همانند بسیاری دیگر از پمپ ها، پمپ های سانتریفوژ انرژی را از موتور دوار گرفته و به سیال انتقال می دهد. میزانی از این انرژی به صورت انرژی جنبشی و در قالب سرعت ظاهر می شود و میزانی نیز به عنوان انرژی پتانسیل و در قالب هد فشاری نمود پیدا می کند که توانایی حمل سیال را در مقابل جاذبه زمین به سمت بالا داراست. انتقال انرژی از یک پروانه ی دوار به سیال برای تولید فشار و حرکت سیال، همواره با نام نیروی گریز از مرکز در سیالات توصیف می شود. پمپ های سانتریفیوژ پرکاربردترین نوع پمپ آبی در صنعت هستند. به طور متوسط 75 درصد پمپ های به کار رونده در صنعت از نوع سانتریفیوژ هستند. از آنجا که این پمپ ها همواره مقدار مشخصی از دبی آب را در یک فشار ثابت و در هر موقعیتی تأمین می کنند، پمپ های ایده آلی به شمار می آیند. این پمپ ها بر اساس تئوری نیروی گریز از مرکز کار می کنند. وقتی پره ی پمپ درون محفظه ی آن دوران می کند، سیال را از مرکز به بیرون هل می دهد. وقتی سیال از مرکز به بیرون هل داده می شود، سیال جایگزین تحت فشار اتمسفر یا فشارهای مصنوعی و بالاتر به سمت مرکز کشیده می شود. سیالی که به بیرون هل داده شده، از طریق مسیر خروجی تخلیه می شود. این سیال فشاری خواهد داشت که مقدار آن را می توان به وسیله گام پروانه پمپ و نیز سرعت دورانی آن محاسبه کرد. همان طور که اشاره شد، این پمپ ها دو عضو اصلی دارند، بدنه و پروانه.
مزایای پمپ سانتریفوژ
- در دسترس بودن
- قیمت مناسب
- طراحی ساده
- تنوع در جنس پروانه ها
- هزینه های جاری پایین نسبت به پمپ های دیگر
- اشغال فضای کم
معایب پمپ سانتریفوژ
- نیاز به آب بندی دارند
- در حالت عادی فشار ها و دبی ها ی بالا را تامین نمی کنند.
- برای تولید فشار های بالا بسیار گران قیمت هستند (پمپ های طبقاتی)
گشتاور پیچشی در پمپ
گشتاور پیچشی در یک پمپ سانتریفیوژ مطابق رابطه زیر بدست می آید:
T = k n2
T: گشتاور پیچشی بر حسب (Nm, lbf ft)،
k: مقدار ثابت و n دور پمپ بر حسب (rpm) می باشد.
هنگامی که شیر تخلیه بسته باشد مقدار گشتاورحدود 30 – 50 درصد گشتاور اسمی در دور کامل است.
گشتاور پمپ در بار کامل
گشتاور بار کامل از رابطه زیر قابل محاسبه می باشد:
T = 30 P / π n
که در این رابطه P توان بر حسب Kw می باشد.
سرعت مناسب جریان برای مکش پمپ
مشکل ظرفیت، کاویتاسیون و مصرف بالای انرژی در پمپ است که از شرایط مکش ناشی می شود. به طور کلی برای پایین نگه داشتن سرعت جریان مکش بهتر است به جدول زیر رجوع کنیم:
|
قطر سوراخ |
سرعت سیال |
||
|
inches |
mm |
m/s |
ft/s |
|
1 |
25 |
0٫3 |
1 |
|
2 |
50 |
0٫3 |
1 |
|
3 |
75 |
0٫3 |
1 |
|
4 |
100 |
0٫3 |
1 |
|
6 |
150 |
0٫35 |
1٫1 |
|
8 |
200 |
038 |
1٫2 |
|
10 |
250 |
0٫45 |
1٫5 |
|
12 |
300 |
0٫45 |
1٫5 |
سیالات جوششی – با توجه به کاویتاسیون – ممکن است با مشکل پمپ شوند.
اگر فشار در هر نقطه در داخل پمپ، پایین تر از فشار بخار مایع در پمپ باشد، تبخیر و یا کاویتاسیون رخ خواهد داد. برای مثال آب در فشار 28 inHg، در 100 درجه فارنهایت به جوش می آید و یا بخار می شود. مشکل کاویتاسیون در درجه حرارت بالا افزایش می یابد.
بهترین نقطه کارایی
پمپ به طور کامل نمی تواند انرژی جنبشی را به فشار تبدیل کند. قسمتی از انرژی همیشه از داخل و خارج پمپ هدر می رود. راندمان یک پمپ در نقطه کاری بیشترین مقدار خورد را دارد که به آن BEP گفته می شود. انواع تلفات پمپ عبارتند از:
- تلفات هیدرولیکی : به اصطکاک دیسک در پروانه و افت شدید که به دلیل تغییر سریع در مسیر و سرعت جریان رخ می دهد گفته می شود.
- تلفات حجمی : چرخش داخلی در حلقه های سایش
- تلفات مکانیکی : اصطکاک داخلی میان قطعات و یاتاقان ها و اصطکاک خارجی سیل ها و بیرینگ ها
پمپ سانتریفیوژ و حداقل جریان پیوسته:
اگر مایع در داخل پوسته پمپ به بخار تبدیل شود، پمپ سانتریفیوژ دچار شکست مهیبی می شود.
برای جلوگیری از این آسیب ها که ناشی از گرمای بیش از حد سیال می باشد، جریان باید از طریق پمپ، دمای سیال را پایین تر از دمای اشباع نگه دارد.
اگر دما از 15 درجه فارنهایت بیشترشود، سیال توسط پوشش پمپ پذیرفته می شود و حداقل جریان را می توان به کمک رابطه زیر به دست آورد:
q = PBHP / 2.95 cp SG
که در این رابطه q مینیمم نرخ جریان برحسب (gpm)، P توان ورودی بر حسب (BHP)، می باشد.
محاسبه دبی جریان پمپ سانتریفیوژ
هنگامی که یک مایع چسبناک توسط یک پمپ سانتریفیوژ منتقل می شود:
- توان ترمزی برحسب اسب بخار مورد نیاز را افزایش می دهد
- هد تولید شده را کاهش می دهد
- ظرفیت کاهش می یابد
- بهره وری از پمپ کاهش می یابد و بهترین نقطه بازده (BEP ) را جابه جا می کند.
هد، دبی و ظرفیت، در ویسکوزیته های دیگر نسبت به اعداد مرجع با یک سری ضرایب اصلاح می شوند.
برای محاسبه دبی جریان از رابطه زیر استفاده می کنیم :
qv= cq q
که در این رابطه qv جریان جبرانی برای ویسکوزیته بر حسب (m3/h, gpm) و q جریان اصلی بر اساس منحنی پمپ بر حسب (m3/h, gpm) می باشد.