مرجع تخصصی آب و فاضلاب

انواع پمپ‌ها و نحوه عملکرد آن‌ها
پمپ‌ها دستگاه‌هایی هستند که برای انتقال سیالات (آب، روغن، گاز‌ها و... ) با افزایش انرژی جنبشی یا پتانسیل آن‌ها استفاده می‌شوند. انتخاب نوع پمپ به عواملی مانند دبی، فشار، نوع سیال، ویسکوزیته و کاربرد بستگی دارد. در زیر به معرفی انواع اصلی پمپ‌ها و اصول کارکرد آن‌ها پرداخته می‌شود:

پمپ‌های دینامیکی (Dynamic Pumps)
این پمپ‌ها با افزایش انرژی جنبشی سیال، آن را منتقل می‌کنند. انرژی عمدتاً از طریق حرکت پروانه یا ایمپلر تأمین می‌شود.

الف) پمپ‌های گریز از مرکز (Centrifugal Pumps)
نحوه عملکرد:

سیال به مرکز پروانه (ایمپلر) وارد شده و با چرخش پروانه، انرژی جنبشی دریافت می‌کند.

انرژی جنبشی در محفظه حلزونی به انرژی فشاری تبدیل می‌شود.

اجزا:

پروانه (ایمپلر)، محفظه حلزونی، شفت، آببند.

کاربرد:

سیستم‌های آبرسانی شهری، صنایع شیمیایی، تخلیه آب از چاه‌ها.

انواع:

تکمرحل‌های (Single-stage): برای فشار‌های متوسط.

چندمرحل‌های (Multi-stage): برای فشار‌های بالا (مثلاً در دیگ‌های بخار).

ب) پمپ‌های جریان محوری (Axial Flow Pumps)
نحوه عملکرد:

سیال موازی با محور پمپ جریان می‌یابد (مانند پروانه کشتی).

کاربرد:

زهکشی سیلاب، آبیاری مزارع با دبی بالا و فشار کم.

ج) پمپ‌های جریان مختلط (Mixed Flow Pumps)
ترکیبی از پمپ‌های گریز از مرکز و جریان محوری.

برای دبی و فشار متوسط مناسب است.

پمپ‌های جابجایی مثبت (Positive Displacement Pumps)
این پمپ‌ها با جابهجایی فیزیکی حجم ثابتی از سیال، آن را منتقل می‌کنند. دبی خروجی تقریباً ثابت و مستقل از فشار است.

الف) پمپ‌های رفت و برگشتی (Reciprocating Pumps)
نحوه عملکرد:

حرکت خطی پیستون یا پلانجر باعث مکش و رانش سیال می‌شود.

شیر‌های یکطرفه (چکشی) از بازگشت سیال جلوگیری می‌کنند.

انواع:

پیستونی (Piston): برای فشار‌های بسیار بالا (تا ۱۰۰۰ بار).

دیافراگمی (Diaphragm): مناسب برای سیالات خورنده یا سمی (با جدا شدن سیال از قطعات مکانیکی).

کاربرد:

صنایع نفت و گاز، سیستم‌های تزریق مواد شیمیایی.

ب) پمپ‌های دورانی (Rotary Pumps)
نحوه عملکرد:

چرخش چرخدنده، پیچ یا لوب، حجم ثابتی از سیال را منتقل می‌کند.

انواع:

چرخدند‌های (Gear Pump):

دو چرخدنده درگیر، سیال را بین دندان‌ها منتقل می‌کنند.

مناسب برای روغن‌ها و سیالات ویسکوز.

لوب (Lobe Pump):

مشابه چرخدنده، اما با لوب‌های غیرتماسی برای انتقال مواد حساس (صنایع غذایی و دارویی).

پیچی (Screw Pump):

انتقال سیالات ویسکوز با کارایی بالا (مانند نفت و گریس).

پمپ‌های ویژه
الف) پمپ‌های سانتریفیوژ عمودی (Vertical Turbine Pumps)
برای استخراج آب از چاه‌های عمیق استفاده می‌شوند.

پروانه‌ها بهصورت عمودی روی شفت نصب می‌شوند.

ب) پمپ‌های شناور (Submersible Pumps)
موتور و پمپ در داخل سیال غوطهور می‌شوند.

کاربرد: تخلیه فاضلاب، آب‌های زیرزمینی.

ج) پمپ‌های پریستالتیک (Peristaltic Pumps)
انتقال سیال با فشردن لوله توسط رولر‌ها.

مناسب برای سیالات حساس به آلودگی (صنایع پزشکی).

۴. عوامل مؤثر در انتخاب پمپ
۱. دبی (Flow Rate): حجم سیال انتقالی در واحد زمان (مثلاً m³/h).
۲. هد (Head): انرژی مورد نیاز برای غلبه بر اصطکاک و اختلاف ارتفاع (بر حسب متر).
۳. ویسکوزیته سیال: پمپ‌های جابجایی مثبت برای سیالات غلیظ بهتر هستند.
۴. NPSH (Net Positive Suction Head): حداقل فشار مورد نیاز در دهانه مکش برای جلوگیری از کاویتاسیون.

مراحل انتخاب پمپ

پارامترهای کلیدی برای انتخاب پمپ

۱. دبی (Flow Rate):

• حجم سیال انتقالی در واحد زمان (m³/h یا L/min).

• فرمول: Q=v/t​ (حجم بر زمان).

۲. هد (Head):

• انرژی مورد نیاز برای غلبه بر ارتفاع، اصطکاک و فشار (بر حسب متر).

• هد کل (Total Head): H=Hstatic​+Hfriction​+Hpressure​.

۳. نوع سیال:

• ویسکوزیته، چگالی، خورندگی و وجود ذرات جامد.

۴. NPSH (Net Positive Suction Head):

• حداقل فشار مورد نیاز در دهانه مکش برای جلوگیری از کاویتاسیون.

۵. راندمان (Efficiency):

• نسبت توان مفید به توان ورودی (η=Pshaft​Phydraulic​​).

۶. فشار کاری:

• فشار عملیاتی سیستم (بار یا psi).

الف) تعیین نیازهای سیستم

• محاسبه دبی و هد مورد نیاز با استفاده از منحنی سیستم (System Curve).

• مثال: برای انتقال آب از چاه به مخزن ۲۰ متر بالاتر با اصطکاک لوله:

  (D5×12.1)/H=20m+(f×L×Q2​)

  • f: ضریب اصطکاک، L: طول لوله، D: قطر لوله.

ب) انتخاب نوع پمپ

پارامترپمپ گریز از مرکزپمپ پیستونی پمپ چرخدندهای

دبی بالا (تا ۱۰۰۰ m³/h)پایین تا متوسطمتوسط

فشار متوسط (تا ۳۰ بار)بسیار بالا (تا ۱۰۰۰ بار)متوسط (تا ۲۰ بار)

ویسکوزیته سیال مناسب برای ویسکوزیته پایینمناسب برای ویسکوزیته بالامناسب برای ویسکوزیته بالا

ج) تطابق منحنی پمپ و سیستم

• منحنی پمپ (Pump Curve): رابطه بین دبی و هد پمپ.

• نقطه کار (Operating Point): تقاطع منحنی پمپ و سیستم.

η=(توان ورودی/توان هیدرولیکی) ×100

محاسبات مهندسی

الف) توان پمپ (Power Calculation)

(P=(Q×H×ρ×g)/(3.6×106

• ρ: چگالی سیال (kg/m³) - برای آب: ۱۰۰۰.

• g: شتاب گرانش (۹.۸۱ m/s²).

• η: راندمان پمپ (معمولاً ۰.۶ تا ۰.۸۵).

ب) محاسبه NPSH

• NPSH Available (NPSHa):

  NPSHa​=ρ×gPsuction​−Pv​​+2gv2​−Hfriction​

  • PsuctionPsuction​: فشار در دهانه مکش.

  • PvPv​: فشار بخار سیال.

• NPSH Required (NPSHr): از کاتالوگ پمپ استخراج میشود.

• شرط ایمنی: NPSHa​>NPSHr​+0.5m.

ج) محاسبه سرعت مخصوص (Specific Speed)

Ns​=N×H0.75Q​​

• N: سرعت چرخش پمپ (RPM).

• برای انتخاب نوع پمپ:

  • Ns​<۴۰: پمپ پیستونی.

  • ۴۰s​<۲۰۰: پمپ گریز از مرکز.

  • Ns​>۲۰۰: پمپ جریان محوری.

نرم افزار‌های طراحی و انتخاب پمپ
Pump-Flo: برای انتخاب پمپ بر اساس پارامتر‌های سیستم.

Pipe-Flo: تحلیل هیدرولیکی سیستم‌های لوله کشی.

ANSYS CFX: شبیه سازی جریان در پمپ.

۶. جمع بندی
پمپ‌های دینامیکی (مانند سانتریفیوژ) برای دبی بالا و فشار متوسط‌ ایده آل هستند.

پمپ‌های جابجایی مثبت (مانند پیستونی و چرخدندهای) برای فشار بالا و دبی پایین مناسب اند.

انتخاب پمپ باید بر اساس نیاز‌های پروژه، نوع سیال و شرایط عملیاتی انجام شود.

نگهداری منظم (تعویض آببند‌ها، بررسی لرزشها) برای افزایش عمر پمپ ضروری است.

کاویتاسیون: با افزایش NPSHa یا کاهش NPSHr کنترل میشود.

منحنی پمپ: باید با منحنی سیستم همپوشانی داشته باشد.

استانداردها: ISO 5199 (پمپهای گریز از مرکز)، API 674 (پمپهای پیستونی).

با انجام دقیق محاسبات و تطابق پارامترها، میتوان پمپی انتخاب کرد که بهرهوری انرژی، دوام و هزینههای عملیاتی بهینه داشته باشد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب