تا قرن 17 میلادی مردم معمولا در مورد هوا دچار سوء تفاهم بودند تا اینکه توریچلی دانشمند ایتالیایی از جمله اولین کسانی شد که در این مورد روشنگری کرد.
او گفت: "هوا مثل آب وزن دارد و ما در زیر اقیانوسی از هوا غوطه ور هستیم. وزن این اقیانوس بر سطح زمین فشاری وارد می کند که به آن فشار اتمسفر می گویند. او همچنین فشارسنج جیوه ای را توسعه داد که هم اکنون برای نشان دادن این فشار استفاده می شود.
در اثر فشار اتمسفر، جیوه در لوله خلاء شده بالا می رود که این مقدار در کنار دریای آزاد 760 میلیمتر است. اگر به جای جیوه در این فشارسنج از آب استفاده شود، ارتفاع ستون آب 10.34 متر خواهد بود. همین فشار اتمسفر است که آب را به سمت بالا هل می دهد تا به ورودی پمپ گریز از مرکز برسد. (در این مورد در ارتفاع مکش بیشتر صحبت می کنیم) ارتفاع ستون اتمسفر در ارتفاعات کمتر می شود در نتیجه فشار اتمسفر هم کاهش پیدا می کند و قدرت هل دادن آب به سمت پمپ هم کمتر می شود.
منبع: وبسایت pumpschool
ارتفاع از سطح دریا یکی از پارامترهایی است که در طراحی و تحلیل پمپ و پمپاژ اثرگذار است. با توجه به اینکه در سطوح مختلف ارتفاع از سطح دریا، ارتفاع ستون اتمسفر که بالای نقطه مورد نظر وجود دارد، متفاوت است لذا برای تحلیل وضعیت مکش پمپ لازم است تاثیر آن محاسبه و در نظر گرفته شود.
به طور مشخص پمپی که در شهری مثل بوشهر بتواند از سه متری مکش کند، در شهرکرد (در وضعیتی که بقیه پارامترها ثابت باشند) بیشتر از یک متر مکش نخواهد داشت. دلایل آن در عنوان بعدی توضیح داده خواهد شد. از طرف دیگر با توجه به کاهش چگالی هوا در ارتفاع های بالا، قدرت فن های خنک کننده موتورهای الکتریکی که با هوا خنک می شوند کاهش می یابد و این موضوع توان واقعی که از یک موتور می توان انتظار داشت را کاهش می دهد. لذا لازم است در انتخاب موتور برای پمپ، تاثیر ارتفاع از سطح دریا را لحاظ نمود.
منابع: وبسایت نشنال جئوگرافیک و وبسایت Motors@Work LLC
عبارت NPSHa یا فشار مثبت مکش خالص-موجود(در دسترس یا Available) یک ویژگی مربوط به سیستم است که به پیکربندی سیستم در قسمت مکش پمپ بستگی دارد. (بر خلاف NPHSr که یک ویژگی مربوط به پمپ است) بنابراین محاسبه آن بر عهده طراح یا مهندسی است که فرایند پمپاژ را در یک سیستم مشخص طراحی می کند.
مقدار NPSHa اساسا اندازه فشار خالص ورودی در مسیر مکش است و برای اینکه در ورودی پمپ کاویتاسیون اتفاق نیفتد لازم است که این مقدار از مقدار NPSHr پمپ بیشتر باشد.
در تعیین مقدار NPSHa ، فشار اتمسفر ، دمای سیال، افت مسیر لوله ها در قسمت مکش پمپ و اختلاف ارتفاع عمودی بین سطح سیال تا ورودی پروانه پمپ تاثیر دارند. در مباحث بعدی نحوه اثرگذاری این مفاهیم در تعیین مقدار NPSHa را بررسی خواهیم کرد.
منبع:
وبسایت Pumps & Systems
عبارت NPSH مخفف مفهوم ارتفاع مثبت مکش خالص است که به معنی فشار تجربه شده توسط مایع در سمت مکش و در ورودی پروانه یک پمپ گریز از مرکز است. این مفهوم از جنس هد یا ارتفاع (با واحد اندازه گیری متر یا فوت) به جای فشار واقعی (با واحد اندازه گیری پاسکال یا psi) تعریف می شود، زیرا مفهوم ارتفاع یا هد مستقل از سیال و چگالی آن می باشد. هدف از تعریف NPSH، شناسایی و جلوگیری از وضعیتی است که به بخارشدن سیال در ورودی پمپ منجر شود.
در واقع NPSHr یک ویژگی مربوط به پمپ است که توسط سازنده پمپ با آزمایش در شرایط کنترل شده بدست می آید و به مفهوم کمترین فشاری است که پمپ در ورودی خود لازم دارد تا کاویتاسیون اتفاق نیفتد. در پمپ های چندطبقه، این مفهوم صرفا برای پروانه طبقه اول تعریف می شود و برای طبقات بعدی بی معنی است.
منبع:
وبسایت Michael Smith Engineers Ltd
کاویتاسیون یا حفره زایی، تشکیل حباب های بخار درون مایع در مناطق کم فشار جریان سیال در موقعیتی است که جریان سیال شتاب گرفته باشد. این رویداد در عملکرد پمپ های سانتریفیوژ، توربین های آب و ملخ کشتی ها، رخ می دهد. کاویتاسیون نامطلوب است زیرا باعث فرسایش گسترده پره های دوار مثل پروانه پمپ ها، سر و صدای اضافی ناشی از ضربه و ارتعاشات و کاهش قابل توجه راندمان و کارایی این ماشین ها می شود زیرا الگوی جریان را مخدوش می کند. حباب ها هنگامی شکل می گیرند که فشار مایع به پایین تر از فشار بخار آن کاهش یابد. آنها با افزایش فشار همراه با جریان، رفته رفته منبسط می شوند و وقتی به مناطقی با فشار بالاتر می رسند، ناگهان فرو می ریزند.
رشد و سقوط ناگهانی این حباب های بخار، باعث فشار و ضربات شدیدی می شود که سطوح فلزی در معرض حفره ها را تخریب می کند. لذا لازم است رویه هایی در نظر گرفته شود که از ایجاد کاویتاسیون در فرایند پمپاژ تا حد ممکن جلوگیری شود.
در مباحث بعدی به مفاهیمی که در مدیریت پدیده کاویتاسیون در پمپ ها مؤثرند خواهیم پرداخت.
منبع :دایره المعارف بریتانیکا
در حالت ایدئال بهتر است که یک پمپ، در حوالی دبی نقطه بهترین راندمان خود (BEP) کار کند تا هزینه های چرخه عمر آن حداقل باشد. با این حال پمپ ها می توانند در بازه بزرگتری از دبی استفاده شوند. اما محدودیت هایی در مورد دبی مورد استفاده وجود دارد که اگر لحاظ شوند ازخرابی زودرس پمپ جلوگیری می شود. بنابراین لازم است تا محدوده مجاز و محدوده بهینه عملکرد پمپ تعریف شود.
در نقطه BEP بازده هیدرولیکی پمپ حداکثر است و سیال بصورت یکنواخت و بدون شوک و جدایش، وارد کانال های پروانه و دیفیوزر و همچنین محفظه پمپ می شود.
دبی های بیشتر و کمتر از BEP باعث عدم تطابق کامل جریان در کانال های پروانه و محفظه می شود که این موضوع تلاطم جریان را بیشتر کرده و ضمن مسدود کردن موضعی مسیرهای عبور جریان، موجب تسریع در ایجاد کاویتاسیون، افزایش ارتعاش و سر و صدا و نیز تسریع در روند فرسایش پمپ می شود.
بازه یا محدوده بهینه (POR) برای عملکرد اکثر پمپ ها در فاصله 70% تا 120% دبی نقطه BEP تعریف می شود و البته در پمپ های با سرعت مخصوص بالاتر می تواند محدوده کوچکتر از این مقدار هم باشد. بازه مجاز (AOR) عملکرد پمپ، بازه ای بزرگتر از محدوده بهینه است به نحوی که عمر مفید پمپ به صورت جدی تهدید نشود. این محدوده معمولا توسط سازنده پمپ مشخص می شود و البته عمر پمپ در صورت استفاده در این محدوده کمتر از عمر آن در محدوده بهینه خواهد بود.
منبع:وبسایت مجله Water World نوشته Allan R. Budris
یک پمپ معمولا برای یک سرعت، یک دبی و یک هد-ارتفاع طراحی می شود اما شرایط واقعی ممکن است متفاوت از شرایط طراحی پمپ باشد و تحت این شرایط ممکن است عملکرد پمپ کمی تفاوت داشته باشد.
منحنی های پمپ را می توان نمایش گرافیکی رفتار و عملکرد یک پمپ مشخص تحت شرایط کارکردی متفاوت تعریف کرد. خصوصیات عملکردی یک پمپ بسته به شکل و ابعاد پروانه و محفظه پمپ تعیین می شود. منحنی های عملکردی اصلی پمپ، تغییرات 4 پارامتر را در دبی های مختلف و در سرعت دورانی نامی (به طور مثال 1450 دور بر دقیقه) نشان می دهد:
- منحنی هد بر حسب دبی یا منحنی H-Q
- منحنی راندمان بر حسب دبی یا منحنی ƞ-Q
- منحنی NPSHr بر حسب دبی یا منحنی NPSHr-Q (در مورد این مفهوم بعدا توضیح داده خواهد شد)
- منحنی توان شفت بر حسب دبی یا منحنی P-Q
منبع:
Groundwater, Wells and Pumps نوشته دکتر مادان کومار، مؤسسه فناوری کاراگپورهند
راندمان، بازده یا کارایی پمپ که معمولا با حرف یونانی (ƞ) آن را نمایش می دهند به عنوان نسب توان هیدرولیکی خروجی پمپ بر توان ورودی به پمپ که از طریق شفت اعمال می شود تعریف می شود.
توان هیدرولیکی پمپ (بر حسب کیلووات یا اسب بخار) از حاصل ضرب آبدهی در ارتفاعی که پمپ تولید می کند به دست می آید.
توان شفت پمپ نیز معمولا به وسیله یک ماشین تولید توان (مثل موتور الکتریکی، موتور احتراق داخلی و یا توربین) ایجاد و به شفت پمپ منتقل می شود.
اگر راندمان یک پمپ 100% باشد به این معنی است که توان ورودی به پمپ با توانی که پمپ تولید می کند برابر است اما هیچ ماشینی راندمان 100% ندارد. بنابراین همیشه توان شفت پمپ بزرگتر از توان هیدرولیکی تحویل داده شده توسط پمپ خواهد بود.
مقادیر پایین تر راندمان به علت افت های اصطکاکی جریان داخل پمپ، نشتی هایی که به دلیل اختلاف فشار در نواحی مختلف پمپ ایجاد می شود و اتلافات دیگری است که به علت ماهیت پیچیده تر جریان سیال بوجود می آید.
منبع: دکتر بلیر استرینگام، دانشگاه نیومکزیکو
در دینامیک سیالات، عبارت هد یا ارتفاع پمپ برای اندازه گیری انرژی جنبشی که یک پمپ تولید می کند مورد استفاده قرار می گیرد.
هد یا ارتفاع، نشان دهنده ارتفاع ستون عمودی مایع (سیال غیر قابل تراکم) است که در اثر انرژی جنبشی که پمپ تولید می کند، ایجاد می شود. در واقع اگر یک لوله عمودی در خروجی پمپ قرار داده شود، سیال به اندازه ارتفاع یا هدی که پمپ تولید می کند بالا می رود. هرچه هد پمپ بیشتر باشد آب را تا ارتفاع بیشتری بالا خواهد برد.
ارتفاع و دبی عملکرد یک پمپ را مشخص می کنند که به صورت گرافیکی در منحنی عملکرد یا منحنی مشخصه پمپ نشان داده می شود. دلیل اصلی استفاده از ارتفاع به جای فشار در بیان ویژگی های یک پمپ این است که ارتفاع بر خلاف فشار، به چگالی یا وزن مخصوص سیال بستگی ندارد.
بدین معنی می توان گفت پمپ ماشینی است که ارتفاع تولید می کند. مثلا پمپی که ارتفاع آن 50 متر است، هم آب (باچگالی نسبی1) و هم اسید سولفوریک (با چگالی نسبی 1.8) را تا 50 متر بالا می برد. برای محاسبه ارتفاع تولیدی پمپ به ازای هر دبی، از اندازه گیری اختلاف فشار در ورودی و خروجی پمپ استفاده می کنند. واحد اندازه گیری ارتفاع، متر یا فوت ستون سیال است.
منبع: وبسایت Thermal engineering
ظرفیت، دبی یا آبدهی حجمی از سیال است که در یک بازه زمانی مشخص از یک سطح مقطع عبور می کند.
در پمپ گریز از مرکز دبی که آن را با Q نمایش می دهند عبارت است از مقدار مفید جریان که از مقطع خروجی پمپ خارج می شود. بر این اساس هر گونه اتلاف و نشتی در پمپ از جمله در ناحیه آببندی، که قبل از مقطع خروجی پمپ اتفاق می افتد خارج از تعریف دبی پمپ قرار می گیرد. اما آن بخش از جریان که بعد از سطح مقطع نازل خروجی پمپ از جریان اصلی منشعب می شود (به عنوان مثال بای پس) را باید به عنوان بخشی از دبی پمپ در نظر گرفت.
این پارامتر با واحدهای مختلفی بیان می شود که پرکاربردترین آنها، مترمکعب بر ساعت، لیتر بر ثانیه و گالن بر دقیقه می باشند. مقدار دبی تا حد زیادی به سرعت دوران پروانه و سایز پمپ بستگی دارد.
منبع:وبسایت شرکت KSB
در برخی موارد، خوردگی شیمیایی با عواملی مکانیکی ترکیب می شود و موجب تسریع در فرایند تخریب می شود. از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:
-خوردگی فرسایشی: ترکیبی از سایش مکانیکی و خوردگی است، که در آن، لایه های محافظ در نتیجه سایش یا فرسایش تخریب شده و همین موضوع فرایند خوردگی را سرعت می بخشد.
-خوردگی کاویتاسیون: ترکیبی از فرسایش ناشی از کاویتاسیون و خوردگی است، جایی که خوردگی، با تخریب موضعی لایه های محافظ توسط کاویتاسیون ، شروع یا تسریع می شود.
-خوردگی فرتینگ: به آسیب ناشی از خوردگی در ناهمواری های سطح تماس دو فلز اشاره دارد. این آسیب تحت بار و در حضور حرکت نسبی مکرر مانند ارتعاش در سطح ایجاد می شود، به طور معمول در ماشین آلات، مجموعه های پیچ و مهره و بلبرینگ ها دیده می شود.
-خوردگی تنشی: اگر قطعه ای هم زمان تحت تاثیر محیط خورنده و تنش های کششی قرار گیرد، خوردگی آن در مقایسه با شرایط عادی تشدید می گردد که به این فرآیند، خوردگی تنشی گویند.
-خستگی خوردگی: به تاثیر همزمان خستگی و محیط های خورنده گفته می شود. خستگی خوردگی کاهش مقاومت خستگی قطعه به علت قرار گرفتن آن در محیط خورنده می باشد . خستگی خوردگی در تنش های با فرکانس پایین شدیدتر است.
منابع: وبسایت انستیتوی بین المللی NACE ، وبسایت شرکت KSB
خوردگی یك واكنش شیمیایی مخرب بین سطح فلز و محیط اطراف آن می باشد. با توجه به اینكه مواد اكسید شده نسبت به مواد در حالت معمولی در سطح پایین تری از انرژی قرار دارند، بنابراین تمایل رسیدن به سطح انرژی پایین تر سبب اكسید (خورده) شدن فلز می گردد.
خوردگی شیمیایی انواع مختلفی دارد که بخشی از آنها واکنش خالص شیمیایی است و عوامل مکانیکی دیگر در ایجاد آن نقشی نداشته اند. از این جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:
-خوردگی یکنواخت: خوردگی که تمام سطح یک فلز را به صورت یکنواخت تحت تاثیر قرار دهد
-خوردگی گالوانیکی: وقتی دو فلز متفاوت در یک محیط الکترولیت با هم تشکیل پیل الکتریکی دهند خوردگی گالوانیکی ایجاد می شود.
-خوردگی حفره ای: نوعی خوردگی موضعی است که به دنبال آن حفره هایی در سطح فلز ظاهر شده و با ادامه فعل انفعال خوردگی حفره عمیق تر شده و باعث سوراخ شدن می گردد.
-خوردگی شکافی: نوعی از خوردگی موضعی است که در شکاف ها و در زیر سطوح فلزی پوشش داده شده، در جایی که محلول های راکد وجود دارد، اتفاق می افتد.
-خوردگی انتخابی: در اثر حل شدن انتخابی یکی از اجزا از درون آلیاژ اتفاق می افتد.
-خوردگی میکروبی: میکروجلبک ها، قارچ ها و باکتری ها می توانند باعث خوردگی در اکثر فلزات شوند.
منابع:وبسایت انجمن خوردگی ایران و وبسایت شرکت KSB
کاویتاسیون یا حفره زایی، تشکیل حباب های بخار درون مایع در مناطق کم فشار جریان سیال در موقعیتی است که جریان سیال شتاب گرفته باشد. این رویداد در عملکرد پمپ های سانتریفیوژ، توربین های آب و ملخ کشتی ها، رخ می دهد.
کاویتاسیون نامطلوب است زیرا باعث فرسایش گسترده پره های دوار مثل پروانه پمپ ها، سر و صدای اضافی ناشی از ضربه و ارتعاشات و کاهش قابل توجه راندمان و کارایی این ماشین ها می شود، زیرا الگوی جریان را مخدوش می کند.
حباب ها هنگامی شکل می گیرند که فشار مایع به پایین تر از فشار بخار آن کاهش یابد. آنها با افزایش فشار همراه با جریان، رفته رفته منبسط می شوند و وقتی به مناطقی با فشار بالاتر می رسند، ناگهان فرو می ریزند.
رشد و سقوط ناگهانی این حباب های بخار، باعث فشار و ضربات شدیدی می شود که سطوح فلزی در معرض حفره ها را تخریب می کند. این فرایند تدریجی تخریب سطح، فرسایش ناشی از کاویتاسیون است.
منبع: دایره المعارف بریتانیکا
از دست دادن تدریجی مواد از سطح یک جسم جامد به دلایل مختلف فیزیکی، شیمیایی و یا ترکیبی از آنها حادث می شود. سایش یا Abrasion یکی از انواع فیزیکی آنهاست. این نوع آسیب موقعی اتفاق می افتد که اجزای جامد درون سیال بصورت مکانیکی بر سطوح داخلی پمپ اثر بگذارند و به طور مشخص زمانی روی می دهد که ذرات جامد مثل سنگ ریزه، بین اجزاء ثابت و دوار پمپ قرار گیرند. این اتفاق در 2 محل می تواند مشاهده شود:
1- بین پروانه گردان و اجزای ثابت محفظه مثلا در محل رینگ های سایشی یا بین محیط پروانه و لبه دیفیوزر.
2-بین بوش روی محور و قسمت ثابت آببندی در محل نوارهای گرافیتی. خود این فرایند سایش هم می تواند به دو صورت اعمال شود:
سایش کشویی: در این نوع جسم جامد روی یک سطح، ثابت شده و سطح دیگر را بصورت کشویی می خراشد.
سایش غلتشی: که جسم جامد در فاصله دو سطح ثابت و دوار می غلتد (که در مورد این مفاهیم بعدا توضیح داده خواهد شد)
بر این اساس مفهوم سایش با مفهوم فرسایش یا Erosion متفاوت است.
منابع: وبسایت شرکت KSB
وبسایت Metso Outotec
