نحوه‌ی عملکرد و اجزای پمپ گریز از مرکز یا سانتریفیوژ چگونه است؟

پمپ گریز از مرکز یا سانتریفیوژ ، پمپی است که براساس تبدیل انرژی جنبشی یک سیال جاری، به فشار ایستا کار می‌کند.

نحوه‌ی عملکرد

نحوه‌ی کار پمپ گریز از مرکز یا سانتریفیوژ ، براساس نیروی گریز از مرکز است بدین صورت که فشار مایع، به مرکز پمپ و پای پره‌های پروانه وارد می‌شود و در اثر کاهش فشار در این ناحیه، پروانه توسط الکتروموتور با سرعت بالا دوران می‌کند و مایع قرارگرفته در بین پره‌های پروانه همراه با آن دوران می‌کند.

درنتیجه انرژی جنبشی آن افزایش می‌یابد و در اثر نیروی گریز از مرکز به طرف خارج پرتاب می‌شود و پوسته پمپ را پر از سیال می‌کند. در نهایت انرژی جنبشی مایع به دلیل طراحی خاص مجرای خروجی پمپ به انرژی پتانسیل فشار تبدیل می‌گردد.

بنابراین از پمپ گریز از مرکز یا سانتریفیوژ برای افزایش فشار مایعات و انتقال آن، با تبدیل انرژی جنبشی چرخشی، به انرژی هیدرودینامیکی جریان سیال، استفاده می‌شود و بطور معمول انرژی چرخشی آن، از موتور تامین می‌شود.

پمپ‌های گریز از مرکز، زیر مجموعه‌ای از توربین‌های کارخانه‌ی جذب کننده‌ی کار، بدون محور پویا هستند.

کاربرد پمپ‌های گریز از مرکز

پمپ گریز از مرکز یا سانتریفیوژ اغلب به دلیل قابلیت جریان زیاد، سازگاری با محلول ساینده، پتانسیل اختلاط و همچنین مهندسی نسبتاً ساده‌ای که دارند، انتخاب می‌شود.

مصارف رایج پمپ‌های گریز از مرکز شامل، پمپاژ آب، فاضلاب، کشاورزی، نفت و پتروشیمی و همچنین جهت انتقال آب تمیز در مصارف آبیاری، سیستم‌های آبیاری بارانی، ایستگاه‌های تقویت فشار، تأمین آب اضطراری، زهکشی آب‌های زیرزمینی، تأسیسات تصفیه آب، مصارف شستشوی صنعتی و سیستم‌های آتش‌نشانی و همینطور معادن و آب‌نماها کاربرد دارد.

یکی از انواع پمپ‌های گریز از مرکز پمپ استخری است که دارای دبی زیاد و هد کم می‌باشند.

پمپ تصفیه استخر، آب استخر را از راه دریچه‌های کف استخر به همراه گریل‌ها یا اسکیمر، مکش نموده و با ایجاد فشار، آن را از تجهیزات تصفیه آب، مانند فیلتر تصفیه استخر، تجهیزات گندزدایی و سیستم گرمایشی عبور داده و در نهایت توسط نازل‌ها مجدداً به استخر بازمی‌گرداند.

از فن‌های گریز از مرکز نیز معمولاً برای اجرای جاروبرقی استفاده می‌شود.

عملکرد معکوس پمپ گریز از مرکز یک توربین آبی است که انرژی بالقوه فشار آب را به انرژی چرخش مکانیکی تبدیل می‌کند.

این نوع پمپ‌ها مخصوص نصب عمودی هستند و در مواردی، بسته به تعداد طبقات و اندازه موتور ممکن است به صورت افقی یا مایل نیز نصب شوند.

پروانه‌ها به صورت جریان شعاعی یا مختلط بوده و قابل تراش هستنند.

محفظه طبقات پمپ‌های جریان شعاعی توسط بست طبقات و محفظه طبقات پمپ‌های جریان مختلط توسط پیچ‌های دو سر به یکدیگر متصل می‌شوند.

محفظه مکش بین موتور و پمپ، توسط صافی مکش، پمپ را در مقابل ذرات درون آب محافظت می‌کند. این نوع پمپ‌ها معمولاً دارای سوپاپ یک طرفه می‌باشند.

نقطه عملکرد پمپ گریز از مرکز

پمپ‌های گریز از مرکز می‌توانند در شرایط مختلفی از نظر دبی و هد (تمامی نقاطی که روی منحنی دبی-هد پمپ قرار دارند) کار کنند.

به نقطهٔ خاصی از نظر دبی و هد که پمپ در آن کار می‌کند، نقطه عملکرد پمپ گفته می‌شود که توان الکترموتور، بازده و مقدار ارتفاع مکش مثبت خالص را تعیین می‌کند.

این نقطه از تقاطع منحنی سیستم با منحنی عملکرد پمپ بدست می‌آید.

اجزای تشکیل دهنده‌ی الکتروپمپ گریز از مرکز

• الکتروموتور: قسمت الکتریکی پمپ
• کوپلینگ یا هم محورسازی: متصل‌کننده‌ی الکترومتر به شافت یا محور پمپ
• محفظه یاتاقان: محل قرارگیری برینگ‌ها
• مکانیکال سیل: محل آب‌بندی پمپ و جداکننده سیال پمپاژ شده و قسمت مکانیکی پمپ
• پره‌های پمپ: دو جزء اصلی پمپ‌های گریز از مرکز پروانه و تیغه آن و حلزونی پمپ هستند.
• پروانه: تأمین کننده‌ی انرژی لازم برای سیال
• تیغه: تبدیل کننده‌ی سرعت به فشار

پروانه

نقش پروانه‌ها در پمپ گریز از مرکز تأمین انرژی لازم برای سیال می‌باشد. در پمپ‌ها دو نوع پروانه پایه‌ای وجود دارند:

• مارپیچی
• توربینی

پروانه‌های توربینی با تیغه‌های پخش‌کننده‌ای احاطه شده‌اند که مسیرهای به تدریج پهن شونده‌ای فراهم می‌آورند تا سرعت آب را به آهستگی کاهش دهند؛ بنابراین هد سرعت به هد فشار تبدیل می‌شود.

پروانه مارپیچی با ویژگی نداشتن تیغه‌های پخش‌کننده مشخص می‌شوند. در عوض پروانه آن درون محفظه‌ای که حلزونی شکل است قرار گرفته و سرعت آب به دلیل ترک کردن پروانه کاهش می‌یابد که همراه با افزایش فشار می‌باشد.

انتخاب بین این دو نوع پروانه بسته به شرایط استفاده تغییر می‌کند. نوع مارپیچی آن به دلیل ظرفیت بالا و هد مصرفی پائین در چاه‌های کم عمق کاربرد دارد و نوع توربینی آن هم در چاه‌های آب عمیق مورد استفاده می‌گیرد.

تیغه

تیغه نقش راندن مایع به خروجی پمپ را دارد که سرعت را به فشار تبدیل می‌نماید. جزء تیغه در داخل پمپ که معمولاً به پروانه متصل است به نوبه خود دارای شکل‌های گوناگونی است.

دسته‌بندی شکلی تیغه‌ها را می‌توان به‌طور کلی به دو دسته تقسیم نمود:

• صاف
• مارپیچ

که این دسته‌بندی نیز می‌تواند منجر به دسته‌بندی کلی در مورد پروانه‌ها گردد.

دسته‌بندی پمپ‌های گریز از مرکز

پمپ گریز از مرکز یا سانتریفیوژ به چند روش تقسیم بندی می‌شود. یکی از این روش‌ها بر پایه‌ی جریانی است که به وجود می‌آورد و از این طریق به سه دسته تقسیم می‌شوند.

پمپ جریان شعاعی

در این پمپ‌ها فشار سیال تنها با اعمال نیروی گریز از مرکز افزایش می‌یابد.

در این پمپ‌ها سیال به‌طور معمول از طریق توپی وارد پروانه شده و به صورت شعاعی به محیط جریان می‌یابد.

پمپ جریان مختلط

در این پمپ‌ها فشار تا حدودی با اعمال نیروی گریز از مرکز و تا حدودی نیز با اعمال نیروی بالابری، که از جانب تیغه‌ها اعمال می‌شود افزایش می‌یابد.

این دسته از پمپ‌ها دارای یک سری پروانه ورودی با جریان خروجی محوری هستند و تخلیه در راستاهای محوری و شعاعی انجام می‌شود.

پمپ جریان محوری

به این نوع پمپ‌ها، پمپ‌های ملخی هم گفته می‌شود.

در این نوع، بیشترین افزایش فشار سیال از طریق اعمال پروانه‌ها یا عملیات بالابری تیغه‌ها اعمال می‌شود.

در این گروه یک سری پروانه ورودی به همراه جریان ورودی محوری و خروجی محوری وجود دارد.

در حالت کلی از پمپ‌های جریان محوری هنگامی که تولید دبی لازم باشد استفاده می‌کنند.

نابالانسی در پمپ‌های گریز از مرکز

وقتی اجزای چرخان پمپ نابالانس باشند، ارتعاش حاصل از عضو چرخان نابالانس می‌تواند ترسناک باشد.

این ارتعاش می‌تواند موجب لرزش سطح زمینی که دستگاه روی آن قرار گرفته‌است شود، دستگاه‌های اطراف آن در جای خود تکان می‌خورند، پیچ‌های نگه دارنده شل می‌شوند و قطعات می‌شکنند.

یک عضو چرخان نابالانس یر روی یاتاقان‌های خود نیرو اعمال می‌کند و آن را از طریق سازه‌ی خود به بیرون منتقل می‌نماید و در نهایت این نیرو به فونداسیون می‌رسد.

دلایل بروز نابالانسی

• خمش یا قوس برداشتن بین یاتاقان‌های تکیه گاهی
• وزن معلق تحت نیروی ثقل محور، محرک را خمیده می‌کند.
• توزیع شدن غیریکنواخت ماده یا سیال در روتور
• قطعات هرز و لق شده بر روی روتور
• قطرهای مختف المرکز بر روی روتور که ناشی از ساخت می‌باشد و قطعات روی روتور هم مرکز نشده‌اند.
• هم تراز نبودن مسیر رانش با محور روتور
• کوپلینگ‌های راننده لق از پشت هم پرش می‌کنند.
• از بین رفتن تلرانس‌های بین قطعات مونتاژ شده بر روی روتور
• شانه‌ای‌های روی روتور خارج از میدان محور دوران ساخته شده‌اند.
• خلل و حفره‌های روی روتور
• هم تراز نبودن یاتاقان‌ها به محور نیرو وارد کرده و آن را قوس می‌دهد.

روابط تشابهی حاکم بر پمپ‌های گریز از مرکز

قوانین تشابه قطر پروانه

• تغییرات دبی با نسبت تغییرات قطر پروانه متناسب است.
• تغییرات هد با مربع نسبت تغییرات قطر پروانه متناسب است.
• تغییرات توان با مکعب نسبت تغییرات قطر پروانه متناسب است.

قوانین تشابه دور پمپ

• تغییرات دبی با نسبت تغییرات دور پمپ متناسب است.
• تغییرات هد با مربع نسبت تغییرات دور پمپ متناسب است.
• تغییرات توان با مکعب نسبت تغییرات دور پمپ متناسب است.

مزایای پمپ‌های گریز از مرکز

• ساختار و روش تولید ساده
• قیمت ارزان
• تولید فشار یکنواخت
• تنوع زیاد از لحاظ جنس پروانه و محفظه
• هزینه تعمیر و نگهداری پایین
• تغییر عملکرد با تراشیدن پروانه‌ها
• امکان اتصال مستقیم به موتور الکتریکی به دلیل توانایی انجام کار در دورهای بالا
• تولید یک جریان هموار و یکنواخت
• مطمئن و دارای عمر کاری مناسب
• پمپ کردن شن در برخی از انواع پمپ‌های گریز از مرکز

گذر حجمی سیال در این نوع پمپ‌ها یکنواخت می‌باشد و چنانچه لوله خروجی مسدود یا تنگ شود، فشار زیادی ایجاد نخواهد کرد که به پمپ آسیب برساند در نتیجه زیر بار نمی‌مانند.

معایب پمپ گریز از مرکز

• هد پایینی
• افت سریع راندمان در دبی‌های بالا
• نیازمند آب‌بندی (این پمپ‌ها خود آب‌بند نیستند.)
• امکان بازده بالا در محدودهٔ کمی از شرایط عملکرد پمپ
• ناتوانی در پمپاژ سیالات با گران‌روی بالا
• از دست دادن سطح کیفی راه اندازی، بعد از راه اندازی
• وابستگی راندمان این پمپ‌ها، به کار تحت هد و سرعت طراحی

در راه اندازی یک پمپ گریز از مرکز یا سانتریفیوژ از آنجایی که این پمپ‌ها از مکش استفاده می‌کنند قابلیت پمپ کردن هوا را ندارند. پس به عنوان یک نتیجه پمپ و لوله بایستی از آب پر باشند تا مشکلی در پمپ آب بروز نکند.

منحنی هد و دبی

در پمپ‌های گریز از مرکز دبی و هد نسبت به هم رابطه معکوس دارند و با افزایش دبی، هد پمپ کم می‌شود.

منحنی‌های هد و دبی می‌تواند به شکل‌های مختلفی وجود داشته باشد.

منحنی صعودی

در این پمپ‌ها با افزایش هد پمپ، دبی پیوسته کاهش می‌یابد.

منحنی نزولی

در این پمپ‌ها حداکثر هد پمپ در نقطه دبی صفر اتفاق نمی‌افتد.

منحنی تیز

در این نوع، تغییرات هد بین نقطه دبی برابر صفر و نقطه راندمان ماکزیمم پمپ زیاد است.

منحنی تخت

در این پمپ‌ها تغییرات هد پمپ نسبت به تغییرات دبی ناچیز می‌باشد و گاهی در قسمتی از منحنی هد تقریباً ثابت است.

منحنی پایدار

در این پمپ‌ها همواره به ازای هد پمپاژ، یک دبی وجود دارد و اگر خطی از هر هد دلخواه موازی محور دبی رسم شود، صرفاً در یک نقطه منحنی را قطع می‌کند.

منحنی ناپایدار

در این پمپ‌ها ممکن است به ازای هد پمپاژ، بیش از یک دبی وجود داشته باشد. یعنی اگر خطی از هر هد دلخواه موازی محور دبی رسم شود، ممکن است در بیش از یک نقطه منحنی را قطع کند.

منحنی توان مصرفی

منحنی توان مصرفی رابطه بین دبی پمپاژ و توان مصرفی پمپ را نشان می‌دهد و می‌تواند به دو شکل باشد.

با بار اضافی

چنانچه با افزایش دبی به‌طور مستمر توان مصرفی پمپ شکل صعودی داشته باشد به آن منحنی با بار اضافی اطلاق می‌شود.

بدون بار اضافی

چنانچه با افزایش دبی به‌طور مستمر توان مصرفی پمپ، شکل صعودی نداشته باشد به آن منحنی بدون بار اضافی اطلاق می‌شود.

منحنی راندمان

منحنی راندمان پمپ از شروع تا انتهای نقطه کارکرد پمپ شامل تغییراتی است که توسط شرکت سازنده‌ی هر پمپ ارائه می‌شود.

راندمان در محدوده‌ای از منحنی هد و دبی به حداکثر خود می‌رسد که به آن، بهترین نقطه راندمان اطلاق می‌شود.

منحنی ارتفاع مکش مثبت خالص

این منحنی، ارتفاع مکش مثبت خالص مورد نیاز پمپ را در دبی‌های مختلف نشان می‌دهد.

برای جلوگیری از بروز کاویتاسیون می‌بایست ارتفاع مکش مثبت خالص سیستم، از ارتفاع مکش مثبت خالص مورد نیاز پمپ بیشتر باشد.

منبع لازم برای به حرکت درآوردن پمپ‌ها

گاهی ممکن است لازم شود برای به حرکت درآوردن پمپ صنعتی از منابع و محرک‌های قدرت، که در اشکال مختلف وجود دارند، همراه یک دستگاه انتقال نیرو استفاده شود.

در حال حاضر به منظور به حرکت درآوردن پمپ‌هایی مثل پمپ گریز از مرکز، پمپ دورانی یا پمپ رفت و برگشتی از موتورهای الکتریکی استفاده می‌شود.

در این میان ممکن است برای این کار از توربین‌های بخاری، توربین‌های گازی، توربین‌های هیدرولیکی، موتورهای بنزینی، موتورهای گازی و موتورهای دیزلی نیز استفاده شود.

منابع دیگری برای به حرکت درآوردن این نوع پمپ‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند که استفاده از آن‌ها محدود است.

منابع دیگری نیز وجود دارند که اعتبار آن‌ها محدود است و فقط در موارد خاص به کار برده می‌شوند؛ این منابع عبارتند از: توربین‌های انبساطی – هوایی، آسیاب‌های بادی و …