پروانه پمپ مهمترین بخش پمپ می باشد، چرا که اندازه، شکل و سرعت آن ظرفیت پمپ را در تمام شرایط تعیین می نماید. نوع پروانه با تیغه ساده کونیک و با روپوش منفرد معمولا در صنایع کوچک به کار می رود. پروانه با تیغه ساده همچنین می تواند دارای دو روپوش باشد. نوع دیگر این پروانه دارای تیغه خمیده یا شعاعی است. این پروانه غالبا برای انتقال مواد شامل توده های جامد یا ذرات درشت معلق به کار می رود، و سرعت بیشتری به ماده پمپ شونده می بخشد.
پروانه پمپ
پروانه با تیغه شعاعی در دو طرح باز و بسته عرضه می شود. طرح باز آن دارای روپوش جزئی بوده که در مقایسه با پروانه های دیگر کوچکتر می باشد. روپوش این پروانه های نوع باز فقط قسمت پشت پروانه را می پوشاند. ارتفاع تیغه پروانه بسته به طرح و کاربرد مورد نظر می تواند از نیم تا دو اینچ تغییر کند. قطر پروانه همراه با ظرفیت پمپ، ارتفاع پروانه لازم را تعیین می کند. نوع دیگر پروانه باز با روپوش کامل در قسمت پشت است که این پروانه معمولا در ردیف پروانه های نیمه باز قرار می گیرد، چرا که روپوش کامل پشتی تشکیل یک دایره کامل داده وتیغه ها از جلو قابل دسترسی اند.
قسمت مرکزی پروانه که بر روی محور نصب می شود، توپی پروانه نام دارد. این توپی بسته به طرح و اندازه پروانه می تواند کوچک یا بزرگ باشد. اگر پروانه از نوع مکش دو گانه باشد، توپی معمولا در قسمت مرکزی باز بوده و دو توپی جدا گانه برروی محور نصب می شوند.
نوع مکش دو گانه بسیار شبیه نوع مکش واحد بوده، با این فرق که در آن روپوش پشتیبان وجود ندارد. در عوض مرکز پروانه با مکش دو گانه دارای به اصطلاح روپوش های جزئی است که، هنگامی که به هم متصل می شوند به شکل منحنی خواهند بود که آبرا از دهانه مکش پروانه به نوک تیغه های تخلیه هدایت می کنند. تیغه های هر طرف در موقعیت های مناسب قرار گرفته و پس از اتصال به صورت یک تیغه واحد در می آیند که در نزدیکی لبه بیرونی پروانه قرار دارد. رو پوش های بیرونی محفظه ای برای مواد پمپ شونده به وجود می آورند.
پروانه پمپ نیز مانند پوسته یا بدنه آن می تواند از چدن، فولاد، برنز، برنج، لاستیک قالبی، فایبر گلاس یا هر ماده دیگری باشد که با ماده پمپ شونده ساز گار است. البته انواع دیگر پروانه نیز در پمپ ها بکار می روند، اما بیشتر در پمپ های انتقال مواد مخصوص یا پمپ هایی با طراحی مخصوص استفاده می شوند. این پروانه ها همراه با نوع پمپ مربوطه در درس های آینده شرح داده خواهند شد. پروانه های که تا کنون مورد بحث قرار گرفته اند تنها برای پمپ های تک پروانه استفاده می شوند. در پمپ های چند مرحله ای، طراحی پروانه باید چنان با دقت صورت پذیرد که از اعمال نیروهای اضافی شعاعی ویا محوری در هر مرحله آن پرهیز شود. برای این منظور پروانه ها معمولا پشت به پشت قرار می گیرند، حتی اگر چند اینچ از یکد یگر فاصله داشته باشند. برخی پروانه ها در قسمت پشت روپوش تیغه های کوچکی دارند که برای پمپ کردن آبهایی به کار می روند که در پشت پروانه قرار می گیرند. بدین طریق، بارمحوری پروانه های عادی نیز کاهش می یابد.
تاریخچه پمپ های پروانه ای
اولین پمپ سانتریفوژ شناخته شده در تاریخ مهندسی در 31 ژولای 1772 در یك معدن مس در "سان دومینگوئز در پرتغال كشف شد . این پمپ در قرن پنجم میلادی به خدمت گرفته می شد . پروانه این پمپ از جنس چوب با پره های دوخمشه می باشد . شكل پره ها نشان از خاقیت بالای صنعتگران باستان در 16 قرن پیش می باشد .
ایده استفاده از نیروی گریز از مركز برای بالا بردن سیالات اولین بار توسط لئوناردو داوینچی (1519 - 1452 ) پیشنهاد شد .
در اواسط قرن شانزدهم یك پروانه پره دار برای تهویه معادن مورد استفاده قرار گرفت .
این پروانه بر مبنای اصل گریز از مركز كه توسط جورجیوس آگریكولا در كتاب De re1530 ( metallica ) تشریح شده بود ، عمل می كرد . مخترع شایسته پمپ سانتریفوژ فیزیكدان فرانسوی دنیس پاپین می باشد . او در كتاب Des cription et l`usage de la 1687( nouvell machin a` e`lever l’eau ) ماشینی را توصیف نمود كه مدلی از پمپ های سانتریفوژ امروزی می باشد . او اختراعش را دو سال بعد در Acta Eruditorum تحت نام” rotatilis suctor et pressor ” به ثبت رساند .
روتور پمپ پاپین از دو پره شعاعی تخت كه در یك محفظه سیلندری بسته می چرخید، تشكیل شده بود . سیال به مركز روتور هدایت می شد و پس از عبور از پره ها به یك لوله با قطر خیلی كوچك كه در محیط محفظه قرار داشت ، رانش می شد . پمپی كه توسط پاپین تشریح شد یك مدل علمی كوچك بود . اولین پمپی كه توسط پاپین برای پمپاژ آب ساخته شد در سال 1705 بود. پروانه این پمپ ، چند پره با محفظه حلزونی بود .
بعد از پاپین، ریسل، كرنلین لا دمور و دانیل گابریل فارنهایت به یك سری پیشرفت های جزئی دست یافتند . اما آنها نتوانستند بر نقیصه اساسی پمپ های سانتریفوژ در آن روزها كه عموماً نفوذ هوا بود ، غلبه نمایند . یك مانع در راه گسترش پمپ های روتودینامیكی محبوبیت پمپ های سیلندر - پیستونی در آن زمان بود . این محبوبیت بخاطر همخوانی با تجهیزات تكنولوژی در آن روزها و همچنین عدم گسترش صنعت ماشین بو د. پمپ های سانتریفوژ ، تماماً ماشین های با سرعت بالا هستند كه نیاز به تطابق با محرك های تسمه و چرخدنده دارند . تنها در قرن نوزدهم بود كه با پیشرفت تكنولوژی چرخدنده ها ، این تطابق صورت گرفت .
در سال 1754 ریاضیدان مشهور لئونارد اولر ( 1707 ) با انتشار تئوری توربینهای هیدرولیكی، پیشرفت عظیمی در گسترش توربینهای هیدرولیكی در قرن نوزدهم ایجاد كرد ، اما تأثیر كمی بر پمپ های روتودینامیكی داشت .
در 1785 جان اسكی یك پمپ با ساختار جدیدی اختراع نمود كه مدلی از پمپ های ملخی بود .
در سال 1846 ، اولین پمپ سانتریفوژ سه طبقه توسط جانسون امریكایی ساخته شد . و چند سال بعد جیمز استوارت جوین در سال 1949 پمپ سانتریفوژ چند طبقه ساخت و اولین تحلیل سیستماتیك این پمپ ها را ارائه نمود .
در همان زمان جان جورج آپولد برای اولین بار از پره های انحنادار خمیده به عقب استفاده نمود . و بازده 68 % در پمپ هایی كه طراحی اش در دبی فرمولو هد ft 20) m6 ) بود، بدست آورد .
در حدود سال 1850 فیزیكدان و مهندس انگلیسی جیمز توماسون ، ایده استفاده از پره های راهنما برای افزایش بازده در پمپ ها را بكار گرفت .
در این دوره توسعه پمپ های سانتریفوژ مربوط به اسامی آندریو و وایتاو بود . تا اواسط قرن نوزدهم، پیشرفت در طراحی پمپ های سانتریفوژ، بر پایه اختراعات وپیشرفت های انفرادی محققان و طراحان بود . سازندگان این پمپ ها اطاعات خود را مخفی نگاه می داشتند ، توسعه صنعت پمپ های سانتریفوژ به شیوه مدرن در اواخر قرن نوزدهم اتفاق افتاد . درخواست روز افزون برای انواع پمپ های سانتریفوژ ، مانند كف كش ، لجن كش و توسعه تجهیزات آبی ، سبب شد كه كارخانه داران بر پایه تولیداتشان ، تحقیقات علمی و تجربی انجام دهند .
اولین تحقیقات سیستماتیك و علمی در خصوص پمپ های روتودینامیكی در سال 1890 توسط برادران سولزر در سویس انتشار یافت . این تحقیقات ، سبب پیشرفت سریع در طراحی پمپ های سانتریفوژ شد، و در سالهای بعد ، در طراحی پمپ های مارپیچی ، قطری و جریان – محوری نیز پیشرفت هایی حاصل شد .
بمنظور كاهش نیروهای محوری ، دیسك بالانس در یك پمپ سه طبقه در سال 1894 بخدمت گرفته شد .
یك فاكتور قطعی در پیشرفت محدوده كاربرد پمپ های سانتریفوژ ، پیشرفت موتورهای الكتریكی بود . اتصال مستقیم پمپ به یك موتور الكتریكی سرعت بالا دلیل منطقی برای توسعه كاربرد پمپ های سانتریفوژ و محدود شدن تدریجی پمپ های پیستونی در خیلی زمینه ها، بود .
پمپ ها ماشینهایی هستند كه برای بالا بردن سیالات از یك ارتفاع پایین به ارتفاع بالا و یا برای تخلیه آنها از یك منطقه كم فشار به منطقه پر فشار استفاده می شوند. همچنین در مواردی كه طول لوله ها بسیار زیاد و یا مقاومت هیدرولیكی بالا باشد ، مانند خطوط انتقال روغن، از پمپ ها استفاده می شود . پمپ ها با ایجاد اختاف فشار در سمت مكش و دهش عمل انتقال سیال را انجام می دهند .
یك پمپ، انرژی مكانیكی كه از طریق یك منبع خارجی تأمین می شود را به انرژی حركت سیال تبدیل می نماید. بنابراین پمپ ها با افزایش انرژی سیال باعث بالا رفتن سیال و یا غلبه بر مقاومت های هیدرولیكی در لوله تخلیه می شوند.
باید توجه نمود كه اساس عمل پمپ ها معكوس عمل موتورهای هیدرولیكی می باشد .
در موتورهای هیدرولیكی ، انرژی حركت سیال به كار مكانیكی تبدیل می شود، اما در پمپ ها همانطور كه در بالا به آن اشاره شد، كار مكانیكی سبب افزایش انرژی سیال می شود.
طبقه بندی پمپ ها
پمپ ها عموما توسط دو عبارت كاما متفاوت، از هم مشخص می شوند:
1. مشخصه های هیدرولیكی یا سیال پمپ شونده.
2. نوع پمپ یا كاربرد ویژه ای كه برای پمپ در نظر گرفته شده است. استفاده از این دو روش برای تشخیص پمپ ها، برای تازه كارها و حتی برخی افراد كهنه كار ممكن است در بدو امر تا حدودی گیج كننده باشد.
پمپ ها به دو گروه اساسی طبقه بندی می شوند. این تقسیم بندی بر مبنای طریقه انتقال سیال از سمت مكش به رانش می باشد.
1. پمپ های جابجایی مثبت یا Positive Displacement
2. پمپ ها روتودینامیكی یا پروانه ای
بسیاری از اسرار در خصوص طبقه بندی پمپ ها را روشن می كند. می توان آن را نقشه راه برای دنیای پمپ ها نام نهاد. براساس استانداردهایی كه اغلب برای طبقه بندی به كار می رود این شكل حقایق مفیدی را درخصوص انتخاب و كاربرد پمپ نشان می دهد.
توجه شود كه این دو كلاس تنها به مكانیك حركت سیال مربوط می شوند و ارتباطی به مصارفی كه پمپ بدان منظور طراحی شده است ندارد.این موضوع از آن جهت اهمیت دارد كه بسیاری از پمپ ها برای مصارف ویژه ای تولید و به فروش می رسند و مسائل پایه ای نظیر كاس و نوع پمپ ممكن است در پیچیدگی های یافتن بهترین طرح، مورد چشم پوشی قرار گیرد.
هر كلاس به نوبه خود به انواع متفاوتی تقسیم می شود. به عنوان مثال ، طبقه بندی روتاری خود، به انواع پمپ های : پیچی، دنده ای، و پره ای (vane ) و غیره ... تقسیم می شود. هركدام از این پمپ ها نوع خاصی از پمپ های روتاری می باشند.
دو مورد فوق كه در تقسیم بندی بالا ذكر شد جزئیات مهمی در مصارف پمپ ها می باشند؛ این دو موردكلید اصلی در طبقه بندی پمپ ها می باشند. در استانداردهای مختلف در دنیا مانند HI, API و یا ISO طبقه بندی پمپ ها بر اساس ساختار فیزیكی پمپ می باشد و سازندگان پمپ ها جهت ساخت انواع پمپ از این استانداردها كه مقبولیت جهانی دارد و یا استانداردهایی كه خود طراحی می كنند استفاده می نمایند. در انتخاب پمپ ها، معمولا لازم است عاوه بر ساختار فیزیكی پمپ جزئیات عملكرد و كاربرد پمپ را بررسی نماییم. استاندارد 610 API ، پمپ های سانتریفوژ را به سه دسته كلی زیر طبقه بندی می نماید :
پمپ هایی كه یاتاقان های پمپ در یک طرف پروانه قرار دارد و اصطاحاً یک سر آویز یا Overhung می باشد و با نماد اختصاری OH نمایش داده می شود.
پمپ های كه پروانه یا پروانه های پمپ بین دو یاتاقان قرار می گیرد و اصطاحاً به آن Between bearing گفته می شود و با نماد اختصاری BB نمایش داده می شود.
پمپ هایی كه به صورت عمودی قرار می گیرند و معمولاً طول محور پمپ بلند می باشد و كل مجموعه پمپ به صورت یكسر آویز مهار می گردد و اصطاحاً به آن Vertically Suspended گفته می شود و نماد اختصاری آن VS می باشد.
مشخصه های عمومی مطلب بعدی، در خصوص مشخصه های عمومی انواع پمپ ها می باشد. جدول 1تمامی اطاعات را نشان می دهد. برای مثال، برای یافتن پمپی با ظرفیت نسبتا كم برای سیال های خالص و تمیز با هد بالا، به این جدول مراجعه كنید، به یاد داشته باشید كه ارتفاع هندسی مكش ( suction lift) نبایستی از حداكثر محدوده توصیه شده تجاوز نماید.
ظرفیت برحسب متر مكعب بر ساعت hr m3/ اندازه پمپ را مشخص می كند و نوع پمپ انتخاب شده را تحت تاثیر قرار می دهد. همچنین ویژگی های سیال و ساخت پمپ نیز در نظر گرفته می شود. هد نیز عامل مهمی می باشد.
جدول (1) نشان می دهد كه پمپ های رفت و برگشتی برای شرایط عادی با ظرفیت های پایین و هد بالا و سیال پاك و خالص مناسب می باشند. در نتیجه برحسب نیازهای كاركرد، پمپی از نوع پیستونی یا نوع پانجری می توانند مورد انتخاب قرار گیرد. سیلندر ها نیز می توانند تكی، دوتایی، سه تایی یا تعداد بالاتری باشد.
پس از مشخص شدن این موارد ، مشخصات شیر های پمپ، مواد ساخت ، محركه و غیره مورد بررسی قرار می گیرد. عموما این طور به نظر می رسد كه جزئیات پمپ ها به شدت تحت تاثیر شرایط نصب قرار دارند. بنابراین جای گذاری پمپ های گریز از مركز می تواند به همان مقداری كه به دیگر فاكتور های موجود وابستگی دارد به لوله كشی، فضا، و شرایط كاری وابستگی داشته باشد.
محركه انتخاب شده برای پمپ ها می تواند توسط سرعت پمپ ، تعادل حرارتی، منبع تغذیه موجود و یا قیمت یك سوخت خاص در منطقه برآورده شود. یك بار دیگر خاطر نشان می كنیم كه این ها جزئیاتی هستند كه می بایست پس از انتخاب پمپ مناسب برای شرایط هیدرولیكی كه باید برآورده شوند، مورد ارزیابی قرار می گیرند، و كلید برآورده كردن شرایط هیدرولیكی، كلاس صحیح و نوع پمپ صحیح می باشد.
چنانچه دو یا چند فاكتور، نیاز های هیدرولیكی را برآورده كنند می بایست یك گام دیگر جلو رفت و بهترین پمپ را برای نصب مشخص كرد. پروژه ممكن است نیاز به پایین ترین قیمت ، طول عمربالا و یا سایر ملاحظات اقتصادی داشته باشد. معمولا همه این موارد در یك محصول جمع نمی شوند. در نتیجه باید تصمیم گرفت برای نصب پمپ چه فاكتوری بیشتر مورد توجه قرار دارد.
حلقه های سایش
چنانکه به خاطردارید حلقه های سایش، یک نقطه نشت سیال بین دهانه های مکش و رانش پمپ ایجاد می کنند. این نقطه نشت اجازه می دهد تا مقادیر کمی آب در پمپ گردش کرده، برخی از نیروهای شعاعی و محوری ایجاد شده در داخل پمپ را خنثی نماید. این حلقه ها معمولا به صورت قابل تنظیم طراحی می شوند تا فاصله مناسب بین پوسته و پروانه حفظ شود.