پمپ ها و قانون پمپ ها
شرح قوانین حاکم بر پمپها و تئوری آنها :
پمپهای گریز از مرکز ماشین هایی هستند که با استفاده از نیروی گریز از مرکز ( عکس العمل‌سیال در برابر نیروی مرکز گرا ) سیالات را جابه جا می‌کنند . در ادامه به موارد مهم در موضوع سیالات اشاره می شود .
نیروی وزن باعث می شود که اگر سیال در یک ارتفاع باشد به ارتفاع پایین تر جریان یابد . انرژی‌پتانسیل ، انرژی است که در سیال ذخیره می شود و مایع دارای فشار بالاتر انرژی پتانسیل بیشتری دارد ، بنابراین سیال از سطوح با فشار بالا به سطوح با فشار پایین جریان می یابد . در صورتی که فشار دو مخزن برابر باشد یا اینکه اختلاف ارتفاع نداشته باشند سیال میان آنهاجریان نمی یابد . بنابراین در این حالت ها نیاز به استفاده از پمپ داریم . همچنین میتوان از پمپ به منظور افزایش مقدار سیال جابه جاشده ، ( دبی) استفاده کرد . پس میتوان نتیجه گرفت یک پمپ با افزایش انرژی سیال آنرا جابجا می کند . در پمپ های سانتریفیوژ این عمل توسط پروانه انجام می شود ، که با چرخاندن سیال انرژی آن را می افزاید . سیال با عبور از ورودی پمپ وارد چشم ( مرکز ) پروانه می‌گردد و با دوران پروانه از لبه آن خارج می‌گردد . هر چه سرعت پروانه بیشتر باشد سیال سریعتر جابجامی شود . در زیر یک نمونه محفظه و پروانه نشان داده شده است .
هنگامی که سیال وارد پوسته( محفظه) می شود سرعت‌آن کاهش می‌یابد . چون سرعت سیال‌کاهش می یابد فشار آن افزایش یافته و از طرف دیگر چون سیال با فشار زیاد در لبه و دور از چشمی خارج می‌گردد باعث ایجاد یک ناحیه کم فشار در چشمی شده که در اثر آن‌جریان سیال به درون چشمی امکان پذیر می‌گردد . ( اختلاف فشار ) وقتی سیال به خارج پمپاژ می شود سرعت آن افزایش می یابد این افزایش سرعت در خروجی به شکل فشار بسیار زیاد و بخشی از آن در محفظه به صورت فشار نمایان می شود .
پروانه که به عنوان پیشران‌می باشد توسط یک منبع محرک بیرونی چرخانده می شود . محرک‌به شکل های مختلف الکتروموتور ، توربین و موتور با سوخت فسیلی می باشد . نیروی محرک‌توسط یک شافت به پیشران منتقل می‌گردد . محلی که شافت از محفظه پمپ خارج می شود ، دچار نشتی می‌گردد برای رفع این مشکل از آب بند یا جعبه لایی استفاده می شود . در جایی که‌لایی قرار می‌گیرد ممکن است که شافت به شدت دچار ساییدگی گردد به همین دلیل باید از مواد قابل انعطاف استفاده کرد . همچنین برای جلوگیری از سایش ، از یک آستین متحرک شافت استفاده می کنند . آستین به راحتی تعویض می‌گردد.
سیال از ناحیه خروجی با فشار بالا به پشت ناحیه مکش نشتی پیدا می کند . به همین جهت فضای بین آنها را به حلقه های تحت سایش مجهز می‌کنند حلقه سایش بدنه ثابت اما حلقه سایش پیشران همراه آن دوران می کند . بستن مناسب حلقه های سایش مقدار نشتی را به اندازه زیادی کاهش می‌دهد . البته مقداری نشتی برای روانکاری لازم است ، سیال نشت شده سبب روانکاری و خنک سازی حلقه های سایش می شود و همچنین از سایش رینگها در مقابل هم‌جلوگیری میکند . با ضعیف شدن رینگها فضای میان آنها زیاد شده و نشتی بیشتر می شود . در اینصورت باید رینگ ها تعویض شوند . همچنین حلقه های تحت سایس بوسیله سیال پمپاژ شده روانکاری می‌شوند و اگر روانکاری مناسب نباشد حلقه ها باهم تماس داشته ، ساییده می‌شوند ، گرم شده و جام می‌کنند .به همین علت نباید یک پمپ گریز از مرکز را تا زمانی که از سیال پر نشده راه اندازی کرد .
ارزیابی پمپ های گریز از مرکز :
پمپ ها براساس مشخصات و ویژگیهای پمپاژشان ارزیابی می‌شوند.
برای مثال ، پمپی که(100 )گالن در دقیقه ظرفیت دارد ، ظرفیت ارزیابی(100) گالن بر دقیقه را‌دارد . ظرفیت معمولا فاکتوری برای ارزیابی یک پمپ است . فشار ورودی و مکش نیز بر ارزیابی موثرند . با ارزیابی پمپ ما می توانیم بهترین پمپ لازم با بهترین بازده را انتخاب کنیم .
ظرفیت
مقدارمایعی که پمپ در واحد زمان جابجا میکند ، ظرفیت پمپ می باشد که برحسب‌گالن بر دقیقه بیان می‌گردد . البته واحدهای دیگری نیز استفاده می شود .
ظرفیت پمپ با افزایش سرعت پیشران افزایش می یابد و در واقع با سرعت در ارتباط است . اما همواره تغییر سرعت عامل افزایش ظرفیت نمی‌باشد . نکته مهم این است که عامل افزایش‌ظرفیت ، سرعت مماسی وارد برسیال از سوی ملخی های پروانه است. که کاملا می دانیم به شعاع بستگی دارد ، بنابراین ظرفیت پمپ با پروانه بزرگتر نسبت به پمپی با پروانه کوچکتر با سرعت دورانی برابر ، بیشتر است زیرا سرعت مماسی آن بالاتر می‌باشد .
وقتی که سیال با سرعت زیاد از پروانه جدا شده وارد بدنه پمپ می شود درآنجا سرعت به فشار تبدیل شده و فشار خروجی زیادمی شود . پس افزایش سرعت مماسی باعث افزایش فشارخروجی پمپ می شود . پس نتیجه‌ای‌که گرفته می شود اینست که با افزایش سرعت پیشران می توان ظرفیت‌پمپ را افزایش داد و یا با ثابت ماندن سرعت دورانی ، پروانه ی بزرگتری بکار برد.
هد و فشار
فشار را معمولا نیروی وارد بر واحد سطح سیال تعریف می‌کنند و در صنعت معمولا برحسب اینچ مربع بیان می‌گردد . واحد های دیگری نیز بوده که کاربرد آنها در صنعت کمتراست برای هد میتوان تعاریف گوناگونی ارائه کرد . در مورد پمپ معمولا هد رابه نسبت ارتفاع و بلندی بیان می‌کنند . باید گفت که هد در واقع شکلی از انرژی جرم سیال است ومی تواند به شکل‌گرما نیز باشد . در اینجا در مورد هد ارتفاع که کاربرد بیشتری دارد بحث می‌کنیم . هنگامی که ارتفاعی از سیال داشته باشیم از طرف آن فشاری بر سطح زیرین وارد می شود که هد ارتفاع‌گویند . هد ارتفاع هم غالبا بر حسب فوت بیان می‌گردد .
فشاری که از هد ناشی می شود به قطر ظرف بستگی ندارد .
در هر نقطه از پایین ظرف ، فشار فقط به هد یا ارتفاع سیال بستگی دارد .
فشار در سیال را بوسیله فشارسنج معین می‌کنند . فشار سنج در واقع فشار نسبی رامشخص میکند . یعنی فشار جو را از فشار مطلق کم میکند . رابطه بین فشار مطلق و فشار نسبی به شکل زیر است :
فشار نسبی + فشار جو = فشار مطلق
همچنین با استفاده از رابطه مقابل می توان هد فشار را بدست آورد :
P = g. h
بنابراین فشار ناشی از هد یک سیال به وزن مخصوص آن بستگی دارد .
پس دو سیال با وزن مخصوص متفاوت و هد یکسان فشار مختلفی اعمال می‌کنند.
فشار بخار
اگر مایعی در ظرفی سربسته بخار شود ، مولکولهای بخار نمی توانند از نزدیکی مایع دور شوند و تعدادی از مولکولهای بخارضمن حرکت نامنظم خود ، به فاز مایع برمی‌گردند.
سرعت بازگشت مولکولهای بخار به فاز مایع ، به غلظت مولکولها در بخار بستگی دارد . هرچه تعداد مولکولها در حجم معینی از بخار زیادتر باشد ، تعداد مولکولهایی که به سطح مایع برخوردکرده و مجددا به فاز مایع تبدیل می شود ، بیشتر خواهد بود .
در ابتدا چون تعداد کمی از مولکولها در بخار وجود دارند ، سرعت تبدیل آنها به مایع کم‌است اما با افزایش غلظت بخارسرعت مایع شدن افزایش می یابد تا اینکه بخار شدن به جایی‌می رسد که سرعت بخار شدن مولکولها با سرعت مایع شدن آنها برابر شود . این حالت را تعادل بین دو فاز مایع و بخار گویند . چون در حالت تعادل ، غلظت مولکول ها در فاز بخار ثابت است، فشار بخار نیز ثابت است . فشار هر بخار در حالت تعادل با مایع خود در دمای
معین را فشار بخار آن مایع می نامیم . فشار بخار تابع دماست و با افزایش آن زیاد می شود .
بعضی اوقات که فشار مکش مطلق به اندازه کافی بالا نباشد ، مایع یا سیال در مکش (ورودی ) پمپ تبخیر می‌گردد . برای اینکه بدانیم چرا این اتفاق می افتد ،باید بدانیم که چه سیالاتی بخار می گردند یا اینکه چه موقع بخار می‌گردند.
حرارت شکلی از انرژی است که باعث افزایش انرژی سیال می شود که به شکل بخار شدن و افزایش فشار نمایان می شود . فشار بخار باعث می شود که مایع بخار گردد .فشار بخار بالاتر ، سرعت تبخیر مایع را افزایش می‌دهد.
یک مایع با فشار بخار بالاتر ، حرارت کمتری برای بخار شدن نیاز دارد . همچنین فشاری توسط گازها و بخارات روی سطح مایع به آن وارد می‌گردد. فشار روی مایع تمایل به جلوگیری از فرار و آزاد شدن بخارات مایع دارد.
بنابراین برای محافظت و جلوگیری از بخارشدن مایع در پمپ ، فشارمکش مطلق باید بالاتر از فشار بخار مایع در آن دما باشد.
اصطکاک ( سایش ) افت فشار از اصطکاک ناشی می شود و در واقع نوعی تبدیل انرژی می‌باشد . اصطکاک یک نیروی مقاوم برای جریان سیال است . برای حرکت سیال ، نیروی پیشران باید بزرگتر از نیروی مقاوم باشد . در اصطلاح فنی گفته می شود که افت فشار باید بزرگتر از مقدار اصطکاک باشد.
یک لوله باقطرکوچکتر مقاومت بیشتری در مقابل جریان نسبت به یک لوله با قطر بزرگتر ایجاد میکند . زمانی که مقدار جریان در یک پمپ بیشتر شود ، اصطکاک نیز افزایش می یابد. افزایش مقدار جریان ، فشار مکش ( ورودی ) قابل دسترسی را کاهش می‌دهد .
با افزایش مقاومت در برابر جریان در ورودی ( مکش ) پمپ ، مایع ممکن است بخار شود.
بنابراین با افزایش مقدار جریان ، اصطکاک افزایش و فشار مکش کاهش می یابد و احتمال بخار شدن سیال در ورودی بیشتر می شود ، پس در کاربرد لوله ورودی باید به این موضوع توجه داشت .
- اجزا اصلی و ساختمان مکانیکی :
هر پمپ گریز از مرکز دارای سه بخش اصلی زیر است که هرکدام از آنها از اجزای مختلفی تشکیل شده است :
1) محرک
2) محفظه آب بندی