مرجع تخصصی آب و فاضلاب

قسمت اعظم آب مورد نياز کشاورزى در مناطق خشک و نيمه‌خشک از منابع زيرزمينى تأمين مى‌شود که به‌جز قنوات و چشمه‌ها استخراج آنها بدون پمپ امکان‌پذير نيست. علاوه بر اين در اکثر سيستم‌هاى آبيارى بارانى و قطره‌اى کاربرد پمپ اجتناب‌ناپذير است. در اين قسمت پاره‌اى از خصوصيات پمپ‌ها و اصول پمپاژ مورد مطالعه قرار گرفته است تا مهندسان طراح از مفاهيم مربوط به آنها اطلاع کافى داشته باشند و به هنگام لزوم مناسب‌ترين نوع پمپ را انتخاب نمايند.

آرایش سیستم پمپ ها

احتياج طرح‌هاى مختلف آبيارى به دبى‌هاى گوناگون ايجاب مى‌کند تا ترکيبى از پمپ‌ها به‌کار رفته و فشار و دبى مورد نظر تأمين گردد. زيرا يک پمپ ممکن است به تنهائى نتواند دقيقاً نيازهاى طرح را تأمين کند. پمپ‌ها يا به‌طور سرى يعنى پشت سرهم نصب مى‌شوند و يا موازي.
نصب پمپ‌هاى سرى براى افزايش فشار و نصب پمپ‌هاى موازى به منظور بالا بردن دبى است. پمپ‌هاى بوستر حالت خاصى از پمپ‌هاى سرى است که در قسمتى از خط انتقال فشار را افزايش مى‌دهند.
   ◊ پمپ‌های بوستر
   ◊ پمپ‌های توربینی چند طبقه
   ◊ پمپ‌های سری
   ◊ پمپ‌های موازی
پمپ‌هاى سرى
پمپ‌ها هنگامى به‌طور سرى قرار مى‌گيرند که آبگيرى هر پمپ مستقيماً از خروجى پمپ قبل تأمين شود. به‌عبارت ديگر يک پمپ مقدارى آب را گرفته به پمپ ديگرى که در فاصله کوتاهى از آن قرار گرفته است مى‌دهد و به‌همين ترتيب به پمپ بعدى منتقل مى‌شود. فاصله بين پمپ‌هاى سرى حداکثر از چند متر تجاوز نمى‌کند. اين نحوه آرايش زمانى به‌کار مى‌رود که دبى يک پمپ براى طرح کفايت مى‌کند اما فشار مورد نياز بيشتر از مقدارى است که يک پمپ بتواند تأمين کند. فرض کنيد دو پمپ Aو B با دبى‌هاى QA و AB و بارهاى خروجى HA و HB و قدرت‌هاى مورد نياز PA و PB به‌طور سرى نصب شده باشند و در اين‌صورت معادله‌هاى زير را در مورد آنها مى‌توانيم بنويسيم: 

(معادله ۱۲): Qseries = QA = QB

(معادله ۱۳): Hseries = HA + HB

(معادله ۱۴): Pseries = PA + PB

در معادله (۱۲) مشاهده مى‌شود که دبى دو پمپ مساوى است و بنابر اين راندمان سيستم پمپ‌ها از فرمول (۱۵) محاسبه مى‌شود:

E_series = ( Q_series(H_A + H_B) )/ ( 0.102(P_A + P_B) )                       (معادله ۱۵)

که در آن:
Q_series = دبى m3/s
H_A و H_B = بار فشاري، m
P_A و P_B = قدرت، kw (کيلو وات)
پمپ‌هاى توربينى چند طبقه
پمپ‌هاى توربينى چند طبقه حالت خاصى از پمپ‌هائى است که به‌طور سرى قرار مى‌گيرند. اين پمپ‌ها طورى توسط کارخانه ساخته مى‌شوند که هر پمپ که به آن يک طبقه گفته مى‌شود مستقيماً روى پمپ ديگر پيچ مى‌شود، چون دبى يک پمپ به پمپ بعداى داده مى‌شود بنابراين از نوع پمپ‌هاى سرى به‌شمار مى‌روند.
منحنى عملکرد پمپ‌هاى توربينى عمودى با ساير منحنى‌هاى عملکرد کمى تفاوت دارد. اگر به شکل (منحنى عملکرد پمپ براى يک پمپ چند طبقه توربيني) توجه نمائيد مشاهده مى‌شود که اين منحنى‌هاى عملکرد براى يک، دو، سه يا چهار طبقه که به‌صورت سرى قرار مى‌گيرند تهيه شده است. افزايش بار فاشر در يک دِبى ثابت به ازاء هر طبقه ثابت نيست ولى اگر تعداد طبقات کاهش يابد بار فشار نيز تقليل مى‌يابد. راندمان کلى سيستم نيز به‌طور غيرخطى متناسب با تعداد طبقات است. در استفاده از منحنى‌هاى عملکرد پمپ‌هاى چند طبقه توربينى بايد از منحنى مربوط به تعداد طبقات استفاده شود. راندمان مستقيماً ازروى منحنى خوانده مى‌شود اما فشار (بار) و قدرت مورد نياز براى هر طبقه است و مى‌بايست در تعداد طبقات ضرب شود.

پمپ‌هاى بوستر
پمپ‌هاى بوستر حالت خاصى از کاربرد پمپ‌هاى سرى است که براى افزايش فشار در قسمتى از شبکه آبرسانى به‌کار مى‌رود. در طرح‌هاى آبيارى گاهى اوقات پستى و بلندى زمين ايجاب مى‌کند که فشار در يک يا چند لاترال از يک نقطه به بعد افزايش يابد. براى اينکار اگر کل فشار سيستم بالا برده شود هزينه زيادى در بر خواهد داشت. به‌جاى آن در هر نقطه که مورد لزوم باشد يک پمپ کوچک بوستر نصب مى‌شود تا فشار در پائين دست آن افزايش يابد.
پمپ‌هاى موازى
اگر دو يا چند پمپ مستقيماً دبى خود را وارد يک لوله مشترک بنمايند در اين صورت گفته مى‌شود که اين پمپ‌ها به‌ صورت موازى قرار دارند. پمپ‌ها هنگامى به‌طور موازى نصب مى‌شوند که فشار توليد شده توسط پمپ کفايت نياز را بنمايد اما دبى به اندازه کافى نباشد. دراين صروت بسته به‌ مقدار دبى مورد نياز تعدادى پمپ به‌صورت موازى نصب مى‌شوند. در طرح‌هاى آبيارى نياز آبى پروژه بسته به تناوب زراعتى و فصل رشد گياهان متفاوت است بدين‌ترتيب مى‌بايست در زمان‌هاى مختلف دبى‌هاى مختلفى را براى پروژه تأمين کرد. در نظر گرفتن تعدادى پمپ که به‌طور موازى نصب شده باشند بهترين تمهيدى است که مى‌توان براى چنين مواردى در نظر گرفت تا در هر زمان بتوان با روش و خاموش کردن برخى از پمپ‌ها دبى لازم را تأمين کرد. اگر دو پمپ A و B به‌صورت موازى نصب شده باشند معادله‌هاى (۱۶)، (۱۷) و (۱۸) در مورد آنها صادق خواهد بود: 

(معادله ۱۶): Hpara = HA = HB

(معادله ۱۷): Qpara = QA + QB

(معادله ۱۸): Ppara = PA + PB

راندمان کلى سيستم با در نظر گرفتن اينکه هر دو پمپ کار کنند عبارت است از:

E_para = H_para(Q_A +Q_B) / 0.102(P_A + P_B)              (معادله ۱۴)

انتخاب پمپ

در سيستم‌هاى آبيارى پمپ را طورى انتخاب مى‌کنيم که با توجه به شرايط‌کارى از نظر دبى و فشار بالاترين راندمان را داشته باشد. بنابراين اولين قدم اين است که براى طراح مشخص شود چه مقدار دبى و با چه فشارى مورد نياز است. در واقع مى‌بايست اول رابطه دبى و بار کل سيستم را تعيين نمود. بار کل سيستم به دو جزء تقسيم مى‌شود که عبارتند از:
- بار ثابت
- بار متغير
بار ثابت سيستم ربطى به مقدار دبى نداشته و عبارت است از اختلاف سطح استاتيکى آب و نقطه‌اى که آب از لوله خارج مى‌شود. اگر به شکل (مقادير بارهاى اصطکاک، فشار و ارتفاع در پمپ سانتريفوژ. بار کل ديناميکى عبارت است از: مجموع بار ثابت و بار متغير) توجه کنيد به‌عنوان مثال بار ثابت (hfix) برابر است با:

(معادله ۹): h_fix = h_zs + h_zd

که در آن:
h_fix = بار ثابت سيستم (متر،m)
h_zs = بار استاتيکى در قسمت مکش پمپ (متر، m)
h_zd = بار استاتيکى درقسمت آبده پمپ (متر، m)
بار متغير سيستم تابع مقدار دبى است و عبارت است از افت سطح آب - اگر منبع آب چاه باشد - افت اصطکاک در لوله و اتصالات، فشار در محل خروجى صفر در نظر گرفته مى‌شود. در سيستم‌هاى آبيارى بارانى فشار آب ثابت نيست. در اين حالت فشار در نقطه خروجى متغير است زيرا نازل‌هاى آبپاش يک روزنه بوده و دبى خروجى از آن تابعى از فشار در نازل است. بار متغير سيستم (hvar) عبارت است از: 

که در آن:
h_var = بار متغير سيستم، m
S_well = افت سطح آب در چاه، m
h_f = افت اصطکاک در لوله اصلى و اتصالات آن، m
h_p = بار فشار در بحرانى‌ترين نقطه سيستم توزيع، m
V= سرعت در بحرانى‌ترين نقطه سيستم، m/s
g= شتاب ثقل زمين، m/s2
مجموع بار ثابت و بار متغير سيستم را بار کل ديناميکى TDH نامند:
(معادله ۱۰):     TDH =h_fix + h_var

منحنى‌هاى عملکرد

کارخانه‌هاى سازنده، براى هر نوع پمپ منحنى‌هائى را ارائه مى‌دهند که به‌صورت گرافيکى روباط بين دبى - ارتفاع، دبى - راندمان و دبى - قدرت مورد نياز پمپ را نشان مى‌دهد. نمونه‌اى از اين منحنى‌ها در شکل (اجزاء مختلف منحنى‌هاى خصوصيات پمپ) براى پمپ که فقط يک نوع قطره پره را دارا مى‌باشد ديده مى‌شود.
چنانچه به اين شکل توجه کنيد مشاهده مى‌شود که سه نوع منحنى وجود دارد. ابتدا منحنى بين دبى پپم و ارتفاع يا بارى است که پپم توليد مى‌کند. شافت قدرت موتور را به پمپ منتقل مى‌کند و پره‌هاى پمپ به نوبه خود اين قدرت را به آب منتقل مى‌کنند. که بخشى از آن صرف جريان آب و بخشى صرف افزايش بار فاشر (head) مى‌شود. چگونگى توزيع قدرت بين اين دو بستگى به هيدروليک پمپ دارد. شکل (اجزاء مختلف منحنى‌هاى خصوصيات پمپ) نشان مى‌دهد که اگر دبى پمپ صفر باشد يعنى شير فلکه لوله آبده را ببنديم در اين صورت تمام قدرت صرف افزايش بار فشار مى‌شود.
اين مقدار بالاترين بارى است که پمپ مى‌تواند توليد کند که به آن بار مرده (Dead Head) يا بار در حالت بسته بودن (Shut off Head) لوله ناميده مى‌شود. توصيه مى‌شود که هيچ‌وقت پمپ در اين حالت کار نکند مگر زمان آزمايش پمپ از نظر آب‌بندي. در اين شکل بار مرده ۲۷ متر نشان داده شده است. منحنى دوم رابطه راندمان و دبى است. راندمان عبارت است از نسبت قدرت خروجى پمپ به قدرتى که توسط شافت به پمپ داده مى‌شود. قدرت داده شده به پمپ توسط شافت را قبلاً با نام‌هاى اسب بخار متريک mph و يا bhp متذکر شديم. قدرت خروجى پمپ که با آب منتقل مى‌شود به نام اسب بخار آب يا whp معروف است Water hourse power 

(معادله ۸): P_w = Q(H) / 4634

که در آن:
whp = P_w بر حسب اسب بخار متريک (mhp)
Q = دبى پمپ بر حسب ليتر در دقيقه (L/min)
H = بار فشار بر حسب متر (m)

منحنى راندمان و نيز مقدار آن تا اندازه زيادى بستگى به طراحى پمپ و قطره پره‌هاى آن دارد. فقط در ترکيب خاصى از بار و دبى است که راندمان پمپ به حداکثر خود مى‌رسد. سپس درصورتى‌که دبى افزايش يابد مقدار راندمان کاهش پيدا مى‌کند.
قدرت لازم براى چرخاندن پمپ (قدرت ورودى به پمپ) متناسب با بالا رفتن راندمان به‌تدريج افزايش پيدا مى‌کند. وظيفه مهندس طراح اين است که در طرح آبيارى پمپى را انتخاب کند که به ازاء دبى و بار مورد نياز بالاترين راندمان ممکن را داشته باشد. مهمترين اطلاعاتى که در اين منحنى وجود دارد اين است که عملکرد پمپ براى قطرهاى مختلف پره داده شده است. تمامى انواع اين پره‌ها مى‌توان در داخل همان پوسته پمپ نصب کرد.
همان‌طور که در قوانين پمپ ديديم با کاهش قطر پره‌ها حداکثر پتانسيل پمپ از نظر بار فشار کاهش پيدا مى‌کند. با داشتن منحنى‌هاى راندمان مى‌توان براى هر قطر پره تشخيص داد که پمپ با چه راندمانى کار خواهد کرد. مثلاً پمپى که قطر پره هاى آن ۶ اينچ استو بخواهد ۴۰۰ گالن آب را در دقيقه با بار کل ۱۴۰ فوت جابه‌جا کند راندمانى بين ۶۰ تا ۷۰ درصد خواهد داشت. اين راندمان‌ها فقط مربوط به پمپ بوده و راندمان موتور را شامل نمى‌شود.
در منحنى‌هاى NPSHr و قدرت مورد نياز نيز رسم شده‌اند که (قدرت اسمى خروجى موتور) NPShr بار مکش خالص مثبت مورد نياز براى پمپ است. در استفاده از اين منحنى‌ها هر نقطه که بين منحنى‌ها واقع شود براى مشخص کردن راندمان، قدرت و NPSHr مى‌توان از روش انترپولاسيون استفاده کرد.

کاربرد منحنى‌هاى عملکرد در انتخاب پمپ

منحنى خصوصيات پمپ حاوى اطلاعاتى است که از نظر مهندسان طراح مفيد مى‌باشد چون کارخانه‌هاى سازنده انواع پمپ‌ها را با خصوصيات مختلف به بازار عرضه مى‌کنند. با اطلاع از خصوصيات پمپ‌ها و منحنى‌هاى عملکرد سيستم بايد قادر باشيم پمپ را که متناسب با طرح آبيارى باشد از بين انواع پمپ‌هاى موجود در بازار انتخاب کنيم.
محاسبه سرعت مخصوص پمپ اولين راهنماى ما در انتخاب پمپ است. مثلاً بدست آوردن سرعت مخصوص و تعيين تقريبى نوع پمپ متوجه مى‌شويم که پمپ‌هاى پروانه‌اى مقدار زيادى آب را جابه‌جا مى‌کنند ولى ظرفيت توليد فشار (بار) در آنها اندک است. بنابراين در هر سيستمى با فشار متوسط يا زياد مى‌بايست از پمپ‌هاى توربينى يا سانتريفوژ استفاده کرد.
يک پمپ توربينى يک طبقه مى‌تواند مقدار متوسطى از جريان را با فشارى نسبتاً متوسط جابه‌جا نمايد. اگر به‌جاى يک پمپ توربينى چندين پمپ توربينى را به طور سرى پشت سرهم قرار دهيم مى‌تواند همان مقدار جريان را با فشار زياد حرکت دهد. بدين وسيله مشکل فشار در پمپ‌هاى توربينى حل مى‌شود. پمپ‌هاى توربينى مستقيماً در داخل چاه يا منبع آب قرار مى‌گيرند و از اين نظر که به دليل قطر کوچکى که دارند تمام طبقات پمپ در داخل لوله جايگزارى مى‌شود کاربرد آنها بسيار ساده است. موتور از طريق يک شافت عمودى به پمپ متصل است و يا اينکه توسط موتورهاى الکتريکى شناور نيروى مورد نياز پمپ تأمين مى‌شود. بدين‌ترتيب در پمپ‌هاى توربينى که براى استخراج آب از چاه‌ها زياد مورد استفاده دارد موتور در سطح زمين نصب مى‌شود و پمپ در داخل لوله و دورن چاه در زير سطح آب نصب است.
پمپ‌هاى سانتريفوژ فشار زيادى توليد مى‌کنند ولى آب‌دهى آنها نسبت به پمپ‌هاى توربينى کمتر است. براى رفع اين مشکل تعددى پمپ سانتريفوژ به‌صورت موازى پهلوى هم قرار داده مى‌شوند تا کمبود دبى را جبران نمايند. مشکلى که در پمپ‌هاى سانتريفوژ وجود دارد و نمى‌توان آن را به‌نحوى جبران نمود اين است که به‌دليل بزرگ بودن حجم پمپ امکان نصب آنها در داخل چاه‌هاى معمولى نيست. علاوه بر اين هر پمپ سانتريفوژ نياز به يک NPSHr دارد که اين خود توان مکش را در آنها کاهش مى‌دهد به‌طورى که حداکثر فاصله محل نصب پمپ تا سطح آب را به حدود ۵/۴ متر محدود مى‌سازد.
[منحنى‌هاى پوش براى انتخاب مدل پمپ بر اساس نيازهاى شرايط‌ کارى]
نحوه انتخاب پمپ براساس مدل‌هاى موجود که در زير براى پمپ‌هاى نوع سانتريفوژ تشريح شده است بدين‌ترتيب است که ابتدا از روى کاتالوگ‌هائى مشابه شکل (منحنى‌هاى پوش براى انتخاب مدل پمپ بر اساس نيازهاى شرايط‌ کاري) براساس دبى و بار مورد نياز مدل پمپ انتخاب مى‌شود. پمپهائى که با موتور برقى کار مى‌کنند ۱۷۵۰ دور يا ۳۵۰۰ دور در دقيقه هستند که مدل ۱۷۵۰ دور نسبت به نوع ۳۵۰۰ دورد در دقيقه دبى بيشتر و فشار کمترى دارند. در اين شکل (منحنى‌هاى پوش براى انتخاب مدل پمپ بر اساس نيازهاى شرايط‌ کاري) در داخل هرقسمت شماره‌اى نوشته است که نماينده مدل پمپ است که با شرايط مورد نظر ما بالاترين راندمان را خواهد داشت. پس از اينکه مدل پمپ مشخص شد به سراغ منحنى‌هاى خصوصيات پمپ مى‌رويم که تيپ اينگونه منحنى‌ها درشکل (نمونه‌اى از منحنى‌هاى خصوصيات پمپ بر اساس انتخاب مدل پمپ) نشان داده شده است. 

پمپ های هيدروليکي - یکشنبه چهاردهم آذر 1389
فناوری های نوین درموردتصفیه آب وفاضلاب - یکشنبه چهاردهم آذر 1389
معرفی شبکه ی آبیاری و زهکشی دز - شنبه سیزدهم آذر 1389
پيرامون پمپ ها Centrifugal Pump - شنبه سیزدهم آذر 1389
راکتورهای تحقیقاتی هسته ای - جمعه دوازدهم آذر 1389
سابقه EPC درشركت هاي تصفيه آب وفاضلاب - جمعه دوازدهم آذر 1389
نحوه‌ی تخلیه و دفع لجن در تصفیه خانه - جمعه دوازدهم آذر 1389
مخزن آب تصفیه شده و واحد تامین آب مصرفی در تصفیه خانه - پنجشنبه یازدهم آذر 1389
شير كنترل‌ كننده مقدار آب مصرفي در بتن‌ها ساخته شد - پنجشنبه یازدهم آذر 1389
هیدرولوژی چیست؟ - پنجشنبه یازدهم آذر 1389
فيلترهاي EBS - پنجشنبه یازدهم آذر 1389
صفحه گردان EcoSieve - پنجشنبه یازدهم آذر 1389
مواد منعقد کننده مورد نیاز در تصفیه‌خانه - چهارشنبه دهم آذر 1389
كيفيت و آلودگي منابع آب در اجلاس استكهلم - چهارشنبه دهم آذر 1389
ويژگيهاي پس آبهاي صنعتي - چهارشنبه دهم آذر 1389
پارامتر های فیزیکی آب و فاضلاب - سه شنبه نهم آذر 1389
روش هاي تشخيص نشت گاز کلر در واحد کلرزنی و مقابله با آن - سه شنبه نهم آذر 1389
اصول و ضوابط طراحي ايمني و بهداشت ساختمان واحد كلرزني و انبار سيلندر گاز - دوشنبه هشتم آذر 1389
ويژگيهاي آب آشاميدني - دوشنبه هشتم آذر 1389
میکروارگانیسم های نشانگر - یکشنبه هفتم آذر 1389
واحد سالم‌سازی آب(کلر زنی) - یکشنبه هفتم آذر 1389
فیلتر شنی ثقلی تند(Rapid Sand Filter) - شنبه ششم آذر 1389
آلودگی میکروبی آب آشامیدنی - شنبه ششم آذر 1389
آب آشامیدنی – ویژگی های میکروبیولوژی - جمعه پنجم آذر 1389
فیلترهای شنی ثقلی کند(Slow Sand Filter) - جمعه پنجم آذر 1389
فیلترهای تحت فشار (Pressure filter) - پنجشنبه چهارم آذر 1389
روش نمونه برداري آب - پنجشنبه چهارم آذر 1389
روش اندازه‏گيري يون كلرور در آب و فاضلاب - چهارشنبه سوم آذر 1389
فیلتراسیون - چهارشنبه سوم آذر 1389
فلوکلاریفایرها یا کلاریفلوکولاتور (Clarifloculator) - سه شنبه دوم آذر 1389
روش تعيين يون نيترات در آب - سه شنبه دوم آذر 1389
اکسیلاتور (Accelator) - دوشنبه یکم آذر 1389
زلال‌ساز با تماس لجن (Solid Contact Clarifier) - یکشنبه سی ام آبان 1389
سیستم نوین تصفیه شیمیایی و بیولوژیک فاضلاب‌های فوق سنگین - یکشنبه سی ام آبان 1389
نانوزنگ، آرسنیک را از آب آشامیدنی پاک می کند - شنبه بیست و نهم آبان 1389
زلال سازهای پولساتور و ته صاف (pulsator & flat bottomed clarifier) - شنبه بیست و نهم آبان 1389
زلال‌سازی با بستر لجن (Sludge blanket) - جمعه بیست و هشتم آبان 1389
دستگاه‌های آب شیرین کن مبتنی بر نانوالیاف - جمعه بیست و هشتم آبان 1389
استفاده از پسماندها در تصفیه پساب - پنجشنبه بیست و هفتم آبان 1389
واحد زلال‌ساز یا کلاریفایر (Clarifier) - پنجشنبه بیست و هفتم آبان 1389
سیستم اختلاط سریع (Flash Mixer) - چهارشنبه بیست و ششم آبان 1389
آلودگی آبهای زیرزمینی با فاضلاب - چهارشنبه بیست و ششم آبان 1389
آشغالگیر - سه شنبه بیست و پنجم آبان 1389
واحد پیش‌ته‌نشینی (Pre-sedimentation module) : - سه شنبه بیست و پنجم آبان 1389
ایستگاه پمپاژ آب‌گیری و حوضچه‌ی شیرآلات ورودی - دوشنبه بیست و چهارم آبان 1389
با بهره گیری از تکنیک نانوفیلتراسیون - دوشنبه بیست و چهارم آبان 1389
دستگاههای آب شیرین کن - یکشنبه بیست و سوم آبان 1389
مبانی کار تصفیه‌خانه‌های آب - یکشنبه بیست و سوم آبان 1389
شير پروانه‌اي (Butterfly Valve) - شنبه بیست و دوم آبان 1389
معایب سختی آب - شنبه بیست و دوم آبان 1389

مرجع تخصصی آب و فاضلاب