پمپها یکی از مهمترین و پرکاربردترین تجهیزات مکانیکی از دیرباز در صنایع هستند که جهت افزایش فشار سیالات تراکم ناپذیر از جمله مایعاتی نظیر آب ،روغن، گلیکول ها و آمین ها و یا انواع سیالات صنعتی بکار میروند؛ این افزایش فشار ممکن است جهت چرخش سیال در یک مسیر بسته برای فرآیندهای تبریدی، انتقال و یا جابجایی سیال از یک نقطه به نقطه دیگر در یک سیستم لوله کشی ، رساندن آب به ارتفاع های بالاتر در یک مجموعه صنعتی یا ساختمان، تامین نیروی هیرولیکی تجهیزات بالابری و یا … بکار برود. طراحی و تحلیل محاسبات پمپ در نرم افزارهای مهندسی مانند انسیس و کامسول صورت میگیرد که موسسه آموزش آزاد نوین پارسیان از تخصصی ترین مراکز آموزشی در سطح کشور است که دوره های آموزش Ansys را زیر نظر اساتید مجرب با اعطای گواهینامه بین المللی برگزار میکند.
پارامترها و مشحصات مهم پمپها
جرم مخصوص سیال
منظور از جرم مخصوص سیال ، وزن سیالی است که پمپ قرار است آن را پمپاژ کند در یک واحد اندازه گیری خاص می باشد که معمولاً بر اساس واحدهای اندازه گیری Kg/m3 و یا Kg/l سنجیده می شود.
دبی (آبدهی)
به مقدار حجم یا جرمی سیال عبوری از یک مقطع در واحد زمان دبی سیال گفته میشود دبی یکی از پارامترهای اصلی سیالاتی است که در مکانیک سیالات تعریف میشود و در سیستم های آبرسانی ، پمپاژ و فرآیندهای ترمودینامیکی کاربرد فراوان دارد.در پمپها به مقدار سیالی که پمپ میتواند در واحد زمان تامین کند دبی گفته میشود؛ بسته به کاربرد و تعریف مسئله دبی جریان سیال در واحدهای حجمی و جرمی گزارش میشوند:
- دبی حجمی: میزان حجم عبوری سیال در واحد زمان که با یکاهای litr/s لیتر بر ثانیه ، گالن بر ثانیه ، متر مکعب در ثانیه m3/s ، متر مکعب در دقیقه و … گزارش میشود.
- دبی جرمی: مقدار جرم عبوری سیال در واحد زمان که با یکاهای کیلوگرم بر ثانیه، kg/s یا کیلوگرم بر دقیقه گزارش میشود
لازم به ذکر است که دبی جرمی یک سیال با حاصلضرب دبی حجمی در چگالی یا جرم ویژه برابر است در نتیجه با دانستن چگالی سیال مورد نظر این دو پارامتر قابل تبدیل به همدیگر هستند.
دبی جریان یکی از پارامترهای اصلی هر پمپ و معادل جریان الکتریکی در سیستم های الکتریکی میباشد که در دیتا شیت آن گزارش میشود
هد (ارتفاع)
به ارتفاع عمودی که یک پمپ میتواند سیال را تا آن ارتفاع در یک دبی معین پمپاژ کند هد گفته میشود . برای مثال پمپی با مقدار دبی حجمی Q litr/s و با ارتفاع 20متر قادر است مقدار Q لیتر از سیال را در هر ثانیه به ارتفاع 20 متر پمپاژ کند. هد میتواند بر حسب متر یا فشار بیان شود مثلا برای پمپ های آب سانتریفیوژ، هد یا فشار آب بر حسب متر (m) و یا فوت (ft) بیان می شود و برای پمپ های روتاری و جابجایی مثبت فشار پمپ بر حسب بار bar و PSI و کیلو پاسکال (kpa) بیان می شود.. مقدار ارتفاع پمپاژ یا هد هر پمپ بر اساس قطر پروانه و سرعت گردش موتور پمپ محاسبه می شود
فشار (Pressure)
فشار برابر است با مقدار نیروی وارده بر واحد سطح ؛ درسیالات؛ فشار وارده بر سیال با حاصلضرب مقدار دبی پمپاژ در وزن ویژه سیال پمپاژی برابر است که در همه ی جهات به توده سیال وارد میشود . ساده ترین مثال از فشار سیالات فشار اتمسفری است که بر حسب پاسکال برابر است با فشاری است که ستونی از هوای اتمسفری جو بر روی یک متر مربع از سطح زمین وارد میکند که این مقدار بر روی سطح دریا تنها فشاری برابر با 101 کیلو پاسکال معادل با یک Kg/cm2 تولید می کند یعنی فشاری نزدیک به تقریباً یک اتمسفر. ولی همین مقدار حجم از مایع فشاری برابر با 700 الی 800 برابر فشار هوا تولید می کند. زیرا وزن خاص مایع 700 الی 800 برابر از وزن هوا بیشتر است. با نصب یک مانومتر در خروجی پمپ می توان افزایش فشارهای زیر را اندازه گیری کرد.
پرایمینگ
در بسیاری از کاربردها، پمپ باید بالاتر از سطح مایع قرار گیرد، به عنوان مثال، هنگام تخلیه یک مخزن ذخیره سازی زیرزمینی. هنگام راه اندازی، هوا در خط مکش وجود خواهد داشت و قبل از اینکه پمپ بتواند مایع را تخلیه کند، این هوا باید تخلیه یا جابجا شود. این در حالی است که پمپ ها برای حرکت مایع خاصی بهینه شده اند و ورود و تخلیه هوا، بخار آبیا هر گاز دیگری آسیب جدی ای به آن وارد میکند و عملکرد پمپ را کاهش میدهد پمپاژ هوا از پمپاژ آب سخت تر است. بنابراین زمانی که پمپ هوا می گیرد؛ دیگر نمی تواند آب را خارج کند.
در نتیجه زمانی که پمپ بالاتر از سطح سیال قرار دارد یا جایی که مکش وجود ندارد، باید پرایم شود. اکثر پمپهای جابجایی مثبت می‌توانند در محدوده توانایی پرایمینگ خود پرایم شوند. اگر از این حد تجاوز شود، پمپ پرایم نمی شود و بنابراین پمپ نمی شود. این منجر به شرایطی می شود که پمپ بدون هیچ پمپاژ سیالی کار می کند. این کارکرد خشک اگر به طور مکرر و در مدت زمان طولانی اتفاق بیفتد منجر به خرابی زودرس پمپ می شود
برای رفع این مشکل می توان از روش های مختلفی استفاده کرد. می‌توان از پمپ ثانویه برای تخلیه خط مکش استفاده کرد. برای جلوگیری از تخلیه مایع از خط مکش هنگامی که پمپ متوقف می شود، می توان از یک شیر بدون بازگشت یا مخزن تخلیه استفاده کرد. با این حال، این راه حل ها همه شامل تجهیزات، لوله کشی و فرآیندهای اضافی هستند. در حالت ایده آل، برای این کاربردها، پمپی مورد نیاز است که بتواند هوا را از سمت مکش در هنگام راه اندازی قبل از شروع حالت پمپاژ معمولی خود تخلیه کند. چنین پمپی به عنوان خودپرایم معرفی شده است.
ویسکوزیته
به خاصیت گرانروی و مقاومت سیال در برابر حرکت و جاری شدن ویسکوزیته گفته میود که موجب ایجاد تنش های برشی و کششی در لایه ها و سطوح تماسی سیال میشود. ویسکوزیته در سیال نیز بسیار وابسته به دما است. آب رقیق; ویسکوزیته پایینی دارد و می توان آن را در حجم ها و سرعت های بالاتر پمپ کرد. روغن ها دارای ویسکوزیته بالاتری هستند.. برای پمپاژ بهتر، سیالات با ویسکوزیته بالا را می توان با هم زدن خاصی از مواد پمپ کرد. هم زدن می تواند به سادگی یک هم زدن یا گرم کردن محیط باشد، اما در صورت تلاش برای تغییر ویسکوزیته برای پمپاژ باید توجه کرد که خواص سیال مورد تغییر نکند چرا که در بسیاری از موارد سیالی که قرار است پمپ شود، در خطوط فرآیندی با پارامترهای ثابت خود تعریف شده است و تغییر خواص آن ممکن است به فرآیند، سیستم پمپاژ و در نتیجه خروجی آسیب برساند.
راندمان
پمپها توان الکتریکی ورودی مورد نیاز خود را از الکترو موتوری که به آن متصل است بدست میاورند به این مقدار توان ورودی که از طریق الکتروموتور ها به دست میآید توان ورودی گفته میشود از طرفی به ازای این توان مصرفی ورودی هریک از پمپ ها قادر به تامین یک تواان خروجی هستند این توان که از حاصل ضرب سه عامل اصلی دبی،هد و وزن ویژه سیال به دست می آیند توان خروجی پمپ گفته می شود با توجه به قانون دوم ترمودینامیک به سبب عوامل برگشت ناپذیری مثل اصطکاک ، اتلافات انرژی درونی گرما و افت های هیدرولیکی و … در خود پمپ ها همواره توان خروجی پمپ کمتر از توان ورودی آن می باشد. از حاصل تقسیم توان خروجی به توان ورودی راندمان پمپ محاسبه می شود که همواره عددی بین صفر و یک می باشد هرچه راندمان یک پمپ عددی نزدیک به یک باشد آن پمپ عملکرد بهتری دارد.
پمپ ها عضو جدایی ناپذیر تاسیسات و مهندسی فرآیند و مکانیک هستند که تحلیل این سیستم های انرژی توسط نرم افزازهایی مانند ترنسیس و اسپن هایسیس انجام میگیرد ، دوره های آموزش Hysys در داخل کشور توسط تیم های متخصص و حرفه ای نوین پارسیان برگزار میگردد که کاربردهای گسترده ای در صنعت و بازار کار دارد.
انواع پمپهای صنعتی
پمپ ها از جمله تجهیزاتی هستند که با توجه به وسعت کاربردشان به لحاظ ابعاد و ظرفیت و مکانیزم کارکردی تنوع بالایی دارند و دسته بندی های مختلفی از پمپ ها (pumps) بر حسب کارکرد، ساختمان داخلی، متریال ساخت ، سیال کاری ، وضعیت نصب و غیره وجود دارد. یکی از روش های رایج و جامع برای دسته بندی پمپ ها،که در اینجا قصد پرداخت به آن را داریم روش انتقال انرژی به سیال است که به دو روش دینامیکی و جابجایی مثبت تقسیم بندی می شوند:
- پمپ جابجایی مثبت (Positive Displacement Pump)
- پمپ دینامیکی یا جابجایی غیر مثبت (Non Positive Displacement Pumps)
پمپ جابجایی مثبت
پمپ های جابجایی مثبت خود به دو نوع دورانی (Rotary) و رفت و برگشتی (Reciprocating) دسته بندی می گردند.
پمپ دورانی یا Rotary
در این نوع پمپ ها، جابجایی توسط حرکت دورانی چرخ دنده، میل بادامک و یا پره ها انجام می شود. این نوع از انواع پمپها تنوعی زیادی دارد. که به شرح زیر است
انواع پمپ دورانی یا Rotary:
- پمپ دنده ای
- پمپ لوب
- پمپ پره ای
- پمپ پیش رونده خلاء
- پمپ پیش رس
- پمپ اسکرو
پمپ رفت و برگشتی (Reciprocating Pumps)
در این نوع پمپ ها انتقال انرژی به صورت پریودیک و دوره ای انجام شود. نیروی محرکه در این پمپ ها معمولا الکتروموتور می باشد. در این پمپ ها پیستون درون سیلندر بالا و پایین حرکت می کند. عملکرد این سیستم به این ترتیب است که در صورت حرکت پیستون به یک سمت، درون سیلندر مکش ایجاد می شود و سیال از دریچه به داخل حرکت می کند. با بازگشت پیستون، این سیال مکیده شده از دریچه دیگری به بیرون رانده می شود. کاربرد این پمپ ها در سیالات ویسکوز و روغنی می باشد. پمپ های رفت و برگشتی به دو نوع زیر تقسیم بندی میشوند
- پمپ پیستونی شناور
- پمپ دیافراگمی
پمپ دینامیکی یا جابجایی غیر مثبت
در این نوع پمپ ها یک پره محرک با حرکت دورانی، انرژی جنبشی را به فشار یا سرعت تبدیل می کند. پمپهای دینامیکی به دو دوع سانتریفیوژی و پمپ خطی دسته بندی میشوند.
پمپ سانتریفیوژ (Centrifugal Pumps)
پمپ های سانتریفیوژی یا گریز از مرکز به سبب ظرفیتهای متنوعشان پرمصرفترین و پر کاربردترین نوع پمپ در صنعت می باشند.این نوع پمپ ها هزینه نسبتا پایین، قابلیت اطمینان بالا، نگهداری آسان و کارکرد آرام دارند از طرفی همواره دبی مشخص پایداری از سیال را در فشار و هد مورد نظر را بخوبی تامین میکنند بطوریکه حدود 75% مصرف پمپ در صنعت را تشکیل میدهند. این پمپ ها بر اساس نیروی گریز از مرکز کار می کنند. مکانیزم کارشان به اینصورت است که پره دورانی آن سیال را از مرکز به بیرون هدایت می کند و وقتی سیال از مرکز به بیرون می رود، سیال جایگزین تحت فشار اتمسفر یا فشار مصنوعی و بالاتر به سمت مرکز کشیده می شود.
پمپ خطی (Axial Flow Pump)
این نوع از پمپ ها از نوع گریز از مرکز می باشند که با توجه به ظرفیت های مختلف در دو نوع خطی و زمینی مورد استفاده قرار می گیرند. در دو نوع پمپ سیرکولاتور بدنه چدن و پمپ سیرکولاتور بدنه استیل ساخته می شود و قادر به پمپاژ سیالات تا دمای 130 تا 100 درجه سانتی گراد می باشند. این پمپ ها غالبا برای سیرکوله آب مورد استفاده قرار می گیرند.
تفاوت پمپ های مکانیکی و جابجایی مثبت چیست؟
پمپ های جابجایی برای مقادیر اندک جریان در فشارهای بالا و برای مایعات لزج به کار می روند و پمپ های دینامیکی معمولا برای فشارهای متوسط و جریان های زیاد کاربرد دارند.
در پمپ های جابجایی انرژی مورد نظر به صورت مستقیم به فشار تبدیل می شود و در پمپ های مکانیکی انرژی افزوده شده ابتدا به سرعت تبدیل می شود و سپس در حلزوی یا دیفیوزر به فشار تبدیل می شود.
تعمیر و نگهداری پمپ
هر پمپ بهمرا الکتروموتورش دارای یک دیتا شیت است که شامل پارامترهای مکانیکی و الکنریکی مهمی چون قدرت، دور در دقیقه، حداکثر آمپر مجاز، حداکثر بار، فرکانس و ولتاژ مجاز برق شهر و نوع تک فاز و یا سه فاز بودن است که برای طراحی و نگهداری آن از اهمیت بسزایی برخوردار است دارد که از روی این مولفه ها می توانیم سیستم حفاظتی و نگهداری مناسبی را انتخاب کنیم.
اگر انتخاب پمپ متناسب با نوع سیال، مناسب با برق موجود و همچنین متناسب با هد و میزان دبی درخواستی، به همراه یک سیستم تعمیر و نگهداری مناسب انتخاب شود، مشکل اساسی برا پمپ ها بوجود نخواهد آمد؛ لازم به ذکر است توجه به نکات ایمنی مندرج در دیتا شیت از جانب تولید کننده نیز جهت حفظ و نگهداری پمپها الزامی است
تمامی موارد که باعث سوختن یک الکتروموتور و یا پمپ می شود عبارتند از:
کارکرد بدون بار و یا بدون آب به مدت طولانی (با توجه به نوع و قدرت از 5 الی 60دقیقه)
حمیل بار اضافه (هد غیر مجاز) و انتقال سیال غلیظ تر از حد مجاز
گیرکردن پروانه در پمپ ها و یا خرابی بلبرینگ و گیرپاژ کردن رتور
در صورت داشتن اتصالی کوتاه و در بوبین های سیم پیچی
کشیدگی کابل پمپ و زخمی شدن آن و یا اتصال آن به بدنه و یا به یکدیگر
قطع یک فاز در پمپ های سه فاز
برعکس کارکردن پمپ
