پمپ جریان مخلوط یک ماشین سیال بین پمپ گریز از مرکز و پمپ جریان محوری است که مزایای هر دو را ترکیب می کند و به طور گسترده در بسیاری از زمینه های مهندسی صنعتی و هیدرولیک استفاده می شود. ویژگیهای طراحی منحصربهفرد پمپهای جریان مختلط آنها را قادر میسازد عملکردی با کیفیت{1} در شرایط کاری خاص از خود نشان دهند. در ادامه به ویژگیهای طراحی منحصر به فرد پمپهای جریان مختلط میپردازیم.
1، طراحی پروانه
شکل و زاویه تیغه
شکل تیغه پمپ جریان مخلوط منحصر به فرد و معمولاً پیچ خورده است. این شکل به تیغه ها اجازه می دهد تا زاویه های متفاوتی برای قرارگیری تیغه ها در شعاع های مختلف داشته باشند. در ورودی پروانه، زاویه قرارگیری تیغه کوچک است تا از دست دادن ضربه جریان آب ورودی کاهش یابد و عملکرد مکش پمپ آب بهبود یابد. با افزایش شعاع، زاویه قرارگیری تیغه ها به تدریج افزایش می یابد، که می تواند جریان آب را قادر به افزایش انرژی مناسب در پروانه کند. به عنوان مثال، در برخی از پمپ های جریان مختلط بزرگ، زاویه قرارگیری تیغه ها ممکن است بین 10-20 درجه باشد، در حالی که در خروجی ممکن است به 30-40 درجه برسد.
طراحی پیچ خورده تیغه ها نیز باعث می شود جریان آب در پروانه یکنواخت تر شود و از وقوع گرداب ها و پدیده های ریزش بکاهد. این به بهبود راندمان هیدرولیکی پمپ آب و کاهش اتلاف انرژی کمک می کند.
تعداد و توزیع برگها
تعداد پره ها در یک پمپ جریان مختلط به طور کلی بین 3-6 است. تعداد پره ها بر عملکرد پمپ آب تاثیر می گذارد. تعداد کمتری از تیغه ها می تواند از دست دادن اصطکاک دیسک پروانه را کاهش دهد، اما ممکن است ناهمواری جریان آب را افزایش دهد. تعداد پره های بیشتر می تواند سر و کارایی پمپ آب را بهبود بخشد، اما همچنین می تواند دشواری و هزینه ساخت پروانه را افزایش دهد.
توزیع تیغه ها روی پروانه نیز با دقت طراحی شده است. معمولاً از یک توزیع متقارن برای اطمینان از تعادل دینامیکی پروانه در حین چرخش استفاده می شود. این توزیع متقارن به کاهش ارتعاش و نویز در حین کار پمپ و بهبود پایداری عملکرد پمپ کمک می کند.
2، ساختار بدنه پمپ
شکل پوسته مارپیچی
شکل ولوت یک پمپ جریان مختلط با یک پمپ گریز از مرکز و یک پمپ جریان محوری متفاوت است. پیچ آن معمولاً مارپیچ شکل است، اما زاویه مارپیچ بین یک پمپ گریز از مرکز و یک پمپ جریان محوری است. این شکل پوسته حلزونی می تواند بهتر با تغییرات سرعت و جهت جریان آب در خروجی پروانه پمپ جریان مخلوط سازگار شود و به تدریج جریان آب با سرعت بالا در خروجی پروانه را به انرژی فشار تبدیل کند.
دیواره داخلی پوسته حلزون صاف طراحی شده است تا اصطکاک بین جریان آب و دیواره پوسته حلزون را کاهش دهد. در همان زمان، عرض خروجی پوسته حلزون به تدریج افزایش می یابد تا با انتشار جریان آب سازگار شود و کارایی پمپ آب را بیشتر بهبود بخشد.
طراحی ورودی و خروجی
ورودی پمپ جریان مختلط معمولاً مستطیلی یا دایره ای است و طراحی آن باید اطمینان حاصل کند که جریان آب می تواند به آرامی وارد پروانه شود. شکل و اندازه کانال ورودی باید برای کاهش مقاومت جریان آب ورودی و بهبود عملکرد مکش پمپ آب بهینه شود.
طراحی خروجی باید جهت تخلیه جریان آب و الزامات فشار را در نظر بگیرد. خروجی به طور کلی مستطیلی یا مخروطی است، با یک زاویه مشخص بین جهت آن و جهت چرخش و جهت محوری پروانه، برای انطباق با اتصالات مختلف خط لوله و الزامات مهندسی.
3، طراحی پره راهنمای
شکل و کمیت پره های راهنما
پره های راهنمای پمپ های جریان مختلط معمولاً ساختارهای حلقوی پیچ خورده هستند. شکل و کمیت پره های راهنما تاثیر بسزایی در عملکرد پمپ آب دارد. تعداد پره های راهنما به طور کلی بین 4 تا 8 عدد است و طراحی شکل آنها باید اطمینان حاصل کند که می توانند به طور موثر جریان آب را در خروجی پروانه هدایت کنند و باعث می شود که در جهت محوری جریان یابد و فشار جریان آب بیشتر شود.
فاصله بین لبه ورودی پره راهنما و لبه خروجی پروانه باید مناسب باشد تا از ضربه و جدا شدن جریان آب جلوگیری شود. در عین حال، لبه خروجی پره راهنما باید به تدریج جمع شود تا سرعت خروجی جریان آب کاهش یابد و کارایی پمپ آب بهبود یابد.
عملکرد پره های راهنما
پره های راهنما نقش مهمی در پمپ های جریان مختلط دارند. نه تنها می تواند جریان آب را هدایت کند، بلکه انرژی جنبشی جریان آب خروجی پروانه را نیز بازیابی کرده و آن را به انرژی فشار تبدیل می کند. علاوه بر این، پره های راهنما نیز می توانند در متعادل کردن نیروهای محوری، کاهش رانش محوری در حین کار پمپ و بهبود پایداری عملکرد پمپ نقش داشته باشند.
4، آب بندی و طراحی بلبرینگ
طراحی آب بندی
طراحی آب بندی پمپ های جریان مختلط باید اطمینان حاصل کند که در حین کار نشتی رخ نمی دهد. برای پمپ های آب مخلوط معمولاً از آب بند مکانیکی یا آب بند پکینگ استفاده می شود. مهر و موم های مکانیکی دارای مزایای عملکرد آب بندی خوب و عمر طولانی هستند، اما هزینه نسبتاً بالا است. آب بندی بسته بندی ساختار ساده و کم هزینه ای دارد، اما عملکرد آب بندی آن نسبتا ضعیف است.
در برخی از شرایط کاری خاص، مانند پمپهای جریان مختلط که محیطهای خورنده یا دمای بالا را انتقال میدهند، به مواد و ساختارهای آببندی خاصی نیاز است. به عنوان مثال، برای پمپهای جریان مختلط که محیطهای خورنده را حمل میکنند، میتوان از مواد آببندی مقاوم در برابر خوردگی- مانند فلورو لاستیک استفاده کرد. برای پمپهای جریان مختلط با محیطهای دمای بالا، میتوان از آببندهای مکانیکی خنککننده برای جلوگیری از خرابی آببند به دلیل دماهای بالا استفاده کرد.
طراحی بلبرینگ
یاتاقان های پمپ جریان مخلوط باید وزن پروانه و محور پمپ و همچنین نیروهای محوری و شعاعی را در حین کار تحمل کنند. بنابراین، طراحی بلبرینگها باید ظرفیت باربری و قابلیت اطمینان کافی را داشته باشد. معمولاً از یاتاقان های غلتشی یا کشویی استفاده می شود.
بلبرینگ های غلتکی دارای مزایای ضریب اصطکاک کم و راه اندازی انعطاف پذیر هستند، اما آنها نیاز به روغن کاری و تعویض منظم دارند. یاتاقانهای کشویی مزایای باربری قوی-و عملکرد روان را دارند، اما به روانکاری و خنککاری بالا نیاز دارند. در طراحی پمپ های جریان مختلط باید انواع یاتاقان های مناسب بر اساس شرایط و الزامات عملیاتی خاص انتخاب شده و طراحی های روانکاری و خنک کاری معقول انجام شود.
5، انتخاب مواد
مواد پروانه
انتخاب ماده پروانه پمپ جریان مخلوط باید بر اساس ویژگی های محیط انتقال و شرایط کاری تعیین شود. برای پمپ های جریان مختلط که آب تمیز یا محیط های خورنده خفیف را انتقال می دهند، معمولاً از موادی مانند چدن، چدن فولادی یا فولاد ضد زنگ استفاده می شود. پروانه های چدن دارای مزایای کم هزینه و عملکرد خوب ریخته گری هستند، اما مقاومت در برابر خوردگی آنها ضعیف است. استحکام و چقرمگی پروانه های فولادی ریختگی خوب است و برای شرایط کاری با فشار بالا مناسب است. پروانه های فولادی ضد زنگ دارای مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر سایش هستند و برای انتقال محیط هایی با خورندگی قوی یا حاوی ذرات جامد مناسب هستند.
برای برخی از شرایط کاری خاص، مانند انتقال دمای بالا، فشار بالا یا محیط های بسیار خورنده، می توان از مواد آلیاژی خاص مانند آلیاژهای مبتنی بر نیکل، آلیاژهای تیتانیوم و غیره نیز استفاده کرد.
بدنه پمپ و مواد پره راهنما
مواد بدنه پمپ و پره های راهنما نیز باید با توجه به خواص محیط و شرایط کاری انتخاب شوند. برای پمپ های آب مخلوط عمومی، می توان از چدن یا فولاد چدنی برای ساخت بدنه پمپ و پره های هدایت کننده استفاده کرد. برای پمپ های جریان مخلوط که محیط های خورنده را حمل می کنند، می توان از موادی مانند فولاد ضد زنگ، فایبرگلاس یا پلاستیک استفاده کرد. پلاستیک تقویت شده با فایبرگلاس دارای مزایای وزن سبک و مقاومت در برابر خوردگی خوب است و برای برخی از پمپ های جریان مخلوط کوچک و سبک مناسب است. پلاستیک مقاومت در برابر خوردگی و خواص عایق خوبی دارد که آن را برای برخی شرایط کاری خاص مناسب می کند.
6، ویژگی های عملیاتی
منحنی سر جریان
منحنی سر جریان یک پمپ جریان مختلط شکل قوز را نشان می دهد. وقتی سرعت جریان کم است، هد بالاست. با افزایش سرعت جریان، هد به تدریج کاهش می یابد. هنگامی که نرخ جریان به مقدار مشخصی می رسد، هد دوباره شروع به بالا رفتن می کند. این منحنی سر جریان پمپ های جریان مخلوط را قادر می سازد تا سطح مشخصی از راندمان را تحت شرایط عملیاتی مختلف حفظ کنند.
در مقایسه با پمپ های گریز از مرکز، پمپ های جریان مخلوط دارای هد بالاتر در دبی کم هستند و برای شرایط کاری که نیاز به هد بزرگتر دارند مناسب تر هستند. در مقایسه با پمپ های جریان محوری، پمپ های جریان مخلوط دارای افت هد کندتر در نرخ های جریان بالا و پایداری بهتر هستند.
ویژگی های کارایی
منحنی راندمان پمپ جریان مخلوط نسبتاً مسطح است و می تواند راندمان بالایی را در محدوده جریان زیاد حفظ کند. این امر پمپ های جریان مخلوط را قادر می سازد تا در شرایط با تغییرات زیاد جریان، سازگاری خوبی داشته باشند. برای مثال در سیستم های آبیاری زمین های کشاورزی به دلیل نیاز آبیاری متفاوت در فصول و کرت های مختلف، دبی بسیار متفاوت خواهد بود. پمپ های جریان مختلط می توانند بازده عملیاتی بالایی را حفظ کرده و در این شرایط انرژی را ذخیره کنند.
ویژگی های طراحی منحصر به فرد پمپ های جریان مختلط باعث می شود که آنها به طور گسترده در زمینه هایی مانند حفاظت از آب، کشاورزی و صنعت قابل استفاده باشند. با توسعه مداوم فناوری، فناوری طراحی و ساخت پمپ های جریان مختلط به نوآوری و بهبود ادامه خواهد داد و تجهیزات انتقال سیال کارآمدتر و قابل اعتمادتر را برای توسعه صنایع مختلف فراهم می کند.