طراحي قطعات مكانيكي پمپ (Pump Mechanical Design)
مفهوم هد پمپ
آوریل 4, 2017معرفی انواع بوسترپمپ های مورد استفاده در کاربری های آبرسانی
آوریل 12, 2017طراحي قطعات مكانيكي پمپ (Pump Mechanical Design)
• مقدمه
• اجزاي اصلي پمپهاي سانتريفوژ
• مارپيچ ها (Volute)
• رينگهاي سايشي
• پروانه ها
• ياتاقانها
• ياتاقانهاي اصطكاكي
• ياتاقانهاي هيدروديناميكي
• تجهيزات بالانس
• محور وتنشهاي كليدي
مقدمه
با صرفنظر از ميزان بهينه بودن عملكرد يك پمپ ،قابليت در دسترس بودن ((Availabilityهر پمپ به كيفيت طراحي مكانيكي وساخت آن بستگي دارد.درك وظيفه اصليي هرجزءمكانيكي از جمله ضروريات اصلي در تعيين صحیح ،تعميرات وكاركردهرنوع پمپي را ايفا ميكند.
اجزای اصلی پمپهای سانتریفوژ
هر پمپ سانتريفوژ از دوبخش اساسي تشكيل گرديده است كه اين دو بخش عبارتند از:
بخش ثابت((Stationary وبخش دوار((Rotation.
اجزاي اصلي پمپهاي سانتريفوژ
پوسته((Casing
فراهم كردن نازلها جهت اتصال پايپينگ مكش وخروجي
هدايت جريان به داخل وبيرون پروانه وتبديل انرژي جنبشي به انرژي فشاري
ساپورت ونگهدارنده اي براي محفظه ياتاقان ها مي باشد.
ياتاقانها ومحفظه آب بندي
بعنوان تکیه گاه ونگهدارنده براي اجزاي دوار
علاوه بر اين ،هر پمپ سانتريفوژ از اجزاء وقطعات مكانيكي وهيدروليكي تشكيل گرديده است.بخش اول اين فصل اجزاءهيدروليكي پمپ(پوسته،مارپيچ ،پخشش كننده((Diffusers ،رينگهاي سايشي وپروانه ها)راتشريح خواهد كرد ودر ادامه اين فصل اجزاي مكانيكي پمپ(ياتاقانها وآب بندها) وطرز كار و وظيفه انها بررسي وبحث خواهد شد.
مارپيچ ها((Volutes
مارپيچ بخشي از پوسته پمپ بوده كه سیال درآن جمع شده وپس از عبور از پروانه، بوسيله نيروي گريز از مركز از اين قسمت خارج ميگردد.شكل زير را ببينيد.
باچرخش پروانه ،سیال از ناحیه چشم پروانه وارد پمپ شده وپس از افزایش سرعت ،بصورت شعاعی ازپروانه خارج می شود.همانگونه که در شکل فوق نشان داده شده است متناسب با افزایش مقدار سیال خروجی از پروانه،سطح مقطع مارپیچ(حلزونی) نیز افزایش می یابد.علت این امر از نظر طراحی انستکه می خواهیم همواره سرعت در پوسته حلزونی ثابت نگه داشته شود.زیرا با ثابت نگه داشته شدن سرعتدر کل پوسته حلزونی،فشار استاتیکی نیز ثابت نگه داشته شده ودرنتیجه از ایجاد نیروی شعاعی جلوگیری می شود.
اما در عمل این اتفاق رخ نداده وفرم وشكل پوسته مارپيچ نشان داده شده درفوق منجر به پخش فشار غيريكنواخت در اطراف محيط پروانه مي گردد.درپمپهاي سانتريفوژ تك مرحله اي با پروانه معلق((Overhung Impeller كه براي هد هاي بالا طراحي شده است،همواره فشار ناميزان ممكن است سبب افزايش خمش يا انحراف((Deflection محور گرديده وباعث وارد شدن بارهايي بر ياتاقانها در وضعيت خارج از طراحي گردد.
درشكل زيريك نمونه پوسته با مارپيچ دوبل نشان داده شده كه اين نوع پوسته فشار اطراف پروانه را يكسان كرده واز وارد شده بارهاي ناميزان بر ياتاقانها مي كاهد.اينن مهم بوسيله دو كانال جريان مشابه هم كه خروجي آنها با زاويه 180درجه از يكديگر مجزا گرديده صورت مي پذيرد.شكل زير را ببينيد.
شكل زير رابطه بين نيروي عكس العمل شعاعي كه بر يك پروانه وارد مي شود را در برابر دبي پمپ با مارپيچ تكي ومارپيچ دوبل نشان ميدهد.
نيروي عكس العمل شعاعي متناسب با پارامترهاي ذيل ميباشد:
هد توليد شده توسط پروانه
قطرپروانه
پهناي خروجي پروانه((b2
گراويته ويژه
براي بالانس فشار در اطراف محيط پروانه ها در يك پوسته مارپيچ پمپ چند مرحله اي ،اگر سايز اجازه بدهد بايد از طرحهاي مارپيچ دوبل استفاده شود.
در بسياري از پمپهاي چند مرحله اي مخصوصا پمپهايي كه پوسته آنها دوتكه شعاعي باشد مي توان از پخش كننده هاي تيغه دار((Vaned Diffusers جهت تبديل انرژيي جنبشي به انرژي فشاري استفاده كرد.
تيغه ها بگونه اي طراحي مي شوند كه باعث افزايش سطح جريان مايع گرديده واين خود دركاهش سرعت از قسمت ورودي به خروجي موثر مي باشد.شكل زير نمونهه اي از اين پخش كننده ها را نشان ميدهد.
رينگهاي سایشي (Wear Ring/b)
درپمپهاي سانتريفوژ، براي به حداقل رساندن ميزان نشتي مايع از ناحيه فشار بالا تا ناحيه فشار مكش،معمولا رينگهاي سايشي در پوسته وهمچنين در قسمت مكش ازز قطر خارجي چشم پروانه قرار داده مي شود.براي كاهش بيشتر اين مقدار نشتي مي توان رينگهاي سايشي را درقسمت قطر داخلي كاور پوسته وهمچنين در قسمت پشت پروانه نيز قرار داد.شكل زير را ببينيد.
1. خلاصي بين رينگ سايشي ومحل قرارگيري آن ناچیز بوده وهمچنين سختي جنس اين رينگها نسبت به جاهايي كه قرار مي گيرند(مثلا در پوسته وپروانه) به جهتت جلوگيري از بروز پديده گالينگ(:Gallingاصطكاك ناشي از حركت لغزشي دو سطح زبر بر روي هم)اندكي با يكديگر فرق خواهد داشت.روانكاري رينگهاي سايشي بوسيله مايع موجود در پمپاژ صورت مي پذيرد.(سيال موجود درپمپ).درصورت سایش بیش از حد رینگهای سایشی ،میزان لقی نسز افزایش یافته وجریان بیشتری از قسمت خروجی پمپ به ناحیه مکش وارد میگردد.اين نيز خود كاهش ميزان بازدهی پمپ را به همراه خواهد داشت.در استاندارد API 610 خلاصي هاي مربوط به اين قطعات ارائه گرديده است.
پروانه ها (Impellers)
پروانه ها را مي توان بعنوان قلب يك پمپ سانتريفوژ در نظر گرفت .اين قطعه تنها قطعه اي در پمپ بوده كه توليد هد (انرژي) مي كند.بنابراين لازمست در طراحي آنهادقتت لازم صورت گرفته تا بتوانند با كمترين اتلاف مايع را پمپاژ كنند.همواره سه طرح اصلي از پروانه ها وجود دارد كه اين سه طرح عبارتند از:نوع بسته((Enclosed Type و نوع باز((Open Type ونوع نیمه باز(Semi open) .شكل زير را ببينيد.
در پروانه هاي با طرح بسته ،سیال از قسمت چشم پروانه وارد شده وتوسط صفحات موجود در جلو وعقب پروانه (که به دوطرف پره ها متصل شده اند)مهارر میگردد.برخلاف پروانه های باز، درپروانه های بسته هیچگونه جریانی در امتداد دیواره پوسته وقسمت مکش پمپ وجود ندارد.همانگونه كه در فصل قبل توضيح داده شد چرخش جريان از ناحيه پرفشار به طرف ناحيه مكش را مي توان دراینگونه پروانه ها با استفاده از رينگهاي سايشي با خلاصي بسته به حداقل رساند.
در پروانه هاي با طرح باز ممكن است كه پره ها با عمليات ريختگي بصورت يكپارچه با توپي اصلي بوده ومعمولا فاقد هرگونه ديواره اي مي باشند.در اين طرح لازم ميگرددد كه درنصب پروانه ،لقی اندکی بین پروانه ودیواره پوسته وجود داشته باشد.اين خلاصي اندک باعث به حداقل رسانيدن چرخش مجدد سیال از ناحيه پر فشار خروجي تا ناحيه کم فشار مكش ميگردد.بازدهي پروانه هاي باطرح باز كمتر از بازدهي پروانه ها با طرح بسته مي باشد.اگر خلاصي بين تيغه پروانه وديواره پوسته افزايش يابد آنگاه ممكن است با برخي تنظيمات بتوان ميزان اين خلاصي را كمتركرد.پروانه هاي باز در سرويسهاي هيدروكربني مورد استفاده قرار نمي گيرند.
براساس یک طبقه بندی دیگر می توان پروانه ها را بصورت تک مکشه ودو مکشه تقسیم بندی نمود.اصطلاح تك مكشي ويا مكشي دوبل برگرفته از تعداد ورودي ها بهه پروانه مي باشد.يك پروانه با طرح تك مكشي داراي يك ورودي بوده وپروانه با مكش دوبل داراي دو ورودي به پروانه مي باشد.شكل زير را ببينيد.
سطح مكش بزرگتر در يك پروانه با مكش دوبل این اجازه را به پمپ ميدهد كه با هد مكش مثبت كمتري براي يك ظرفيت معين نسبت به پروانه با مكش تكي كار كند.زيراا سطح جریان ورودی به پره های پروانه افزایش یافته است.اين خود باعث ميگردد كه از ميزان افت فشار از قسمت مكش پمپ تا پره ها درقسمت چشم پروانه كاسته شده وبنابراين از ميزان NPSH مورد نياز نيز كاسته مي شود.
سرعت ويژه (Specific Speed)
سرعت ويژه يك مقداربدون بعد بوده وتابعي از سرعت پمپ ،جريان وهد مي باشد.
سرعت ويژه هم در پمپ وهم دركمپرسور براي بهينه کردن بازده پمپ درهد ودبی مورد نظر استفاده می شود.درطراحی پمپها،سرعت ويژه براي بهينه سازي پارامترهاي زير مورد استفاده قرارميگيرد:
• سرعت جريان در خروجي پروانه
• سرعت لبه پروانه((Impeller Tip Speed
• زواياي تيغه ورودي وخروجي پروانه
• سرعت دهانه خروجي((Discharge Throat Velocity
در شكل زير نمودارسرعت ويژه يك پمپ در برابر بازده براي نرخهاي جريان متفاوت ترسيم گرديده است.البته اين يك نمودار نمونه بوده واز يك سازنده به سازنده ديگربرر اساس سرعتهاي ويژه پمپ اندكي با هم متفاوت خواهد بود.اين نمودار مي تواند به منظور تخمینی درتعیین توان مورد نياز پمپ مورد استفاده قرار بگيرد.
هد توليد شده توسط پروانه
قطرپروانه
پهناي خروجي پروانه((b2
گراويته ويژه
براي بالانس فشار در اطراف محيط پروانه ها در يك پوسته مارپيچ پمپ چند مرحله اي ،اگر سايز اجازه بدهد بايد از طرحهاي مارپيچ دوبل استفاده شود.
در بسياري از پمپهاي چند مرحله اي مخصوصا پمپهايي كه پوسته آنها دوتكه شعاعي باشد مي توان از پخش كننده هاي تيغه دار((Vaned Diffusers جهت تبديل انرژيي جنبشي به انرژي فشاري استفاده كرد.
تيغه ها بگونه اي طراحي مي شوند كه باعث افزايش سطح جريان مايع گرديده واين خود دركاهش سرعت از قسمت ورودي به خروجي موثر مي باشد.شكل زير نمونهه اي از اين پخش كننده ها را نشان ميدهد.
رينگهاي سایشي (Wear Ring/b)
درپمپهاي سانتريفوژ، براي به حداقل رساندن ميزان نشتي مايع از ناحيه فشار بالا تا ناحيه فشار مكش،معمولا رينگهاي سايشي در پوسته وهمچنين در قسمت مكش ازز قطر خارجي چشم پروانه قرار داده مي شود.براي كاهش بيشتر اين مقدار نشتي مي توان رينگهاي سايشي را درقسمت قطر داخلي كاور پوسته وهمچنين در قسمت پشت پروانه نيز قرار داد.شكل زير را ببينيد.
1. خلاصي بين رينگ سايشي ومحل قرارگيري آن ناچیز بوده وهمچنين سختي جنس اين رينگها نسبت به جاهايي كه قرار مي گيرند(مثلا در پوسته وپروانه) به جهتت جلوگيري از بروز پديده گالينگ(:Gallingاصطكاك ناشي از حركت لغزشي دو سطح زبر بر روي هم)اندكي با يكديگر فرق خواهد داشت.روانكاري رينگهاي سايشي بوسيله مايع موجود در پمپاژ صورت مي پذيرد.(سيال موجود درپمپ).درصورت سایش بیش از حد رینگهای سایشی ،میزان لقی نسز افزایش یافته وجریان بیشتری از قسمت خروجی پمپ به ناحیه مکش وارد میگردد.اين نيز خود كاهش ميزان بازدهی پمپ را به همراه خواهد داشت.در استاندارد API 610 خلاصي هاي مربوط به اين قطعات ارائه گرديده است.
پروانه ها (Impellers)
پروانه ها را مي توان بعنوان قلب يك پمپ سانتريفوژ در نظر گرفت .اين قطعه تنها قطعه اي در پمپ بوده كه توليد هد (انرژي) مي كند.بنابراين لازمست در طراحي آنهادقتت لازم صورت گرفته تا بتوانند با كمترين اتلاف مايع را پمپاژ كنند.همواره سه طرح اصلي از پروانه ها وجود دارد كه اين سه طرح عبارتند از:نوع بسته((Enclosed Type و نوع باز((Open Type ونوع نیمه باز(Semi open) .شكل زير را ببينيد.
در پروانه هاي با طرح بسته ،سیال از قسمت چشم پروانه وارد شده وتوسط صفحات موجود در جلو وعقب پروانه (که به دوطرف پره ها متصل شده اند)مهارر میگردد.برخلاف پروانه های باز، درپروانه های بسته هیچگونه جریانی در امتداد دیواره پوسته وقسمت مکش پمپ وجود ندارد.همانگونه كه در فصل قبل توضيح داده شد چرخش جريان از ناحيه پرفشار به طرف ناحيه مكش را مي توان دراینگونه پروانه ها با استفاده از رينگهاي سايشي با خلاصي بسته به حداقل رساند.
در پروانه هاي با طرح باز ممكن است كه پره ها با عمليات ريختگي بصورت يكپارچه با توپي اصلي بوده ومعمولا فاقد هرگونه ديواره اي مي باشند.در اين طرح لازم ميگرددد كه درنصب پروانه ،لقی اندکی بین پروانه ودیواره پوسته وجود داشته باشد.اين خلاصي اندک باعث به حداقل رسانيدن چرخش مجدد سیال از ناحيه پر فشار خروجي تا ناحيه کم فشار مكش ميگردد.بازدهي پروانه هاي باطرح باز كمتر از بازدهي پروانه ها با طرح بسته مي باشد.اگر خلاصي بين تيغه پروانه وديواره پوسته افزايش يابد آنگاه ممكن است با برخي تنظيمات بتوان ميزان اين خلاصي را كمتركرد.پروانه هاي باز در سرويسهاي هيدروكربني مورد استفاده قرار نمي گيرند.
براساس یک طبقه بندی دیگر می توان پروانه ها را بصورت تک مکشه ودو مکشه تقسیم بندی نمود.اصطلاح تك مكشي ويا مكشي دوبل برگرفته از تعداد ورودي ها بهه پروانه مي باشد.يك پروانه با طرح تك مكشي داراي يك ورودي بوده وپروانه با مكش دوبل داراي دو ورودي به پروانه مي باشد.شكل زير را ببينيد.
سطح مكش بزرگتر در يك پروانه با مكش دوبل این اجازه را به پمپ ميدهد كه با هد مكش مثبت كمتري براي يك ظرفيت معين نسبت به پروانه با مكش تكي كار كند.زيراا سطح جریان ورودی به پره های پروانه افزایش یافته است.اين خود باعث ميگردد كه از ميزان افت فشار از قسمت مكش پمپ تا پره ها درقسمت چشم پروانه كاسته شده وبنابراين از ميزان NPSH مورد نياز نيز كاسته مي شود.
سرعت ويژه (Specific Speed)
سرعت ويژه يك مقداربدون بعد بوده وتابعي از سرعت پمپ ،جريان وهد مي باشد.
سرعت ويژه هم در پمپ وهم دركمپرسور براي بهينه کردن بازده پمپ درهد ودبی مورد نظر استفاده می شود.درطراحی پمپها،سرعت ويژه براي بهينه سازي پارامترهاي زير مورد استفاده قرارميگيرد:
• سرعت جريان در خروجي پروانه
• سرعت لبه پروانه((Impeller Tip Speed
• زواياي تيغه ورودي وخروجي پروانه
• سرعت دهانه خروجي((Discharge Throat Velocity
در شكل زير نمودارسرعت ويژه يك پمپ در برابر بازده براي نرخهاي جريان متفاوت ترسيم گرديده است.البته اين يك نمودار نمونه بوده واز يك سازنده به سازنده ديگربرر اساس سرعتهاي ويژه پمپ اندكي با هم متفاوت خواهد بود.اين نمودار مي تواند به منظور تخمینی درتعیین توان مورد نياز پمپ مورد استفاده قرار بگيرد.
ياتاقانها (Bearings)
وظايف ياتاقانها
برای نگهداری شفت ومتعلقات ان درجای خود وهمچنین کاهش اصطکاک شفت ومحفظه دربرگیرنده آن از یاتاقان استفاده می شود.ياتاقانها براي اجزاي دوار بعنوان تكيهه گاه ونگه دارنده عمل کرده و براي انتقال بارهاي محوري وشعاعي مورد استفاده قرار میگیرند.رابطه اصلي براي هر طرحي از ياتاقانها بصورت زير مي باشد:
در بسياري از موارد ممكن است كه يك ياتاقان ساليان زيادي كار كرده ولي ناگهان خراب مي شود.اين ايراد كه تغيير در مشخصات عملكردي را بوجود آورده معمولا در اثرر يك تغيير در نيروهاي عمل كننده بر روي ياتاقان مي باشد.درشكل زير فاكتورهايي كه مي توانند بار(نيرو) ياتاقان را افزايش دهند ارائه گرديده است:
منابع نيروها(بارها)
افزايش نيروهاوگشتاور وارده از طرف لاینها
نيروهاي وارده طرف از فونداسيون(سست بودن پایه ها،نشستهای مختلف در قسمتهای مختلف پایه)
گيركردن مواد درداخل پمپ
عدم همراستايي (بين موتور وپمپ)
ناميزاني((Umbalance
سایش
لقی های نامناسب در مونتاژ
انبساط حرارتي اجزاءوقطعات(خنک کاری نامناسب ،افزايش بيش از حد دماي كاركرد)
نيروهاي شعاعي(مارپيچ تكي-كاركرد د رخارج از ناحيه طراحي)
چيدمان ناقص پايپينگ(اين چيدمان ناقص باعث پخش جريان غيريكسان در پمپ ميگردد)
در اين قسمت قصد داريم تا درخصوص وظايف وانواع مختلف ياتاقانهاي مورد استفاده در پمپها بحث كنيم.
همواره سه نوع ياتاقان اصلي در پمپهاي سانتريفوژ مورد استفاده قرار مي گيرد.شكل زير را ببينيد.
انواع اصلي ياتاقانها
یاتاقان ضداصطكاكي (Anti-Friction)
یاتاقان هيدروديناميك روانكاري شده بافیلم روغن
یاتاقان هيدروديناميكي باروانكاري تحت فشار
راهنمايي هاي كاربردي
در پمپهاي سانتريفوژ موجود درصنايع فرايندي معمولا از ياتاقانهايي كه مختص نوع طراحي پمپ وكاربرد آن می باشد استفاده مي شود.شكل زيررا ببينيد.
عمر اسمی یا L-10 دریاتاقانهای ضد اصطکاکی به اینصورت تعریف میشود:تعداد ساعاتی که 90% از یاتاقانهای مشابه دریک گروه،در بار اسمی یاتاقان وپیش از بروز شواهد خرابی کار کنند ویااینکه حداقل 90% از این یاتاقانها بیش از 25000 ساعت کارکنند.خرابی عموما بصورت 100% افزایش در ارتعاشات اندازه گیری شده دریاتاقان تعریف می شود.
استاندارد API 610 پیشنهاد می کند درصورتی که حاصلضرب توان اسمی پمپ(اسب بخار) درسرعت اسمی پمپ (دور در دقیقه) از 2.7 میلیون فراتر برودازیاتاقانهایی هیدرودینامیکی تحت فشاراستفاده گردد. سيستم روانكاري فشار ممكن است بصورت يكپارچه يا مجزا باشد اما حداقل بايد داراي يك پمپ روغن،مخزن،فيلتر،خنک کننده،كنترل کننده ها وتجهيزات اندازه گيري باشد.
عددdN برابر با حاصلضرب سايز ياتاقان (سوراخ آن برحسب واحد ميلي متر) درسرعت اسمي بر حسب دور بردقيقه مي باشد.اين عدد جهت اندازه گيري گرمايي اصطكاكي توليد شده بكار رفته و اندازه گيري اين گرما در تعيين نوع ياتاقان مورد استفاده ونوع سيستم روانكاري مورد نيازميگردد.شكلهاي زير ارتباط بين اين دو فاكتور مهم(L-10 و(dN را نشان ميدهند.
ياتاقانهاي ضداصطكاكي یا غلتشی((Anti-Friction bearings
بلبرينگها
ازجمله عمومي ترين ياتاقانهاي ضداصطكاكي كه در پمپهاي سانتريفوژ جهت انتقال بارهاي شعاعي ومحوري مورد استفاده قرار ميگيرند،بلبرينگها مي باشد.طراحي هرنوعع از اين ياتاقانها داراي مزيتهاي منحصر بفردي جهت تحمل وانتقال بارهاي ويژه مي باشند.شكل زير را ببينيد.
رولبرينگها Roller Bearings
رولبرينگها ي ضداصطكاكي قادر هستند نيروهاي شعاعي خالص ،نيروهاي محوري خالص ويا تركيب متفاوتي از ايندو را تحمل نمايند.اين ياتاقانها را مي توان در قسمت ميلل لنگ بخش قدرت بسياري از پمپهاي قدرت مورد استفاده قرار داد.شكل زير را ببينيد.
روانكاري (Lubrication)
مقصود وهدف اصلي از روانكاري در ياتاقانهاي ضداصطكاكي افزايش عمر ياتاقان ،جدانگهداشتن رولرها يا گوي ها،پخش كردن حرارت ايجاد شده وهدايت شده به داخلل ياتاقان وهمچنين جلوگيري از خوردگي مي باشد.
روشهاي متنوعي براي روغنكاري ياتاقانهاي بلبرينگي ورولبرينگي وجود داشته كه دوتا از اين روشها كه نسبت به روشهاي ديگر عمومي تر مي باشند عبارتند از :
1) روانكاري بوسيله رينگ روغن ((Ring Oil
2) روانكاري غوطه وری ((Flooded
شكلهاي زير را ببينيد.
توجه:
هر دو روش روانكاري معمولا داراي روغن دانهايي((Oilers با سطح روغن ثابت مي باشند كه وظيفه اين روغن دانها آنستكه سطح روغن را در محفظه ياتاقان در ارتفاعع مشخص شده حفظ نمايند.توجه داشته باشيد كه سطح روغن در سطح ثابت روغن دانها به هيچ وجه سطح روغن موجود در محفظه ياتاقان نمي باشد.سطح ثابت روغن دانها در واقع مخزني است كه وظيفه ان تامين روغن جهت نگه داشتن سطح ثابتي از روغن در محفظه ياتاقان مي باشد.سطح مناسب روغن بايد با بازرسي چشمي ويا با استفاده از يك خط كش بازديد روغن ((Dipstick مورد تائيد وتصديق قرار بگيرد.
روانكاري با بخار روغن((Oil Mist Lubrication نيز از جمله روشهاي قابل قبول ديگر در روانكاري ياتاقانهاي ضد اصطكاكي مي باشد.در اين روش ، هواي فشرده قطراتت كوچك از يك روغن مخصوص را از مخزن به محل استفاده منتقل ميكند .اين سيستم روانكاري از نظر مصرف روغن اقتصادي بوده ودر بسياري از مصارف جهت كنترل اصطكاك توانايي لازم را دارا مي باشد.اين روش يك محيط كنترل شده اي را در محفظه ياتاقان در وضعيتهايي كه پمپ درحال كار بوده ويا متوقف مي باشد فراهم مي اورد.در اين روش يك وسيله توليد كننده بخار روغن اغلب جهت ايجاد سرويس براي تعداد زيادي از پمپها بطور همزمان مورد استفاده قرار ميگيرد.
وظايف ياتاقانها
برای نگهداری شفت ومتعلقات ان درجای خود وهمچنین کاهش اصطکاک شفت ومحفظه دربرگیرنده آن از یاتاقان استفاده می شود.ياتاقانها براي اجزاي دوار بعنوان تكيهه گاه ونگه دارنده عمل کرده و براي انتقال بارهاي محوري وشعاعي مورد استفاده قرار میگیرند.رابطه اصلي براي هر طرحي از ياتاقانها بصورت زير مي باشد:
در بسياري از موارد ممكن است كه يك ياتاقان ساليان زيادي كار كرده ولي ناگهان خراب مي شود.اين ايراد كه تغيير در مشخصات عملكردي را بوجود آورده معمولا در اثرر يك تغيير در نيروهاي عمل كننده بر روي ياتاقان مي باشد.درشكل زير فاكتورهايي كه مي توانند بار(نيرو) ياتاقان را افزايش دهند ارائه گرديده است:
منابع نيروها(بارها)
افزايش نيروهاوگشتاور وارده از طرف لاینها
نيروهاي وارده طرف از فونداسيون(سست بودن پایه ها،نشستهای مختلف در قسمتهای مختلف پایه)
گيركردن مواد درداخل پمپ
عدم همراستايي (بين موتور وپمپ)
ناميزاني((Umbalance
سایش
لقی های نامناسب در مونتاژ
انبساط حرارتي اجزاءوقطعات(خنک کاری نامناسب ،افزايش بيش از حد دماي كاركرد)
نيروهاي شعاعي(مارپيچ تكي-كاركرد د رخارج از ناحيه طراحي)
چيدمان ناقص پايپينگ(اين چيدمان ناقص باعث پخش جريان غيريكسان در پمپ ميگردد)
در اين قسمت قصد داريم تا درخصوص وظايف وانواع مختلف ياتاقانهاي مورد استفاده در پمپها بحث كنيم.
همواره سه نوع ياتاقان اصلي در پمپهاي سانتريفوژ مورد استفاده قرار مي گيرد.شكل زير را ببينيد.
انواع اصلي ياتاقانها
یاتاقان ضداصطكاكي (Anti-Friction)
یاتاقان هيدروديناميك روانكاري شده بافیلم روغن
یاتاقان هيدروديناميكي باروانكاري تحت فشار
راهنمايي هاي كاربردي
در پمپهاي سانتريفوژ موجود درصنايع فرايندي معمولا از ياتاقانهايي كه مختص نوع طراحي پمپ وكاربرد آن می باشد استفاده مي شود.شكل زيررا ببينيد.
عمر اسمی یا L-10 دریاتاقانهای ضد اصطکاکی به اینصورت تعریف میشود:تعداد ساعاتی که 90% از یاتاقانهای مشابه دریک گروه،در بار اسمی یاتاقان وپیش از بروز شواهد خرابی کار کنند ویااینکه حداقل 90% از این یاتاقانها بیش از 25000 ساعت کارکنند.خرابی عموما بصورت 100% افزایش در ارتعاشات اندازه گیری شده دریاتاقان تعریف می شود.
استاندارد API 610 پیشنهاد می کند درصورتی که حاصلضرب توان اسمی پمپ(اسب بخار) درسرعت اسمی پمپ (دور در دقیقه) از 2.7 میلیون فراتر برودازیاتاقانهایی هیدرودینامیکی تحت فشاراستفاده گردد. سيستم روانكاري فشار ممكن است بصورت يكپارچه يا مجزا باشد اما حداقل بايد داراي يك پمپ روغن،مخزن،فيلتر،خنک کننده،كنترل کننده ها وتجهيزات اندازه گيري باشد.
عددdN برابر با حاصلضرب سايز ياتاقان (سوراخ آن برحسب واحد ميلي متر) درسرعت اسمي بر حسب دور بردقيقه مي باشد.اين عدد جهت اندازه گيري گرمايي اصطكاكي توليد شده بكار رفته و اندازه گيري اين گرما در تعيين نوع ياتاقان مورد استفاده ونوع سيستم روانكاري مورد نيازميگردد.شكلهاي زير ارتباط بين اين دو فاكتور مهم(L-10 و(dN را نشان ميدهند.
ياتاقانهاي ضداصطكاكي یا غلتشی((Anti-Friction bearings
بلبرينگها
ازجمله عمومي ترين ياتاقانهاي ضداصطكاكي كه در پمپهاي سانتريفوژ جهت انتقال بارهاي شعاعي ومحوري مورد استفاده قرار ميگيرند،بلبرينگها مي باشد.طراحي هرنوعع از اين ياتاقانها داراي مزيتهاي منحصر بفردي جهت تحمل وانتقال بارهاي ويژه مي باشند.شكل زير را ببينيد.
رولبرينگها Roller Bearings
رولبرينگها ي ضداصطكاكي قادر هستند نيروهاي شعاعي خالص ،نيروهاي محوري خالص ويا تركيب متفاوتي از ايندو را تحمل نمايند.اين ياتاقانها را مي توان در قسمت ميلل لنگ بخش قدرت بسياري از پمپهاي قدرت مورد استفاده قرار داد.شكل زير را ببينيد.
روانكاري (Lubrication)
مقصود وهدف اصلي از روانكاري در ياتاقانهاي ضداصطكاكي افزايش عمر ياتاقان ،جدانگهداشتن رولرها يا گوي ها،پخش كردن حرارت ايجاد شده وهدايت شده به داخلل ياتاقان وهمچنين جلوگيري از خوردگي مي باشد.
روشهاي متنوعي براي روغنكاري ياتاقانهاي بلبرينگي ورولبرينگي وجود داشته كه دوتا از اين روشها كه نسبت به روشهاي ديگر عمومي تر مي باشند عبارتند از :
1) روانكاري بوسيله رينگ روغن ((Ring Oil
2) روانكاري غوطه وری ((Flooded
شكلهاي زير را ببينيد.
توجه:
هر دو روش روانكاري معمولا داراي روغن دانهايي((Oilers با سطح روغن ثابت مي باشند كه وظيفه اين روغن دانها آنستكه سطح روغن را در محفظه ياتاقان در ارتفاعع مشخص شده حفظ نمايند.توجه داشته باشيد كه سطح روغن در سطح ثابت روغن دانها به هيچ وجه سطح روغن موجود در محفظه ياتاقان نمي باشد.سطح ثابت روغن دانها در واقع مخزني است كه وظيفه ان تامين روغن جهت نگه داشتن سطح ثابتي از روغن در محفظه ياتاقان مي باشد.سطح مناسب روغن بايد با بازرسي چشمي ويا با استفاده از يك خط كش بازديد روغن ((Dipstick مورد تائيد وتصديق قرار بگيرد.
روانكاري با بخار روغن((Oil Mist Lubrication نيز از جمله روشهاي قابل قبول ديگر در روانكاري ياتاقانهاي ضد اصطكاكي مي باشد.در اين روش ، هواي فشرده قطراتت كوچك از يك روغن مخصوص را از مخزن به محل استفاده منتقل ميكند .اين سيستم روانكاري از نظر مصرف روغن اقتصادي بوده ودر بسياري از مصارف جهت كنترل اصطكاك توانايي لازم را دارا مي باشد.اين روش يك محيط كنترل شده اي را در محفظه ياتاقان در وضعيتهايي كه پمپ درحال كار بوده ويا متوقف مي باشد فراهم مي اورد.در اين روش يك وسيله توليد كننده بخار روغن اغلب جهت ايجاد سرويس براي تعداد زيادي از پمپها بطور همزمان مورد استفاده قرار ميگيرد.
به مشخصات اين سيستم در زير اشاره شده است:
مشخصات سيستم روانکاری بخار روغن
مشخصات اين سيستم عبارتست از:
توليد كننده بخار روغن مخلوطي از هوا وروغن پودري شده تحت فشار را مهيا مي كند.
دماي كاركرد در نتيجه جريان هوا كاهش يافته ولذا از تجمع وانبارش روغن بيش از حد ممانعت ميگردد.
مصرف روغن كم مي باشد .مصرف روغن بوسيله تجهيزات اندازه گيري كنترل مي شود.
از ورود هر گونه الودگي وشن وماسه و... جلوگيري مي شود.زيرا هوا در اين سيستم تحت فشار مي باشد.
منبع قابل اطمینان وپیوسته ای از روانکار در دسترس می باشد.
مي توان بعنوان پشتيبان اين سيستم از رينگ روغن جهت روانكاري استفاده نمود.
ياتاقانهاي هيدروديناميكي (Hydrodynamic Bearings)
وظيفه اصلي ياتاقانهاي هيدروديناميكي آنستكه با استفاده از يك فيلم روغن كه ضخامت آن كمتر از يك هزارم اينچ مي باشد باعث نگه داشته شدن محور بصورت پيوستهه ميگردند.انواع مختلفي از اين ياتاقانها وجود دارد.شكل زير را ببينيد.
ياتاقانهاي بوشي یا استینی (Sleeve Bearings)
اين ياتاقانها عموما بعنوان ياتاقانهاي شعاعي در پمپهاي سانتريفوژ مورد استفاده قرار مي گيرند.روانكاري اين ياتاقانها معمولا بوسيله يك سيستم بافشارخارجی تامينن گرديده ولي در برخي موارد كه سرعت كم مي باشد(Dn كمتراز400000)مي توان از سيستم روانكاري با رينگ روغن در آنها استفاده نمود.
ياتاقانهاي لقمه ای (Tilt Pad Bearings)
اين ياتاقانها گاهي اوقات در مواردي كه پمپهاي سانتريفوژ داراي توان بالا وسرعت بالا بوده وممكن است درخصوص پايداري محور انها نگراني وجود داشته باشد موردد استفاده قرار ميگيرند.روانكاري اين ياتاقانها هميشه از نوع روانكاري با روغن تحت فشار مي باشد.
یاتاقانهای چند قطعه ای (Multi lobe Bearings)
اين نوع ياتاقان كمتر در پمپهاي سانتريفوژ مورد استفاده قرار مي گيرد.اما مي توان از آنها در پمپهايي كه سرعت بالایي داشته ورسیدن به دمپینگ وسفتی بالا در انها مدد نظر است مورد استفاده قرار بگیرند.(البته بیشتر سازندگان یاتاقانهای لقمه ای را انتخاب می کنند).
عملكرد ياتاقانهای هيدروديناميك
هنگاميكه حركت متوقف مي باشد آنگاه سر محور Journal در قسمت پائين ياتاقان وكف قرار مي گيرد.(شكل a)
هنگاميكه محور شروع به چرخيدن كردآنگاه چرخش آن بگونه اي است كه به سمت چپ چرخيده ونقطه تماس آن به سمت چپ منتقل مي شود.در اينحالت يك فيلم نازكك روغن بين سطوح تماس بوجود آمده واصطكاك سيال در اثر تماس فلز با فلز از بين ميرود.(شکل b)
سپس محور در اين وضعيت لغزیده وچرخش آغاز شده ودرنتيجه روغن بيشتري به داخل سطوح كشيده شده وفيلم ضخيمي از روغن در بين انها تشكيل شده وباعث بلندد شدن سر محور ميگردد.هنگاميكه سرعت چرخش افزايش يابد آنگاه روغن كشيده شده به زير سر محور باعث ايجاد فشاري شده كه به سر محور نيرو وارد كرده تا آنرابه سمت بالا وسمت راست مسير چرخش نشان داده شده نگه داردتا به يك حالت تعادل ودریک نقطه بالقی حداقل برسد.(شكل(C
هنگاميكه در زير سر محور فيلم روغن ايجاد شد آنگاه مركز محور منتقل شده وموقعيت نقطه داراي خلاصي حداقل به دور از خط نيرو(بار) ميگردد.فشار توزيع شده در سرتاسر ياتاقان متفاوت بوده وحداكثر واحد فشار به مقداري در حدود دوبرابر متوسط فشار در سطح تصوير شده ياتاقان ميرسد.شكل زير را ببينيد.
واحد مجاز فشار ((psi تابعي از نيروهاي استاتيكي وديناميكي وهمچنين ابعاد واندازه ياتاقان مي باشد.(سطح تصوير شده).
معیار صنعتي براي ياتاقانهایی که بطور پیوسته تحت بارگذاری می باشند در محدوده فشارهاي ممتد بين 50-300psi مي باشد.اگر فشار از مقدار 300psi تجاوز كند آنگاهه مي تواند منجر به از بين رفتن فيلم روغن شده وبه تبع آن باعث تماس فلز با فلز ميگردد.
تجهيزات بالانس (Balancing Devices)
پمپهاي تک و چند مرحله اي برای محدود کردن فشارجانبی وارده،نیاز به بالانس هیدرولیک دارنددرحالیکه پروانه های دو مکشه از نظر تئوری خود به خود بالانسس هیدرولیکی می باشند.شكل زير را ببينيد.
در پروانه با مكش تكي،نيروهاي محوري هميشه به طرف مكش مي باشند.هنگاميكه اين نوع پروانه در يك پمپ سانتريفوژ تك مرحله اي از نوع پروانه معلق((Overhung نصب شود آنگاه بر روي پروانه معمولا سوراخهايي تعبيه ميگردد كه وظيفه آنها كمك به حفظ تعادل فشار درجعبه آب بندي(Stuffing (Boxبا فشار مكش در پمپ مي باشد.دربيشتر پمپهاي سانتريفوژ باپروانه معلق براي كاهش نيروهاي محوري وتخليه فضاي بين پروانه ومحفظه آب بندي جهت اجازه عبور جريان از محفظه اب بندي به درون پمپ از پره هايي كه ماشينكاري شده ودر پشت توپي پروانه قرار مي گيرند استفاده مي شود.
در يك پمپ سانتريفوژ چند مرحله اي براي به حداقل رساندن نيروهاي محوري از دو روش استفاده مي گردد كه ايندو عبارتند از: بكاربردن پروانه ها درمقابل يكديگر وياا استفاده از تجهيز بالانس هيدروليك.
شكل زير را ببينيد.
از جمله مزاياي بكارگيري پروانه ها در مقابل يكديگر در پمپهاي چند مرحله اي آنستكه نيروهاي محوري در اين نوع چيدمان صفر ميگردد.البته اندکی فشار محوری وجودد داردوانهم ناشی از نشتی در عرض بوشها ودرسرتاسر شفت می باشد.
براي انتقال نيروهاي محوري توسط ياتاقان محوري وهمچنين نيروهاي محوري اضافه شده در اثر افزايش خلاصي در اين ياتاقانها لازمست تا اين ياتاقانها به درستي سايزز شوند.علاوه بر اين در پمپهاي تك مرحله اي بامكش دوبل،طرح پايپينگ فرايندمي تواند باعث ناميزاني در نيروي محوري گردد كه اين مهم هنگامي رخ ميدهد كه اغتشاش در قسمت لاين مكش در اثر توزيع غير يكسان جريان در هرپروانه بوجود بيايد.بعنوان يك قانون كلي ، دركليه پمپهايي كه پروانه هاي انها داراي مكش دوبل مي باشند لوله مکش پمپ بايدمستقیم وطول ان به اندازه 5-10 برابر قطر از قسمت مكش پمپ فاصله داشته باشد.
همانگونه كه در شكل زير نشان داده شده ، استفاده از استوانه تعادل(Balance (Drum بعنوان يك روش سنتي ومتعارف در كاهش نيروي محوري هيدروليكي درپمپهايي سانتريفوژ چند مرحله اي است كه پروانه هاي آنهابصورت پشت سرهم ((Tandem قرار گرفته اند.
البته بايد توجه داشت كه استوانه تعادل به خودي خود يك وسيله جبران كننده نبوده ودرهنگام بروز سايش ويا بازشدن خلاصي ها،مقدار نيروي محوري افزايش خواهدد يافت واين استوانه تعادل نمي تواند خودبه خود باعث تعادل گردد.براي جلوگيري از حركت جلو وعقب رفتن محور بهترين روش این است که استوانه بالانس برای اندک فشار باقیمانده طراحی گردد.برای اين منظور قطر استوانه باید بگونه ای انتخاب گردد که همواره اندکی نیروی فشاری درجهت مکش یا تخلیه وجود داشته باشد.حفره پشت استوانه تعادل درمسير مكش بوده ودرفشاري كه اندكي بالاتر از فشار مكش مي باشد نگه داشته مي شود واين به منظور افت فشار در لاين بالانس مي باشد.براي بررسي معيارهاي سايزينگ ياتاقانهاي تراست یاکف گرد((Thrust Bearings به شكل زير مراجعه كنيد.
معيارهاي اساسي در سايزينگ ياتاقانهاي تراست
ياتاقانهاي تراست براي موارد زير درنظر گرفته شده وسايز مي شوند:
1) نيروهاي محوري خالص ناشی از پروانه ها ونشتي مضاعف حاصل از اين نيروها در مواردي كه ميزان خلاصي استوانه تعادل افزايش مي يابد.
2) نيروهاي محوري(تراست)حاصل از كوپلينگ
تنش وارده بر محور وخار روي آن Shaft and Key Stress
هنگاميكه توان بکارگیری تجهیزات بیش از 25%افزایش پیدا کند انگاه عامل محدود کننده تنش موجود در شفت وخار تنش برشی بوده که از گشتاور تجهیز حاصل میگرددد ويا در مواردي كه با توجه به آناليز عيب يابي مشخص گردد كه بايد محور ويا جاي خار((Keyway تعويض گردند درتمامي اين مواردبايد تنشهاي محور وجای خار مورد بازرسي قرار بگيرند.تنش وارده به محور ويا خار هميشه به تنش برشي(Shear (Stress محدود مي شودزيرا اين تنش بوسيله نيرو(گشتاور) حاصل از تجهيزات بوجود مي ايد.شكل زير واقعيتهايي را در اين زمينه ارائه نموده است.
در موارد زير لازم است كه تنش محور وخار را هميشه چك كنيد:
1) اگر درانتهاي محور ويا خار صدمه اي رويت گردد.
2) اگر درتجهيزات جهت انتقال توان اضافي تغييراتي داده شود(به روز شوند)
تنش برشي محور در ابتدا محاسبه شده واين تنش تابعي از گشتاور منتقل شده (نسبت توان/سرعت محور)وتوان سوم قطر محور مي باشد.اين روابط در شكل زير نشانن داده شده است.
مشخصات سيستم روانکاری بخار روغن
مشخصات اين سيستم عبارتست از:
توليد كننده بخار روغن مخلوطي از هوا وروغن پودري شده تحت فشار را مهيا مي كند.
دماي كاركرد در نتيجه جريان هوا كاهش يافته ولذا از تجمع وانبارش روغن بيش از حد ممانعت ميگردد.
مصرف روغن كم مي باشد .مصرف روغن بوسيله تجهيزات اندازه گيري كنترل مي شود.
از ورود هر گونه الودگي وشن وماسه و... جلوگيري مي شود.زيرا هوا در اين سيستم تحت فشار مي باشد.
منبع قابل اطمینان وپیوسته ای از روانکار در دسترس می باشد.
مي توان بعنوان پشتيبان اين سيستم از رينگ روغن جهت روانكاري استفاده نمود.
ياتاقانهاي هيدروديناميكي (Hydrodynamic Bearings)
وظيفه اصلي ياتاقانهاي هيدروديناميكي آنستكه با استفاده از يك فيلم روغن كه ضخامت آن كمتر از يك هزارم اينچ مي باشد باعث نگه داشته شدن محور بصورت پيوستهه ميگردند.انواع مختلفي از اين ياتاقانها وجود دارد.شكل زير را ببينيد.
ياتاقانهاي بوشي یا استینی (Sleeve Bearings)
اين ياتاقانها عموما بعنوان ياتاقانهاي شعاعي در پمپهاي سانتريفوژ مورد استفاده قرار مي گيرند.روانكاري اين ياتاقانها معمولا بوسيله يك سيستم بافشارخارجی تامينن گرديده ولي در برخي موارد كه سرعت كم مي باشد(Dn كمتراز400000)مي توان از سيستم روانكاري با رينگ روغن در آنها استفاده نمود.
ياتاقانهاي لقمه ای (Tilt Pad Bearings)
اين ياتاقانها گاهي اوقات در مواردي كه پمپهاي سانتريفوژ داراي توان بالا وسرعت بالا بوده وممكن است درخصوص پايداري محور انها نگراني وجود داشته باشد موردد استفاده قرار ميگيرند.روانكاري اين ياتاقانها هميشه از نوع روانكاري با روغن تحت فشار مي باشد.
یاتاقانهای چند قطعه ای (Multi lobe Bearings)
اين نوع ياتاقان كمتر در پمپهاي سانتريفوژ مورد استفاده قرار مي گيرد.اما مي توان از آنها در پمپهايي كه سرعت بالایي داشته ورسیدن به دمپینگ وسفتی بالا در انها مدد نظر است مورد استفاده قرار بگیرند.(البته بیشتر سازندگان یاتاقانهای لقمه ای را انتخاب می کنند).
عملكرد ياتاقانهای هيدروديناميك
هنگاميكه حركت متوقف مي باشد آنگاه سر محور Journal در قسمت پائين ياتاقان وكف قرار مي گيرد.(شكل a)
هنگاميكه محور شروع به چرخيدن كردآنگاه چرخش آن بگونه اي است كه به سمت چپ چرخيده ونقطه تماس آن به سمت چپ منتقل مي شود.در اينحالت يك فيلم نازكك روغن بين سطوح تماس بوجود آمده واصطكاك سيال در اثر تماس فلز با فلز از بين ميرود.(شکل b)
سپس محور در اين وضعيت لغزیده وچرخش آغاز شده ودرنتيجه روغن بيشتري به داخل سطوح كشيده شده وفيلم ضخيمي از روغن در بين انها تشكيل شده وباعث بلندد شدن سر محور ميگردد.هنگاميكه سرعت چرخش افزايش يابد آنگاه روغن كشيده شده به زير سر محور باعث ايجاد فشاري شده كه به سر محور نيرو وارد كرده تا آنرابه سمت بالا وسمت راست مسير چرخش نشان داده شده نگه داردتا به يك حالت تعادل ودریک نقطه بالقی حداقل برسد.(شكل(C
هنگاميكه در زير سر محور فيلم روغن ايجاد شد آنگاه مركز محور منتقل شده وموقعيت نقطه داراي خلاصي حداقل به دور از خط نيرو(بار) ميگردد.فشار توزيع شده در سرتاسر ياتاقان متفاوت بوده وحداكثر واحد فشار به مقداري در حدود دوبرابر متوسط فشار در سطح تصوير شده ياتاقان ميرسد.شكل زير را ببينيد.
واحد مجاز فشار ((psi تابعي از نيروهاي استاتيكي وديناميكي وهمچنين ابعاد واندازه ياتاقان مي باشد.(سطح تصوير شده).
معیار صنعتي براي ياتاقانهایی که بطور پیوسته تحت بارگذاری می باشند در محدوده فشارهاي ممتد بين 50-300psi مي باشد.اگر فشار از مقدار 300psi تجاوز كند آنگاهه مي تواند منجر به از بين رفتن فيلم روغن شده وبه تبع آن باعث تماس فلز با فلز ميگردد.
تجهيزات بالانس (Balancing Devices)
پمپهاي تک و چند مرحله اي برای محدود کردن فشارجانبی وارده،نیاز به بالانس هیدرولیک دارنددرحالیکه پروانه های دو مکشه از نظر تئوری خود به خود بالانسس هیدرولیکی می باشند.شكل زير را ببينيد.
در پروانه با مكش تكي،نيروهاي محوري هميشه به طرف مكش مي باشند.هنگاميكه اين نوع پروانه در يك پمپ سانتريفوژ تك مرحله اي از نوع پروانه معلق((Overhung نصب شود آنگاه بر روي پروانه معمولا سوراخهايي تعبيه ميگردد كه وظيفه آنها كمك به حفظ تعادل فشار درجعبه آب بندي(Stuffing (Boxبا فشار مكش در پمپ مي باشد.دربيشتر پمپهاي سانتريفوژ باپروانه معلق براي كاهش نيروهاي محوري وتخليه فضاي بين پروانه ومحفظه آب بندي جهت اجازه عبور جريان از محفظه اب بندي به درون پمپ از پره هايي كه ماشينكاري شده ودر پشت توپي پروانه قرار مي گيرند استفاده مي شود.
در يك پمپ سانتريفوژ چند مرحله اي براي به حداقل رساندن نيروهاي محوري از دو روش استفاده مي گردد كه ايندو عبارتند از: بكاربردن پروانه ها درمقابل يكديگر وياا استفاده از تجهيز بالانس هيدروليك.
شكل زير را ببينيد.
از جمله مزاياي بكارگيري پروانه ها در مقابل يكديگر در پمپهاي چند مرحله اي آنستكه نيروهاي محوري در اين نوع چيدمان صفر ميگردد.البته اندکی فشار محوری وجودد داردوانهم ناشی از نشتی در عرض بوشها ودرسرتاسر شفت می باشد.
براي انتقال نيروهاي محوري توسط ياتاقان محوري وهمچنين نيروهاي محوري اضافه شده در اثر افزايش خلاصي در اين ياتاقانها لازمست تا اين ياتاقانها به درستي سايزز شوند.علاوه بر اين در پمپهاي تك مرحله اي بامكش دوبل،طرح پايپينگ فرايندمي تواند باعث ناميزاني در نيروي محوري گردد كه اين مهم هنگامي رخ ميدهد كه اغتشاش در قسمت لاين مكش در اثر توزيع غير يكسان جريان در هرپروانه بوجود بيايد.بعنوان يك قانون كلي ، دركليه پمپهايي كه پروانه هاي انها داراي مكش دوبل مي باشند لوله مکش پمپ بايدمستقیم وطول ان به اندازه 5-10 برابر قطر از قسمت مكش پمپ فاصله داشته باشد.
همانگونه كه در شكل زير نشان داده شده ، استفاده از استوانه تعادل(Balance (Drum بعنوان يك روش سنتي ومتعارف در كاهش نيروي محوري هيدروليكي درپمپهايي سانتريفوژ چند مرحله اي است كه پروانه هاي آنهابصورت پشت سرهم ((Tandem قرار گرفته اند.
البته بايد توجه داشت كه استوانه تعادل به خودي خود يك وسيله جبران كننده نبوده ودرهنگام بروز سايش ويا بازشدن خلاصي ها،مقدار نيروي محوري افزايش خواهدد يافت واين استوانه تعادل نمي تواند خودبه خود باعث تعادل گردد.براي جلوگيري از حركت جلو وعقب رفتن محور بهترين روش این است که استوانه بالانس برای اندک فشار باقیمانده طراحی گردد.برای اين منظور قطر استوانه باید بگونه ای انتخاب گردد که همواره اندکی نیروی فشاری درجهت مکش یا تخلیه وجود داشته باشد.حفره پشت استوانه تعادل درمسير مكش بوده ودرفشاري كه اندكي بالاتر از فشار مكش مي باشد نگه داشته مي شود واين به منظور افت فشار در لاين بالانس مي باشد.براي بررسي معيارهاي سايزينگ ياتاقانهاي تراست یاکف گرد((Thrust Bearings به شكل زير مراجعه كنيد.
معيارهاي اساسي در سايزينگ ياتاقانهاي تراست
ياتاقانهاي تراست براي موارد زير درنظر گرفته شده وسايز مي شوند:
1) نيروهاي محوري خالص ناشی از پروانه ها ونشتي مضاعف حاصل از اين نيروها در مواردي كه ميزان خلاصي استوانه تعادل افزايش مي يابد.
2) نيروهاي محوري(تراست)حاصل از كوپلينگ
تنش وارده بر محور وخار روي آن Shaft and Key Stress
هنگاميكه توان بکارگیری تجهیزات بیش از 25%افزایش پیدا کند انگاه عامل محدود کننده تنش موجود در شفت وخار تنش برشی بوده که از گشتاور تجهیز حاصل میگرددد ويا در مواردي كه با توجه به آناليز عيب يابي مشخص گردد كه بايد محور ويا جاي خار((Keyway تعويض گردند درتمامي اين مواردبايد تنشهاي محور وجای خار مورد بازرسي قرار بگيرند.تنش وارده به محور ويا خار هميشه به تنش برشي(Shear (Stress محدود مي شودزيرا اين تنش بوسيله نيرو(گشتاور) حاصل از تجهيزات بوجود مي ايد.شكل زير واقعيتهايي را در اين زمينه ارائه نموده است.
در موارد زير لازم است كه تنش محور وخار را هميشه چك كنيد:
1) اگر درانتهاي محور ويا خار صدمه اي رويت گردد.
2) اگر درتجهيزات جهت انتقال توان اضافي تغييراتي داده شود(به روز شوند)
تنش برشي محور در ابتدا محاسبه شده واين تنش تابعي از گشتاور منتقل شده (نسبت توان/سرعت محور)وتوان سوم قطر محور مي باشد.اين روابط در شكل زير نشانن داده شده است.
