عملكرد پمپ در يك سيستم فرايندي
فروردین ۱۵, ۱۳۹۶
مفهوم هد پمپ
فروردین ۱۵, ۱۳۹۶

اطلاعات مربوط به عملكرد پمپ (Pump Performance Data)


 منحني پمپ


 محدوديتهاي موجود بر روي منحني پمپ سانتريفوژ


 افزايش هد توليد شده بوسيله يك پمپ سانتريفوژ


منحني پمپ
منحني مشخصه يك پمپ درواقع بيانگرصحت عملكرد آن پمپ درطول كاركرد آن مي باشد.اين منحني محدوده دبی وهد توليد شده توسط يك پمپ را براي حالتيكه آن پمپپ با سرعت مشخص سايز،طراحي وشرايط مكش ثابتي باشد تعريف مي كند.اگر يك پمپ بخواهد يك مايع را از يك سطح فشار پائين به يك سطح فشار بالاتر انتقال دهد،انگاه هد توليد شده بوسيله پمپ بايد معادل يا بزرگتر از هد خالص مورد نياز بوسيله سيستم باشد.بنابراين هد خالص موجود درقسمت مكش پمپ بايد بزرگتر از فشار بخار مايع بوده تا اطمينان حاصل گردد كه مايع ورودي به پمپ هيچگونه اثر نامناسبي بر روي عملكرد پمپ ويا قطعات مكانيكي داخل پمپ نداشته باشد.
منحني مشخصات پمپ جابجايي مثبت
شكل زير نمونه اي از يك منحني مربوط به يك پمپ جابجايي مثبت از نوع دوار((Rotary Typee را نشان ميدهد.
هد (Head ) درپمپ جابجایی مثبت
همانگونه كه در شكل فوق نشان داده شده است معمولا نمودار اختلاف فشار (بجاي هد)درمقابل جريان ترسيم ميشود تا بتوان میزان انرژی تولید شده توسط پمپ راا نشان داد.از انجائیکه هد(انرژی)تولیدی توسط همه انواع پمپهای جابجایی مثبت نامحدود بوده وهمچنین اختلاف فشار توليد شده متاثر از گراويته ويژه سيال نمي باشد(برخلاف پمپهاي سانتريفوژ)بنابراين مي توان اينگونه نتيجه گرفت كه اختلاف فشار مي تواند به جاي هد توليد شده بوسيله پمپهاي جابجايي مثبت مورد استفاده قراربگيرد.
جريان (Flow) درپمپهای جابجایی مثبت
همانگونه كه در شكل فوق نشان داده شده است،هنگاميكه ميزان انرژي توليد شده اندكي افزايش يابد آنگاه از مقدار جريان كاسته مي گردد.اين كاهش بدليل وجودد داشتن نشتي واتلافات درپمپ مي باشد((Slip.به پدیده برگشت سیال ازدهانه خروجی پمپ به دهانه مکش ،اصطلاحا نشتی سیال (slippage) گفته می شود.
بازده (Efficiency) در پمپهای جابجایی مثبت
بازده در پمپهاي جابجايي مثبت بصورت بازده حجمي (Volumetric Efficiency)
بوده وبصورت زير تعريف ميگردد:
مقدارجابجايي مايع دراين پمپها تحت عنوان دبي(ظرفيت)بوده كه توسط پمپ ايجاد ميگردد(البته به شرطي كه اتلافات حاصل از نشتي((Slip وجود نداشته باشد.بازده پمپهاي جابجايي مثبت متنوع بوده وشامل موارد زير مي باشد:
 70%-80% براي پمپهاي دوار
 75%-85% براي پمپهاي پلانجري وپمپهاي رفت وبرگشتي
توان((Horse Powerدرپمپهای جابجایی مثبت
همانگونه كه در شكل صفحه قبل نشان داده شده است توان پمپ رابطه نسبي مستقيم با اختلاف فشار پمپ براي يك مايع مشخص دارد.
NPSH مورد نيازدرپمپهای جابجایی مثبت
در پمپهاي جابجايي مثبت از نوع رفت وبرگشتي ،براي غلبه بر حركات ضرباني جريان((Pulsation Flowلازمست تا انرژي حاصل ازشتاب در درون سيستم محاسبه شود تاا اطمينان حاصل گردد كه مايع قبل از ورودبه پمپ تبخيرنگردد.لازم به ذكر استكه اصطلاح تلفات هد شتابی((Acceleration Head Lossجهت بيان اين انرژي مورد استفاده قرارميگيرد.درجدول زير محاسبات مربوط به NPSHموجود براي يك سيستم (بدون جريان ضرباني وبا جريان ضرباني)ارائه گرديده است.
منحني مربوط به پمپهاي گريز از مركز
هنگاميكه يك پمپ سانتريفوژ طراحي شد آنگاه مشخصات عملكردي آن براي محدوده اي از جريانها وهد(انرژي)توليد شده ،براي يك پروانه با شكل مشخص وبا قطرهايي متفاوت تعريف ميگردد.درشكلهاي زير ارتباط بين هدتوليدي وجريان حاصله از يك پمپ سانتريفوژ تك مرحله اي نشان داده شده است.عطف به قوانين تشابه درپمپها((Affinity Laws،پمپهايي كه از يك نوع بوده وپروانه هاي آنها داراي طراحي مشابهي مي باشند آنگاه شكل منحني هاي مشخصه انها نيز يكسان خواهد بود.
هد توليدي پمپ سانتریفوژ
هد توليد شده بوسيله يك پمپ سانتريفوژ بصورت معكوس بانرخ جريان تغيير ميكند.افزايش درمنحني هد تابعي از ورودي پروانه((Impeller Inletوزوياي پره خروجيي ميباشد.معمولا در پمپهای گریز از مرکز بابستن کامل شیرخروجی،هدتولیدی5 تا 15 درصد نسبت به نقطه طراحی پمپ افزایش می یابد.هنگاميكه هد مورد نياز فرايند از مقدار هد توليد شده توسط يك پمپ سانتريفوژ تك مرحله اي بيشتر ميگرددآنگاه درچنين مواردي بجاي پمپ گريزازمركز تك مرحله اي از پمپ چند مرحله اي ((Multistagingجهت توليد انرژي مورد نياز سيستم استفاده ميشود.درپمپهاي چندمرحله اي ،دوياچندين پروانه درداخل يك پوسته تكي عمل كرده ودرنهايت هد(انرژي)نهايي مورد نياز را توليد ميكنند.بگونه اي كه هر پروانه يك مقداري مساوي از انرژي را دراين بخش توليد ميكند.شكل زير را ببينيد.
جريان درپمپ سانتریفوژ (Flow)
نرخ جريان دريك پمپ سانتريفوژ باهد(انرژي)مورد نياز فرايند رابطه معكوس دارد.بعنوان مثال دريك پمپ سانتريفوژ كه پروانه آن باسرعتي ثابت ميچرخد،اگر هد مورد نيازز فرايند افزايش يابد آنگاه اين افزايش هد باعث كاهش نرخ جريان(دبي)خواهد شد.باتوجه به اینکه معمولا درپمپهای سانتریفوژ هدتولیدی از نقطه کاری تاحالت شیربسته 5تا 15 درصد افزایش می یابد،درنتیجه هرگونه تغییر جزئی درمیزان هد تولیدی حاصل تغییر قابل ملاحظه ای درمیزان دبی پمپ استواین امکان وجود داردکه درنزدیکی نقطه دبی صفر (بسته شدن شیرخروجی)بازچرخش داخلی (recirculation) ایجاد شود.در این پدیده سیال از طریق لقی هایی که در ساختمان داخلی پمپ وجود دارد، از قسمت خروجی به قسمت مکش برمیگردد.اگر مدت زمان این پدیده بیش از حد باشد ،سیال گرم شده وباعث صدمه دیدن پمپ میگردد.
بازده درپمپ سانتریفوژ (Efficiency)
هنگاميكه در پمپهاي سانتريفوژ از پروانه اي كه قطر آن حداكثر قطر را داشته باشد استفاده كنيم آنگاه بازده اين پمپ نيز حداكثر ميگردد.همانگونه كه درشكل زير مشاهدهه ميكنيد،نقطه طراحي پمپ اغلب درنقطهBEP(نقطه بازدهي بهينه) بوده ودراين نقطه حداقل اتلافات درپروانه وكانالهاي ثابت پمپ بوجود مي ايد.درجريانهاي خارج از اين نقطه،اتلافات مربوط به جداشدگي درجريان((Separation Lossesكه جريان كم راسبب گرديده وهمچنين اتلافات مربوط به اغتشاش((Turbulence Lossesكه جريان هاي بيشتري را بهمراه دارد باعث افزايش اتلافات هد توليد شده داخلی گرديده ونهايتا كاهش بازدهي پمپ رابدنبال خواهد داشت.
توان مصرفی در پمپ سانتریفوژ
رابطه توان مورد نياز يك پمپ سانتريفوژ باگراويته ويژه مايعي كه قرار است منتقل شود بصورت مستقيم مي باشد.توان تنها پارامتر موجود بر روي پمپهاي سانتريفوژ استت كه متاثر از گراويته ويژه مايع پمپاژ مي باشد.دربيشتر منحني هاي پمپ،منحني توان پمپ براساس آب با گراويته ويژه 1.0((S.G=1.0مي باشد.درساير موارد كه مايع با گراويته ويژه متفاوتي موجود باشد آنگاه توان موجود بر روي منحني پمپ بايد درگراويته ويژه واقعي ضرب شود. NPSH درپمپهای سانتریفوژ
هدمكش مثبت خالص مورد نياز دريك پمپ سانتريفوژتقريبا با مجذور نرخ جريان متناسب مي باشد.زيرا اين هد اندازه افت فشار از قسمت مكش پمپ تا قسمت چشمم اولين پروانه مي باشد.مقدارNPSHr متاثر از سرعت چرخشي پمپ نيز بوده وگاهي اوقات مقدار آن كمتر از مجذور سرعت چرخشي پمپ ميگردد.
محدودیتهای موجود بر روي منحني پمپ سانتريفوژ
منحني يك پمپ سانتريفوژ داراي محدودیت هایي حداقل وحداکثر جریان بوده كه اگر ازکارکرد پمپ در این محدوده ها جلوگیری نشود مي توانند سبب بروز صدمات جديي به قطعات مكانيكي پمپ گردند.
درناحيه حداقل جریان بر روي منحني ،چرخش مجدد جريان بوجود آمده كه اين پديده صدماتي را به پمپ وارد مي اورد.درناحيه حداکثرجریان،ميزان NPSHr، توان وگرفتگيي جريان((Choke Flowبيش از حد شده و مي تواند منجر به بروز صدمات واسيبهاي جدي به پروانه ها،پوسته،محور،ياتاقانها وآب بندها گردد.درادامه هركدام از اين عوامل بصورت مفصل مورد بررسي قرارخواهند گرفت.
عملكردپمپ با جريان كم (Low Flow Operation)
از جمله عواملي كه باعث بروز جريان حداقل از درون پروانه ميگردد ،انتخاب سايز غير متناسب وبزرگتر از استاندارد ((Oversizing پمپ سانتريفوژ ميباشد .دراینحالتت بخشی از جریان حالت بازچرخشی پیدا کرده وباایجاد حالت توربولانسی ،دوباره به داخل پروانه بازمیگردد.دراینحالت تغییر ناگهانی درجهت وهمچنین شتاب بسیار بالایی که ایجاد شده ،باعث بروزپدیده کاویتاسیون در قسمت عقب پره های پروانه می شود.
شكل زير طرز تشكيل اين پديده را نشان ميدهد.
انتخاب پروانه باسابز بزرگتر از معمول مي تواند اثرات نامطلوبي بر روي عملكرد پمپ وقابليت اطمينان قطعات مكانيكي پمپ داشته باشد.اين اثرات درشكل زير ارائه گرديده است.
پمپها به گونه اي طراحي مي شوند كه درنقطه بازدهي بهينه خود،نيروهاي فشاري وشعاعي((Radial & Thrustدرآنها حداقل باشند.هنگاميكه پمپ با جريان حداقل كارميكند اين وضعيت باعث ايجادنيروهاي شعاعي بالايي گرديده كه مي تواند خرابيهاي زودهنگام ياتاقانها را به دنبال داشته باشد.البته درصورتيكه ياتاقانهاي انتخاب شده توانايي تحمل اين نيروها را داشته باشند اين خرابيها به حداقل خواهد رسيد.همچنين از جمله موارد ديگري كه دراثر جريان كم بوجود مي ايد پديده هاي اعوجاج درفشار((Pressure Surge وفلشينگ((Flashing درمايع مي باشد.اين عوامل نيز باعث بروز جريان كم درپمپ ميگردد.در دبی های پائین وبا توجه به نوع سیال پمپ شونده ،دمای سیال خروجی از پمپ افزایش می یابد،زیرا مقدار انرژی جذب شده در اثر اتلافات اصطکاکی بیش از میزان انرژی جنبشی جذب شده توسط سیال است. درجدول زير روش محاسبه افزايش دمای سیال پمپ شونده ارائه گرديده است.
از روابط فوق مي توان درتعيين مقدارتقريبي ظرفيت هرنوع پمپ سانتريفوژ استفاده كرد.بدین ترتیب که با اندازه گیری افزایش دمای لوله عبوری از پمپ می توان بازدهی پمپ را بدست اورد.باداشتن بازدهی پمپ ومراجعه به منحنی عملکرد ارائه شده توسط کارخانه،میزان دبی تقریبی پمپ بدست می اید.نکته مهم اینکه در اینجا فرض بر انستکه پمپ در شرایط کاری جدیدی قرار داشته ودر این شرایط ،کاهش دبی پمپ قابل ملاحظه است.
بهره برداری از پمپ در محدودهحداکثر جریان (High Flow Operation)
اگر پمپ انتخابي درقسمتي دورتر از نقطه بازدهي بهينه (درقسمت راست آن)عمل كند آنگاه اين شرايط باعث بروز عيوب بالقوه اي درپمپ گرديده كه مهمترين آنهاا درجدول زير ارائه گرديده است.
اثرات كاركردن پمپ درمحدوده حداکثر جریان
اين نوع كاركرد مي تواند باعث بروز موارد زير گردد:
 باکاهش مقاومت سیستم ،توان مصرفی افزایش می یابد.
 بهره برداری در نقطه انتهایی منحنی عملکرد باعث کاهش قابل توجهی در هد تولیدی میگردد.
 ميزان NPSH مورد نياز بيشتر ازNPSH موجود ميگردد.
 امكان بروز كاويتاسيون چرخش مجدد((Recirculation Cavitationدر نوک پروه های پروانه وجود دارد.
شكلهاي منحني پمپ (Pump Curve Shape)
انواع مختلفي از منحني هاي مشخصه پمپهاي سانتريفوژ وجود داردكه از جمله آنها مي توان به منحني هاي تخت((Flatريزشي يا داراي افت((Dropping،صعودي يا بالارونده((Rising ،پايدار وغير پايدار((Stable & Unstableاشاره كرد.درشكل فوق انواع اين منحني ها كه ذكر گرديد ارائه گرديده است.همچنين درجدول زير هر يك از اين منحنيها تشريح گرديده اند.شكل منحني پمپ مي تواند نقش اصلي واساسي درتعيين يك پمپ را (درصورت عملكرد پايدار آن درسيستم فرايندي)ايفا نمايد.منحني هاي مشخصه هد در نمودار فوق كه بصورت تخت يا ريزشي (داراي افت) مي باشند(منحني 1 و2)مي توانند حاصل كاركرد ناپايدار پمپ (نرخهاي جريان متفاوت)باشند.با این تفاسیر می توان گفتکه پمپ انتخابی باید دارای منحنی صعودی بوده ویا اینکه در محدوده نقطه عملکرد،منحنی صعودی باشدوهمچنین کنترل گردد که نقطه عملکرد در این نحدوده باقی بماند.
ویژگیهای شکلهای مختلف منحنی عملکرد
 منحني هاي تخت(1و2)،تغییرات هد برای دبی های بینBEP وحالت شیربسته پمپ ناچیز است.
 منحني افتاده(2)،هد درحالت شیر بسته کمتر از هد تولیدی در برخی از دبی های بین نقطه طراحی ونقطه شیر بسته است.
 منحني صعودكننده(1،3،4)،هدبصورت مستمر وپيوسته افزايش يافته ودرعوض جريان از نقطه طراحي تا نقطه توقف كاهش مي يابد.
 منحني با شيب زياد(4)،اختلاف زیادی بین هد تولیدی درنقطه شیربسته ونقطه طراحی وجود دارد.
 منحني پايدار(1،3،4)،برای یک هد مشخص فقط یک دبی وجود دارد(خط افقی منحنی را در یک نقطه قطع می کند)
 منحني ناپايدار(2)،یک هد مشخص ممکن است توسط دو دبی متفاوت بوجود امده باشد.
افزايش هد توليد شده توسط پمپ سانتريفوژ
قوانين پيوستگي (تشابه)((Affinity Lawsمي توانندجهت افزايش هد موجود دريك پمپ سانتريفوژ مورد استفاده قراربگيرند.هد توليد شده بوسيله يك پمپ سانتريفوژتابعي ازز سرعت لبه پروانه ((Impeller Tip Speedمي باشد.سرعت لبه نيز تابعي از قطر پروانه وسرعت چرخشي است.منحني مشخصه پمپ متاثر از تغيير در سرعت چرخشي پروانه ويا تغيير درقطر آن (بافرض ثابت ماندن سرعت آن)مي باشد.شكلهاي زير اين روابط رابيان ميكنند.
قوانين تشابه (The Affinity Laws)
با استفاده ازقوانين تشابه مي توان در مورد پمپي كه قطر پروانه ويا سرعت آن فرق كرده است مقادير تقريبي را براي جريان،هد وتوان آن در وضعيت جديد بدستت آورد.اختلاف مقادير واقعي گاهي اوقات كمتر بوسيله قوانين تشابه مورد پيش بيني قرار ميگيرند.
توانهاي واقعي درمعادلات مربوط به قوانين تشابه اندكي كمتر از مقادير بيان شده بوده وبراي هر پمپ متفاوت مي باشند.اين نيز خود حاصل بوجود امدن اصطكاكك دركانالهاي هيدروليك ودرپروانه ها،اتلافات حاصل ازنشتي واختلاف درزواياي پره خروجي پروانه(هنگاميكه قطرها تغيير ميكنند)مي باشد.

کالاپمپ، تخصصی ترین مرکز مشاوره، تامین و تعمیر انواع پمپ و موتور آلات صنعتی در ایران