ارزیابی پمپ های گریز از مرکز و عوامل ایجاد کاویتاسیون

درحال مشاهده: ارزیابی پمپ های گریز از مرکز و عوامل ایجاد کاویتاسیون

ادعونی اهدای خون

ارزیابی پمپ های گریز از مرکز و عوامل ایجاد کاویتاسیون

۱۳۹۰/۰۴/۱۱

16:51

امیرحسین ستوده بیدختی

پمپهای گریز از مرکز ماشین هایی هستند که با استفاده از نیروی گریز از مرکز (عکس العمل سیال در برابر نیروی مرکز گرا ) سیالات را جابه جا میکنند. در ادامه به موارد مهم در موضوع سیالات اشاره می شود. كه با دانستن آنها مي توانيد بدون نياز به تجربه كافي مشكلات ايجاد شده را رفع و پيش بيني كنيد.

نیروی وزن باعث میشود که اگر سیال در یک ارتفاع باشد به ارتفاع پایین تر جریان یابد. انرژی پتانسیل ، انرژی است که در سیال ذخیره میشود 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 آنها جریان 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 میشود، که با چرخاندن سیال انرژی آن را می افزاید. سیال باعبوراز ورودی پمپ وارد چشم ( مرکز ) پروانه میگردد و با دوران پروانه از لبه آن خارج میگردد. هرچه سرعت پروانه بیشتر باشد سیال سریعتر جابجا می شود. در زیر یک نمونه محفظه و پروانه نشان داده شده است. هنگامی که سیال وارد پوسته( محفظه) میشود سرعت آن کاهش می یابد.چون سرعت سیال کاهش می یابد فشار آن افزایش یافته و از طرف دیگر چون سیال بافشار زیاد در لبه و دور از چشمی خارج میگردد باعث ایجاد یک ناحیه کم فشار در چشمی شده که در اثر آن جریان سیال به درون چشمی امکان پذیر میگردد. (اختلاف فشار) وقتی سیال به خارج پمپاژ میشود 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 میشود.
پروانه که به عنوان پیشران می باشد توسط یک منبع محرک بیرونی چرخانده میشود. محرک به شکل های مختلف الکتروموتور،توربین و موتور با سوخت فسیلی می باشد. نیروی محرک توسط 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 میشود. در جایی که لایی قرار میگیردممکن 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 میکند.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 میشود و همچنین از سایش رینگها در مقابل هم جلوگیری میکند.با ضعیف شدن رینگها فضای میان آنها زیاد شده و نشتی بیشتر میشود. در اینصورت باید رینگ ها تعویض شوند. همچنین حلقه های تحت سایس بوسیله سیال پمپاژ شده روانکاری میشوند و اگر روانکاری مناسب نباشدحلقه 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 را دارد. ظرفیت معمولا فاکتوری برای ارزیابی یک پمپ است. فشار ورودی و مکش نیز بر ارز یابی موثرند.با ارزیابی پمپ ما میتوانیم بهترین پمپ لازم با بهترین بازده را انتخاب کنیم.

- ظرفیت
مقدار مایعی که پمپ در واحد زمان جابجا میکند،ظرفیت پمپ می باشد که برحسب گالن بر دقیقه بیان میگردد.البته واحدهای دیگری نیز استفاده میشود. 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 افزایش ظرفیت ، 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 باسرعت دورانی برابر ، بیشتر است زیرا سرعت مماسی آن بالاترمی باشد.
وقتی که سیال با سرعت زیاد از پروانه جدا شده واردبدنه پمپ میشود درآنجا سرعت به فشار
تبدیل شده وفشارخروجی زیادمیشود.پس افزایش سرعت مماسی باعث افزایش فشارخروجی پمپ میشود.پس نتیجه ای که گرفته میشوداینست که باافزایش سرعت پیشران میتوان ظرفیت پمپ راافزایش دادو یا باثابت 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 بر حسب 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 ازانرژی جرم سیال است ومیتواند به شکل گرما 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 میشود که هد ارتفاع گویند.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 می کند. 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 میتوان 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 توانندازنزدیکی 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 .هر چه تعدادمولکولها در حجم معینی از بخار زیادتر باشد،تعدادمولکولهایی که به سطح مایع برخوردکرده و مجددا به فاز مایع تبدیل میشود،بیشتر خواهد بود. در ابتدا چون تعداد کمی از مولکولها در بخار وجود دارند، سرعت تبدیل آنها به مایع کم است اما باافزایش غلظت بخارسرعت مایع شدن افزایش می یابدتااینکه بخارشدن به جایی می 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 مولکولها 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 میشود.
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 میگردندیا اینکه چه موقع بخار میگردند.
حرارت شکلی از انرژی است که باعث افزایش انرژی سیال میشودکه به شکل بخار شدن
و افزایش فشار نمایان میشود.فشار بخار باعث میشود که مایع بخار گردد.فشار بخار بالاتر، سرعت تبخیر مایع را افزایش می دهد.
یک مایع بافشاربخار بالاتر،حرارت کمتری برای بخار شدن نیازدارد.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 میشود 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 میشود 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 یابدو احتمال بخار شدن سیال در ورودی بیشتر میشود،پس در کاربرد لوله ورودی باید به این موضوع توجه داشت.

عملكرد پمپهاي سانتريفوژ در حالت بحراني مي تواند موجب اختلال سيستمهاي مربوطه شود. از جمله اين سيستمها نيروگاههاي حرارتي و صنايع پتروشيمي است. در بعضي مواقع تعيين علت دقيق عملكرد ناپايدار پمپ ممكن نيست.

جريان توربولانس و يا شرايط غير عادي جريان مي تواند موجب لرزشهاي شديد و خارج شدن پمپ از مدار شود. يكي از دلايل اوليه لرزشهاي پمپ سانتريفوژ كاويتاسيون است. در اين حالت در اثر كاهش فشار مايع و تبخير صورت گرفته در سمت مكش پروانه توده هاي حباب توليد و به خروجي پروانه جهت تخليه ارسال مي شوند. در اثر افزايش فشار، حبابهاي توليد شده فشرده مي شوند فشرده شدن حبابها همراه با صدا (مشابه صداي ضربه به بادكنك) و ايجاد لرزش مي شود.

توليد حباب در پروانه وقتي رخ مي دهد كه NPSH موجود مكش پمپ كمتر از NPSH لازم پمپ شود. اين امر مي تواند به علت وجود مانع در مسير مكش، وجود زانوئي در فاصله نزديك ورودي پمپ و يا شرايط غير عادي بهره برداري مي باشد. عواملي مانند افزايش دما و يا كاهش فشار در سمت مكش نيز مي تواند شرايط فوق را ايجاد كند. البته انتخاب پمپ براي سيستمهايي كه در دبي هاي متفاوت و سرعت متغير كار مي كنند بايستي با دقت صورت گيرد تا از پديده كاويتاسيون جلوگيري گردد. با توجه به ملاحظه مراجع مختلف لرزش پمپ ها معلوم شده است يك عامل رايج اين لرزشها پديده كاويتاسيون است و مي تواند مخرب نيز باشد.

چنانچه آب به بخار تبديل شود حجم آن مي تواند تا 50000 برابر افزايش يابد كه موجب تخليه پروانه از آب گردد خسارات پمپ در اثر كاويتاسيون شامل خوردگي پره ها در منطقه ضربه حباب و آسيب ديدگي ياتاقانها باشد.
بعضي نتايج نشان مي دهد، ارتعاشات مربوط به كاويتاسيون در فركانسهاي بالاي 2000 هرتز توليد يك پيك با طيف پهن مي نمايد. گزارش ديگر اثر كاويتاسيون بر فركانس پاساژ پره (تعداد پره ضربدر فركانس دوران محور) را شرح مي دهد و ديگري اثر دامنه ارتعاشي پيك را در سرعت محور نشان مي دهد.

البته دليل تفاوت در فركانسهاي فوق كه از طرف متخصصين مختلف پمپ ارائه شده تفاوت در طراحي پمپ، نصب و بهره برداري آن مي باشد. حتي اخيرا" لرزش در اثر كاويتاسيون با ظهورPeak با فركانس 60 % دور روتور در طيف مشاهده شده است كه اين در اثر تشديد فركانس طبيعي پوسته پمپ در اثر برخورد حبابها با آن بوده است. مشخصه ديگر كاويتاسيون تغييرات و نوسان فشار خروجي پمپ است. يك روش سريع جلوگيري ازكاويتاسيون بستن آرام شيرخروجي وكاهش دبي پمپ است تاNPSH لازم كمتر از موجودشود

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

موضوعات مرتبط: هیدرولیک و مکانیک سیالات و مکانیک خاک,پمپ و پمپاژ

برچسب‌ها: ایستگاه پمپاژ , پمپ , پمپاژ

ادامه مطلب

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

درحال مشاهده: ارزیابی پمپ های گریز از مرکز و عوامل ایجاد کاویتاسیون

ارزیابی پمپ های گریز از مرکز و عوامل ایجاد کاویتاسیون

لیست مطالب

آرشیو موضوعی

برچسب ها

صفحات مهم

لینک دوستان

پیوندها

نویسندگان

آخرین مطالب

آرشیو