زمان مطالعه: 14 دقیقه
5
(1)

پمپ دستگاهی است که سیالات غیرقابل تراکم را از یک نقطه به نقطه‌ای دیگر جابجا می‌نماید. در واقع این طور می توان بیان نمود که پمپ دستگاهی است که انرژی مکانیکی را از یک منبع خارجی گرفته و به سیالی که از آن عبور می‌کند، انتقال می دهد و بدین طریق موجب افزایش انرژی سیال پس از خروج از این دستگاه می گردد.

تغییرات انرژی سیال در پمپ ها همواره به صورت تغییر فشار سیال مشاهده می‌گردد. به بیانی دیگر، پمپ‌ها دسته‌ای از توربوماشین‌ها هستند که در آن‌ها انرژی، تحت عنوان کار شفت از ماشین به سیال وارد می‌شود و در نتیجه فشار و هِد سیال افزایش پیدا می‌کند. هر پمپی دارای دو مشخصه اصلی با عنوان هد و دبی می‌باشد که رابطه این دو مشخصه بر روی نموداری با عنوان منحنی مشخصه پمپ توسط سازنده پمپ ارائه می‌گردد.

هد پمپ چیست؟

هد پمپ یا همان Pump Head  میزان حداکثر ارتفاعی است که یک پمپ می‌تواند با غلبه بر جاذبه، سیال مد نظر را بدان ارتفاع ارسال نماید. از آنجاییکه عوامل خارجی غیر از پمپ مانند حجم سیال درون یک مخزن که پمپ قرار است سیال داخل آن را منتقل نماید بر روی هد تاثیر دارد بنابراین مفهومی با عنوان هد کل پمپ تعریف می‌گردد.

در واقع وقتی از هد یک پمپ صحبت می‌شود منظور هد کل پمپ است. برای محاسبه هد کل، کافیست اختلاف ارتفاع آب در لوله عمودی خروجی پمپ را با ارتفاع سطح مخزن مقایسه نماییم. واضح است که هرچه سطح سیال درون مخزن ورودی پمپ بیشتر باشد آب به ارتفاع بالاتری درون یک لوله عمودی صعود خواهد نمود که مطابق تعریف اولیه این به معنای هد بیشتر است.

 نکته قابل توجه آن است که سازندگان پمپ اطلاعی از سطح سیال درون مخازن مختلف مورد استفاده توسط بهره برداران پمپ را ندارند بنابراین از درج هد پمپ خودداری نموده و در واقع هد کل یعنی ماکزیمم اختلاف ارتفاع بین سطح مخزن و لوله عمودی که پمپ می‌تواند ایجاد نماید را به بهره برداران ارائه می‎‌نمایند.

تفاوت هد و فشار در یک پمپ چیست؟

هد و فشار در پمپ دو تعریف مکانیکی کاملاً متفاوت دارند. در واقع بهتر است این گونه بیان گردد که هد و فشار دو مشخصه فیزیکی هستند که توسط یک رابطه ریاضی با هم مرتبط می گردند. هد در یک پمپ مستقل از نوع سیال است؛ یعنی یک پمپ با هد مشخص انواع سیالات مختلف با وزن و سایر ویژگی‌های متفاوت آن را به صورت مشابه تا یک ارتفاع معین بالا می‌برد.

در سوی مقابل، فشار به طور کامل وابسته به نوع و مشخصات سیال است و در واقع چگالی در تعیین فشار نقش بسیار مهمی دارد. تفاوت دیگر هد و فشار در یک پمپ آن است که هد به صورت مستقیم قابل اندازه‌گیری نیست اما فشار به راحتی توسط مانومترهایی که در خط مکش و یا دهش پمپ نصب می‌گردد قابل سنجش است.

دبی پمپ چیست؟

پارامتر دبی در یک پمپ یا همان Pump Flow عبارت است از میزان سیالی که پمپ مورد نظر می‌تواند در واحد زمان از خود عبور دهد. این مشخصه فیزیکی به طور معمول در پمپ ها با واحد GPM (Gallon per Minute  «گالن بر دقیقه» ) یا M^3/hr  (Cubic Meters per Hour«مترمکعب بر ساعت») بیان می گردد.

هرچه عدد اعلامی بر حسب واحدهای ذکر شده فوق برای یک پمپ بزرگتر باشد، در واقع توانایی پمپ برای عبور سیال در واحد زمان بیشتر است. 

کاربرد پمپ ها

 از پمپ‌ها برای انتقال سیال از محلی به محل دیگر با مقاصد از پیش تعیین شده استفاده می گردد. این مقاصد دامنه وسیعی را شامل می گردند که عبارت است از بهره گیری از پمپ ها در کاربردهای شهرسازی(Civil) به منظور انتقال آب و یا فاضلاب شهری، تامین دبی و فشار مناسب در ساختمان ها، بهره گیری از آنها در سیستم های ایمنی آتش نشانی(در اصطلاح بوستر پمپ های آتش نشانی)، بهره گیری از پمپ ها در صنایع مختلف نفت و گاز، بهره گیری از پمپ ها در صنعت کشاورزی به منظور آبیاری زمین ها و مزارع، بهره گیری از پمپ ها در صنایع مختلف غذایی، استفاده از پمپ ها در صنعت و … می باشد.

انواع پمپ‌ها

برای ذکر انواع پمپ ها ابتدا می بایست آنها را دسته بندی نمود. دسته بندی پمپ ها می تواند بر اساس موضوعات مختلفی از جمله نوع سیال، فشار کاری، موارد استفاده، نحوه انتقال انرژی از پمپ به سیال و … باشد.

انواع پمپ‌ها بر اساس ساختار

متداول ترین نوع دسته بندی پمپ ها عبارت است از دسته بندی آنها بر اساس نحوه انتقال انرژی از پمپ به سیال که در این دسته بندی پمپ ها به دو دسته کلی به شکل زیر تقسیم بندی می شوند؛ البته می بایست در نظر داشت که هر یک از زیر دسته های آمده در نمودار زیر خود به انواع مختلفی تقسیم بندی می گردند.

پمپ های دینامیکی

انتقال انرژی به سیال در این نوع از پمپ ها که در اصطلاح پمپ های جابه جایی غیر مثبت نیز اطلاق می گردند به‌ صورت پیوسته و دایمی است. در این نوع پمپ‌ها با افزایش سرعت جریان، انرژی جنبشی به سیال اضافه می‌شود.

این افزایش انرژی در صورت کاهش سرعت قبل از خروج پمپ به افزایش انرژی پتانسیل (فشار) تبدیل می‌شود. بنابراین عملکرد این پمپ ها مغایر با پمپ‌های جابجایی مثبت است، به همین دلیل است که به آنها نام پمپ‌های جابجایی غیر مثبت را دادند و نه منفی.

پمپ های دینامیکی به دو دسته کلی پمپ های اثرات خاص و پمپ های گریز از مرکز(سانتریفیوژ) تقسیم بندی می شوند.

پمپ های جابه جایی مثبت

انتقال انرژی به سیال در این این نوع پمپ‌ها به صورت پریودیک (دوره‌ای) می‌باشد؛ این نوع پمپ ها با نام پمپ های گسسته نیز رواج دارند. پمپ‌های جابجایی مثبت با به دام انداختن مقدار ثابتی مایع و محبوس کردن آن و آزاد کردن ناگهانی آن، حرکت مایعات را ایجاد می‌کنند.

پمپ های جابه جایی مثبت به دو دسته کلی پمپ های رفت و برگشتی و پمپ های دورانی(گردشی) تقسیم بندی می گردند.

انواع پمپ ها بر اساس کاربرد

در صورتیکه پمپ ها را بر اساس موارد کاربردشان دسته بندی کنیم خواهیم داشت:

پمپ های آب کوچک خانگی

به منظور جبران افت فشار آب در منازل ناگزیر به استفاده از پمپ ها می باشیم. پمپ های آب خانگی می بایست با توجه به ارتفاع آپارتمان(تعداد طبقات)، تعداد واحدها در هر طبقه، متراژ واحدها، تعداد شیرهای آب ساختمان و تعداد نفرات بهره بردار از آب (میزان مصرف آب)  انتخاب شوند؛ در واقع موارد ذکر شده تعیین کننده فشارکاری(هد) و دبی مورد نیاز مصرفی می باشند. (به عنوان مثال پمپی که برای یک آپارتمان 3 طبقه انتخاب می گردد با پمپی که برای یک آپارتمان 10 طبقه انتخاب می شود به لحاظ قدرت متفاوت خواهد بود).

پمپ های کوچک خانگی همگی تکفاز هستند و  به طور معمول قدرت‌هایی از نیم تا حداکثر یک و نیم اسب بخار دارند. ارتفاع‌ یا هد (Head) این پمپ ها نیز معمولاً تا ۳۵ متر می باشد. می بایست توجه گردد که پمپ های آب مورد استفاده خانگی از نوع پمپ های دینامیکی می باشند.

پمپ های صنعتی

پمپ های صنعتی در واقع پمپ هایی هستند که در صنایع مختلف از انتقال نفت و مشتقات آن گرفته تا انتقال روغن و حتی آب و … کاربرد دارند. به طور معمول پمپ های مورد استفاده در صنعت از نوع جابه جایی مثبت اند چراکه نیازمند تامین فشارهای بالا برای انجام مقاصد گوناگون می باشند.

از جمله پمپ های متداول که در صنعت کاربرد فروانی دارد پمپ های هیدرولیک هستند. در واقع در این نوع پمپ ها فشار اتمسفر به دلیل خلأ نسبی ناشی از عملکرد اجزای مکانیکی پمپ ، سیال را مجبور به حرکت به سمت ورودی پمپ می کند و سپس توسط پمپ به سایر قسمت های مدار هیدرولیک هدایت می شود.

 محرک های سیستم (سیلندر هیدرولیکی یا موتور) توان هیدرولیکی تولید شده توسط پمپ را به توان خروجی مکانیکی مورد نیاز تبدیل می کنند. برخی پمپ های مورد استفاده در صنعت برای مقاصد خنک کاری و روانکاری مورد استفاده قرار می گیرند که پرمصرف ترین آنها پمپ های مورد استفاده در سیستم خنک کاری و روانکاری اتومبیل ها است که به عنوان واتر پمپ (Water Pump) و اویل پمپ (Oil Pump) شناخته می شود.

پمپ‌های بهداشتی(Sanitary Pumps)

پمپ‌های بهداشتی یا سنیتاری، پمپ‌هایی هستند که در صنایع غذایی، دارویی، داروسازی و صنایع بیوتکنولوژی کاربرد دارند. در این صنایع به دلیل اهمیت بالای رعایت بهداشت معمولاً استانداردها الزام می‌کنند تا تمام سطوح در تماس با سیال دارای میزان زبری خاصی باشند.

پمپ های کشاورزی

با توجه به محدودیت های موجود در تامین آب مورد نیاز در کشاورزی از سال ها پیش، کشاورزان و باغداران ناگزیر به استفاده از شیوه های نوین آبیاری شده اند، که این شیوه ها معمولاً آبیاری قطره ای یا آبیاری بارانی می باشد و هر دو این روش ها از طریق بهره برداری از روش های آبیاری تحت فشار می باشد. برای افزایش فشار آب نیز همان طور که پیش تر عنوان شد می بایست از پمپ ها استفاده نماییم.

البته برخی به جای استفاده مستقیم از پمپ از مخازن نصب شده در ارتفاع استفاده می نمایند ولی پر کردن همین مخازن نیز به هر حال نیاز به پمپ دارد؛ برخی دیگر هم به کمک استخرهای آب نیاز خود را برطرف می نمایند ولی باز هم تخلیه آب استخر نیز نیاز به یک پمپ کف کش دارد؛ برای آبیاری به کمک آب چاه نیز از پمپ های شناور استفاده می شود. پمپ های آبیاری برای مزارع بزرگ اغلب سه فاز هستند.

پمپ های تکفاز را می توان برای باغ های کوچک استفاده کرد. باغ های ویلاهایی که به آب آشامیدنی شهر دسترسی دارند جهت آبیاری نیازی به استفاده از پمپ ندارند.
متناسب ترین پمپ برای آبیاری باید با توجه به دبی آب مصرفی مزرعه انتخاب شود. برای محاسبه دبی مورد نیاز باغ یا مزرعه می توان به این صورت عمل نمود که تعداد قطره چکان ها یا آب پاش ها را در میزان مصرف هر آبپاش، نازل یا قطره چکان ضرب کنیم.

 به طور مثال اگر شما در باغ خود هزار قطره چکان ۴ لیتر در ساعت دارید مصرف واقعی شما ۴۰۰۰ لیتر در ساعت می باشد. البته با توجه به وجود تلفات ناشی از شیب و اتصالات به کار رفته در خط لوله و همچنین افت فشار ناشی از تغییرات ارتفاع فشار جریان در محل مصرف نسبت به آنچه بر روی پلاک پمپ ذکر گردیده کاهش خواهد داشت لذا برای طراحی سیستم های آبیاری تحت فشار می بایست به این نکات توجه گردد تا بهینه ترین پمپ برای نیاز تعریف شده انتخاب گردد.

پمپ های آتش نشانی

پمپ های آتش‎نشانی آن طور که از نام آنها نیز پیداست به منظور تامین فشار آب مورد نیاز برای اطفا حریق در زمان وقوع آتش‌سوزی کاربرد دارند. پمپ آتش‎نشانی برای ساختمان های کوچکتر و بوستر پمپ آتش‌نشانی برای ساختمان‌های بزرگ و مرتفع کاربردی‌تر می‌باشد.

اجزای پمپ‌

به طور معمول اغلب اجزای تشکیل دهنده پمپ های مختلف مشترک و یا مشابه یکدیگر می‌باشند. شناخت اجزای سازنده پمپ‌ها امکان شناخت بهتر عملکرد کلی پمپ و هم چنین اصول و قواعد تعمیر و نگهداری آن ها را می‌دهند.

در این بخش اجزای مختلف یک پمپ را به تفکیک نام برده و شرح مختصری از هر یک بیان می‌گردد.

محفظه یا پوشش پمپ(Pump Casing)

پوسته بیرونی پمپ بخشی از پمپ است که از بیشتر اجزای سازنده پمپ در مقابل شرایط محیطی محل استفاده از پمپ محافظت می کند. پوشش پمپ می‌بایست به گونه‌ای انتخاب گردد تا قابلیت ایجاد حفاظت فیزیکی مناسب در مقابل عناصر موجود در محیط بهره‌برداری از پمپ را دارا باشد.

پروانه پمپ(Pump Impeller)

پروانه آن بخش از یک پمپ است که وظیفه انتقال انرژی به سیال را بر عهده دارد؛ در واقع این امر به واسطه چرخش پروانه و القای جریان به سیال انجام می‌پذیرد تا بدین طریق پمپ موجب افزایش انرژی جنبشی جریان گردد.

ساختار پروانه بدین صورت می‌باشد که شامل یک دیسک چرخان با مجموعه‌ای از پره‌های متصل به شفت است. مشخصات جریان پمپ براساس طراحی پروانه بسیار متفاوت است.

پروانه‌ها بسته به کاربرد و نیاز بهره‌بردار می‌توانند متفاوت باشند و بنابر اهداف طراحی پمپ دارای سه نوع متفاوت می‌باشند:

پروانه باز(Open Impeller)

در پمپ‌های با پروانه باز، پروانه مورد استفاده بدون پوشش(و یا به اصطلاح لفافه) بر روی شفت قرار می‌گیرند. این نوع پروانه‌ها برای انتقال سیال‎‌هایی با طبیعت به نسبت چسبنده بکار می‌روند. پروانه های باز از نظر ساختاری ضعیف هستند. آن ها به طور معمول در پمپ‌های کم قطر و ارزان قیمت و پمپ‌هایی که مواد جامد معلق را منتقل می‌کنند، استفاده می‌شوند.

Open-Impeller

پروانه نیمه‌ باز(Semi Open Impeller)

در این نوع، پروانه در یک جهت دارای پوشش(لفافه) است و پره‌ها از طرف دیگر آزاد هستند

Semi-open-ompeller

پروانه بسته(Enclosed Impeller)

در این پروانه‌ها، پره‌ها از هر دو سمت دارای پوشش می‌باشند؛ در واقع پره‌ها بین دو دیسک قرار دارند و در یک ریخته‌گری واحد هستند. در پمپ‌های آتش نشانی از نوع پروانه بسته استفاده می‌گردد.

مقایسه انواع پروانه پمپ مورد استفاده

اگر نیازمند انتقال دبی بالا با یک هد نه چندان بالا باشیم استقاده از پروانه باز مناسب می‌باشد و اگر به دنبال هد بالایی باشیم استفاده از پروانه بسته مناسب خواهد بود. پروانه نیمه باز هم در شرایطی مناسب خواهد بود که میزان انتقال دبی در مقایسه با هد مورد نیاز از اهمیت بیشتری برخوردار باشد و درواقع ما نیازمند انتقال یک دبی به نسبت بالا با یک هد نه چندان زیاد باشیم. پروانه بسته در مقایسه با دیگر پروانه‌ها، پیچیده‌تر و گران‌تر است.

شفت پمپ

شفت یا شافت، پروانه را به موتور متصل می‌کند تا بدین طریق موجب چرخش پروانه پمپ گردد و درواقع شافت واسط بین موتور و پمپ می‌باشد.

موتور

موتور، منبع تغذیه پمپ است که شفت را به حرکت در می‌آورد. موتورهای متناوب متداول‌ترین منبع تغذیه پمپ‌ها هستند اما موتورهای احتراق داخلی ICE، قدرت هیدرولیک و بخار از دیگر موارد موتورهای پمپ هستند.

منحنی‌های عملکردی پمپ

انتخاب پمپ‌ها به کمک نمودارهایی تحت عنوان منحنی های عملکردی پمپ (Pump Performance Curve) انجام می‌گیرد. این نمودارها توسط سازندگان پمپ ها و با استفاده از آزمایش‌های مختلف، برای هر پمپ به صورت جداگانه تولید می‌گردند که در آن‌ها ویژگی‌های پمپ به صورت دقیق مشخص می‌شوند.

ترسیم منحنی‌های عملکردی پمپ‌های گردشی (روتاری) و جابجایی مثبت معمولاً متداول نیست و عملکرد این پمپ ها عموما به صورت ماکزیمم دبی و ماکزیمم فشار بیان می شود. در این نوع پمپ ها راندمان پمپ ها، به ندرت گزارش شده و اغلب، فقط به توان الکتروموتور مورد نیاز پمپ بسنده می گردد.

در پمپ‌های سانتریفوژ، وضع به کلی متفاوت است؛ یعنی هر چقدر که در پمپ های روتاری و جابجایی مثبت، سازندگان به اطلاعات کلی کفایت می‌کنند، در پمپ‌های سانتریفوژ، ارایه منحنی‌های مشخصه دقیق و صحیح، متداول می‌باشد.

منحنی مشخصه پمپ (H-Q)

شرکت‌های سازنده پمپ، با توجه به مشخصات پمپ از جهت تأمین فشار و دبی و بهره‌وری کارکرد پمپ، منحنی مشخصه پمپ یا همان    Pump Characteristic Curve را ارائه می‌کنند تا مصرف‌کنندگان با در نظرگرفتن مشخصات فشار و دبی مورد نیاز خود و منحنی مشخصه پمپ‌ها، پمپ مورد نظر خود را انتخاب نمایند. این منحنی میزان هد(H) بر حسب دِبی(Q) را ارائه می‌نماید.

نمودار زیر منحنی مشخصه پمپWF-6x4x10 HS  متعلق به شرکت واترفال(Waterfall) بکار رفته در سیستم بوستر پمپ آتش نشانی است که توسط شرکت لیدوما در یکی از پروژه های تجاری به منظور تامین آب مورد نیاز برای سیستم اطفا حریق (اسپرینکلر و جعبه های آتش نشانی) نصب و راه اندازی گردیده است.

منحنی مصرف ( Kw-Q)

با توجه به الگوی مصرف دبی و فشار مورد نیاز متناسب با این مصرف، منحنی توان مصرفی پمپ بر حسب دبی بدست می‌آید؛ این منحنی را، منحنی مصرف می‌نامند. نمودار زیر منحنی مصرف انرژی بر حسب دبی پمپWF-6x4x10 HS  متعلق به شرکت واترفال(Waterfall) بکار رفته در سیستم بوستر پمپ آتش نشانی است که توسط شرکت لیدوما در یکی از پروژه های تجاری به منظور تامین آب مورد نیاز برای سیستم اطفا حریق (اسپرینکلر و جعبه های آتش نشانی) نصب و راه اندازی گردیده است.

این منحنی میزان بازده پمپ را برحسب دبی های مختلف نمایش می‌دهد.

نمودار زیر منحنی بازده بر حسب دبی برای پمپWF-6x4x10 HS  متعلق به شرکت واترفال(Waterfall) بکار رفته در سیستم بوستر پمپ آتش نشانی است که توسط شرکت لیدوما در یکی از پروژه های تجاری به منظور تامین آب مورد نیاز برای سیستم اطفا حریق (اسپرینکلر و جعبه های آتش نشانی) نصب و راه اندازی گردیده است.

منحنی هد مکش خالص مثبت (NPSH-Q)

Net Positive Suction Head (هد مکش خالص مثبت) یا به اختصار NPSH یک پمپ، یکی از اصلی ترین پارامترهایی است که هنگام انتخاب پمپ باید مد نظر قرار گیرد.

برای درک بهتر NPSH در یک پمپ ابتدا می بایست NPSHR (Net Positive Suction Head Required یا هد مکش مثبت خالص مورد نیاز) و NPSHA (Net Positive Suction Head Available یا هد مکش مثبت خالص در دسترس) را تفکیک نموده و هر کدام را به طور مجزا توضیح دهیم.

NPSHA

هد مکش مثبت خالص در دسترس مقدار هدی است که توسط مهندس کارخانه محاسبه می‌گردد و می‌توان تقریباً به عنوان نتیجه فشار مطلق سیال در ورودی پمپ، منهای فشار بخار مایع تعریف نمود.

NPSHR

هد مکش مثبت خالص مورد نیاز مقدار هدی است که توسط سازنده پمپ ارائه می گردد و تلفات انرژی داخل پمپ را که غالباً هنگام ورود مایع از طریق پروانه پمپ رخ می دهد، توصیف می گردد.

این هد یک نیاز برای پمپ است و به عوامل مختلفی مانند طراحی، ابعاد پروانه و سرعت پمپ و همچنین سرعت سیال و … وابسته است. در شکل زیر نمودار هد مکش مثبت خالص بر حسب دبی برای یک نمونه پمپ نمایش داده شده است.

دلایل اهمیت NPSH

NPSH  در انتخاب و سایزینگ پمپ یک عامل اساسی و تعیین کننده می‌باشد. در واقع می‌بایست NPSHA از NPSHR همواره بیشتر باشد تا پمپ بتواند به درستی کار کند. اگر اینگونه نباشد، پدیده کاویتاسیون می تواند رخ دهد، عملکرد پمپ کاهش می‌یابد و در بسیاری موارد به طور جدی به پمپ خسارت وارد می‌گردد.

تعریف نقاط در منحنی عملکردی پمپ

بهترین نقطه عملکرد پمپ(BEP)

 در صورتی که منحنی بازده یک پمپ به همراه منحنی مشخصه آن در یک نمودار رسم گردد با رسم یک خط عمودی از نقطه ماکزیمم بازده پمپ و تقاطع این خط عمودی با منحنی مشخصه پمپ می توان بهترین نقطه عملکرد پمپ (Best Efficiency Point) یا به اختصار BEP را نشان داد. درشکل زیر این نقطه برای یک پمپ فرضی نشان داده شده است.

نقطه حداکثر کارایی

بیشترین بهره‌وری پمپ جهت پمپاژ سیال در ابن نقطه رخ می‌دهد. در این نقطه کمترین نیروی شعاعی به پروانه وارد می‌شود و پمپ حداقل ارتعاش و سروصدا را داراست. در هنگام انتخاب پمپ نقطه کاری پمپ باید نزدیک نقطه حداکثر کارایی باشد تا باعث افزایش کارایی پمپ شود.

نقطه کاری

محل تلاقی منحنی مشخصه با منحنی مصرف است. اهمیت این نقطه بدین سبب است که توصیه می‌شود نقطه کاری نزدیک نقطه حداکثر کارایی باشد، زیرا در صورت دور شدن از این نقطه بازده پمپ کاهش می‌یابد.

نقطه نهایی پمپ

مقدار دبی در این نقطه بیشترین مقدار است زیرا پمپ حداکثر میزان توان را مصرف می‌کند و پمپ با سر و صدا و ارتعاش زیاد کار می‌کند.

نقطه خفگی پمپ

 در این نقطه پمپ بیشترین ارتفاع آبدهی را دارا است. در نمودار مشخصه پمپ این نقطه محلی است که در آن دبی تقریباً صفر است.

کاویتاسیون(Cavitation)

هنگامی‌که فشار سیستم پایین‌تر از فشار بخار سیال گردد، موجب ایجاد حباب‌های گازی در داخل مایع می‌گردد به این پدیده فیزیکی کاویتاسیون می‌گویند. در واقع به پدیده تشکیل و انفجار سریع حباب در سیال که در اثر تغییرات فشاری در سیال رخ می‌دهد پدیده کاویتاسیون گویند.

این پدیده ممکن است در هر توربوماشینی که با سیال کار می‌کند (Hydraulic turbomachines) از جمله پمپ‌ها و توربین‌ها رخ دهد. این پدیده با عنوان‌های دیگری همچون حباب‌زایی و حفره‌سازی نیز شناخته می‌شود.

Cavitation

عوامل وقوع پدیده کاویتاسیون در پمپ

مسائل متنوعی است که می‌تواند موجب بروز پدیده کاویتاسیون در پمپ‌ها گردد که عبارت است از:

  • افزایش ارتفاع مکش پمپ در شرایطی که مخزن ورودی پمپ پایین‌تر از سطح تراز پمپ قرار گرفته است.
  • کار کردن پمپ در شرایط غیر طراحی یا دبی بیش از حد، که این موضوع معمولاً در اثر بالا رفتن دور پمپ و یا افزایش بیش از حد قطر پروانه که باعث افزایش دبی و زیاد شدن سرعت سیال در قسمت ورودی پمپ می‌گردد و در نهایت موجب کاهش فشار در ورودی پمپ می‌شود.
  • افت بیش از حد فشار در ورودی پمپ که این موضوع می‌تواند ناشی از گرفتگی و یا مسدود بودن کلکتور باشد که در نتیجه موجب تبخیر سیال می‌گردد.
  • بالا رفتن دمای سیال که موجب افزایش فشار بخار سیال در پمپ گردیده و شرایط را برای وقوع پدیده کاویتاسیون مهیا می‌نماید.

دلیل وقوع کاویتاسیون در پمپ

پدیده کاویتاسیون در پمپ زمانی رخ می‌دهد که حداقل فشار مورد نیاز در بخش مکش پمپ ایجاد نگردد که در اثر 

آن‌طور که در توضیح NPSH در بخش منحنی‌های عملکردی بیان گردید همواره در یک پمپ می‌بایست رابطه زیر برقرار باشد تا کاویتاسیون رخ ندهد:

معمولاً بیان می‌گردد که برای رعایت ایمنی لازم، می‌یایست 0.5m اختلاف بین  و  باشد تا پمپ مدنظر به درستی کار کند و دچار مشکل نگردد

چگونگی وقوع کاویتاسیون در پمپ

زمانیکه فشار مطلق سیال در ورودی پمپ برابر و یا کمتر از فشار بخار مایع می‌‌شود این امر موجب می‌گردد تا حباب‌‌هایی پر شده از بخار ایجاد شود که تحت عنوان حباب یا حفره شناخته می‌شوند. در این وضعیت حباب‌های تشکیل شده همراه با جریان سیال با عبور از پروانه پمپ و قرار گرفتن در فشار بالا دچار انفجار گردیده و علاوه بر ایجاد ارتعاش، صدای ناهنجار و کاهش بازدهی پمپ، موجب آسیب جدی در پروانه پمپ و بخش داخلی بدنه پمپ و در واقع ایجاد خوردگی شدید می‌گردد.

راه دیگر وقوع پدیده کاویتاسیون علاوه بر تبخیر سیال، می‌تواند ناشی از مکش هوا بهمراه سیال به داخل پمپ باشد که این موضوع در نتیجه بروز برخی مشکلات نظیر آب‌بندی نامناسب در ورودی پمپ رخ می‌دهد.

 لازم به ذکر است که در حالت عادی فشار بخار مایع در یک دمای خاص مشخص می‌باشد. حال اگر فشار قسمتی از مایع کمتر از فشار بخار گردد و دما همان دمای مشخص قبل باشد، اتفاقی که رخ می‌دهد این است که در آن دما، مایع شروع به تبخیرشدن می‌نماید. تبخیر موضعی مایع در جایی که فشار کمتر از فشار بخار است، سبب ایجاد حباب‌های بخار می‌شود.

حال حباب‌های بخار ایجاد شده زمانی که بار دیگر به منطقه پرفشار می‌رسند، می‌ترکند. ترکیدن این حباب‌‌های بخار موجود در سیال، شوکی موج‌ مانند همراه با صدا (ضربه) ایجاد می‌کند و می‌تواند از طریق خوردگی حبابی آسیب برساند.

تاثیرات کاویتاسیون

کاویتاسیون در پمپ‌ها موجب بروز آسیب‌های فراوانی در بدنه داخلی پمپ و به خصوص پروانه پمپ می‌گردد.

تاثیرات وقوع پدیده کاویتاسیون در پمپ‌ها عبارت است از:

  • ایجاد صداهای ناهنجار
  • لرزه در پمپ
  • کاهش بازدهی
  • آسیب رساندن به اجزای داخلی

این مقاله چقدر براتون مفید بود؟

روی پنج ستاره کلیک کنید تا به آن امتیاز دهید!

ممنون از بازخوردتون!

تا حالا رای نیامده! اولین نفری باشید که به این پست امتیاز می دهید.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

جستجو در سایت

درحال بارگذاری ...
بستن
مقایسه