انواع پمپها و نحوه عملکرد آنها
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=PshaftPhydraulic).
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−HfrictionPsuctionPsuction: 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.
۴۰
s<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.
جنبه های مختلف استانداردها و قوانین پمپ ها
پمپها به عنوان تجهیزات حیاتی در صنایع مختلف (آب و فاضلاب، نفت و گاز، کشاورزی، صنایع شیمیایی و ...) تحت قوانین و استانداردهای فنی، ایمنی، و زیستمحیطی خاصی قرار دارند. این قوانین برای طراحی، نصب، بهرهبرداری، و نگهداری پمپها تدوین شدهاند تا عملکرد ایمن، کارآمد و پایدار آنها تضمین شود. در زیر مهمترین قوانین و استانداردهای حاکم بر پمپها شرح داده شده است:
۱. قوانین فنی و استانداردهای طراحی
استانداردهای بینالمللی:
ISO 5199: استاندارد طراحی پمپهای سانتریفیوژ برای صنایع شیمیایی و پتروشیمی.
ISO 2858: مشخصات ابعادی و عملکردی پمپهای سانتریفیوژ افقی.
API 610: استاندارد پمپهای مورد استفاده در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی (پمپهای با فشار و دمای بالا).
ANSI/HI (Hydraulic Institute): استانداردهای جامع برای انواع پمپها (سانتریفیوژ، پیستونی، دندهای و ...).
مقررات هیدرولیکی:
رعایت قوانین انتقال سیالات (دبی، فشار، ارتفاع مکش) بر اساس معادله برنولی و منحنی عملکرد پمپ (Pump Curve).
محاسبه NPSH (Net Positive Suction Head) برای جلوگیری از کاویتاسیون.
۲. قوانین ایمنی
مقررات OSHA (ایمنی شغلی):
نصب محافظ (Guarding) برای قطعات چرخان پمپ جهت جلوگیری از آسیب به اپراتورها.
استفاده از مواد مقاوم در برابر خوردگی و انفجار در محیطهای خطرناک (مثلاً مناطق ATEX در صنایع شیمیایی).
مقرات ATEX (مناطق انفجاری):
استفاده از پمپهای ضد انفجار (Explosion-Proof) در محیطهای دارای گازهای قابل اشتعال.
سیستمهای قطع اضطراری (Emergency Shutdown):
نصب سنسورهای فشار، دما و جریان برای قطع خودکار پمپ در شرایط خطر (نشت، اضافه بار، یا گرمایش بیش از حد).
۳. قوانین زیستمحیطی
جلوگیری از نشت سیالات:
استفاده از مکانیکال سیل (Mechanical Seal) یا گزینههای بدون نشت (Sealless Pumps) در پمپهای انتقال مواد سمی یا خطرناک.
رعایت استاندارد ISO 15848 برای آببندی پمپها.
مدیریت آلودگی صوتی:
محدودیت سطح صدای پمپها بر اساس استاندارد ISO 3744.
۴. قوانین مربوط به بازده انرژی
استانداردهای بهرهوری انرژی:
رعایت EUROPEAN ErP Directive برای پمپهای برقی (الزام به برچسب انرژی A+ یا بالاتر).
استاندارد HI Energy Rating برای انتخاب پمپهای با راندمان بالا.
بهینهسازی سیستم:
استفاده از درایوهای فرکانس متغیر (VFD) برای تطبیق سرعت پمپ با نیاز واقعی و کاهش مصرف انرژی.
۵. قوانین نگهداری و تعمیرات
برنامه زمانبندی تعمیرات:
بازرسی دورهای یاتاقانها، سیلها، و پروانه پمپ بر اساس دستورالعمل سازنده.
استفاده از سیستمهای مانیتورینگ وضعیت (Condition Monitoring) مانند ارتعاشسنجی و ترموگرافی.
مدیریت روانکاری:
تعویض روغن یا گریس بر اساس استانداردهای ISO 4406 (سطح تمیزی روغن).
۶. استانداردهای نصب و راهاندازی
الزامات فونداسیون و لولهکشی:
رعایت فاصله استاندارد بین پمپ و لولهها برای کاهش تنش مکانیکی (بر اساس ANSI B73.1).
استفاده از اتصالات انعطافپذیر (Flexible Couplings) برای جذب ارتعاشات.
همراستایی (Alignment):
هممحور بودن دقیق پمپ و موتور الکتریکی بر اساس استاندارد ISO 10816 (حداکثر میزان مجاز ارتعاش).
۷. استانداردهای مواد و ساخت
انتخاب متریال بر اساس سیال:
استفاده از فولاد ضدزنگ (Stainless Steel) برای سیالات خورنده یا مواد غذایی.
پمپهای ساخته شده از مواد کامپوزیتی در محیطهای اسیدی.
آزمونهای کیفیت:
تست هیدرواستاتیک (Hydrostatic Test) برای اطمینان از مقاومت بدنه پمپ.
آزمون عملکرد (Performance Test) مطابق استاندارد ISO 9906.
۸. قوانین حمل و نقل
بستهبندی و نشانهگذاری:
رعایت استاندارد ISTA برای حمل ایمن پمپها.
نشانهگذاری جهت جریان، وزن، و نقاط سنگین روی پمپ.
نتیجه
رعایت قوانین حاکم بر پمپها نه تنها ایمنی و طول عمر تجهیزات را افزایش میدهد، بلکه از هدررفت انرژی، آلودگی محیطزیست، و هزینههای تعمیرات غیرضروری جلوگیری میکند. برای انتخاب و بهرهبرداری از پمپها، هماهنگی با استانداردهای بینالمللی (مانند ISO، API، ANSI) و مقررات محلی (سازمان آب، محیطزیست و انرژی) الزامی است.
آزمون پمپاژ
بعد از اینکه یک چاه که دارای آب می باشد، حفاری و تکمیل شد؛ برای اینکه دبی مجاز را تعیین کنیم از ((آزمایش پمپاژ)) استفاده می کنیم تا دبی مجاز را بدست آوریم تا در این راستا دبی ای به بهره بردار داده شود تا به آبخوان در اثر برداشت بی رویه ضرر نرساند.
همچنین برای تعیین قدرت توربین و تجهیزات مربوطه از ((آزمون پمپاژ )) استفاده خواهیم کرد.
لازم به ذکر است که آزمون پمپاژ در بدست آوردن ضرایب هیدرودینامیکی (T,S) و همچنین تکمیل توسعه ئ چاه نیز بسیار موثر است است.
برای انجام این آزمون از روش های گوناگونی استفاده می شود . و برای هر روش بعد شروع پمپاژ، نسبت دبی به افت وهمچنین فاصله پیزومتر از چاه (در صورت وجود) را یاداشت کرده و در منحنی های مربوطه مقادیر T,S را بدست می آورند.
اهداف کلی آزمون پمپاژ
چنانچه آزمون پمپاژ در سطح وسیعی از آبخوان انجام شود به منظور تعیین رفتار آن آبخوان در مقابل :
·بارندگی ها
·تغذیه مصنوعی
·آلودگی ها
روش های تعیین محل ایستگاه ها برای پمپاژ آب
با علم به اینكه ایستگاههای پمپاژ معمولاً در گودترین نقاط شهر واقع می شود، باید تدابیری برای جلوگیری از خرابی تلمبه خانه ها در اثر ورود آبهای سطحی حاصل از بارندگی درنظر گرفت.
در مواردیكه محل تلمبه خانه در داخل شهر است باید ساختمان آن از نظر وضع ظاهری، نظیر منازل مسكونی اطراف بوده و منظره ناخشایندی ایجاد نگردد.
الف- محل ایستگاه پمپاژ وقتی منبع تغذیه چشمه باشد:
درصورتیكه محل برداشت آب چشمه باشد چند حالت زیر مطرح می گردد:
۱- در صورتیكه ارتفاع چشمه ها از ارتفاع مخزن ذخیره بیشتر باشد آب در اثر نیروی ثقل به منبع تغذیه هدایت شده و احتیاجی به عمل پمپاژ نخوهد بود، كه در اغلب روستاهای دارای چشمه این پدیده در سهولت كار آبرسانی آن محل كمك زیادی خواهد نمود.
تجهيزات مكانيكال مورد نياز برای پمپاژ از چاه ها
در چاه ها ي تأمين كننده آب كه پمپ شناور در داخل چاه قرار مي گيرد ، لو له خروجي از چاه به شير آلات و اتصالات گو نا گون مجهز مي شود .
هر يك از اين تجهزات براي اهداف خاصي پيش بيني شده كه ذيلاً به توضيح آن پرداخته مي شود .
الف ) شير هواي يك طرفه ( S. A . V )
نصب يك عدد شير هواي يكطرفه ( S. A.V ) كه به همراه آن يك عدد شير قطع و وصل ( G.V. ) نيز تعبيه شده در بالاي سر چاه ضروري است . اين شير هوا ، عمل تخليه هواي موجود در لو له داخل چاه و هواي محلول در چاه را انجام مي دهد .
ب) لو له انحراف جريان آب
يك لوله كنار گذر براي انحراف جريان آب به بيرون از محوطه اطا قك سر چاه ، كه مجهز به يك عدد شير قطع و وصل ( G.V ) مي باشد نيز الزامي است . در هنگام راه اندازي اوليه و همچنين انجام آز مايشات پمپاژ و غيره آب از طريق اين خط لوله هدايت مي شود .
ب) فشار سنج ( PRESSURE GAGE )
فشار سنج جهت اندازه گيري فشار آب داخل لوله كه معمولاً بر حسب m-H2O مدرج شده به كار مي رود . اين فشار سنج بايستي قبل از صافي ( STRAINER ) قرار گيرد تا در مواردي كه صافي مسدود مي شود با رويت افزايش فشار نسبت به تميز كردن آن اقدام شود. به علاوه به كمك اين فشار سنج ، ارتفاع پمپاژ پمپ شناور نيز قابل محاسبه است .
د ) صافي ( STRAINER )
قبل از قرار گرفتن تجهيزات مكانيكال ديگر ، صافي قرار داده مي شود تا از ورود ذرات جامد به درون شير آلات و خط لو له پيشگيري شده و از آنها محافظت به عمل آيد .
پمپ
به طور کلی پمپ به دستگاهی گفته میشود که انرﮊی مکانیکی را از یک منبع خارجی اخذ و به سیال مایعی که از آن عبور میکند، انتقال میدهد. در نتیجه انرﮊی سیال پس از خروج از این دستگاه (پمپ) افزایش مییابد. در پمپ ها تغییرات انرﮊی سیال همواره به صورت تغییر فشار سیال مشاهده میگردد. از پمپها برای انتقال سیال به یک ارتفاع معین و یا جا به جایی آن در یک سیستم لوله کشی و یا هیدرولیک استفاده می نمایند. به عبارت کلی تر از پمپ برای انتقال سیال از یک نقطه به نقطه دیگر استفاده میکنند.
انواع پمپ
پمپها دارای انواع مختلفی هستند. دسته بندی های گوناگون، پمپ ها را بر پایه ویژگی های گوناگون طبقه بندی می کنند. در یکی از رایج ترین این طبقه بندی ها، برپایه نحوه انتقال انرژی از پمپ به سيال، پمپ ها به دودسته تقسيم می شوند:
پمپ های ديناميكی: در این پمپ ها انتقال انرژی به سيال به طور دایمی است. انواع پمپ های دینامیکی عبارت اند از:
* پمپ های گریز از مرکز
* پمپ های محیطی
* پمپ های خاص
پمپ های جابجایی مثبت: در این پمپ ها انتقال انرژی به سيال به صورت متناوب يا پريوديك صورت می پذیرد. انواع پمپ های جابجایی مثبت عبارت اند از:
* پمپ های رفت و برگشتی
* پمپ های گردشی
پمپ های دینامیکی
پمپ گریز از مرکز
سيستم پمپاژ
در پمپها دبى حجمى جريان، بار فشار و قدرت مورد لزوم براى چرخش پمپ تابعى از قطر پرههاى پمپ و سرعت چرخش شافت است. اين روابط را مىتوانيم با فرمولهاى (۲) ، (۳)، (۴)، (۵)، (۶) و (۷) نشان دهيم.
| ||
| ||
| ||
| ||
| ||
|
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.
اساس کار پمپ
هوا در سطح زمين داراي فشاري معادل 6/14 پوند بر اينچ مربع و يا يك كيلوگرم بر سانتيمتر مربع مي باشد. لوله طويلي را در نظر بگيريد كه يك انتهاي آن بسته شده است، اگر اين لوله را پر از آب كرده و آن را بطور وارونه در تشك حاوي آب قرار دهيم، سطح آب در درون لوله رفته پايين مي آيد و اين عمل تا زماني كه فشار هواي خارج ( اتمسفر ) و فشار حاصل از ستون آب به درون لوله به يك اندازه برسند، ادامه خواهد يافت. به تجربه ديده شده است كه تعادل مذكور هنگامي حاصل مي گردد كه ارتفاع آب درون لوله برابر با 32 فوت ( 10 متر ) باشد.
بنابراين ستوني از آب به ارتفاع 10 متر، داراي فشاري معادل يك كيلوگرم بر سانتيمتر مربع است.
حال چنانچه لوله اي طويل را در يك انتها مسدود نموده و انتهاي ديگر آن را به ظرف حاوي آب وارد سازيم و هواي درون لوله را تخليه كنيم، خواهيم ديد كه آب لوله با فشار اتمسفر ( يك كيلوگرم بر سانتيمتر مربع ) به طرف بالا حركت مي كند.
اگر بتوان تمام هواي درون لوله را تخليه نمود، سطح آب درون لوله تا ارتفاع 32 فوت بالا مي رود.انجام اين كار، يعني تخليه كامل هوا و صعود سطح آب به ارتفاع 10 متري امكان پذير نيست، چرا كه حدوداً در ارتفاع 6 تا 7/6 متر عمل بالا رفتن متوقف مي گردد و سطح آب به صورت ساكن، باقي مي ماند. علت اين امر وجود وزن ستون آب است كه در عمل تعادل فشار هواي بيرون و درون لوله مداخله نموده و اين عمل را تسريع مي بخشد. اولين كار پمپ عبارت است از تخليه هوا از درون لوله مكش، اين عمل باعث مي شود كه فشار اتمسفر بتواند به مايعات فشار وارد نموده و آن ها را به قسمت چرخنده پمپ و يا پيستون هدايت نمايد. بايد بخاطر سپرد كه پمپ بايد حداكثر بين ارتفاع 6 تا 7/6 متري از سطح مايع قرار گيرد تا بتواند عمل جابجايي مايع را به خوبي انجام دهد.كـار دوم پمپ عبارت است از دادن انرژي به مواد سيال و هدايت آن ها از محفظـه پمپ ( محل قرار گرفتن قسمت چرخنده ) به مقصد نهائي.