1. اصل کار پمپ گریز از مرکز
هنگامی که یک پمپ گریز از مرکز کار می کند، به پروانه چرخان با سرعت بالا تکیه می کند تا انرژی فشار مایع را تحت تأثیر نیروی گریز از مرکز اینرسی افزایش دهد. قبل از شروع کار پمپ گریز از مرکز، بدنه پمپ و خط لوله ورودی باید با محیط مایع پر شود تا از ایجاد حفره جلوگیری شود.
هنگامی که پروانه به سرعت می چرخد، تیغه ها باعث می شوند که محیط به سرعت بچرخد. محیط دوار تحت تأثیر نیروی گریز از مرکز از پروانه خارج می شود و آب داخل پمپ به بیرون پرتاب می شود و یک ناحیه خلاء در مرکز پروانه ایجاد می کند. استنشاق مداوم مایع در حالی که به طور مداوم مقدار معینی انرژی به مایع استنشاق شده برای دفع آن می دهد. پمپ گریز از مرکز به طور مداوم به این صورت کار می کند.
2. ساختار پمپ گریز از مرکز
انواع مختلفی از پمپ های گریز از مرکز وجود دارد و اگرچه ساختار هر نوع پمپ متفاوت است، اما اجزای اصلی اساساً یکسان هستند.
اجزای اصلی پمپ گریز از مرکز عبارتند از: پروانه، محور پمپ، بدنه پمپ، نشیمنگاه پمپ، جعبه پکینگ (دستگاه آب بندی شفت)، رینگ کاهش نشتی، نشیمنگاه یاتاقان و ....
پروانه جزء کار یک پمپ گریز از مرکز است که برای انجام کار بر روی مایع و رسیدن به انتقال مایع به چرخش پر سرعت خود متکی است. این یکی از اجزای مهم یک پمپ گریز از مرکز است.
پروانه به طور کلی از سه قسمت تشکیل شده است: توپی، تیغه ها و صفحه پوشش. صفحه پوشش پروانه را می توان به صفحه پوشش جلو و صفحه پوشش عقب تقسیم کرد. صفحه پوشش در سمت درگاه پروانه، صفحه پوشش جلو و صفحه پوشش در سمت دیگر صفحه پوشش عقب نامیده می شود.
پس از راه اندازی پمپ گریز از مرکز، شفت پمپ پروانه را به سمت چرخش با سرعت بالا هدایت می کند و مایع از قبل پر شده بین پره ها را وادار به چرخش می کند. تحت اثر نیروی گریز از مرکز اینرسی، مایع به صورت شعاعی از مرکز پروانه به محیط بیرونی حرکت می کند.
مایع در طول حرکت خود از پروانه انرژی می گیرد و در نتیجه انرژی فشار ساکن و سرعت جریان افزایش می یابد. هنگامی که مایع از پروانه خارج شده و وارد محفظه پمپ می شود، به دلیل انبساط تدریجی کانال جریان در داخل محفظه، سرعت آن کاهش می یابد. بخشی از انرژی جنبشی به انرژی فشار ساکن تبدیل می شود و در نهایت در جهت مماسی به خط لوله تخلیه جریان می یابد.
با توجه به شکل ساختاری، پروانه ها را می توان به سه نوع زیر تقسیم کرد.
(1) پروانه بسته دارای صفحات پوششی در دو طرف پروانه است، با 4-6 تیغه بین صفحات پوشش. پروانه بسته دارای راندمان بالایی است و به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد، مناسب برای انتقال مایعات تمیز بدون ذرات جامد و الیاف.
(2) پروانه باز فاقد صفحات پوششی در دو طرف تیغه است که برای انتقال مایعات حاوی مقدار زیادی مواد جامد معلق مناسب است. راندمان پایینی دارد و فشار مایع انتقالی زیاد نیست.
پروانه نیمه باز فقط یک صفحه پوشش عقب دارد و برای انتقال مایعاتی که به راحتی ته نشین می شوند یا حاوی مواد جامد معلق هستند مناسب است. کارایی آن بین پروانه باز و بسته است.
وظیفه اصلی شفت پمپ یک پمپ گریز از مرکز انتقال نیرو و پشتیبانی از پروانه برای حفظ عملکرد طبیعی در موقعیت کاری است. از طریق یک کوپلینگ در یک سر به شفت موتور متصل می شود و در انتهای دیگر پروانه را برای حرکت چرخشی پشتیبانی می کند. شفت مجهز به بلبرینگ، مهر و موم محوری و سایر اجزا است.
مواد متداول مورد استفاده برای شفت پمپ ها فولاد کربن و فولاد ضد زنگ است.
پروانه و شفت توسط کلیدها به هم متصل می شوند. از آنجایی که این روش اتصال فقط می تواند گشتاور را منتقل کند و نمی تواند موقعیت محوری پروانه را ثابت کند، یک آستین شفت و مهره قفل نیز در پمپ آب برای ثابت کردن موقعیت محوری پروانه استفاده می شود.
پس از اینکه پروانه به صورت محوری با مهره قفل کننده و آستین شفت قرار گرفت، برای جلوگیری از جمع شدن مهره قفل، باید از برگشت پمپ آب به خصوص برای نصب اولیه پمپ آب یا پمپ آب پس از جداسازی، جلوگیری کرد. و تعمیر و نگهداری، بازرسی فرمان باید طبق مقررات انجام شود تا از سازگاری با فرمان مشخص شده اطمینان حاصل شود.
عملکرد آستین شفت محافظت از شفت پمپ است و اصطکاک بین پکینگ و شفت پمپ را به اصطکاک بین بسته بندی و آستین شفت تبدیل می کند. بنابراین، آستین شفت بخشی از پمپ گریز از مرکز است که به راحتی فرسوده می شود.
سطح آستین شفت را می توان به طور کلی با روش هایی مانند کربوریزه کردن، نیترید کردن، آبکاری کروم، پاشش، و غیره درمان کرد. این می تواند ضریب اصطکاک را کاهش دهد و عمر مفید را بهبود بخشد.
بلبرینگ ها در تحمل وزن و ظرفیت تحمل بار روتور نقش دارند. یاتاقانهای غلتشی معمولاً در پمپهای گریز از مرکز استفاده میشوند که حلقه بیرونی و سوراخهای صندلی یاتاقان از سیستم محور پایه استفاده میکنند و حلقه داخلی و شافت از سیستم سوراخ پایه استفاده میکنند. بلبرینگ ها معمولاً با گریس و روغن روانکاری می شوند.
هنگامی که شفت پمپ از داخل محفظه پمپ عبور می کند، بین شفت و بدنه یک شکاف ایجاد می شود. در یک پمپ گریز از مرکز تک مکش، اگر از دستگاه مهر و موم شفت در این مکان استفاده نشود، آب با فشار بالا در داخل محفظه پمپ به مقدار زیادی نشت می کند. جعبه بسته بندی یک وسیله معمولی برای آب بندی شفت است. جعبه بسته بندی از پنج جزء تشکیل شده است: مهر و موم شفت، بسته بندی، لوله آب بند، حلقه آب بند و غده بسته بندی.
ولوت به یک کانال جریان مارپیچی با سطح مقطع افزایش تدریجی از خروجی پروانه به ورودی پروانه مرحله بعدی یا به لوله خروجی پمپ اشاره دارد. کانال جریان به تدریج منبسط می شود و خروجی به شکل یک لوله انتشار است. پس از خروج مایع از پروانه، سرعت جریان آن به آرامی کاهش می یابد و بخش بزرگی از انرژی جنبشی را به انرژی فشار ساکن تبدیل می کند.
از مزایای ولوت می توان به ساخت آسان، منطقه بازده وسیع و حداقل تغییرات راندمان در پمپ پس از چرخاندن پروانه اشاره کرد.
اشکال این است که شکل پیچ نامتقارن است و هنگام استفاده از یک حلقه، فشار وارد بر جهت شعاعی روتور ناهموار است که به راحتی می تواند باعث خم شدن شفت شود. بنابراین در پمپ های چند مرحله ای فقط در قسمت اول و آخر از پیچ و مهره استفاده می شود در حالی که در قسمت میانی از دستگاه های چرخ راهنما استفاده می شود.
جنس پوسته حلزون عموماً چدن است. پیچ پمپ ضد خوردگی از فولاد ضد زنگ یا مواد ضد خوردگی دیگر مانند پلاستیک، فایبرگلاس و ... ساخته شده است و به دلیل فشار زیاد، پمپ های چند مرحله ای به استحکام مواد بالایی نیاز دارند و لوله های آنها عموماً از جنس است. فولاد ریخته گری
چرخ راهنما یک دیسک ثابت با پره های هدایت کننده رو به جلو است که در اطراف لبه بیرونی پروانه در جلو پیچیده شده است و کانال های جریان به شکل انتشار را تشکیل می دهد. در پشت، پره های هدایت معکوس وجود دارد که مایع را به سمت مرحله بعدی پروانه هدایت می کند. پس از پرتاب شدن از پروانه به بیرون، مایع به آرامی وارد پره های راهنما می شود و در امتداد پره های هدایت کننده به سمت بیرون به جریان خود ادامه می دهد. سرعت به تدریج کاهش می یابد و بیشتر انرژی جنبشی به انرژی فشار ساکن تبدیل می شود.
فاصله شعاعی یک طرفه بین پروانه و پره های راهنما تقریباً 1 میلی متر است. اگر شکاف بیش از حد بزرگ باشد، بازده کاهش می یابد. اگر شکاف خیلی کم باشد باعث لرزش و صدا می شود. در مقایسه با ولوت، پوشش پمپ گریز از مرکز چند مرحله ای تقسیم شده با چرخ های راهنما آسان تر است و در تبدیل انرژی راندمان بالاتری دارد. اما نصب و نگهداری از صدف حلزون دشوارتر است.
به منظور کاهش نشتی داخلی و محافظت از محفظه پمپ، حلقه های آب بندی قابل تعویض بر روی محفظه مربوط به ورودی پروانه نصب می شود. فاصله شعاعی بین سوراخ داخلی حلقه آب بندی و دایره بیرونی پروانه معمولاً بین 0 است.1-0.2mm. پس از سایش حلقه آب بندی، فاصله شعاعی افزایش می یابد، حجم تخلیه پمپ کاهش می یابد و راندمان کاهش می یابد. هنگامی که فاصله آب بندی از مقدار مشخص شده بیشتر شد، باید به موقع تعویض شود.
سه شکل ساختاری از حلقه های آب بندی وجود دارد:
اولا، نوع حلقه مسطح ساختار ساده ای دارد و ساخت آن آسان است، اما اثر آب بندی ضعیف است. ثانیاً، حلقه آب بندی با زاویه مناسب یک کانال 90 درجه برای نشت مایع فراهم می کند و در نتیجه عملکرد آب بندی بهتری نسبت به نوع حلقه مسطح دارد و به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. ثالثاً حلقه آب بندی لابیرنت اثر آب بندی خوبی دارد، اما ساختار آن پیچیده و ساخت آن دشوار است که به ندرت در پمپ های گریز از مرکز استفاده می شود.
3. فرآیند کار پمپ گریز از مرکز
(1) قبل از راه اندازی پمپ، پمپ را با مایعی که قرار است منتقل شود پر کنید.
(2) پس از راه اندازی پمپ، شفت پمپ پروانه را به سمت چرخش با سرعت بالا هدایت می کند و نیروی گریز از مرکز تولید می کند. تحت این عمل، مایع از مرکز به سمت محیط بیرونی پروانه پرتاب می شود و باعث افزایش فشار شده و با سرعت بالا ({1}} متر بر ثانیه) به داخل محفظه پمپ جریان می یابد.
(3) در محفظه پمپ حلزونی، به دلیل انبساط مداوم کانال جریان، سرعت جریان مایع کاهش می یابد و بیشتر انرژی جنبشی را به انرژی فشار تبدیل می کند. در نهایت، مایع با فشار استاتیکی بالاتر از درگاه تخلیه به خط لوله تخلیه جریان می یابد.
(4) پس از بیرون ریختن مایع داخل پمپ، خلاء در مرکز پروانه ایجاد می شود. تحت اختلاف فشار بین فشار سطح مایع (فشار اتمسفر) و فشار پمپ (فشار منفی)، مایع از طریق خط لوله مکش وارد پمپ می شود و محل تخلیه مایع را پر می کند.
4. طبقه بندی پمپ های گریز از مرکز
محصولات پمپ های گریز از مرکز به طور کلی بر اساس ویژگی های ساختاری خود، با روش های طبقه بندی متعددی از جمله فشار کاری، تعداد پروانه های کار، و روش ورودی پروانه ها طبقه بندی می شوند.
(1) با توجه به فشار کار:
پمپ فشار کم: فشار زیر 100 متر ستون آب؛
پمپ فشار متوسط: فشار بین 100-650 متر ستون آب.
پمپ فشار قوی: فشار بالاتر از 650 متر ستون آب است.
(2) با توجه به تعداد پروانه های کار:
پمپ تک مرحله ای: به داشتن تنها یک پروانه روی شفت پمپ اشاره دارد.
پمپ چند مرحله ای: دو یا چند پروانه روی محور پمپ وجود دارد و کل هد پمپ مجموع سرهای تولید شده توسط n پروانه است.
(3) با توجه به روش ورودی پروانه:
پمپ ورودی تک طرفه: به پمپ تک مکنده نیز معروف است، به این معنی که تنها یک ورودی روی پروانه وجود دارد.
پمپ ورودی دو طرفه: به پمپ مکش دو طرفه نیز معروف است، به این معنی که در دو طرف پروانه یک ورودی وجود دارد. دبی آن دو برابر یک پمپ تک مکش است که می توان آن را به صورت دو پروانه پمپ تک مکش که پشت به هم قرار گرفته اند تقریب زد.
(4) با توجه به موقعیت شفت پمپ:
پمپ افقی: محور پمپ در حالت افقی قرار دارد.
پمپ عمودی: محور پمپ در حالت عمودی قرار دارد.
(5) با توجه به شکل مشترک بدنه پمپ:
پمپ نوع باز افقی: به درز مفصلی اطلاق می شود که بر روی صفحه افقی که از محور عبور می کند باز شود.
پمپ سطح مفصلی عمودی: یعنی سطح اتصال عمود بر محور باشد.
(6) روش هدایت آب از پروانه به سمت محفظه فشار به شرح زیر است:
پمپ کیس مارپیچی: پس از خروج آب از پروانه، مستقیماً به شکل مارپیچی وارد بدنه پمپ می شود.
پمپ پره ای راهنما: پس از خروج آب از پروانه، وارد پره های راهنمای تنظیم شده در خارج از آن می شود و سپس وارد مرحله بعدی می شود یا به لوله خروجی می ریزد.
(7) با توجه به رسانه های مختلف منتقل شده توسط پمپ های گریز از مرکز، می توان آن را به پمپ های آب تمیز، پمپ های روغن، پمپ های مقاوم در برابر خوردگی و غیره تقسیم کرد.
5. کاویتاسیون و اتصال گاز
طبق اصل کار یک پمپ گریز از مرکز، هنگامی که مایع بین پره ها از پروانه چرخان با سرعت بالا به بیرون پرتاب می شود، یک منطقه کم فشار در نزدیکی ورودی پروانه تشکیل می شود. هنگامی که فشار در ورودی پروانه برابر یا کمتر از pV فشار بخار اشباع مایع منتقل شده در دمای عملیاتی باشد، مایع در آن مکان تبخیر شده و حباب تولید می کند. هنگامی که حباب ها همراه با مایع به ناحیه پرفشار جریان می یابند، به سرعت تحت فشار متراکم می شوند.
در لحظه متراکم شدن حباب، خلاء موضعی ایجاد می شود و مایع اطراف با سرعت زیاد به سمت فضای اشغال شده توسط حباب هجوم می آورد و باعث ایجاد شوک و لرزش و در نتیجه نیروی ضربه قابل توجهی می شود. به خصوص هنگامی که نقطه تراکم حباب ها در نزدیکی سطح تیغه قرار دارد، ذرات مایع متعددی با فرکانس و فشار بالا بر تیغه ضربه می زند. در عین حال، حباب ها ممکن است حاوی مقدار کمی اکسیژن نیز باشند که می تواند باعث خوردگی شیمیایی مواد فلزی شود. تحت اثر ترکیبی ضربه مداوم و خوردگی شیمیایی، سطح تیغه ها آسیب دیده و در نتیجه لکه ها و ترک هایی ایجاد می شود که منجر به آسیب زودرس تیغه ها می شود. این پدیده کاویتاسیون در پمپ های گریز از مرکز نامیده می شود.
هنگامی که پمپ گریز از مرکز راه اندازی می شود، در صورت وجود هوا در داخل پمپ، به دلیل چگالی کم هوا، نیروی گریز از مرکز ایجاد شده پس از چرخش کم است و فشار کم ایجاد شده در ناحیه مرکزی پروانه برای مکش کافی نیست. مایع حتی اگر پمپ گریز از مرکز راه اندازی شود، نمی تواند وظیفه انتقال را کامل کند. به این پدیده اتصال هوا می گویند.
این نشان می دهد که پمپ گریز از مرکز ظرفیت خود مکش ندارد، بنابراین پمپ باید قبل از راه اندازی با مایع منتقل شده پر شود. البته اگر پورت مکش پمپ سانتریفیوژ زیر سطح مایع مایع انتقالی قرار گیرد، مایع به طور خودکار به داخل پمپ جریان می یابد که این یک مورد خاص است. خط لوله مکش پمپ گریز از مرکز مجهز به دریچه پایینی برای جلوگیری از تزریق مایع قبل از شروع به خارج شدن از پمپ است. فیلتر می تواند مکش جامد در مایع را مسدود کند و خط لوله را مسدود کند و شیر تنظیم نصب شده در خط لوله تخلیه محفظه پمپ برای راه اندازی، توقف و تنظیم دبی پمپ استفاده می شود.
از علل مختلف کاویتاسیون و اتصال گاز:
اتصال هوا به وجود هوا در بدنه پمپ اشاره دارد که معمولاً هنگام راه اندازی پمپ اتفاق می افتد و عمدتاً به صورت تخلیه نشدن کامل هوای داخل بدنه پمپ ظاهر می شود. و کاویتاسیون به دلیل رسیدن مایع به فشار تبخیر در دمای مشخصی است که ارتباط نزدیکی با محیط انتقال و شرایط عملیاتی دارد.
روش های زیر برای جلوگیری از وقوع پدیده اتصال گاز وجود دارد:
(1) قبل از شروع پوسته را با مایع پر کنید. از آب بندی مناسب محفظه اطمینان حاصل کنید و اطمینان حاصل کنید که شیر و سر دوش برای پر کردن آب نشتی ندارند. از عملکرد آب بندی خوب اطمینان حاصل کنید.
(2) خط لوله مکش پمپ گریز از مرکز مجهز به یک دریچه پایینی است تا از تزریق مایع قبل از شروع به خارج شدن از پمپ جلوگیری کند. فیلتر می تواند از مکش جامد در مایع جلوگیری کند. خط لوله تخلیه مجهز به یک شیر تنظیم کننده برای استفاده در هنگام راه اندازی، توقف و تنظیم دبی پمپ است.
(3) پورت مکش پمپ گریز از مرکز را زیر سطح مایعی که قرار است حمل شود قرار دهید و مایع به طور خودکار به پمپ جریان می یابد.
علل اصلی کاویتاسیون عبارتند از:
(1) خط لوله ورودی دارای مقاومت بیش از حد است یا خط لوله خیلی نازک است
(2) دمای محیط انتقال خیلی زیاد است.
(3) جریان بیش از حد، به این معنی که دریچه خروجی بیش از حد باز است.
(4) ارتفاع نصب بسیار زیاد است که بر ظرفیت مکش پمپ تأثیر می گذارد.
(5) مسائل انتخاب، از جمله انتخاب پمپ، انتخاب مواد پمپ و غیره
شرایط تسویه حساب:
(1) اجسام خارجی را در خط لوله ورودی تمیز کنید تا ورودی بدون مانع باشد یا اندازه قطر لوله را افزایش دهید.
(2) دمای محیط انتقال را کاهش دهید.
(3) ارتفاع نصب را کاهش دهید.
(4) پمپ را مجدداً انتخاب کنید یا برخی از اجزای پمپ را بهبود ببخشید، مانند استفاده از مواد مقاوم در برابر خوردگی.