پمپ حلزوني، سطح مقطع مرتباً در حال افزايش است و از طرفي ميزان دبي پمپ نيز در مقطع هاي مختلف يكسان نخواهد بود.

 

 

چون سطح مقطع متناسب با مقدار سيال جاري در آن مقطع بوده و اندازه مقطع نيز مرتباً د حال تغيير است، در نتيجه متوسط سرعت ثابت مي ماند. حال سئوال اينجاست كه چرا بايد سرعت در پوسته ثابت نگه داشته شود؟ هدف از ثابت نگه داشتن سرعت در پوسته، جلوگيري از افزايش فشار استاتيكي در پوسته به خاطر افزايش سطح مقطع است. همانطور كه قبلاً گفته شد، با افزايش سطح مقطع، سرعت كاهش وفشار استاتيكي افزايش مي يابد و تغيير فشار استاتيكي سيال در داخل پوسته منجر به ايجاد نيروي radial force بر پروانه مي شود. با ثابت نگه داشتن فشار در پوسته از ايجاد اين نيرو جلوگيري مي شود.اما در عمل تغيير فشار استاتيكي در داخل پوسته به علت افزايش سطح مقطع درآن حتي زماني كه پمپ در شرايط راندمان بهينه خود يا همان BEP كار مي كند نيز وجود دارد. بنابراين در حالت واقعي در صدي از افزايش فشار در پمپ به علت افزايش سطح مقطع پوسته ايجاد مي شود. طي براوردهاي انجام شده مقدار افزايش فشاراستاتيكي در پوسته حدوداً 3/1 مقدار افزايش فشار استاتيكي در پروانه مي باشد. به طور خلاصه تغييرات انرژي عبارت هست از :در موتور انرژي الكتريكي به مكانيكي، در پروانه پمپ هاي سانتريفوژ انرژي مكانيكي به انرژي جنبشي و فشاري و در پوسته انرژي جنبشي به فشاري تبديل مي شود.

درهنگام بررسي كاتالوگ و  document پمپ هاي سانتريفوژ ، به چهار منحني :

برخورد مي كنيم. اين منحني ها توسط كارخانه سازنده پمپ و در شرايط آزمايشگاهي براي پمپ ترسيم مي شوند. سيال مورد استفاده جهت تست پمپ، آب در دماي محيط مي باشد. دليل استفاده از آب راحتي و در دسترس بودن آن است. در صورتي كه سيال پمپ شونده سيالي ديگر غير از آب باشد، بايستي با استفاده از ضرايب تصحيح، اصلاحات لازم بر روي منحني عملكرد انجام شود. مساله ديگر كه ذكر آن حايز اهميت مي باشد، كاربردي بودن اين نمودارها بعد از خريد و در هنگام بهره برداري از آن ها مي باشد.

 

عوامل موثر در ايجاد خرابي در پمپ را مي توان به سه دسته تقسيم مي شوند:

 

 

در صورتي كه يك پمپ به تعميرات متوالي در فاصله هاي زماني كم نياز پيدا مي كند ، بايستي با تشكيل يك تيم فني و متخصص به ريشه يابي علت خرابي پرداخت و تاثير هر سه عامل ذكر شده را بررسي نمود.

 

ترکيب سري و موازي پمپ هاي سانتريفوژ

سئوال اينجاست كه آيا انتخاب يك پمپ بزرگتر هميشه راه حل مناسبي است؟ واضح است كه پمپ بزرگتر هزينه خريد و تعمير و نگهداري بيشتري دارد.  از طرفي فرض كنيد كه شما فقط در زمان هاي خاصي به دبي بيشتر نياز داريد ودر بيشتر موارد پمپ كوچكتر جوابگوي دبي مورد نياز شما خواهد بود. در صورتي كه از پمپ بزرگتر در دبي كم استفاده شود، خروجي پمپ كم خواهد بود بنابراين سيال مرتباً در داخل پمپ مي چرخد و گرم مي شود. گرم شدن سيال باعث مي شود كه بدنه پمپ و قسمت هاي داخلي پمپ گرم شود و اين موضوع مي تواند خرابي پمپ را در پي داشته باشد. بهترين راه حل براي تامين دبي بيشتر استفاده از چند پمپ كوچك و نصب آنها به صورت موازي است. براي بدست آوردن منحني H-Q پمپ هاي موازي، دبي پمپ ها را در يك هد ثابت باهم جمع كرده و منحني را رسم مي كنيم.

دبي پمپ را a lit/s فرض كنيد. منحني H-Q را براي پمپ مورد نظر در نظر بگيريد. منحني عملكرد سيستم را از آن عبور مي دهيم تا نقطه كاركرد بدست بيايد.منحني H-Q را براي دو پمپ موازي يكسان رسم مي كنيم. هد كلي را A مي ناميم. دبي كلي سيستم به ميزان نشان داده شده افزايش يافته است. بنابراين نتيجه ميگيريم كه موازي بستن دو پمپ مشابه دبي را دو برابر دبي اوليه نخواهد كرد. همانطور كه از منحني مشخص است، دبي هركدام از پمپ ها زماني كه به تنهايي در مسير قرار ميگيرد از دبي هركدام از آنها وقتي با پمپي ديگر به صورت موازي نصب مي شود، بيشتر است.

 

 

فرض كنيد كه هد پمپ aمتر مي باشد.منحني H-Qرا براي پمپ رسم كرده و منحني عملكرد سيستم را مي كشيم. محل تقاطع را نقطه Aمي ناميم. منحني H-Qرا براي پمپهاي   سري رسم مي كنيم. دبي و هد كلي سيستم ثابت است. محل تقاطع منحني عملكرد با منحني H-Qپمپهاي سري را نقطه Bمي ناميم. همانطور كه از شكل مشخص است اگرهد دو برابر افزايش مي يافت به نقطه Cمي رسيديم در حالي كه محل تقاطع نقطه Bخواهد بود.بنابراين سري بستن پمپها ي مشابه هد نهايي را دوبرابرمقدار اوليه نخواهد كرد. همانطور كه از منحني مشخص است ، هد هر كدام از پمپها زمانيكه به تنهايي در مسير قرار مي گيرد از هد هر كدام از آنها زماني كه به صورت سري نصب مي شود،بيشتر است.

 

سيستم آب بندي

در نقاط عبوري شافت از داخل پوسته،امكان خروج سيالات و يا ورود هوا به داخل پمپ وجود دارد.براي جلوگيري از خارج شدن سيالات و يا وارد شدن هوا به داخل پمپ،شافت را در اين نقاط آب بندي مي كنند.

انواع سيستم آب بندي:

  1. آب بندي از نوع packing
  2. آب بندي مكانيكال سيل
  3. آب بندي از نوعpacking


سيستم آب بندي از نوع packingاز كاسه نمد يا ، stuffing boxلايي يا packingو كلاهك آب بندي يا glandتشكيل مي شود.لايي ها انواع مختلفي دارند.لايي پنبه نسوز (asbestos Packing) و لايي آزبست آغشته به گرافيت) (thistle packingمتداول ترين انواع لايي مي باشند.اين لايي ها قابليت نرمي و انعطاف خوبي داشته،بطوري كه بخوبي منافذ را پر كرده و مانع چرخيدن و حركت شافت نمي شوند. براي جلوگيري از نشتي،شافت پمپ را از داخل جعبه آب بندي كه از لائي هاي حلقوي شكل پر شده است عبور مي دهند.توسط كلاهك آب بندي( (glandاين لائي هاي حلقوي شكل را به هم مي فشارند بطوري كه لائي، شافت پمپ را به طور نسبتاً محكم در بر گيرد و مانع از نشت كردن شود.در موقع چرخيدن شافت،لائي ها گرم مي شوند.جهت خنك كردن آنها،در داخل لائي ها يك حلقه به نام حلقه فانوسي يا lantern ring  نصب مي كنند.مايع خنك كننده از يك طرف وارد lantern ring مي شود و از طرف ديگر خارج شده و حرارت را به خارج منتقل مي كند.

 rotating face روي شافت نصب مي شود و با آن مي چرخد  stationaryfaceثابت است و به پوسته متصل مي باشد. اين دو سطح كاملاً صيقلي بوده و به موازات هم و عمود بر شافت پمپ نصب مي شوند.

 

محل هاي امکان نشت سيال

  1. فضاي بين سطوح صيقلي
  2. فضاي بين شافت و قسمت متحرك
  3. فضاي بين پوسته و قسمت ثابت


جهت جلوگيري از نشتي بين شافت و rotating face وهم چنين پوسته وstationary fac  از o-ring استفاده مي شود o-ringها به افزايش دما بسيار حساس هستند.در صورت افزايش دماي مكانيكال سيل، o-ringها خواهند سوخت و مكانيكال سيل نشتي خواهدداشت. همانطور كه قبلاً گفته شد سومين محلي كه امكان نشتي از آن وجود دارد،فضاي بين rotating faceو stationary face مي باشد. اين سطوح بايد به هم چسبيده باشند و تنها با لايه اي از سيال،از هم جدا شوند.براي اين منظور از فنر استفاده مي شود.فنر بر روي     drive collar قرار گرفته و فشار مايع و فنر سطوح دوار و ثابت را به هم چسبيده نگه مي دارد و از نشتي جلوگيري مي كند. لقي محوري بين سطوح بوسيله لايه اي از سيال پمپ شونده پر مي شود كه كار روانكاري سطوح را انجام مي دهد. اگر بنا به دلايلي لايه روانكار مابين سطوح از بين برود، به طور مثال در صورت وجود نيروي ، axial نيروي فنرها روي سطوح افزايش يافته،لايه روانكار از بين سطوح خارج شده، rotating faceو stationary face مستقيماً باهم در تماس خواهند بود.تماس سطوح دوار و ثابت مكانيكال سيل باعث فرسايش آنها شده و نشتي خواهيم داشت.از طرفي به علت تماس مستقيم سطوح،دماي مكانيكال سيل افزايش خواهد يافت كه اين خود مي تواند باعث خرابي o-ringو نشتي از محل قرار گرفتن آنها گردد.

 

mechanical seal وpacking تفاوت آب بندي از نوع

 

  1. آب بندي مكانيكي براي شافت هايي كه حركت چرخشي دارند به كار مي رود و براي شافت هاي رفت و برگشتي نمي توان از آن استفاده كرد در حاليكه نوع packing براي هر دو حركت استفاده مي شود.
  2. در هنگام تعويض packing   لازم نيست كه بقيه قسمتها از قبيل كوپلينگ و ياتاقان را از پمپ جدا كرد در حاليكه براي تعويض مكانيكال سيل، چون بايد آن را از داخل شافت بيرون كشيد، بايستي كوپلينگ و ياتاقان را جدا نمود.
  3. در آب بندي از نوع packing چون محور پمپ متحرك و لايي ها ثابت هستند از اين رو اصطكاك زيادي بين محور و لايي ايجاد مي شوند بناراين لايي ها خيلي زود خراب مي شوند. به علت مقاومت در مقابل چرخش يا حركت رفت و برگشتي در لايي ها مقدار خيلي زيادي از نيروي محركه پمپ از بين مي رود.
  4. بر خلاف ،packing مكانيكال سيل در سرعت هاي زياد خوب كار كرده و عمر زيادي دارد.

 

مراجع:

  1. کتاب پمپ و پمپاژ (دکتر سيد احمد نوربخش)
  2. کتاب پمپ ها ي سانتريفوژ( مهندس عبدالعلي فرزاد)
  3. کاتالوگ پمپ ها- موسسه ي آموزشي و پژوهشي وزارت صنايع و معادن
  4. Pumping & processing (principles and partices)
  5. Pump Hand Book-(MC Graw-Hill)
اشتراک گذاری مطلب
تست