ساختمان پمپ گریز از مرکز
پمپ گریز از مرکز شامل یک محفظه پمپ ثابت (کیسینگ) و یک پروانه نصب شده بر روی شفت دوار تشکیل شده اند. کیسینگ پمپ مرز فشارهای متفاوت را برای پمپ ایجاد می کند و شامل کانالهای مناسب برای هدایت جریان مکش و تخلیه پمپ است. کیسینگ پمپ دارای مجراهای مکش و تخلیه برای عبور جریان اصلی پمپ است و معمولا دارای دریچه و یک پیچ تخلیه برای تخلیه هوای گیر افتاده در کیسینگ پمپ یا تخلیه کیسینگ پمپ برای مقاصد تعمیر و نگهداری است.
شکل 1 دیاگرام ساده شد یک پمپ گریز از مرکز نوعی را نشان می دهد که ماکنهای نسبی اجزای پمپ نظیر مکش، پروانه، حلزونی و تخلیه پمپ را نشان می دهد. کیسینگ پمپ مایع را از محل اتصال مکش به مرکز یا همان چشم پروانه پمپ هدایت می کند.
شکل 1: پمپ گریز از مرکز
پره های پروانه چرخان یک حرکت شعاعی و دوار به مایع می دهند. این کار مایع را به محیط پیرامونی کیسینگ هل می دهد. جایی که در بخش بیرونی کیسینگ پمپ قرار گرفته است و حلزونی نامیده می شود. حلزونی ناحیه ای است که سطح مقطع آن گسترش یافته و به دور کیسینگ پمپ پیچیده است. هدف از حلزونی جمع آوری مایع تخلیه شده از پیرامون پروانه با سرعت زیاد و به تدریج کاهش سرعت سیال با افزایش مساحت عبور جریان است. این کار هد سرعت را به فشار استاتیک تبدیل می کند. سپس مایع از طرق دریچه تخلیه پمپ تخلیه می شود.
در ادامه مقاله ویدئویی درباره عملکرد پمپ های گریز از مرکز که در مرکز تحقیقات موسسه موتور درایو ترجمه و زیرنویس شده است ملاحظه می فرمایید.
پمپ های با حلزونی تکی و دوگانه
پمپ های گریز از مرکز نیز می توانند به گونه ای ساخته شوند که دارای دو حلزونی باشند. هر کدام از آنها مایع تخلیه شده را از 180 درجه ناحیه دوران پروانه پمپ در زمان مشخص دریافت می کند. این نوع پمپ ها را پمپ های با حلزونی دو گانه نیز می نامند (یا می توان به عنوان حلزونی تقسیم شده نیز معرفی کرد). در برخی کاربردها حلزونی دوگانه نیروهای منتقل شده به شفت و بلبرینگها که ناشی از نامتعادلی در فشار در اطراف پروانه است، را به حداقل می رساند. یک مقایسه بین پمپهای با حلزونی تکی و حلزونی دوگانه در شکل 2 نشان داده شده است.
شکل 2: حلزونی تکی و دو گانه
دیفیوزر (Diffuser)
شکل 3 دیفیوزر یک پمپ گریز از مرکز را نشان می دهد برخی از پمپها دارای دیفیوزر هستند. دیفیوزر مجموعه ای از پره های ثابت است که پروانه را احاطه کرده اند. هدف استفاده از دیفیوزر افزایش راندمان پمپ گریز از مرکز با اجازه برای گسترش تدریجی و ایجاد منطقه کمتر آشفته برای مایع جهت کاهش سرعت است.
شکل 3: دیفیوزر پمپ گریز از مرکز
پره های دیفیوزر به گونه ای طراحی شده اند که مایع خروجی از پروانه هنگام عبور از دیفیوزر با یک ناحیه بزرگتر برای عبور جریان روبرو می شود. این افزایش در سطح مقطع عبور جریان باعث کاهش سرعت جریان می شود و انرژی جنبشی را به فشار جریان تبدیل می کند.
طبقه بندی پروانه
پروانه پمپ ها بر اساس تعداد درگاه هایی که مایع می تواند وارد پروانه شود و همچنین دیواره های بین تیغه های پروانه تقسیم بندی می شوند.
پروانه ها می توانند تک مکش یا با مکش دوگانه باشند. پروانه تک مکش اجازه می دهد تا مایع فقط از یک جهت به مرکز تیغه ها وارد شود. پروانه دو مکش اجازه می دهد تا مایع از هر دو طرف به طور همزمان از مرکز پره های پروانه وارد شود. شکل 4 نمودارهای ساده از پروانه های تک و دو مکش را نشان می دهد.
همچنین می توانید ببینید: قیمت پروانه پمپ
شکل 4: پروانه های تک مکش و دو مکش
پروانه ها می توانند باز، نیمه باز یا بسته باشند. پروانه باز فقط از تیغه های متصل به یک توپی مرکزی تشکیل شده اند. پروانه نیمه باز با یک صفحه مدور (وب) متصل به یک طرف تیغه ها ساخته شده است. پروانه بسته دارای صفحات مدور متصل به تیغه ها را در هر دو سمت تیغه ها دارد. پروانه ها بسته را پروانه های پوشیده نیز می گویند. شکل 5 نمونه هایی از پروانه های باز، نیمه باز و بسته را نشان می دهد.
شکل 5: پروانه باز، نیمه باز و بسته
پروانه گاهی دارای سوراخ های متعادل کننده است که فضای اطراف هاب را به ناحیه مکش پروانه متصل می کند. سوراخ های متعادل کننده دارای سطح مقطع کلی هستند که از سطح مقطع فاصله حلقوی بین رینگ سایشی و هاب بزرگتر است. نتیجه ایجاد فشار مکش در هر دو طرف هاب پروانه است که تعادل هیدرولیکی فشار محوری را حفظ می کند.
دسته بندی پمپ های گریز از مرکز بر اساس جریان
پمپ های گریز از مرکز را می توان بر اساس نحوه رفتار جریان سیال در پمپ طبقه بندی کرد. نحوه عبور جریان سیال از داخل پمپ بر اساس طراحی کیسینگ و پروانه پمپ تعیین می شود. سه نوع جریان از طریق پمپ گریز از مرکز شامل جریان شعاعی، جریان محوری و جریان مختلط است.
پمپ های جریان شعاعی (Radial Flow Pump)
در یک پمپ جریان شعاعی، سیال از مرکز پروانه وارد می شود و در امتداد تیغه پروانه در جهت قائم به شفت موتور خارج می شود. پروانه یک پمپ شعاعی نوعی و جریان عبوری از پمپ در شکل 6 نشان داده شده است.
شکل 6: پمپ گریز از مرکز جریان شعاعی
پمپ جریان محوری (Axial Flow Pump)
در یک پمپ جریان محوری، پروانه سیال را در جهتی به موازات شفت پمپ هل می دهد. پمپ های جریان محوری گهگاه با عنوان پمپهای پروانه ای نیز نامیده میشود چونکه عملکرد آنها در اصل همانند پروانه یک قایق است. پروانه یک پمپ نوعی جریان محوری و عبور جریان سیال از پمپ جریان محوری در شکل 7 نشان داده شده است.
شکل 7: پمپ گریز از مرکز جریان محوری
پمپ جریان مختلط (Mixed Flow Pump)
پمپ جریان مختلط ویژگی های هر دو پمپ جریان شعاعی و جریان محوری را به امانت گرفته است. همانطور که مایع از پروانه پمپ جریان مخلوط عبور می کند ، تیغه های پروانه آن مایع را به سمت بیرون از شفت پمپ هل می دهند و مکش پمپ با زاویه ای بزرگتر از 90 درجه انجام می شود. پروانه یک پمپ نوعی جریان مختلط و جریان عبوری از آن در شکل 8 نشان داده شده است.
شکل 8: پمپ گریز از مرکز جریان مختلط
پمپ های گریز از مرکز چند طبقه
یک پمپ گریز از مرکز با پروانه تکی می تواند بین بخش مکش و تخلیه اختلاف فشار ایجاد کند. اما ایجاد اختلاف فشار بیش از 150 psid خیلی سخت خواهد بود و هزینه زیادی در طراحی و ساخت پمپ خواهد داشت. رهیافت اقتصادی تر برای ایجاد فشار زیاد با استفاده از یک پمپ گریز از مرکز، استفاده از پروانه های متعدد بر روی یک شفت مشترک و یک کیسنگ پمپ است. کانالهای داخلی در کیسینگ پمپ مسیر تخلیه یک پروانه را به مکش پراونه بعدی متصل می کند. شکل 9 شماتیک چیدمان پروانه های یک پمپ چهار مرحله ای را نشان می دهد. آب از بالای سمت چپ پمپ وارد شده و از پروانه های چهار مرحله پمپ بصورت سری عبور می کند. از سمت چپ به راست می رود. آب از حلزونی اطراف هر پروانه تخلیه شده و به مکش پروانه بعدی می رود.
شکل 9: پمپ گریز از مرکز چند مرحله ای
اجزای پمپ گریز از مرکز
پمپهای گریز از مرکز در طراحی و ساخت بسیار متنوع هستد از پمپ های ساده با قطعات نسبتا کم تا پمپ های بسیار پیچیده با صد ها قطه جداگانه در این دسته بندی قرار می گیرند.
رینگ های سایشی
پمپ های گریز از مرکز شامل پروانه های دوار در داخل کیسینگ ثابت پمپ است. جهت اینکه پروانه بتواند آزادانه داخل کیسینگ پمپ بچرخد، در طراحی یک فاصله آزاد کوچک در بین پروانه و کیسینگ پمپ در نظر گرفته شده است. برای به حداکثر رساندن کارایی پمپ گریز از مرکز ، لازم است میزان نشت مایعات از طریق این فاصله آزاد را از طرف فشار بالا یا تخلیه پمپ به سمت فشار کم یا مکش کم کنید.
شکل 10: اجزای پمپ گریز از مرکز
مقداری از سایش یا فرسایش در نقطه ای که پروانه و کیسینگ پمپ در تماس نزدیک با یکدیگر هستند رخ می دهد. این سایش بدلیل فرسایش ناشی از نشت مایع از طریق فاصله آزاد و دلایل دیگر است. هنگامی که سایش رخ می دهد، فاصله آزاد بزرگتر شده و نرخ نشت مایع افزایش می یابد. در نهایت، نشتی می تواند به مقدار غیر قابل قبولی زیاد شود و پمپ نیاز به تعمیر و نگهداری پیدا کند.
برای حداقل کردن هزینه نگهداری پمپ، بسیاری از پمپ های گریز از مرکز با رینگهای سایشی قابل تعویض طراحی می شوند. رینگهای سایشی رینگهای قابل تعویض هستند که به پروانه و یا کیسینگ پمپ متصل می شوند تا امکان ایجاد فاصله آزاد کوچک بین پروانه و کیسینگ پمپ ممکن باشد بدون ایجاد سایش در مواد پروانه یا کیسینگ اصلی پمپ. این رینگ های سایشی طراحی شده اند تا بصورت دوره ای در طول عمر پمپ تعویض شوند. تا از جایگزینی پرهزینه پروانه یا کیسینگ پمپ جلوگیری شود.
کاسه نمد
تقریبا در تمامی پمپ های سانتریفیوژ، شفت دوار که پروانه را می گرداند. در داخل مرکز فشار کیسینگ پمپ نفوذ کرده است. خیلی مهم است که پمپ بدرستی برای کنترل مقدار نشتی سیال در امتداد شفت در نقطه ای که شفت در کیسینگ پمپ داخل شده است، طراحی شده باشد. روشهای مختلفی برای آب بندی محل ورود شفت به محفظه پمپ وجود دارد. عواملی که هنگام انتخاب روش در نظر گرفته می شوند. شامل فشار و دمای سیال پمپ شده ،اندازه پمپ، مشخصات شیمیایی و فیزیکی سیالی که پمپ می شود، است.
رینگ های پکینگ با استفاده از گلند در محل نگه داشته شده است. گلند نیز به نوبه خود توسط یک بست که با مهره تنظیم می شود در جای خود قرار گرفته است. هنگامی که مهره تنظیم کننده سفت شود، گلند را به سمتی هل می دهند که پکینگ را فشرده کند. این فشردگی در جهت محوری باعث گسترش شعاعی پکینگ می شود. یک آب بندی محکم بین شفت دوار و دیواره داخلی کاسه نمد را ایجاد می کند.
دوران با سرعت زیاد شفت در هنگام مالش به حلقه های پکینگ مقدار قابل توجهی گرما تولید می کند. در صورت عدم تامین روانکاری یا خنک کنندگی پکینگ، دمای پکینگ به میزان زیادی افزایش یافته و باعث ایجاد خرابی در پکینگ، شفت پمپ و احتمالا بلبرینگهای پمپ در نزدیکی آن می شود. کاسه نمدها به طور معمول طوری طراحی شده اند که اجازه مقداری کمی نشتی در امتداد شفت برای تامین روانکاری و خنک کاری پکینیگ را می دهند. نرخ نشتی می تواند با تنظیم و شل و سفت کردن گلند پکینگ تنظیم شود.
حلقه لانترن (Lantern Ring)
همیشه نمی توان از یک کاسه نمد استاندارد برای آب بندی شفت پمپ گریز از مرکز استفاده کرد. مکش پمپ ممکن است، تحت خلاء باشد. به گونه ای که نشت خارجی غیر ممکن شد. یا سیال خیلی گرم باشد تا خنک کاری کافی برای پکینگ ایجاد کند. این شرایط نیاز به اصلاح در کاسه نمد را ایجاب می کند.
یک روش خنک کاری کافی پکینگ تحت این شرایط قرار دادن یک رینگ لانترن است. رینگ لانترن یک حلقه توخالی سوراخ دار که در نزدیکی جعبه پکینگ قرار گرفته است، می باشد که مایع تمیز نسبتا خنک را از محل تخلیه پمپ یا از یک منبع خارجی دریافت می کند. و مایع را به طور یکنواخت در اطراف شفت توزیع می کند تا روانکاری و سرمایش را فراهم کند. سیال ورودی به حلقه لانترن می تواند شفت و پکینگ را خنک کند، پکینگ را روانکاری کرده، یا مفصل بین شفت و پکینگ را در برابر نشتی هوا بداخل پمپ در مواقعی که فشار مکش پمپ کمتر از فشار اتمسفر است آب بندی می کند.
سیل های مکانیکی
در برخی مواقع، مواد پکینگ برای آب بندی شفت کافی نیست. یک روش جایگزین متداول برای آب بندی کردن شفت با استفاده از سیل های مکانیکی است. سیل های مکانیکی از دو بخش اصلی تشکیل شده اند، یک جزء گردان که به شفت پمپ متصل می شود. و یک جزء ثابت که به کیسینگ پمپ متصل است. هر کدام از این اجزاء دارای سطح آب بندی بسیار صیقلی است. سطوح صیقلی بخش های دوار و ثابت با هم در تماس هستند. تا یک آب بند را تشکیل دهند. که از نشت مایع در امتداد شفت جلوگیری کنند.
خلاصه
اطلاعات مهم در این فصل در ادامه بصورت خلاصه آورده شده است.
خلاصه مطالب در مورد پمپ گریز از مرکز
- پروانه شامل پره های دواری است که حرکت چرخشی و شعاعی را به مایع انتقال می دهد.
- حلزونی سیال را از محل تخلیه پروانه در سرعت بالا جمع می کند. و به تدریج با افزایش سطح عبور جریان باعث کاهش سرعت سیال می شود. تبدیل کردن هد سرعت به هد استاتیک
- دیفیوزر راندمان پمپ گریز از مرکز را افزایش می دهد. این کار را با بیشتر کردن گسترش تدریجی و کمتر کردن ناحیه آشفتگی برای مایع انجام می دهد.
- اقلام پکینگ یک آب بندی در محل ورود شفت پمپ به کیسینگ ایجاد می کند.
- رینگ های سایشی رینگهای قابل تعویض هستند. و به پروانه و یا کیسینگ پمپ متصل می شوند تا اجازه دهند. یک فاصله آزاد بین پروانه و کیسینگ پمپ ایجاد شود. بدون اینکه باعث فرسایش در بدنه و مواد اصلی کیسینگ و پروانه پمپ شود.
- حلقه لانترن در بین رینگهای پکینگ در کاسه نمد قرار می گیرد. و سیال نسبتا خنک و تمیز را دریافت کرده و در محیط اطراف شفت توزیع می کند. تا روانکاری و خنک کنندگی پکینگ تامین شود.
مرجع: هندبوک دپارتمان انرژی ایالات متحده آمریکا
با عنوان Fundamentals Of Pumps
بدون دیدگاه