مترجم: حبیب الله علیخانی
منبع:راسخون
منبع:راسخون
پمپ ماشینی است كه از آن برای جابجائی سیالات تراكم ناپذیر مانند مایعات استفاده می‌شود و پمپاژ عبارت است از افزایش انرژی فشار مایعات جهت انتقال آن از نقطه ای به نقطه دیگر. افزایش فشار مایعات در فرآیند پمپاژ، می‌تواند بدلایل زیر باشد:
غلبه بر اصطكاك موجود در سیستم (شبكه‌های آب رسانی شهری).
غلبه بر مقاومت (فشار) موجود در مقابل جریان مایع (پمپ تغذیه دیگ بخار).
ذخیره سازی مایعات در سطح انرژی پتانسیل (ارتفاع یا فشار) بالاتر (منابع هوائی آب)
انجام كار مكانیكی (سیستم‌های هیدرولیك)
دسته بندی پمپها
پمپها برحسب مكانیسم عملكرد آن به دو دسته تقسیم می‌شوند:
بكارگیری پمپهای جابجائی مثبت جنبه عمومی نداشته و فقط در شرایط ویژه ای مورداستفاده قرار می‌گیرند. مثلاً وقتی كه فشار خروجی بالا مورد نظر بوده ویا اینكه مایع مورد جابجائی دارای ویسكوزیته زیاد باشد، ترجیح داده می‌شود كه ازپمپهای دورانی استفاده شود. ازسوی دیگر بعلت حساسیت شدید دبی جریان در پمپهای گریزازمركزبه ارتفاع كلی موجوددر سیستم، در مواردی كه ثبات نسبی دبی در سیستم مورد نظر باشد، بعلت تغییرات اندك دبی جریان در پمپهای جابجائی مثبت و عدم وابستگی نسبی آن به فشار سیستم ، ترجیحاً باید از پمپهای جابجائی مثبت‌استفاده شود.
همانطوری كه از شكل فوق پیداست، دبی پمپهای گریز ازمركز در مقابل تغییرات مقاومت موجود در سیستم بشدت تغییر نموده و بر همین اساس می‌توان ظرفیت آن را با تغییر مقاومت در سیستم كنترل كرد. حال آنكه دبی (ظرفیت) پمپهای جابجائی مثبت تقریباً ثابت بوده و هر چند كه ظرفیت آن را نمی‌توان با تغییر مقاومت در سیستم تغییرداد، ولی در عوض ویژگی فوق اجازه می‌دهد تا در مواردی كه لازم باشد، سیستم پمپاژ با ظرفیت تقریباً ثابت كاركرده و با تغییر شرایط موجود در سیستم، دبی پمپ تغییر چندانی نكند، پمپهای جابجائی مثبت (بویژه پمپهای دیافراگمی) انتخاب مناسبی می‌باشند.
پمپهای گریز از مركز را می‌توان ازنظر مكانیكی ماشینی ساده و ازنظر هیدرولیكی ماشین پیچیده ای دانست كه از قسمتهائی نظیر پروانه كه در داخل پوسته یا پیچك می‌چرخد، سیستم آب بندی ، یاطاقانها و شافت تشكیل شده است.
گشتاور داده شده به شافت از طریق تیغه‌های پروانه به مایع مورد پمپاژمنتقل شده و باعث افزایش سرعت مایع می‌گردد. ولی از آنجائی كه هدف از بكارگیری پمپها، افزایش فشار مایعات‌است ونه سرعت آن، بنابراین لازم‌است كه حتی الامكان، انرژی جنبشی (سرعت) به انرژی پتانسیل (فشار) تبدیل شود. این امر در یك مجرای گشاد شونده بنام حلزونی صورت می‌پذیرد.در شكل 2 تغییرات سرعت مطلق مایع درمسیرجریان ازدرون پوسته پمپ (از دهانه مكش تا دهانه خروجی) نشان داده شده‌است.
مایع مورد پمپاژ با سرعت كم و تحت تأثیر فشار مكش وارد پروانه شده و با چرخش پروانه، شتاب، سرعت وتا حدودی فشار آن افزایش مییابد، بنحوی كه در قسمت لبه تیغه‌ها سرعت آن به حد اكثر خود رسیده و بعد از خروج از پروانه، وارد پوسته شده و بتدریج سرعت آن كاهش و فشار آن افزایش مییابد. هرچند كه راندمان پمپهای گریزازمركز از پمپهای جابجائی مثبت كمترمی‌باشد ولی پائین بودن قیمت اولیه آن عیب فوق را می‌پوشاند. در بعضی از پمپهای جابجائی مثبت (بویژه پمپهای تناوبی) مایع خروجی از پمپ دارای ضربان است، ولی مایع خروجی از پمپهای گریز ازمركز دارای جریان پیوسته و یكنواخت بوده وفاقد ضربان می‌باشد.
در طی 80 سال گذشته دامنه بهره برداری از پمپهای گریزازمركز چه از نظر فشار و چه از لحاظ دبی قابل دسترس، گسترش وسیعی پیدا نموده‌است. بزرگترین پمپ گریزازمركز با دبی 417600 متر مكعب در ساعت با ارتفاع 387 متر و توان مصرفی 410 مگاوات در Bath County آمریكا در حال بهره برداری می‌باشد. در یك ایستگاه فضایی واقع در سیاتل آمریكا از یك پمپ گریز از مركز با دبی 3400 مترمكعب در ساعت با ارتفاع 56700 متر جهت تأمین سوخت مورداستفاده قرار می‌گیرد. این پمپ با سرعت دورانی 37000 دور در دقیقه و توان مصرفی 52 مگاوات در حال بهره برداری‌است. هرچند كه دامنه بكارگیری از پمپهای گریز از مركز در زمینه ظرفیت بسیار وسیع می‌باشد ولی نامحدود نیست.دریك جمع بندی كلی پمپهای گریزازمركز برای دبی زیاد وارتفاع كم تازیاد وپمپهای جابجائی مثبت برای دبی كم وارتفاع (فشار) زیاد مناسب می‌باشند .
در پمپهای گریز ازمركز، در صورت ثابت بودن قطر و سرعت دورانی پروانه، مقدار انرژی كه به واحدوزن مایع داده می‌شود، مقداری ثابت بوده و مستقل از وزن مخصوص آن می‌باشد. به همین خاطر، در بیان عملكرد پمپهای گریز ازمركز، منحنی مشخصه آن بصورت منحنی H-Q (دبی - ارتفاع) ارائه می‌گردد. فرض می‌شود كه ستونی از آب سرد (با وزن مخصوص واحد) ساخته شود. برای اعمال یك بار فشار، ستون فوق باید حدود 2/10 متر ارتفاع داشته باشد. بدیهی‌است كه اگر وزن مخصوص مایع از آب بیشتر باشد، ارتفاع فوق كاهش مییابد (و برعكس) برای تبدیل فشاربه ارتفاع برای مایعی باوزن مخصوص SG توان از رابطه زیر استفاده كرد.
لازم به ذكر‌است كه منحنی مشخصه پمپهای گریز از مركز (منحنی H-Q) عموماً برای آب تهیه می‌شود. هرچند كه منحنی فوق به وزن مخصوص مایع مربوط نمی‌باشد و لی با توجه به تأثیر ویسكوزیته برروی عملكرد دینامیكی پمپهای گریزازمركز منحنی مشخصه ارائه شده برا ی مایعاتی با ویسكوزیته بیشتر از ویسكوزیته آب صادق نبوده و فقط در نقطه Q=0 (Shut Off Point)كه سیستم حالت‌استاتیكی دارد ارتفاع قابل دسترس برای مایعات مختلف یكسان می‌باشد، ولی در سایر مقادیر دبی، بلحاظ عملكرد دینامیكی پمپ ، منحنی مشخصه آن با منحنی مشخصه پمپ در حالت انتقال آب مغایرت داشته ودر این صورت كارآئی پمپ كاهش یافته كه بطور مفصل در بخش‌های بعدی مورد اشاره قرار خواهد گرفت.
با توجه به موارد فوق می‌توان نتیجه گرفت:
منحنی مشخصه H-Q هر پمپ گریز از مركز با قطر و سرعت دورانی ثابت، برای تمامی‌مایعات مستقل از وزن مخصوص آن می‌باشد.
در صورت مغایرت ویسكوزیته مایع مورد پمپاژ با ویسكوزیته آب، منحنی مشخصه پمپ دارای شكل نزولی خواهد بود (در Q≠0، به ازاء دبی ثابت، پمپ برای مایعات با ویسكوزیته بیشتر، ارتفاع كمتری را اعمال می‌كند).
فرض می‌شود كه پمپی باید فشاری برابر با 9/6 بار(psi100) را در قسمت دهش اعمال نماید، اگر سیال مورد پمپاژ آب باشد، ارتفاع خروجی پمپ معادل 4/70 متر (261 فوت) بوده، در صورتی كه برای ایجاد فشار فوق توسط آب نمك با وزن مخصوص 2/1، ارتفاع ستون به 8/58 متر (193 فوت) كاهش مییابد. در عوض همین فشار با ستونی به ارتفاع 96 متر (308 فوت) توسط نفت سفید (با وزن مخصوص 75/0) ایجاد می‌شود. در شكل 4 تأثیر وزن مخصوص مایع برروی ارتفاع جهت دست یابی به فشار معین برای آب، آب نمك و نفت سفید نشان داده شده‌است.
ارتفاع‌استاتیكی، همان اختلاف ارتفاع سطح مایع دردومنبع مكش ودهش سیستم پمپاژ می‌باشد (شكل 5).
ارتفاع‌استاتیكی خود از دو بخش تشكیل می‌گردد، ارتفاع‌استاتیكی دهش و ارتفاع‌استاتیكی مكش. در چنین حالتی، دهانه مكش پمپ بعنوان خط مرجع در نظر گرفته می‌شود.
اگرسطح مایع در منبع مكش پائین تر از پمپ قرار داشته باشد، اصطلاحاً Lift نامیده و اگر بالاتر از پمپ قرار گرفته باشد، اصطلاحاً آن را Head می‌نامند. ارتفاع‌استاتیكی برابر‌است با:
كه در آن:
ارتفاع‌استاتیكی كل
ارتفاع‌استاتیكی دهش
ارتفاع‌استاتیكی مكش
در حالت Lift علامت بین دو بخش مثبت و در حالت Head منفی در نظر گرفته می‌شود.
گاهی اوقات سیستم انتقال مایع بصورت شكل 6 می‌باشد. در مورد نحوه تأثیر گذاری
برروی ارتفاع‌استاتیكی سیستم دو نظریه مختلف وجود دارد. برخی اعتقاد دارند كه برای انتقال مایع به منبع، ارتفاع
نیز باید منظور گردد ولی از آنجائی كه ارتفاع فوق در اثر پدیده سیفون (Siphon) قابل بازیابی می‌باشد ارتفاع فوق نباید در برخی بر این با ورند كه ارتفاع فوق نباید در محاسبه‌استاتیكی كل منظور گردد.
اما به نظر می‌رسد كه تصمیم گیری نهائی در این زمینه به شرایط سیستم انتقال مایع بستگی خواهد داشت. اگر ارتفاع‌استاتیكی سیستم و تأثیر آن برروی عملكرد پمپ حالت نعیین كننده ای داشته باشد، با توجه به اینكه به هرحال در زمان راه اندازی، پمپ باید قادر باشد كه مایع را به منبع برساند،
باید در محاسبه ارتفاع‌استاتیكی منظور شود. هرچند كه این امر باعث می‌شود تا بعد از راه اندازی پمپ، ارتفاع‌استاتیكی واقعی سیستم در اثر بازیابی انرژی در اثر پدیده سیفون كاهش یافته و همین امر موجب افزایش دبی در سیستم انتقال مایع می‌گردد.
در سایر موارد كه پمپ قابلیت لازم را در زمان راه اندازی جهت تأمین ارتفاع
دارا می‌باشد، بهتر‌است كه مقدار آن را در محاسبه ارتفاع‌استاتیكی منظور نكرده و بدیهی‌است كه دبی پمپ در هنگام شروع بهره برداری از پمپ از مقدار مورد انتظار كمتر بوده ولی در مدت كوتاهی بلحاظ بازیابی انرژی داده شده به مایع، به حالت عادی بر می‌گردد.
ارتفاع ناشی از اختلاف فشار بین منبع مكش و دهش
اگر فشار در منبع مكش پمپ
و در منبع دهش پمپ
باشد، ارتفاع ناشی از اختلاف فشار در دو منبع مكش ودهش (
) بر اساس رابطه زیر برابر‌است با:
از آنجائی كه ارتفاع‌استاتیكی و ارتفاع ناشی از اختلاف فشار بین دو منبع مكش و دهش هردو مستقل از دبی جریان می‌باشند، لذا می‌توان جمع آن دو را ارتفاع استاتیكی كل منظور كرد. در این صورت ارتفاع استاتیكی كل برابر‌است با:
ارتفاع اصطكاكی
ارتفاع اصطكاكی، مقدار انرژی لازم برای غلبه بر اصطكاك موجود در لوله و اتصالات (شیر، زانوئی، سه راهی و...) می‌باشد كه با علامت
نشان داده می‌شود. مقدار
به عوامل متعددی نظیر دبی، قطر لوله، جنس لوله، طول لوله، تعداد اتصالات، نوع اتصالات،ویسكوزیته مایع، وزن مخصوص مایع و... بستگی دارد. رابطه
با دبی سیستم بصورت زیرمی‌باشد:
كه در آن K مقداری ثابت بوده و به عوامل ذكر شده در بالا (بجزدبی) بستگی دارد. n تابعی ازرژیم جریان مایع در سیستم بوده كه بصورت زیر تعریف می‌شود:
جریان آشفته 2-85/1=n جریان آرام 1=n
از دست رفت ناشی از ورود و خروج مایع
بجز در موارد خاص، اغلب پمپها، مایع مورد پمپاژ را از یك منبع ذخیره دریافت می‌كنند. در محل ورود مایع بدرون لوله مكش، همواره مقداری از دست رفت انرژی وجود داشته كه آن را از دست رفت ناشی از ورود مایع به لوله می‌نامند و مقدار آن به طراحی دهانه ورود مایع بدرون لوله بستگی داشته و با اصلاح آن (نظیر شكل زنگوله ای) می‌توان آن را كاهش داد.
به همین ترتیب در قسمت خروجی مایع از لوله دهش، مقداری از انرژی مایع به هدر رفته كه آن را از دست رفت خروجی می‌نامند. در قسمت خروجی، مایع دارای سرعتی مانندV بوده وارتفاع معادل با آن (
) به هدر خواهد رفت. در بعضی از مراجع ترجیح می‌دهند كه از دست رفت‌های ورودی وخروجی را جزء از دست رفت ناشی ازاصطكاك منظورنمایند. البته بهتر‌است كه جهت تعیین نقش آنها در از دست رفت انرژی در سیستم هریك را بطور جداگانه محاسبه و در ارتفاع كل سیستم منظور نمود. در بعضی از طرحها سعی می‌شود كه با‌استفاده از تبدیل مخروطی طولانی، سرعت را بمقدار زیادی كاهش داده و از این طریق بخش اعظمی‌از انرژی را قبل از به هدر رفتن باز یابی كرد.
ارتفاع سرعتی
ارتفاع سرعتی، بیانگر انرژی جنبشی مایع مورد پمپاژ بوده كه برحسب ژول بر كیلوگرم (یا متر) بیان می‌شود. اگر مایعی با سرعت V به سمت بالا پرتاب شود، تا ارتفاعی مانند
بالا خواهد رفت، رابطه
با V بصورت زیر می‌باشد:
ارتفاع مایع در هر نقطه از لوله برابر‌است با ارتفاع سرعتی به علاوه ارتفاع فشاری. لازم به ذكر‌است كه فشارسنجها فقط فشار اضافی مایع را نشان داده، در صورتی كه انرژی واقعی مایع جمع انرژی‌های پتانسیل (فشار) و جنبشی (سرعت) آن می‌باشد.در پمپهای با ارتفاع زیاد، ارتفاع سرعتی ناچیز بوده ولی در پمپهای با ارتفاع كم نمی‌توان از ارتفاع سرعتی صرف نظر كرد.
منحنی مشخصه سیستم
منحنی مشخصه سیستم، تغییرات ارتفاع كلی سیستم را بر حسب دبی جریان مایع نشان می‌دهد. ارتفاع كلی در سیستم برابر‌است با جمع جبری ارتفاع‌استاتیكی كل و ارتفاع دینامیكی:
اگر ارتفاع‌استاتیكی در طی بهره برداری در اثر تغییرات سطح مایع یا فشار در قسمتهای مكش ودهش پمپ تغییر كند، مقدار H_st را باید در دو دامنه حداقل و حداكثر آن در نظر گرفته و منحنی مشخصه سیستم را برای دو مقدار فوق رسم نمود تا دامنه دبی سیستم در دو حالت فوق مشخص گردد. منحنی مشخصه سیستم بر حسب H_st می‌تواند به شكلهای زیر باشد (شكل 7).
محل تلاقی منحنی مشخصه سیستم با منحنی مشخصه پمپ را نقطه كار می‌نامند (شكل 8). اكثر مشكلات سیستم‌های پمپاژ به قسمت مكش پمپ مربوط می‌باشد، به همین خاطر در انتخاب و نصب پمپ باید دقت شود تا شرایط قسمت مكش پمپ بنحوی باشد كه هیچگاه فشارمایع در این قسمت از فشار بخار آن در دمای انتقال كمتر نشود، چرا كه در غیر این صورت پمپ دچار پدیده كاویتاسیون خواهد شد كه بطوركامل دربخش هشتم موردبررسی وتجزیه و تحلیل قرار خواهد گرفت.
ارتفاع كلی قابل دسترس، توان مصرفی وراندمان نیز بادبی پمپ تغییر می‌كند. البته غالباً منحنی‌های فوق برای پروانه‌های با قطر مختلف ودر مواردی برای سرعتهای مختلف پمپ از سوی شركت سازنده پمپ تهیه می‌شود. در شكل 9 نمونه ای از منحنی مشخصه یك پمپ گریزازمركز نشان داده شده‌است. بعضی از شركتها جهت سهولت در انتخاب یك پمپ، منحنی مشخصه دسته ای از پمپهای هم خانواده را در یك مجموعه گردآوری ودراختیار مشتریان قرار می‌دهند. مجموعه فوق می‌تواند در انتخاب پمپ مناسب در كمترین مدت ممكن مورداستفاده قرار گیرد. بعداز انتخاب پمپ مورد نظر، اطلاعات تكمیلی را می‌توان از منحنی مشخصه پمپ‌استخراج كرد.
در شكل های 10 و 11 نمونه‌هایی از دامنه كاربرد پمپهای Etanorm ساخت شركت KSB آلمان كه محصولات مشابه آن توسط شركت پمپیران ساخته می‌شود برای سرعتهای 1450و 2900 دوردردقیقه ارائه گردیده‌است. لازم به ذكر‌است كه اغلب این منحنی‌ها برای دبی صفر تا دبی مجاز تهیه می‌شوند .
این امر به خریداران پمپ كمك می‌كند تا از بكارگیری پمپ در دبی زیاد كه می‌تواند باعث وارد شدن بار اضافی بر الكتروموتور گردد، خودداری كنند.
بعبارت دیگر اگر خطی با ارتفاع ثابت (موازی محور طولها) رسم شود، منحنی مشخصه پمپ را فقط در یك نقطه قطع می‌كند. اساساًاین منحنی‌ها از نوع صعودی می‌باشند (شكلهای a12وc12).
تغییرات توان مصرفی با دبی به سرعت مخصوص پمپ بستگی دارد.در انتخاب پمپ، نوع غیر بار اضافی بعلت آنكه در هر شرایطی، توان آن مصرفی از یك حداكثر معینی تجاوز نمی‌كند ارجحیت داشته و لذا مشكلی در زمینه توان مصرفی و بار وارده برای الكتروموتور انتخاب شده وجود ندارد.
كه در آن:
توان مصرفی = P
دبی =Q
ارتفاع كل H_t=
راندمان η=
وزن مخصوص SG=
لازم به ذكر‌است كه توان بدست آمده از رابطه فوق، توان ترمزی بوده و برای انتخاب الكتروموتور لازم‌است كه اولاً قدرت الكتروموتور برمبنای حداكثر توان مصرفی در دامنه دبی مجاز تعیین گردیده، ضمناً ضرایب اطمینان زیر برای انتخاب نهائی آن منظور شود.
20% كیلو وات 7.5-0
15% كیلو وات 40-7.5
10% كیلو وات 40 >
اختلاف ظرفیت تئوریك و واقعی پمپهای جابجائی مثبت را نشتی ویا لغزش می‌نامند.
راندمان حجمی‌این پمپها (نسبت ظرفیت واقعی به تئوریك) می‌تواند بین 50 تا 98 درصد باشد. پمپهائی كه خوب طراحی شده باشند غالباً با راندمان حجمی85 تا 95 درصد كار می‌كنند. علاوه بر كیفیت طراحی پمپ (لقی بین قطعات پمپاژ كننده)،
عوامل دیگری نظیر اختلاف فشار قسمتهای دهش و مكش پمپ، ویسكوزیته مایع، سرعت دورانی پمپ نیز می‌تواند برروی راندمان حجمی‌آن اثر بگذارد، بنحوی كه با افزایش فشار، راندمان حجمی پمپ كاهش یافته، در عوض با افزایش ویسكوزیته مایع و سرعت دورانی پمپ میزان نشتی كاهش (راندمان حجمی‌افزایش) مییابد.
پمپهای فوق از نظر هیدورولیكی نیز مشكل چندانی در مقابل بالا بردن فشار نداشته و اگر از نظر مقاومت مكانیكی خوب طراحی شده باشند، دارای سقف محدود كننده اعمال فشار نخواهند بود. درصورتی كه پمپهای گریزازمركز اگر با سرعت دورانی و پروانه معینی مورد بهره برداری قرار گیرند،حداكثر فشار (ارتفاع) قابل دسترس آن محدود می‌باشد. علت این تفاوت اساسی بین پمپهای جابجائی مثبت و گریز ازمركز را می‌توان بصورت زیر بیان كرد. اعمال انرژی جهت افزایش فشار (ارتفاع) در پمپهای گریزازمركز نخست از طریق افزایش انرژی جنبشی مایع مورد پمپاژ صورت پذیرفته و آنگاه در پوسته پمپ بخش اعظمی‌از انرژی جنبشی به انرژی پتانسیل تبدیل می‌شود. از آنجائی كه انرژی جنبشی داده شده به مایع تابعی از سرعت و قطر پروانه پمپ می‌باشد، لذا در یك پمپ گریزازمركز بامشخصه‌های ثابت، حداكثر ارتفاع (فشار) قابل دسترس محدود می‌باشد. حال آنكه در پمپهای جابجائی مثبت، افزایش فشار از طریق كاهش حجمی‌از مایع به تله افتاده در بین فضای تراكم صورت می‌گیرد و تا زمانی كه پمپ بتواند بر مقاومت موجود در مقابل خود غلبه نماید، افزایش فشار ادامه مییابد.
پمپهای جابجائی مثبت خود به دو دسته تقسیم می‌شوند. پمپهای دورانی و پمپهای تناوبی (رفت و برگشتی). دامنه مجاز‌استفاده از انواع پمپها بطور كامل در شكل 16 نشان داده شده‌است.
منحنی مشخصه پمپهای دورانی و تناوبی دارای مغایرتهائی بوده و به همین خاطر دراین بخش بطور جداگانه مورد بررسی قرار می‌گیرند.
پمپ دنده ای
پمپ مارپیچ
پمپ گوشواره ای
پمپ تیغه ای
پمپ روتورهای مارپیچی خروج ازمركز تقسیم كرد.
در شكل 17 انواع پمپهای فوق نشان داده شده اند.
با وجود تفاوتهای چشمگیری كه در ساختار مكانیكی پمپهای فوق وجود دارد، منحنی مشخصه آنها تفاوت چندانی با یكدیگر ندارد. ازنظر تئوریك منحنی فوق باید خطی مستقیم و موازی محور طولها باشد، ولی با توجه به افزایش نشتی داخلی با افزایش فشار، منحنی فوق در عمل خطی مستقیم با شیب منفی (نزولی) می‌باشد.
در شكل 18، منحنی مشخصه یك پمپ دنده ای در سرعتهای مختلف نشان داده شده‌است. همانطوری كه قبلاً گفته شد، عملكرد این پمپها به ویسكوزیته مایع مورد پمپاژ نیز وابسته می‌باشد. با افزایش ویسكوزیته مایع، نشتی داخلی پمپ كاهش یافته و به همین خاطر دبی آن افزایش مییابد، درعوض با وجود افزایش راندمان هیدرولیكی دراثر كاهش نشتی، از لحاظ افزایش اصطكاك داخلی، راندمان كلی و توان مصرفی آن افزایش مییابد (شكل 19).
در شكل 20a منحنی مشخصه یك پمپ یك پیستونی یك مرحله ای، در شكل 20b منحنی مشخصه دو پمپ تناوبی یك طرفه و دوطرفه و در شكل 20c منحنی مشخصه سه دسته از پمپهای تناوبی یك طرفه با تعداد پیستونهای مختلف نشان داده شده‌است.
بررسی اطلاعات موجود در عملكرد پمپهای تناوبی نشان می‌دهد كه اگر دبی متوسط یك پمپ تناوبی 100 واحد (مثلاً 100 لیتر در دقیقه) در نظر گرفته شود هریك از پمپها برحسب نوع طراحی دارای یك حداقل و یك حداكثر دبی لحظه ای می‌باشند كه مقادیر مربوطه در جدول 2 نشان داده شده‌است.
در شكل 20c ، شیب منحنی، همان شتاب جریان مایع از پمپ می‌باشد. اگر شتاب مایع در پمپ (a) و جرم آن m و سطح مقطع لوله دهش A باشد، در این صورت ضربان فشار(
) برابر‌است با:
رابطه بالا نشان می‌دهد كه با كاهش شتاب مایع می‌توان ضربان فشار را كاهش داد. این امر از طریق كاهش شیب منحنی مشخصه پمپ یا بعبارت ساده تر با افزایش تعداد سیلندرها امكان پذیراست. تأثیر نظریه فوق را می‌توان در جدول 2 مشاهده كرد.
از سوی دیگر مقایسه میزان ضربان پمپهای 3، 4، 5 و6 پیستونی، مغایر نظریه فوق می‌باشد. در حالی كه پمپ سه پیستونی 23 درصد نوسان دبی را از خود نشان می‌دهد، پمپ با 4 پیستون دارای 5/32 درصد نوسان می‌باشد. بعبارت ساده تر هرچند كه در یك جمع بندی كلی، افزایش تعداد سیلندرها موجب كاهش ضربان می‌گردد، ولی فرد بودن تعداد سیلندرها در مقایسه با زوج بودن آنها دارای مزیتی در جهت كاهش ضربان خواهد بود.
روشهای دیگری نظیراستفاده از منبع ذخیره، فیلتر آكوستیك نیز می‌تواند در كاهش میزان ضربان مؤثر باشند.
مخزن ذخیره حاوی مایع مورد پمپاژ و مقداری گاز (درتماس مستقیم و یا غیر مستقیم با مایع)است. انتخاب ابعاد صحیح و موقعیت نصب مناسب آن بسیار مهم بوده وبی توجهی به آن نه تنها مشكل ضربان را حل نخواهد كرد، بلكه می‌تواند مشكلات موجود در سیستم را افزایش دهد. در شكل 21 انواع روشهای كاهش ضربان بكمك مخزن ذخیره نشان داده شده‌است.
انتخاب صحیح منبع ذخیره همراه با نصب مناسب آن، ضمن كاهش ضربان می‌تواند در جلوگیری از پدیده كاویتاسیون ، ضربه قوچ و كاهش موج فشار مؤثر واقع شود. مثلاُ هرچه منبع به پمپ نزدیكتر باشد، تأثیر آن بركاهش ضربان بیشتر خواهد بود.
فیلترآكوستیك ازدومخزن كه توسط لوله‌های كوچكی به یكدیگر متصل شده اندساخته می‌شود(شكل 22).
بررسی تئوری عملكرد پمپهای گریز ازمركز مبحث پیچیده ای از علم مكانیك سیالات بوده كه بطور مفصل در كتابها و مقالات مربوطه بدان اشاره شده‌است. لئونارد اولر(Leonard Euler) دانشمند وریاضیدان نامی‌سوئیسی (1783-1707) در تحلیل‌های خود در این زمینه و با فرض اینكه پروانه قطعه ای‌است كه از تعداد زیادی تیغه شعاعی با عرض ناچیز و فاصله نزدیك به صفر ساخته شده، ثابت كرد كه اگر پروانه ای به شعاع r وعرض b، با سرعت زاویه ایω (رادیان برثانیه)در پوسته پمپی بچرخد، بطوری كه زاویه بین لبه تیغه پروانه و خط مماس بر دایره ای كه لبه پروانه روی آن دوران می‌كند β_2 باشد(شكل 23)، در این صورت ارتفاع قابل دسترس توسط پمپ برابر‌است با:
كه درآنg شتاب ثقل زمین، A وB مقادیرثابت می‌باشند. برای
، پروانه را اصطلاً روبعقبو برای
، پروانه را رو به جلو می‌نامند. همانطوری كه از رابطه بالا پیداست، H وQ با هم رابطه خطی داشته و برحسب مقادیر مختلف β_2 می‌تواند. نزولی، صعودی ویا موازی محور طولها باشد.
در شكل 24 منحنی مشخصه پمپهای گریز از مركز براساس نظریه اولر نشان داده شده‌است.
مقدار
برای پمپهای واقعی می‌تواند بین 15 تا 35 درجه تغییر كند ولی غالباً آن‌را بین 20 تا 25 درجه درنظر می‌گیرند. در طراحی پروانه، زاویه ورودی مایع بدرون پروانه (
) نیز غالباً بین 15 تا 50 درجه منظور می‌گردد. انرژی داده شده به مایع با رابطه زیر نمایش داده می‌شود:
كه در آن:
توان داده شده به مایع =
مقادیر ثابت كه به طراحی پمپ بستگی دارند =
دبی پمپ = Q
اگر
=0 باشدتغییرات توان داده شده به مایع نسبت به دبی پمپ یك خط مستقیم بوده كه ازمركز مختصات می‌گذرد. برای
، منحنی توان مصرفی، سهمی‌شكل و مماس برخط فوق كه در قسمت فوقانی آن قرار داشته و برای
منحنی توان مصرفی سهمی‌شكل و مماس برخط فوق كه درقسمت زیرآن قرارمی‌گیرد (شكل 25).
همانطوری كه از رابطه بالا پیداست، ارتفاع ایجاد شده توسط پمپ گریز ازمركز مستقل از وزن مخصوص مایع مورد پمپاژ بوده، در صورتی كه فشار مایع به وزن مخصوص بستگی دارد. به همین دلیل برای راه اندازی پمپ های گریز از مركز نخست باید آن را هواگیری كرد. اگر در هنگام راه اندازی پمپ، پوسته آن پر از هوا باشد، فشار دهش پمپ به نسبت وزن مخصوص هوا به آب كاهش یافته و به همین خاطر قادر به غلبه بر مقاومت موجود در قسمت دهش پمپ نبوده و پمپ نمی‌تواند مایعی را جابجا نماید.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
غلبه بر اصطكاك موجود در سیستم (شبكه‌های آب رسانی شهری).
غلبه بر مقاومت (فشار) موجود در مقابل جریان مایع (پمپ تغذیه دیگ بخار).
ذخیره سازی مایعات در سطح انرژی پتانسیل (ارتفاع یا فشار) بالاتر (منابع هوائی آب)
انجام كار مكانیكی (سیستم‌های هیدرولیك)
دسته بندی پمپها
پمپها برحسب مكانیسم عملكرد آن به دو دسته تقسیم می‌شوند:
پمپهای با جابجائی مثبت
در پمپهای جابجائی مثبت، مقدار معینی از مایع در لای دو قطعه گیر انداخته شده و سپس با جابجائی قطعه (یا قطعات) متحرك پمپ، مایع مورد پمپاژ تحت فشار خروجی از پمپ به خارج رانده می‌شود. در این پمپها، فاصله ی باز بین قطعات متحرك و پوسته بسیار ناچیز بوده و لذا جابجائی مایع در جهت رو به جلو صورت می‌پذیرد. پمپهای جابجائی مثبت خودبه دودسته تقسم می‌شوند:بكارگیری پمپهای جابجائی مثبت جنبه عمومی نداشته و فقط در شرایط ویژه ای مورداستفاده قرار می‌گیرند. مثلاً وقتی كه فشار خروجی بالا مورد نظر بوده ویا اینكه مایع مورد جابجائی دارای ویسكوزیته زیاد باشد، ترجیح داده می‌شود كه ازپمپهای دورانی استفاده شود. ازسوی دیگر بعلت حساسیت شدید دبی جریان در پمپهای گریزازمركزبه ارتفاع كلی موجوددر سیستم، در مواردی كه ثبات نسبی دبی در سیستم مورد نظر باشد، بعلت تغییرات اندك دبی جریان در پمپهای جابجائی مثبت و عدم وابستگی نسبی آن به فشار سیستم ، ترجیحاً باید از پمپهای جابجائی مثبت‌استفاده شود.
پمپهای گریز از مركز
بعلت ویژگیهای مطلوب پمپهای گریزازمركز، امروزه بیش از60 %پمپهای مورداستفاده در دنیا از نوع گریز از مركزمی‌باشند. پمپهای گریز ازمركز جزء ماشین‌های جنبشی بوده، چرا كه در اثر حركت دورانی پروانه، انرژی جنبشی مایع بطورعمده و انرژی پتانسیل (فشار) آن بطور جزئی افزایش یافته، آنگاه بخش اعظمی‌از انرژی جنبشی اعمال شده در یك مجرای گشاد شونده بنام حلزونی به انرژی پتانسیل تبدیل می‌شود. از آنجائی كه انرژی داده شده به مایع به سرعت آن بستگی دارد، لذا افزایش انرژی پتانسیل مایع ، با دبی آن تغییر می‌كند. بر همین اساس، عملكرد پمپها با منحنی مشخصه آن كه معرف تغییرات دبی در مقابل مقاومت موجوددر سیستم فشار یا ارتفاع می‌باشد، نشان داده می‌شود (شكل 1).
پمپهای گریز از مركز را می‌توان ازنظر مكانیكی ماشینی ساده و ازنظر هیدرولیكی ماشین پیچیده ای دانست كه از قسمتهائی نظیر پروانه كه در داخل پوسته یا پیچك می‌چرخد، سیستم آب بندی ، یاطاقانها و شافت تشكیل شده است.
گشتاور داده شده به شافت از طریق تیغه‌های پروانه به مایع مورد پمپاژمنتقل شده و باعث افزایش سرعت مایع می‌گردد. ولی از آنجائی كه هدف از بكارگیری پمپها، افزایش فشار مایعات‌است ونه سرعت آن، بنابراین لازم‌است كه حتی الامكان، انرژی جنبشی (سرعت) به انرژی پتانسیل (فشار) تبدیل شود. این امر در یك مجرای گشاد شونده بنام حلزونی صورت می‌پذیرد.در شكل 2 تغییرات سرعت مطلق مایع درمسیرجریان ازدرون پوسته پمپ (از دهانه مكش تا دهانه خروجی) نشان داده شده‌است.
در طی 80 سال گذشته دامنه بهره برداری از پمپهای گریزازمركز چه از نظر فشار و چه از لحاظ دبی قابل دسترس، گسترش وسیعی پیدا نموده‌است. بزرگترین پمپ گریزازمركز با دبی 417600 متر مكعب در ساعت با ارتفاع 387 متر و توان مصرفی 410 مگاوات در Bath County آمریكا در حال بهره برداری می‌باشد. در یك ایستگاه فضایی واقع در سیاتل آمریكا از یك پمپ گریز از مركز با دبی 3400 مترمكعب در ساعت با ارتفاع 56700 متر جهت تأمین سوخت مورداستفاده قرار می‌گیرد. این پمپ با سرعت دورانی 37000 دور در دقیقه و توان مصرفی 52 مگاوات در حال بهره برداری‌است. هرچند كه دامنه بكارگیری از پمپهای گریز از مركز در زمینه ظرفیت بسیار وسیع می‌باشد ولی نامحدود نیست.دریك جمع بندی كلی پمپهای گریزازمركز برای دبی زیاد وارتفاع كم تازیاد وپمپهای جابجائی مثبت برای دبی كم وارتفاع (فشار) زیاد مناسب می‌باشند .
دبی (ظرفیت)
بنا بر تعریف مقدار حجمی‌از مایع كه در واحد زمان توسط پمپها جابجا می‌شود را دبی یا ظرفیت پمپ می‌نامند. دبی پمپ كه عموماً با Q نشان داده می‌شود، دارای واحدهای مختلفی بوده كه عمده ترین آنها عبارت‌است از متر مكعب در ساعت، متر مكعب در ثانیه ، لیتر در ثانیه و گالن دردقیقه (GPM). در جدول 1 تبدیل واحدهای ظرفیت به یكدیگر ارائه شده‌است. جدول1 دسته بندی انواع پمپها و در شكل 3 محدوده بكارگیری آنها نشان داده شده‌است.
ارتفاع
سازندگان پمپهای گریز ازمركز همواره علاقمندند كه منحنی مشخصه پمپها را طوری تهیه و در اختیار خریداران قرار دهند كه به خواص فیزیكی مایع مورد پمپاژ (بویژه وزن مخصوص) بستگی نداشته باشد. برای این منظور بجای استفاده از فشار، از اصطلاحی به نام ارتفاع استفاده می‌شود.در پمپهای گریز ازمركز، در صورت ثابت بودن قطر و سرعت دورانی پروانه، مقدار انرژی كه به واحدوزن مایع داده می‌شود، مقداری ثابت بوده و مستقل از وزن مخصوص آن می‌باشد. به همین خاطر، در بیان عملكرد پمپهای گریز ازمركز، منحنی مشخصه آن بصورت منحنی H-Q (دبی - ارتفاع) ارائه می‌گردد. فرض می‌شود كه ستونی از آب سرد (با وزن مخصوص واحد) ساخته شود. برای اعمال یك بار فشار، ستون فوق باید حدود 2/10 متر ارتفاع داشته باشد. بدیهی‌است كه اگر وزن مخصوص مایع از آب بیشتر باشد، ارتفاع فوق كاهش مییابد (و برعكس) برای تبدیل فشاربه ارتفاع برای مایعی باوزن مخصوص SG توان از رابطه زیر استفاده كرد.
لازم به ذكر‌است كه منحنی مشخصه پمپهای گریز از مركز (منحنی H-Q) عموماً برای آب تهیه می‌شود. هرچند كه منحنی فوق به وزن مخصوص مایع مربوط نمی‌باشد و لی با توجه به تأثیر ویسكوزیته برروی عملكرد دینامیكی پمپهای گریزازمركز منحنی مشخصه ارائه شده برا ی مایعاتی با ویسكوزیته بیشتر از ویسكوزیته آب صادق نبوده و فقط در نقطه Q=0 (Shut Off Point)كه سیستم حالت‌استاتیكی دارد ارتفاع قابل دسترس برای مایعات مختلف یكسان می‌باشد، ولی در سایر مقادیر دبی، بلحاظ عملكرد دینامیكی پمپ ، منحنی مشخصه آن با منحنی مشخصه پمپ در حالت انتقال آب مغایرت داشته ودر این صورت كارآئی پمپ كاهش یافته كه بطور مفصل در بخش‌های بعدی مورد اشاره قرار خواهد گرفت.
منحنی مشخصه H-Q هر پمپ گریز از مركز با قطر و سرعت دورانی ثابت، برای تمامی‌مایعات مستقل از وزن مخصوص آن می‌باشد.
در صورت مغایرت ویسكوزیته مایع مورد پمپاژ با ویسكوزیته آب، منحنی مشخصه پمپ دارای شكل نزولی خواهد بود (در Q≠0، به ازاء دبی ثابت، پمپ برای مایعات با ویسكوزیته بیشتر، ارتفاع كمتری را اعمال می‌كند).
فرض می‌شود كه پمپی باید فشاری برابر با 9/6 بار(psi100) را در قسمت دهش اعمال نماید، اگر سیال مورد پمپاژ آب باشد، ارتفاع خروجی پمپ معادل 4/70 متر (261 فوت) بوده، در صورتی كه برای ایجاد فشار فوق توسط آب نمك با وزن مخصوص 2/1، ارتفاع ستون به 8/58 متر (193 فوت) كاهش مییابد. در عوض همین فشار با ستونی به ارتفاع 96 متر (308 فوت) توسط نفت سفید (با وزن مخصوص 75/0) ایجاد می‌شود. در شكل 4 تأثیر وزن مخصوص مایع برروی ارتفاع جهت دست یابی به فشار معین برای آب، آب نمك و نفت سفید نشان داده شده‌است.
ارتفاع سیستم
ارتفاع كلی هر سیستم شامل اجزاء زیر می‌باشد:ارتفاع‌استاتیكی
ارتفاع ناشی از اختلاف فشار بین منبع مكش و دهشارتفاع اصطكاكی
از دست رفت ارتفاع ناشی از ورود و خروج مایع به درون لولهارتفاع سرعتی
ارتفاعاستاتیكیارتفاعاستاتیكی، همان اختلاف ارتفاع سطح مایع دردومنبع مكش ودهش سیستم پمپاژ می‌باشد (شكل 5).
ارتفاع‌استاتیكی خود از دو بخش تشكیل می‌گردد، ارتفاع‌استاتیكی دهش و ارتفاع‌استاتیكی مكش. در چنین حالتی، دهانه مكش پمپ بعنوان خط مرجع در نظر گرفته می‌شود.
كه در آن:
ارتفاع‌استاتیكی كل
ارتفاع‌استاتیكی دهش
ارتفاع‌استاتیكی مكش
در حالت Lift علامت بین دو بخش مثبت و در حالت Head منفی در نظر گرفته می‌شود.
گاهی اوقات سیستم انتقال مایع بصورت شكل 6 می‌باشد. در مورد نحوه تأثیر گذاری
برروی ارتفاع‌استاتیكی سیستم دو نظریه مختلف وجود دارد. برخی اعتقاد دارند كه برای انتقال مایع به منبع، ارتفاع
نیز باید منظور گردد ولی از آنجائی كه ارتفاع فوق در اثر پدیده سیفون (Siphon) قابل بازیابی می‌باشد ارتفاع فوق نباید در برخی بر این با ورند كه ارتفاع فوق نباید در محاسبه‌استاتیكی كل منظور گردد.
اما به نظر می‌رسد كه تصمیم گیری نهائی در این زمینه به شرایط سیستم انتقال مایع بستگی خواهد داشت. اگر ارتفاع‌استاتیكی سیستم و تأثیر آن برروی عملكرد پمپ حالت نعیین كننده ای داشته باشد، با توجه به اینكه به هرحال در زمان راه اندازی، پمپ باید قادر باشد كه مایع را به منبع برساند،
باید در محاسبه ارتفاع‌استاتیكی منظور شود. هرچند كه این امر باعث می‌شود تا بعد از راه اندازی پمپ، ارتفاع‌استاتیكی واقعی سیستم در اثر بازیابی انرژی در اثر پدیده سیفون كاهش یافته و همین امر موجب افزایش دبی در سیستم انتقال مایع می‌گردد.
در سایر موارد كه پمپ قابلیت لازم را در زمان راه اندازی جهت تأمین ارتفاع
دارا می‌باشد، بهتر‌است كه مقدار آن را در محاسبه ارتفاع‌استاتیكی منظور نكرده و بدیهی‌است كه دبی پمپ در هنگام شروع بهره برداری از پمپ از مقدار مورد انتظار كمتر بوده ولی در مدت كوتاهی بلحاظ بازیابی انرژی داده شده به مایع، به حالت عادی بر می‌گردد.
اگر فشار در منبع مكش پمپ
و در منبع دهش پمپ
باشد، ارتفاع ناشی از اختلاف فشار در دو منبع مكش ودهش (
) بر اساس رابطه زیر برابر‌است با:
از آنجائی كه ارتفاع‌استاتیكی و ارتفاع ناشی از اختلاف فشار بین دو منبع مكش و دهش هردو مستقل از دبی جریان می‌باشند، لذا می‌توان جمع آن دو را ارتفاع استاتیكی كل منظور كرد. در این صورت ارتفاع استاتیكی كل برابر‌است با:
ارتفاع اصطكاكی
ارتفاع اصطكاكی، مقدار انرژی لازم برای غلبه بر اصطكاك موجود در لوله و اتصالات (شیر، زانوئی، سه راهی و...) می‌باشد كه با علامت
نشان داده می‌شود. مقدار
به عوامل متعددی نظیر دبی، قطر لوله، جنس لوله، طول لوله، تعداد اتصالات، نوع اتصالات،ویسكوزیته مایع، وزن مخصوص مایع و... بستگی دارد. رابطه
با دبی سیستم بصورت زیرمی‌باشد:
كه در آن K مقداری ثابت بوده و به عوامل ذكر شده در بالا (بجزدبی) بستگی دارد. n تابعی ازرژیم جریان مایع در سیستم بوده كه بصورت زیر تعریف می‌شود:
جریان آشفته 2-85/1=n جریان آرام 1=n
از دست رفت ناشی از ورود و خروج مایع
بجز در موارد خاص، اغلب پمپها، مایع مورد پمپاژ را از یك منبع ذخیره دریافت می‌كنند. در محل ورود مایع بدرون لوله مكش، همواره مقداری از دست رفت انرژی وجود داشته كه آن را از دست رفت ناشی از ورود مایع به لوله می‌نامند و مقدار آن به طراحی دهانه ورود مایع بدرون لوله بستگی داشته و با اصلاح آن (نظیر شكل زنگوله ای) می‌توان آن را كاهش داد.
به همین ترتیب در قسمت خروجی مایع از لوله دهش، مقداری از انرژی مایع به هدر رفته كه آن را از دست رفت خروجی می‌نامند. در قسمت خروجی، مایع دارای سرعتی مانندV بوده وارتفاع معادل با آن (
) به هدر خواهد رفت. در بعضی از مراجع ترجیح می‌دهند كه از دست رفت‌های ورودی وخروجی را جزء از دست رفت ناشی ازاصطكاك منظورنمایند. البته بهتر‌است كه جهت تعیین نقش آنها در از دست رفت انرژی در سیستم هریك را بطور جداگانه محاسبه و در ارتفاع كل سیستم منظور نمود. در بعضی از طرحها سعی می‌شود كه با‌استفاده از تبدیل مخروطی طولانی، سرعت را بمقدار زیادی كاهش داده و از این طریق بخش اعظمی‌از انرژی را قبل از به هدر رفتن باز یابی كرد.
ارتفاع سرعتی
ارتفاع سرعتی، بیانگر انرژی جنبشی مایع مورد پمپاژ بوده كه برحسب ژول بر كیلوگرم (یا متر) بیان می‌شود. اگر مایعی با سرعت V به سمت بالا پرتاب شود، تا ارتفاعی مانند
بالا خواهد رفت، رابطه
با V بصورت زیر می‌باشد:
ارتفاع مایع در هر نقطه از لوله برابر‌است با ارتفاع سرعتی به علاوه ارتفاع فشاری. لازم به ذكر‌است كه فشارسنجها فقط فشار اضافی مایع را نشان داده، در صورتی كه انرژی واقعی مایع جمع انرژی‌های پتانسیل (فشار) و جنبشی (سرعت) آن می‌باشد.در پمپهای با ارتفاع زیاد، ارتفاع سرعتی ناچیز بوده ولی در پمپهای با ارتفاع كم نمی‌توان از ارتفاع سرعتی صرف نظر كرد.
منحنی مشخصه سیستم
منحنی مشخصه سیستم، تغییرات ارتفاع كلی سیستم را بر حسب دبی جریان مایع نشان می‌دهد. ارتفاع كلی در سیستم برابر‌است با جمع جبری ارتفاع‌استاتیكی كل و ارتفاع دینامیكی:
اگر ارتفاع‌استاتیكی در طی بهره برداری در اثر تغییرات سطح مایع یا فشار در قسمتهای مكش ودهش پمپ تغییر كند، مقدار H_st را باید در دو دامنه حداقل و حداكثر آن در نظر گرفته و منحنی مشخصه سیستم را برای دو مقدار فوق رسم نمود تا دامنه دبی سیستم در دو حالت فوق مشخص گردد. منحنی مشخصه سیستم بر حسب H_st می‌تواند به شكلهای زیر باشد (شكل 7).
منحنی مشخصه پمپها
منحنی مشخصه پمپها معرف ویژگیهای پمپ از نظر تغییرات فشار (ارتفاع)، توان مصرفی، راندمان و NPSHR بر حسب دبی جریان می‌باشد. مجموعه اطلاعات فوق باید از سوی شركتهای سازنده پمپ در اختیار خریداران قرار داده شود. برای پمپهای دورانی و گریزازمركز، منحنی دبی - ارتفاع (فشار) و برای پمپهای تناوبی منحنی دبی- زمان از اهمیت خاصی برخوردار بوده كه دراین بخش مورد بررسی قرار می‌گیرند و اطلاعات مربوط به توان، راندمان و NPSHR در قسمتهای بعدی ارائه خواهد شد.منحنی مشخصه پمپهای گریز از مركز
برخلاف پمپهای جابجائی مثبت، پمپهای گریز از مركز اگر با سرعت ثابتی كار كنند، نمی‌توانند دبی ثابتی را در سیستم بر قرار كنند و مقدار آن می‌تواند ازصفرتا مقدار معینی كه به اندازه، طراحی و شرایط پمپ بستگی دارد تغییر کند.ارتفاع كلی قابل دسترس، توان مصرفی وراندمان نیز بادبی پمپ تغییر می‌كند. البته غالباً منحنی‌های فوق برای پروانه‌های با قطر مختلف ودر مواردی برای سرعتهای مختلف پمپ از سوی شركت سازنده پمپ تهیه می‌شود. در شكل 9 نمونه ای از منحنی مشخصه یك پمپ گریزازمركز نشان داده شده‌است. بعضی از شركتها جهت سهولت در انتخاب یك پمپ، منحنی مشخصه دسته ای از پمپهای هم خانواده را در یك مجموعه گردآوری ودراختیار مشتریان قرار می‌دهند. مجموعه فوق می‌تواند در انتخاب پمپ مناسب در كمترین مدت ممكن مورداستفاده قرار گیرد. بعداز انتخاب پمپ مورد نظر، اطلاعات تكمیلی را می‌توان از منحنی مشخصه پمپ‌استخراج كرد.
دسته بندی منحنی مشخصه پمپهای گریزازمركز:
منحنی مشخصه پمپهای گریزازمركز (منحنی دبی - ارتفاع) را می‌توان بصورت زیر دسته بندی كرد:منحنی‌های صعودی
درپمپهای بامنحنی صعودی با افزایش ارتفاع سیستم،دبی پمپ بطورپیوسته كاهش مییابد (شكل a12).منحنی‌های نزولی
در پمپهای با منحنی مشخصه نزولی، ارتفاع قابل دسترس در نقطه Q=0 حداكثر ارتفاع نبوده و گاهی اوقات آن را منحنی Looping می‌نامند (شكلb 12).
منحنی‌های تیز
منحنی‌های تیز نوعی منحنی صعودی بوده كه تغییرات ارتفاع بین نقطه كار و شرایطی كه شیر خروجی كاملاً بسته باشد(Q=0)بسیارزیاد‌است. البته این امر می‌تواند فقط در یك دامنه خاصی از منحنی مشخصه پمپ مثلاً بین دبی برابر 100 درصد تا 50 درصد دبی طراحی وجود داشته باشد (شكلc12).منحنی‌های تخت
در این پمپها تغییرات ارتفاع در یك دامنه وسیعی از دبی بسیار ناچیز می‌باشد. این نوع منحنی‌ها می‌توانند نزولی و یا صعودی باشند. در تمامی‌منحنی‌های نزولی همواره در قسمتی از آن، ارتفاع قابل دسترس تقریباً ثابت بوده و به همین خاطر آن را تخت می‌نامند. (شكلd12)منحنی‌های پایدار
در پمپهای با منحنی مشخصه پایدار همواره به ازاء ارتفاع معین، می‌توان یك ظرفیت برای پمپ قائل شد.بعبارت دیگر اگر خطی با ارتفاع ثابت (موازی محور طولها) رسم شود، منحنی مشخصه پمپ را فقط در یك نقطه قطع می‌كند. اساساًاین منحنی‌ها از نوع صعودی می‌باشند (شكلهای a12وc12).
منحنی‌های ناپایدار
در بعضی از پمپها ممكن است به ازاء ارتفاع معین، پمپ در بیش از یك دبی كار كند، یا بعبارت دیگر اگر خطی به موازات محور طولها رسم شود، منحنی مشخصه پمپ رادر بیش از یك نقطه قطع می‌نماید (شكل های b12 و e12). البته ناپایدار بودن منحنی فقط در یك دامنه معینی از ارتفاع صادق بوده، لذا باید دقت شود كه از این پمپها فقط در منطقه پایدار‌استفاده شود.دسته بندی منحنی‌های توان مصرفی
اگر منحنی توان مصرفی بصورتی باشد كه در دبی‌های كم شكل صعودی داشته و بعد از رسیدن به نقطه با حد اكثر راندمان (BEP) مجدداً شكل نزولی را بخود بگیرد اصطلاحاً آن را غیر بار اضافی می‌نامند. در حالی كه اگر منحنی توان مصرفی با افزایش دبی بطور پیوسته شكل صعودی داشته باشد، منحنی با وضعیت بار اضافی نامیده می‌شود (شكل 13 و 14).
توان مصرفی:
برای محاسبه توان مصرفی در پمپ می‌توان جدا از منحنی P-Q ارائه شده از سوی شركت سازنده پمپ، از رابطه زیر استفاده كرد:
كه در آن:
توان مصرفی = P
دبی =Q
ارتفاع كل H_t=
راندمان η=
وزن مخصوص SG=
لازم به ذكر‌است كه توان بدست آمده از رابطه فوق، توان ترمزی بوده و برای انتخاب الكتروموتور لازم‌است كه اولاً قدرت الكتروموتور برمبنای حداكثر توان مصرفی در دامنه دبی مجاز تعیین گردیده، ضمناً ضرایب اطمینان زیر برای انتخاب نهائی آن منظور شود.
20% كیلو وات 7.5-0
15% كیلو وات 40-7.5
10% كیلو وات 40 >
منحنی مشخصه پمپهای جابجائی مثبت
به لحاظ ویژگیهای ساختاری،این پمپها آب بند دینامیكی بوده بنحوی كه قسمت دهش آن از قسمت مكش تقریباً جدا شده‌است، به همین خاطر از نظر تئوریك دبی آنها با حجم جارو شده قطعات پمپاژ كننده تقریباً یكسان می‌باشد.دبی این پمپها به سرعت دورانی وحجم هرواحدپمپاژكننده (مثلاً حجم هر سیلندر در هر كورس) بستگی دارد و به همین خاطر آنها را می‌توان پمپهای با ظرفیت تقریباً ثابت دانست كه دبی آن به ابعاد و سرعت پمپ بستگی داشته و مستقل از فشار دهش می‌باشد. ولی در عمل بعلت وجود نشتی داخلی، ظرفیت واقعی آن از ظرفیت تئوریك كمتر خواهد بود. در شكل 15، منحنی مشخصه پمپهای جابجائی مثبت از نظر تئوریك و واقعی و نشتی داخلی در آن نشان داده شده‌است.
راندمان حجمی‌این پمپها (نسبت ظرفیت واقعی به تئوریك) می‌تواند بین 50 تا 98 درصد باشد. پمپهائی كه خوب طراحی شده باشند غالباً با راندمان حجمی85 تا 95 درصد كار می‌كنند. علاوه بر كیفیت طراحی پمپ (لقی بین قطعات پمپاژ كننده)،
عوامل دیگری نظیر اختلاف فشار قسمتهای دهش و مكش پمپ، ویسكوزیته مایع، سرعت دورانی پمپ نیز می‌تواند برروی راندمان حجمی‌آن اثر بگذارد، بنحوی كه با افزایش فشار، راندمان حجمی پمپ كاهش یافته، در عوض با افزایش ویسكوزیته مایع و سرعت دورانی پمپ میزان نشتی كاهش (راندمان حجمی‌افزایش) مییابد.
پمپهای فوق از نظر هیدورولیكی نیز مشكل چندانی در مقابل بالا بردن فشار نداشته و اگر از نظر مقاومت مكانیكی خوب طراحی شده باشند، دارای سقف محدود كننده اعمال فشار نخواهند بود. درصورتی كه پمپهای گریزازمركز اگر با سرعت دورانی و پروانه معینی مورد بهره برداری قرار گیرند،حداكثر فشار (ارتفاع) قابل دسترس آن محدود می‌باشد. علت این تفاوت اساسی بین پمپهای جابجائی مثبت و گریز ازمركز را می‌توان بصورت زیر بیان كرد. اعمال انرژی جهت افزایش فشار (ارتفاع) در پمپهای گریزازمركز نخست از طریق افزایش انرژی جنبشی مایع مورد پمپاژ صورت پذیرفته و آنگاه در پوسته پمپ بخش اعظمی‌از انرژی جنبشی به انرژی پتانسیل تبدیل می‌شود. از آنجائی كه انرژی جنبشی داده شده به مایع تابعی از سرعت و قطر پروانه پمپ می‌باشد، لذا در یك پمپ گریزازمركز بامشخصه‌های ثابت، حداكثر ارتفاع (فشار) قابل دسترس محدود می‌باشد. حال آنكه در پمپهای جابجائی مثبت، افزایش فشار از طریق كاهش حجمی‌از مایع به تله افتاده در بین فضای تراكم صورت می‌گیرد و تا زمانی كه پمپ بتواند بر مقاومت موجود در مقابل خود غلبه نماید، افزایش فشار ادامه مییابد.
پمپهای جابجائی مثبت خود به دو دسته تقسیم می‌شوند. پمپهای دورانی و پمپهای تناوبی (رفت و برگشتی). دامنه مجاز‌استفاده از انواع پمپها بطور كامل در شكل 16 نشان داده شده‌است.
منحنی مشخصه پمپهای دورانی
پمپهای دورانی را می‌توان به 5 دسته اصلی تقسیم كرد:پمپ دنده ای
پمپ مارپیچ
پمپ گوشواره ای
پمپ تیغه ای
پمپ روتورهای مارپیچی خروج ازمركز تقسیم كرد.
در شكل 17 انواع پمپهای فوق نشان داده شده اند.
در شكل 18، منحنی مشخصه یك پمپ دنده ای در سرعتهای مختلف نشان داده شده‌است. همانطوری كه قبلاً گفته شد، عملكرد این پمپها به ویسكوزیته مایع مورد پمپاژ نیز وابسته می‌باشد. با افزایش ویسكوزیته مایع، نشتی داخلی پمپ كاهش یافته و به همین خاطر دبی آن افزایش مییابد، درعوض با وجود افزایش راندمان هیدرولیكی دراثر كاهش نشتی، از لحاظ افزایش اصطكاك داخلی، راندمان كلی و توان مصرفی آن افزایش مییابد (شكل 19).
منحنی مشخصه پمپهای تناوبی
پمپهای تناوبی شامل پمپهای پیستونی، انگشتی و دیا فراگرامی‌می‌باشد. بعلت شرایط خاص طراحی و عملكردآنها، مایع خروجی از این پمپها دارای ضربان (Pulsation) خواهد بود. به همین خاطر منحنی مشخصه آنها دارای شكلی تناوبی (سینوسی) می‌باشد. اگر از یك سمت قطعه متحرك (مثلاً پیستون) برای جابجائی مایع‌استفاده شود پمپ را یك طرفه (Single Acting) می‌نامند ، در صورتی كه اگراز دو طرف قطعه متحرك برای پمپاژ مایع‌استفاده شود، پمپ دو طرفه (Double Acting) نامیده می‌شود.
در شكل 20c ، شیب منحنی، همان شتاب جریان مایع از پمپ می‌باشد. اگر شتاب مایع در پمپ (a) و جرم آن m و سطح مقطع لوله دهش A باشد، در این صورت ضربان فشار(
) برابر‌است با:
رابطه بالا نشان می‌دهد كه با كاهش شتاب مایع می‌توان ضربان فشار را كاهش داد. این امر از طریق كاهش شیب منحنی مشخصه پمپ یا بعبارت ساده تر با افزایش تعداد سیلندرها امكان پذیراست. تأثیر نظریه فوق را می‌توان در جدول 2 مشاهده كرد.
روشهای دیگری نظیراستفاده از منبع ذخیره، فیلتر آكوستیك نیز می‌تواند در كاهش میزان ضربان مؤثر باشند.
مخزن ذخیره حاوی مایع مورد پمپاژ و مقداری گاز (درتماس مستقیم و یا غیر مستقیم با مایع)است. انتخاب ابعاد صحیح و موقعیت نصب مناسب آن بسیار مهم بوده وبی توجهی به آن نه تنها مشكل ضربان را حل نخواهد كرد، بلكه می‌تواند مشكلات موجود در سیستم را افزایش دهد. در شكل 21 انواع روشهای كاهش ضربان بكمك مخزن ذخیره نشان داده شده‌است.
فیلترآكوستیك ازدومخزن كه توسط لوله‌های كوچكی به یكدیگر متصل شده اندساخته می‌شود(شكل 22).
عملكردپمپهای گریز ازمركز
منحنی مشخصه (H-Q) پمپهای گریز ازمركز در شرایط ایده البررسی تئوری عملكرد پمپهای گریز ازمركز مبحث پیچیده ای از علم مكانیك سیالات بوده كه بطور مفصل در كتابها و مقالات مربوطه بدان اشاره شده‌است. لئونارد اولر(Leonard Euler) دانشمند وریاضیدان نامی‌سوئیسی (1783-1707) در تحلیل‌های خود در این زمینه و با فرض اینكه پروانه قطعه ای‌است كه از تعداد زیادی تیغه شعاعی با عرض ناچیز و فاصله نزدیك به صفر ساخته شده، ثابت كرد كه اگر پروانه ای به شعاع r وعرض b، با سرعت زاویه ایω (رادیان برثانیه)در پوسته پمپی بچرخد، بطوری كه زاویه بین لبه تیغه پروانه و خط مماس بر دایره ای كه لبه پروانه روی آن دوران می‌كند β_2 باشد(شكل 23)، در این صورت ارتفاع قابل دسترس توسط پمپ برابر‌است با:
كه درآنg شتاب ثقل زمین، A وB مقادیرثابت می‌باشند. برای
، پروانه را اصطلاً روبعقبو برای
، پروانه را رو به جلو می‌نامند. همانطوری كه از رابطه بالا پیداست، H وQ با هم رابطه خطی داشته و برحسب مقادیر مختلف β_2 می‌تواند. نزولی، صعودی ویا موازی محور طولها باشد.
برای پمپهای واقعی می‌تواند بین 15 تا 35 درجه تغییر كند ولی غالباً آن‌را بین 20 تا 25 درجه درنظر می‌گیرند. در طراحی پروانه، زاویه ورودی مایع بدرون پروانه (
) نیز غالباً بین 15 تا 50 درجه منظور می‌گردد. انرژی داده شده به مایع با رابطه زیر نمایش داده می‌شود:
كه در آن:
توان داده شده به مایع =
مقادیر ثابت كه به طراحی پمپ بستگی دارند =
دبی پمپ = Q
اگر
=0 باشدتغییرات توان داده شده به مایع نسبت به دبی پمپ یك خط مستقیم بوده كه ازمركز مختصات می‌گذرد. برای
، منحنی توان مصرفی، سهمی‌شكل و مماس برخط فوق كه در قسمت فوقانی آن قرار داشته و برای
منحنی توان مصرفی سهمی‌شكل و مماس برخط فوق كه درقسمت زیرآن قرارمی‌گیرد (شكل 25).
همانطوری كه از رابطه بالا پیداست، ارتفاع ایجاد شده توسط پمپ گریز ازمركز مستقل از وزن مخصوص مایع مورد پمپاژ بوده، در صورتی كه فشار مایع به وزن مخصوص بستگی دارد. به همین دلیل برای راه اندازی پمپ های گریز از مركز نخست باید آن را هواگیری كرد. اگر در هنگام راه اندازی پمپ، پوسته آن پر از هوا باشد، فشار دهش پمپ به نسبت وزن مخصوص هوا به آب كاهش یافته و به همین خاطر قادر به غلبه بر مقاومت موجود در قسمت دهش پمپ نبوده و پمپ نمی‌تواند مایعی را جابجا نماید.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
/ج
