پمپ چیست و چه کاربردی دارد؟

پمپ یک دستگاه است که مایعات غیرقابل فشرده را از یک نقطه به نقطه‌ای دیگر منتقل می‌کند. این دستگاه انرژی مکانیکی را از یک منبع خارجی دریافت می‌کند و آن را به مایعی که از آن عبور می‌کند، منتقل می‌کند. این عمل باعث افزایش انرژی مایع پس از خروج از پمپ می‌شود.

تغییرات انرژی مایع در پمپ‌ها اغلب به شکل تغییرات فشار مایع مشاهده می‌شود. به عبارت دیگر، پمپ‌ها جزء دسته‌ای از ماشین‌های توربوماشین هستند که در آن‌ها انرژی از ماشین به مایع وارد می‌شود و در نتیجه فشار و سرعت جریان مایع افزایش می‌یابد.

هر پمپ دارای دو خصوصیت اساسی به نام‌های “هد” و “دبی” است که توسط سازنده پمپ به صورت نموداری به نام “منحنی مشخصه پمپ” ارائه می‌شود.

هد پمپ چیست؟

هد پمپ به میزان بالاترین ارتفاع است که یک پمپ می‌تواند سیال را با غلبه بر جاذبه به آن ارتفاع بالا بفرستد. وقتی ما از هد یک پمپ صحبت می‌کنیم، منظورمان هد کل پمپ است که شامل اثرات همه عوامل خارجی است، مانند ارتفاع سیال درون مخزنی که پمپ از آن سیال را می‌کشد.

برای محاسبه هد کل، ما باید اختلاف ارتفاع آب در لوله‌ای که سیال از آن خارج می‌شود با ارتفاع سطح آب در مخزن مقایسه کنیم. واضح است که هرچه سطح سیال در مخزن ورودی پمپ بالاتر باشد، آب به ارتفاع بالاتری درون لوله عمودی جابجا می‌شود که به معنی داشتن هد بیشتر است.

یک نکته مهم این است که سازندگان پمپ‌ها اطلاعی از سطح سیال در مخازن مختلفی که پمپ‌ها در آنها استفاده می‌شوند ندارند. بنابراین، آن‌ها از ارائه هد مستقیم خودداری می‌کنند و به جای آن، هد کل یعنی حداکثر اختلاف ارتفاع ممکن بین سطح مخزن و لوله عمودی که پمپ می‌تواند ایجاد کند را به کاربران اعلام می‌کنند.

تفاوت هد و فشار در یک پمپ چیست؟

هد و فشار در پمپ دو خصوصیت مختلف فیزیکی هستند که با یکدیگر ارتباط دارند اما از طریق روابط ریاضی مرتبط می‌شوند. هد به میزان ارتفاعی است که یک پمپ می‌تواند سیال را برای غلبه بر جاذبه به آن ارتفاع بالا بفرستد.

این به معنی این است که پمپ با هد مشخص، سیالات با خواص مختلف را به یک ارتفاع معین بالا می‌برد، بدون توجه به نوع سیال.

در مقابل، فشار کاملاً وابسته به نوع و ویژگی‌های سیال است، به ویژه چگالی سیال در تعیین فشار نقش اساسی دارد. به عبارت دیگر، فشار در یک پمپ بستگی به خواص سیال مانند چگالی دارد و می‌تواند متفاوت باشد بر اساس سیالی که در آن استفاده می‌شود.

تفاوت دیگر میان هد و فشار این است که هد به طور مستقیم قابل اندازه‌گیری نیست، در حالی که فشار می‌تواند با استفاده از مانومترهایی که در خطوط پمپ‌ها نصب می‌شوند، به راحتی سنجیده شود.

دبی چیست؟

پارامتر دبی در یک پمپ یعنی مقدار سیالی است که پمپ می‌تواند در یک واحد زمان عبور دهد. این خصوصیت فیزیکی معمولاً با واحدهای GPM (گالن بر دقیقه) یا M^3/hr (مترمکعب بر ساعت) بیان می‌شود.

هرچه عدد اعلام شده برای دبی یک پمپ بزرگتر باشد، به این معنی است که پمپ قادر به عبور سیال بیشتری در یک واحد زمان است.

کاربرد

پمپ‌ها برای انتقال سیالات از یک مکان به مکان دیگر با اهداف خاص استفاده می‌شوند. این استفاده‌ها شامل کاربردهای مختلفی است:

۱. شهرسازی: انتقال آب و فاضلاب شهری.
۲. ساختمان‌ها: تأمین دبی و فشار مناسب آب در ساختمان‌ها.
۳. آتش‌نشانی: استفاده در بوستر پمپ‌های آتش‌نشانی.
۴. صنایع نفت و گاز: استفاده در صنایع نفت و گاز برای انتقال مایعات.
۵. کشاورزی: آبیاری زمین‌ها و مزارع.
۶. صنایع غذایی: استفاده در صنایع غذایی برای انتقال مواد مختلف.
۷. صنایع عمومی: استفاده در صنایع مختلف دیگر.

در هر یک از این کاربردها، پمپ‌ها برای ایجاد جریان سیالات و تأمین نیازهای مختلف از آن استفاده می‌شوند.

انواع

پمپ‌ ها را می‌توان بر اساس موارد مختلفی مانند نوع مایع، فشار کاری، کاربردهای مختلف، و نحوه انتقال انرژی از پمپ به سیال به دسته‌های مختلفی تقسیم کرد.

با توجه به این فاکتورها، پمپ‌ها به چند دسته مهم تقسیم می‌شوند که عبارتند از:

۱. بر اساس نوع سیال:
– پمپ‌های آب
– پمپ‌های شیمیایی
– پمپ‌های نفت و گاز

۲. بر اساس فشار کاری:
– پمپ‌های با فشار پایین
– پمپ‌های با فشار متوسط
– پمپ‌های با فشار بالا

۳. بر اساس موارد استفاده:
– پمپ‌های آتش‌نشانی
– پمپ‌های صنعتی
– پمپ‌های کشاورزی
– پمپ‌های مسکونی و ساختمانی

۴. بر اساس نحوه انتقال انرژی:
– پمپ‌های دینامیکی (مانند پمپ‌های سانتریفیوژال)
– پمپ‌های انتقال مواد مختلط (مانند پمپ‌های پیستونی)

این دسته‌بندی‌ها به کاربران کمک می‌کند تا پمپ مناسب بر اساس نیاز خود را انتخاب کنند، زیرا هر دسته از پمپ‌ها ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند.

انواع پمپ‌ها بر اساس ساختار

دسته‌بندی متداول پمپ‌ها بر اساس نحوه انتقال انرژی به سیال به دو دسته اصلی تقسیم می‌شود. هر دسته از این پمپ‌ها خودش به انواع مختلفی تقسیم می‌شود، که در نمودار زیر نشان داده شده است.

۱. پمپ‌های دینامیکی:
– این نوع پمپ‌ها انرژی را به سیال با استفاده از قوانین دینامیکی فیزیکی انتقال می‌دهند. به عنوان مثال، پمپ‌های سانتریفیوژال در این دسته قرار دارند که برای انتقال سیالات با فشار متوسط به کار می‌روند.

۲. پمپ‌های انتقال مواد مختلط:
– این دسته از پمپ‌ها برای انتقال مواد با ذرات جامد یا سیالات چسبنده استفاده می‌شود. به عنوان مثال، پمپ‌های پیستونی در این دسته قرار دارند که برای انتقال مواد چسبنده یا دارای ذرات جامد استفاده می‌شوند.

این دسته‌بندی به کاربران کمک می‌کند تا پمپ مناسب بر اساس نوع سیال یا ماده‌ای که باید انتقال دهند، را انتخاب کنند. هر نوع پمپ در این دسته‌بندی دارای ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود است که باید در نظر گرفته شود.

پمپ های دینامیکی

در این نوع از پمپ‌ها، که به آنها پمپ‌های جابه‌جایی غیر مثبت هم می‌گویند، انرژی به طور پیوسته و دائمی به سیال منتقل می‌شود. با افزایش سرعت جریان در این پمپ‌ها، انرژی جنبشی به سیال افزوده می‌شود.

وقتی که سرعت جریان سیال قبل از خروج از پمپ کاهش یابد، انرژی جنبشی به انرژی پتانسیل (فشار) تبدیل می‌شود. به همین دلیل، عملکرد این نوع پمپ‌ها با پمپ‌های جابجایی مثبت متفاوت است و به آنها نام پمپ‌های جابه‌جایی غیر مثبت داده شده است، نه منفی.

پمپ‌های دینامیکی به دو دسته عمده تقسیم می‌شوند: پمپ‌های اثرات خاص و پمپ‌های گریز از مرکز (سانتریفیوژ). هر کدام از این دسته‌ها خصوصیات و کاربردهای خاصی دارند که بر اساس نیاز، انتخاب می‌شوند.

پمپ های جابه جایی مثبت

در این نوع پمپ‌ها، که به آنها پمپ‌های گسسته یا پریودیک نیز گفته می‌شود، انرژی به سیال به صورت دوره‌ای و پریودیک منتقل می‌شود. پمپ‌های جابه‌جایی مثبت با آزادسازی و به دام انداختن مایع به صورت ناگهانی، جریان مایع را تحریک می‌کنند.

این نوع پمپ‌ها به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند: پمپ‌های رفت و برگشتی و پمپ‌های دورانی (گردشی). هر کدام از این دسته‌ها ویژگی‌ها و کاربردهای خاصی دارند که بسته به نیاز و شرایط مورد استفاده، انتخاب می‌شوند.

انواع پمپ ها بر اساس کاربرد

در صورتیکه پمپ ها را بر اساس موارد کاربردشان دسته بندی کنیم خواهیم داشت:

پمپ های آب کوچک خانگی

در منازل، برای جبران افت فشار آب، از پمپ‌های آب استفاده می‌شود که به آنها پمپ‌های آب خانگی می‌گویند. انتخاب این پمپ‌ها بستگی به ارتفاع ساختمان (تعداد طبقات)، تعداد واحدها در هر طبقه، متراژ واحدها، تعداد شیرهای آب ساختمان و مصرف آب ساکنین دارد.

پمپ‌های آب خانگی به دلیل نیاز به فشار بالا برای ایجاد آبشار آب در لوله‌ها، باید با دقت برای هر ساختمان انتخاب شوند. این پمپ‌ها برای استفاده در منازل از نوع تکفاز بوده و قدرت آنها معمولاً بین نیم اسب بخار تا یک و نیم اسب بخار است. همچنین، ارتفاع یا هد (Head) این پمپ‌ها معمولاً تا ۳۵ متر است.

پمپ‌های آب خانگی از نوع دینامیکی هستند، یعنی با افزایش سرعت جریان، انرژی به سیال اضافه می‌شود تا بتواند آب را به ارتفاع مورد نیاز در ساختمان پمپاژ دهد.

پمپ های صنعتی

پمپ‌ های صنعتی در اصل پمپ‌هایی هستند که در صنایع مختلف برای انتقال مایعات مانند نفت، روغن، آب، و غیره استفاده می‌شوند. این پمپ‌ها عموماً از نوع جابه‌جایی مثبت هستند، چرا که نیازمند تولید فشارهای بالا برای انجام وظایف مختلف هستند.

یکی از پمپ‌های صنعتی رایج، پمپ‌های هیدرولیک هستند. در این نوع پمپ‌ها، فشار اتمسفری (فشار جو) به دلیل وجود خلأ نسبی به وسیلهٔ قطعات مکانیکی پمپ، سیال را به سمت ورودی پمپ جذب می‌کند و سپس توسط پمپ به سایر بخش‌های سیستم هیدرولیک هدایت می‌شود.

موتورها یا سیلندرهای هیدرولیک به این پمپ‌ها توان هیدرولیکی تولید شده توسط آنها را به توان مکانیکی مورد نیاز تبدیل می‌کنند. برخی از پمپ‌های استفاده شده در صنایع برای کارهای خنک کاری و حرکت مایعات مورد استفاده قرار می‌گیرند، که پرمصرف‌ترین آنها شامل پمپ‌های خنک کاری و روانکاری در خودروها می‌باشند که به نام واترپمپ و اویل‌پمپ شناخته می‌شوند.

پمپ‌های بهداشتی(Sanitary Pumps)

پمپ‌های بهداشتی یا سانیتری در صنایعی مانند غذا، دارو، داروسازی و بیوتکنولوژی استفاده می‌شوند. در این صنایع، رعایت بهداشت بسیار مهم است، بنابراین استانداردها مقرر می‌کنند که تمام سطوحی که با سیال در تماس هستند، باید دارای زبری خاصی باشند.

پمپ های کشاورزی

در کشاورزی، به دلیل محدودیت‌هایی که در تأمین آب وجود دارد، کشاورزان از روش‌های نوینی برای آبیاری استفاده می‌کنند، مانند آبیاری قطره‌ای و بارانی که از طریق سیستم‌های آبیاری تحت فشار انجام می‌شود. برای ایجاد فشار مناسب آب، معمولاً از پمپ‌ها استفاده می‌شود.

بعضی از کشاورزان از مخازن آب در ارتفاع برای تأمین نیاز آب خود استفاده می‌کنند، اما پر کردن این مخازن نیاز به پمپ دارد. برخی دیگر از استخرهای آب برای رفع نیاز آبی خود استفاده می‌کنند که نیاز به پمپ کف‌کش دارند. همچنین، پمپ‌های شناور برای استفاده از آب چاه در آبیاری استفاده می‌شوند. پمپ‌های آبیاری برای مزارع بزرگ معمولاً سه فازه هستند.

برای باغ‌های کوچک، می‌توان از پمپ‌های تک‌فاز استفاده کرد. باغ‌های ویلاهایی که به آب شهری دسترسی دارند، نیازی به استفاده از پمپ ندارند.

برای انتخاب مناسب‌ترین پمپ برای آبیاری، باید به میزان آب مورد نیاز باغ یا مزرعه توجه کرد. برای محاسبه دبی مورد نیاز، تعداد و نوع قطره‌چکان‌ها یا آبپاش‌ها را در میزان مصرف آب هر واحد آبپاش ضرب کنید.

به عنوان مثال، اگر در باغ خود هزار قطره‌چکان ۴ لیتر در ساعت دارید، مصرف واقعی شما ۴۰۰۰ لیتر در ساعت است. با این حال، به دلیل تلفاتی که از شیب و اتصالات خط لوله ناشی می‌شود و همچنین افت فشار به علت تغییرات ارتفاع، فشار جریان در محل مصرف کاهش می‌یابد. بنابراین، برای طراحی بهینه سیستم‌های آبیاری تحت فشار، به این نکات باید توجه کرد تا پمپ مناسب‌ترین برای نیاز خود انتخاب شود.

پمپ های آتش نشانی

پمپ‌های آتش‌نشانی برای اطفای حریق در زمان وقوع آتش‌سوزی استفاده می‌شوند. پمپ‌های آتش‌نشانی برای ساختمان‌های کوچکتر به منظور ایجاد فشار آب لازم برای خاموش کردن حریق استفاده می‌شوند.

اما برای ساختمان‌های بزرگ‌تر، از بوستر پمپ‌های آتش‌نشانی استفاده می‌شود که بهترین کارایی را در شرایطی که نیاز به فشار بالاتر برای دسترسی به نقاط بالاتر ساختمان داریم، ارائه می دهد.

اجزا

به طور معمول، اجزای مختلفی که پمپ‌های مختلف را تشکیل می‌دهند، بخش‌هایی مشترک و یا مشابه یکدیگر دارند. شناخت این اجزا به بهتر درک عملکرد کلی پمپ کمک می‌کند و همچنین اصول و قواعد تعمیر و نگهداری آن‌ها را مشخص می‌کند.

در اینجا، اجزای مختلف یک پمپ به تفکیک نام برده شده و شرح مختصری از هر یک ارائه می‌شود:

1. پوزیشنر (Impeller): این قسمت به شکل پره‌هایی است که به دور می‌چرخند و سیال را به داخل پمپ می‌کشند و به فشار بالاتری تبدیل می‌کنند.

2. مانیفلد (Casing): محفظه‌ای است که پوزیشنر و دیگر اجزای پمپ را در بر می‌گیرد و سیال را به سمت خروجی هدایت می‌کند.

3. مهره‌ها (Shaft): این قسمت شفتی است که پوزیشنر به آن متصل می‌شود و در داخل راننده قرار دارد تا پوزیشنر را به چرخش بیاورد.

4. سیل (Seal): این بخش به منظور جلوگیری از نشت سیال از اطراف شفت استفاده می‌شود و معمولاً در نقطه ارتباطی شفت با مانیفلد قرار دارد.

5. بازوها و زیرساخت (Bearings and Infrastructure): این اجزا برای حمایت از شفت و کاهش اصطکاک در زمان چرخش استفاده می‌شوند و در داخل پمپ به منظور تسهیل چرخش شفت نصب می‌شوند.

6. الکتروموتور (Electric Motor): در پمپ‌های الکتریکی، این بخش برای ارائه قدرت مورد نیاز برای چرخش شفت استفاده می‌شود.

7. گیربکس (Gearbox): در برخی پمپ‌ها، گیربکس به منظور تنظیم چرخش شفت و تناسب بین قدرت الکتروموتور و پوزیشنر استفاده می‌شود.

این اجزا در هر پمپ مختلف ممکن است با توجه به نوع و کاربرد آن تغییر کنند، اما مفهوم و عملکرد اصلی هر یک از این اجزا مشابه خواهد بود.

محفظه یا پوشش(Pump Casing)

پوسته بیرونی یک پمپ قسمتی از پمپ است که از بیشتر اجزای داخلی آن در برابر شرایط مختلف محیطی محافظت می‌کند. این پوشش باید به گونه‌ای انتخاب شود که بتواند در برابر عوامل مختلف موجود در محیط استفاده از پمپ، مانند گرد و غبار، رطوبت یا دیگر شرایط محیطی، حفاظت مناسبی ارائه دهد.

پروانه (Pump Impeller)

پروانه در یک پمپ، قسمتی است که مسئول انتقال انرژی به سیال می‌باشد. این قسمت با چرخش پروانه و القای جریان به سیال، باعث افزایش انرژی جنبشی جریان می‌شود.

ساختار پروانه شامل یک دیسک چرخان است که به آن پره‌هایی متصل شده‌اند و بر روی شفت قرار دارند. ویژگی‌های جریان ساخته شده توسط پمپ بستگی به طراحی و ویژگی‌های پروانه دارد که بر اساس آن‌ها متفاوت است.

پروانه‌ها بسته به کاربرد و نیاز بهره‌بردار می‌توانند متفاوت باشند و بنابر اهداف طراحی پمپ دارای سه نوع متفاوت می‌باشند:

پروانه باز(Open Impeller)

در پمپ‌هایی که از پروانه باز استفاده می‌شود، پروانه بدون پوشش یا لفافه‌ای بر روی شفت قرار می‌گیرد. این نوع پروانه‌ها برای انتقال سیال‌هایی که به نسبت چسبنده هستند مورد استفاده قرار می‌گیرند.

پروانه‌های باز ساختاری ضعیف‌تر دارند و به طور معمول در پمپ‌هایی با قطر کم و قیمت ارزان و همچنین در پمپ‌هایی که مواد جامد معلق را انتقال می‌دهند، استفاده می‌شوند.

پروانه نیمه‌ باز(Semi Open Impeller)

در این نوع، پروانه در یک جهت دارای پوشش(لفافه) است و پره‌ها از طرف دیگر آزاد هستند.

پروانه بسته(Enclosed Impeller)

در پروانه‌های با پروهای باز، پره‌ها از هر دو سمت دارای پوشش هستند؛ به عبارت دیگر، پره‌ها بین دو دیسک قرار دارند و در یک ریخته‌گری واحد قرار می‌گیرند.

این نوع پروانه‌ها در پمپ‌هایی که برای انتقال سیال‌هایی که به نسبت چسبنده هستند استفاده می‌شوند. به عنوان مثال، در پمپ‌های آتش‌نشانی از نوع پروانه بسته استفاده می‌شود که ساختار بسیار محکم‌تری دارند.

مقایسه انواع پروانه مورد استفاده

اگر بخواهیم دبی بالا را با یک هد نسبتاً پایین انتقال دهیم، استفاده از پروانه باز مناسب است. اما اگر نیاز به انتقال دبی بوده و هدی بالاتر نیاز داریم، پروانه بسته بهترین گزینه است.

پروانه نیمه باز هم زمانی مناسب است که نیاز به انتقال دبی بالا با هدی متوسط داشته باشیم. پروانه‌های بسته، نسبت به دیگر انواع پروانه‌ها، پیچیده‌تر و همچنین گران‌تر هستند.

شفت

شفت یا شافت، قسمتی است که پروانه را به موتور متصل می‌کند تا پروانه پمپ به دوران بیفتد. در واقع، شافت واسطه‌ای است بین موتور و پمپ.

موتور

موتور، وسیله‌ای است که برق مورد نیاز برای پمپ را تأمین کرده و شفت را حرکت می‌دهد. بیشتر پمپ‌ها از موتورهای الکتریکی استفاده می‌کنند، که به عنوان منبع تغذیه آنها عمل می‌کنند.

همچنین، برخی پمپ‌ها از موتورهای احتراق داخلی، قدرت هیدرولیک یا بخار استفاده می‌کنند.

منحنی‌های عملکردی

برای انتخاب پمپ‌ها، از نمودارهایی به نام “منحنی‌های عملکردی پمپ” استفاده می‌شود. این نمودارها توسط سازندگان پمپ‌ها با استفاده از آزمایش‌های مختلف برای هر پمپ به صورت جداگانه تهیه می‌شوند. این نمودارها ویژگی‌های دقیق پمپ را نشان می‌دهند.

در پمپ‌های گردشی (روتاری) و جابجایی مثبت، ترسیم منحنی‌های عملکردی متداول نیست؛ به جای آن، عملکرد این پمپ‌ها معمولاً با ماکزیمم دبی و ماکزیمم فشار توصیف می‌شود. در این نوع پمپ‌ها، راندمان پمپ‌ها به ندرت گزارش می‌شود و معمولاً فقط به توان الکتروموتور پمپ اشاره می‌شود.

در پمپ‌های سانتریفوژ، وضعیت کاملاً متفاوت است؛ یعنی در حالی که در پمپ‌های روتاری و جابجایی مثبت، ممکن است سازندگان به اطلاعات کلی اکتفا کنند، اما در پمپ‌های سانتریفوژ، ارائه منحنی‌های عملکردی دقیق و صحیح متداول است.

منحنی مشخصه (H-Q)

شرکت‌هایی که پمپ‌ها را تولید می‌کنند، با توجه به نیازهای فشار و دبی مورد نیاز، منحنی مشخصه پمپ یا Pump Characteristic Curve را ارائه می‌دهند. این منحنی نموداری است که نشان می‌دهد که پمپ چقدر فشار را (به عنوان هد) در هر دبی خاص (به عنوان Q) تأمین می‌کند.

منحنی مصرف ( Kw-Q)

با توجه به مقدار دبی و فشار مورد نیاز برای پمپ‌ها، منحنی مصرف انرژی پمپ‌ها بر حسب دبی تعیین می‌شود. این منحنی به عنوان منحنی مصرف معروف است.

در نمودار زیر، منحنی مصرف انرژی بر حسب دبی برای پمپ WF-6x4x10 HS شرکت واترفال که در سیستم بوستر پمپ آتش‌نشانی استفاده شده، نمایش داده شده است.

این نمودار به مصرف‌کنندگان کمک می‌کند تا پمپی که بهترین تطابق را با نیازهای خود در ارتفاعات و فشارهای مختلف داشته باشد را انتخاب کنند.

منحنی هد مکش خالص مثبت (NPSH-Q)

Net Positive Suction Head (NPSH) یکی از مهم‌ترین فاکتورهایی است که در انتخاب و عملکرد پمپ‌ها باید مد نظر قرار گیرد.

برای درک بهتر، ابتدا باید دو مفهوم مهم NPSH را توضیح دهیم:

۱. NPSHR (Net Positive Suction Head Required)یا هد مکش مثبت خالص مورد نیاز:

این مقدار نشان‌دهنده حداقل فشار مورد نیاز در نقطه مکش پمپ است که برای جلوگیری از شکستن بخش‌های داخلی پمپ، مانند پروانه، لازم است. به اصطلاح، این فشار باید بیشتر از فشار بخار سیال باشد تا سیال بتواند به درستی جریان یابد بدون ایجاد فشار منفی (که می‌تواند باعث برجا شدن بخش‌های پمپ شود).

۲. NPSHA (Net Positive Suction Head Available) یا هد مکش مثبت خالص در دسترس:

این مقدار نشان‌دهنده فشار موجود در نقطه مکش پمپ است. به طور دقیق‌تر، NPSHA برابر با فشار موجود در مخزن یا محیط مکش پمپ منهای فشار بخار سیال (اگر مخزن در فشار جوی قرار دارد، فشار بخار کمی دارد که باید از فشار موجود کم شود).

با توجه به این دو مفهوم، NPSH باید به گونه‌ای انتخاب شود که NPSHA بیشتر از NPSHR باشد. اگر NPSHA کمتر از NPSHR باشد، ممکن است با مشکلاتی مانند خوردگی، شکستگی یا عملکرد نامناسب پمپ روبرو شویم.

به طور خلاصه، NPSH در انتخاب پمپ‌ها به عنوان یک پارامتر مهم برای اطمینان از عملکرد بهینه و پایدار پمپ‌ها در نظر گرفته می‌شود.

NPSHA

هد مکش مثبت خالص در دسترس (NPSHA)، مقداری است که توسط مهندسان کارخانه محاسبه می‌شود. این مقدار تقریباً برابر با فشار سیال در نقطه ورودی پمپ است، منهای فشار بخار مایع.

به عبارت دیگر، این مقدار نشان‌دهنده فشار واقعی سیال در مخزن یا محیطی است که پمپ از آن سیال را می‌کشد، با احتساب فشار بخار مایع که به عنوان یک فشار منفی در نظر گرفته می‌شود.

NPSHR

هد مکش مثبت خالص مورد نیاز (NPSHR)، مقداری است که توسط سازنده پمپ ارائه می‌شود و نشان‌دهنده حداقل مقدار هد مورد نیاز برای عملکرد بهینه پمپ است.

این مقدار به طور عمده برای توصیف تلفات انرژی داخل پمپ استفاده می‌شود که اغلب در هنگام ورود سیال به پمپ از طریق پروانه رخ می‌دهد.

هد مکش مثبت خالص مورد نیاز به عوامل مختلفی بستگی دارد از جمله طراحی و ابعاد پروانه پمپ، سرعت سیال و دیگر مشخصه‌های پمپ.

سازندگان پمپ با توجه به این عوامل، این مقدار را برای هر پمپ مشخص می‌کنند.

در شکل‌های نمودارهای هد مکش مثبت خالص بر حسب دبی، این اطلاعات به صورت گرافیکی نمایش داده می‌شود تا کاربران بتوانند پمپ مناسب برای نیازهای خود را انتخاب کنند.

دلایل اهمیت NPSH

NPSH در انتخاب و اندازه‌گیری پمپ یک عامل بسیار مهم است و نقش تعیین کننده‌ای دارد. به این معنا که هنگام انتخاب پمپ، باید اطمینان حاصل کرد که مقدار NPSHA (هد مکش مثبت خالص در دسترس) بیشتر از NPSHR (هد مکش مثبت خالص مورد نیاز) باشد.

اگر این اتفاق نیفتد، پمپ ممکن است با مشکل کاویتاسیون روبرو شود که می‌تواند باعث کاهش عملکرد پمپ شود و در موارد جدی‌تر، ممکن است به پمپ آسیب وارد شود.

تعریف نقاط در منحنی عملکردی

بهترین نقطه عملکرد پمپ(BEP)

وقتی منحنی بازده یک پمپ به همراه منحنی مشخصه‌اش روی یک نمودار رسم شود، با رسم یک خط عمودی از نقطه بیشینه بازده پمپ، وقتی این خط با منحنی مشخصه پمپ تلاقی می‌کند، نقطه بهترین عملکرد پمپ (BEP) نشان داده می‌شود.

این نقطه در شکل زیر برای یک پمپ فرضی نمایش داده شده است.

نقطه حداکثر کارایی

در نقطه بهترین عملکرد پمپ (BEP)، پمپ بیشترین بهره‌وری خود را برای پمپاژ سیال داراست. در این نقطه، نیروی شعاعی کمترین مقدار خود را دارد که وارد پروانه می‌شود و پمپ حداقل ارتعاش و صدا را ایجاد می‌کند.

هنگامی که پمپ انتخاب می‌شود، نقطه کاری آن باید نزدیک به نقطه بهترین عملکرد باشد تا کارایی پمپ به حداکثر برسد.

نقطه کاری

محل تلاقی منحنی مشخصه پمپ با منحنی مصرف اهمیت زیادی دارد. این نقطه به عنوان نقطه بهترین عملکرد پمپ شناخته می‌شود.

توصیه می‌شود که نقطه کاری پمپ نزدیک به نقطه بهترین عملکرد قرار گیرد، زیرا اگر از این نقطه دور شود، بازدهی پمپ کاهش می‌یابد.

نقطه نهایی پمپ

در این نقطه، دبی بیشترین مقدار خود را دارد چرا که پمپ در این حالت بیشترین توان را مصرف می‌کند. این شرایط می‌تواند منجر به سروصدا و ارتعاشات بیشتر پمپ شود.

نقطه خفگی پمپ

در این نقطه، پمپ بیشترین ارتفاع آبدهی را دارا است. در نمودار مشخصه پمپ، این نقطه در جایی است که دبی تقریباً به حداقل خود می‌رسد.

کاویتاسیون(Cavitation)

وقتی که فشار در سیستم پایین‌تر از فشار بخار مایع می‌شود، می‌تواند باعث ایجاد حباب‌های گازی درون مایع شود، که به این پدیده کاویتاسیون یا حباب‌زایی می‌گویند.

در واقع، در این پدیده، حباب‌های گازی به‌طور ناگهانی در سیال ایجاد می‌شوند و منجر به انفجار آنها می‌شود، که این وضعیت به دلیل تغییرات فشاری در سیال رخ می‌دهد.

این پدیده ممکن است در هر دستگاه توربوماشینی که با سیال کار می‌کند مانند پمپ‌ها و توربین‌ها رخ دهد. این پدیده همچنین با نام‌های دیگری همچون حباب‌زایی و حفره‌سازی شناخته می‌شود.

عوامل وقوع پدیده کاویتاسیون در پمپ

این مسائل مختلفی هستند که می‌توانند باعث بروز پدیده کاویتاسیون در پمپ‌ها شوند:

1.ارتفاع مکش بیش از حد: وقتی که مخزن ورودی پمپ در ارتفاع پایین‌تر از سطح تراز پمپ قرار دارد، این می‌تواند منجر به کاویتاسیون شود. در این شرایط، فشار در ورودی پمپ کاهش می‌یابد که می‌تواند حباب‌های گازی در سیال ایجاد کند.

2.دبی بیش از حد: وقتی که پمپ با دبی بیش از حد یا در شرایط غیر طراحی کار می‌کند، مانند افزایش دور پمپ یا قطر پروانه، سرعت سیال در ورودی پمپ افزایش می‌یابد. این افزایش سرعت می‌تواند منجر به کاهش فشار در ورودی پمپ و بروز کاویتاسیون شود.

3. افت فشار در ورودی پمپ:وقتی که فشار در ورودی پمپ به طور ناگهانی کاهش می‌یابد، می‌تواند ناشی از گرفتگی یا مسدود شدن کلکتور ورودی باشد. این موضوع می‌تواند باعث تشکیل حباب‌های گازی در سیال و در نتیجه کاویتاسیون شود.

4. افزایش دمای سیال: افزایش دمای سیال باعث افزایش فشار بخار سیال در داخل پمپ می‌شود. این افزایش فشار بخار می‌تواند شرایطی را برای وقوع کاویتاسیون فراهم کند.

این موارد همگی می‌توانند به وقوع پدیده کاویتاسیون در پمپ‌ها منجر شوند که باعث کاهش کارایی و عمر مفید پمپ می‌شود.

دلیل وقوع کاویتاسیون در پمپ

پدیده کاویتاسیون در پمپ‌ ها اتفاق می‌افتد زمانی که فشار لازم در بخش ورودی پمپ برای جلوگیری از تشکیل حباب‌های گازی فراهم نشود. برای جلوگیری از وقوع این پدیده، باید رابطه زیر را در نظر گرفت:

به طور معمول، برای اطمینان از ایمنی کارکرد پمپ، اختلاف ارتفاع (NPSHA) باید حداقل 0.5 متر بیشتر از نیاز حداقل ارتفاع مکش پمپ (NPSHR) باشد. این اختلاف اطمینان می‌دهد که پمپ به درستی کار می‌کند و با مشکلاتی مانند کاویتاسیون روبرو نمی‌شود.

چگونگی وقوع کاویتاسیون در پمپ

وقتی فشار سیال در ورودی پمپ به مقداری کاهش یابد که کمتر یا مساوی فشار بخار مایع شود، حباب‌هایی از بخار در سیال شکل می‌گیرند. این حباب‌ها معمولاً با عبور از پروانه پمپ و در معرض فشار بالا، منفجر می‌شوند که باعث ارتعاشات، صداهای غیرعادی، و کاهش کارایی پمپ می‌شود. این انفجارها می‌توانند باعث خوردگی شدید در پروانه و بخش‌های داخلی پمپ شوند.

در دیگر حالتی که می‌تواند به وقوع پدیده کاویتاسیون منجر شود، هوا به همراه سیال وارد پمپ شود. این مشکل معمولاً به دلیل آب‌بندی نامناسب در ورودی پمپ رخ می‌دهد.

در شرایط معمول، فشار بخار مایع در دمای خاصی مشخص می‌شود. اگر فشار یک قسمت از مایع کمتر از فشار بخار باشد اما دما همانند دمای مشخص باقی بماند، مایع شروع به تبخیر در آن نقطه می‌کند. این تبخیر موضعی مایع در نقاطی که فشار کمتر از فشار بخار است، باعث ایجاد حباب‌های بخار می‌شود.

زمانی که این حباب‌های بخار به مناطق با فشار بالاتر بازمی‌گردند، منفجر می‌شوند و این منجر به شوک‌های صوتی می‌شود که می‌تواند از طریق خوردگی به پمپ آسیب برساند.

تاثیرات کاویتاسیون

کاویتاسیون در پمپ‌ ها موجب بروز آسیب‌های فراوانی در بدنه داخلی پمپ و به خصوص پروانه پمپ می‌گردد.

تاثیرات وقوع پدیده کاویتاسیون در پمپ‌ها عبارت است از:

• ایجاد صداهای ناهنجار
• لرزه در پمپ
• کاهش بازدهی
• آسیب رساندن به اجزای داخلی