تعريف پمپ

ُپمپ يا تُلُمبه وسيله‌اي مکانيکي براي انتقال مايعات است که با افزايش فشار جريان آن، امکان جابجايي مايعات را به ارتفاعي بالاتر (با افزايش هد) يا حتي پايين دست (معمولاً حوضچه يا مخزن) فراهم مي‌آورد.
به طور کلي پمپ به دستگاهي گفته مي شود که انرژي مکانيکي را از يک منبع خارجي اخذ و به سيال مايعي که از آن عبور مي کند، انتقال مي دهد. در نتيجه انرژي سيال پس از خروج از اين دستگاه (پمپ) افزايش مي يابد. به عبارت ديگر پمپ دستگاهي است که انرژي مکانيکي را به انرژي هيدروليکي تبديل مي کند و نتيجه آن افزايش انرژي پتانسيل (فشار سيال عبوري از پمپ )و يا انرژي جنبشي (سرعت سيال) و انتقال سيال مي باشد. در پمپ ها تغييرات انرژي سيال همواره به صورت تغيير فشار سيال مشاهده مي گردد. از پمپها براي انتقال سيال به يک ارتفاع معين و يا جا به جايي آن در يک سيستم لوله کشي و يا هيدروليک استفاده مي نمايند. به عبارت کلي تر از پمپ براي انتقال سيال از يک نقطه به نقطه ديگر استفاده مي کنند

تاريخچه :

نياز انسان به آب و جابجايي آن از نقطه اي به نقطه اي ديگر سبب شد که انسان به فکر ساخت دستگاهي که اين مشکل رابرطرف کند بيافتد. اولين نمونه هاي پمپ ها که نيروي محرک آنها توسط انسان ياحيوانات تامين ميشد، توسط مصريان باستان در 17 قرن پيش از ميلاد مسيح ساخته شد و مورد استفاده قرار گفتند.آنها توانسته بودند آب را با پمپ هاي رفت و برگشتي از عمق 91.5 متر ي زمين بيرون بکشند. در يونان باستان نيز پمپ هاي رفت و برگشتي با طرح ساده 4 قرن قبل از ميلاد ساخته شده بود. تاريخ مشخصي در مورد ابداع پمپهاي سانتريفيوژوجود ندارد ،اما گفته ميشود که نقاشيهاي لئوناردو داوينچي در قرن پانزدهم ميلادي نشان ميدهد که چگونه با اعمال نيروي گريزازمرکز به آب درون يک لوله خميده ، آب را تا مقدار معيني بالا برد.
اولين پمپ هاي سانتريفيوژ در اواخر قرن هفدهم و اوايل قرن هجدهم توسط مهندسين فرانسوي و ايتاليايي ساخته شده و کاربرد عملي يافتند (1732). در نيمه هاي قرن نوزدهم عيب اصلي پمپهاي رفت و برگشتي که عبارت از مقدار جريان پايين مي باشد، موجب اين شدکه پمپ هاي سانتريفيوژ با استقبال بيشتري روبرو شوند و جايگاه وسيعتري در صنعت پيدا کنند.

اساس مكش پمپ ها

هوا در سطح زمين داراي فشاري معادل 6/14 پوند بر اينچ مربع و يا يك كيلوگرم بر سانتيمتر مربع مي باشد. لوله طويلي را در نظر بگيريد كه يك انتهاي آن بسته شده است، اگر اين لوله را پر از آب كرده و آن را بطور وارونه در تشك حاوي آب قرار دهيم، سطح آب در درون لوله رفته پايين مي آيد و اين عمل تا زماني كه فشار هواي خارج ( اتمسفر ) و فشار حاصل از ستون آب به درون لوله به يك اندازه برسند، ادامه خواهد يافت. به تجربه ديده شده است كه تعادل مذكور هنگامي حاصل مي گردد كه ارتفاع آب درون لوله برابر با 32 فوت ( 10 متر ) باشد.
بنابراين ستوني از آب به ارتفاع 10 متر، داراي فشاري معادل يك كيلوگرم بر سانتيمتر مربع است.
حال چنانچه لوله اي طويل را در يك انتها مسدود نموده و انتهاي ديگر آن را به ظرف حاوي آب وارد سازيم و هواي درون لوله را تخليه كنيم، خواهيم ديد كه آب لوله با فشار اتمسفر ( يك كيلوگرم بر سانتيمتر مربع ) به طرف بالا حركت مي كند.
اگر بتوان تمام هواي درون لوله را تخليه نمود، سطح آب درون لوله تا ارتفاع 32 فوت بالا مي رود.انجام اين كار، يعني تخليه كامل هوا و صعود سطح آب به ارتفاع 10 متري امكان پذير نيست، چرا كه حدوداً در ارتفاع 6 تا 7/6 متر عمل بالا رفتن متوقف مي گردد و سطح آب به صورت ساكن، باقي مي ماند. علت اين امر وجود وزن ستون آب است كه در عمل تعادل فشار هواي بيرون و درون لوله مداخله نموده و اين عمل را تسريع مي بخشد. اولين كار پمپ عبارت است از تخليه هوا از درون لوله مكش، اين عمل باعث مي شود كه فشار اتمسفر بتواند به مايعات فشار وارد نموده و آن ها را به قسمت چرخنده پمپ و يا پيستون هدايت نمايد. بايد بخاطر سپرد كه پمپ بايد حداكثر بين ارتفاع 6 تا 7/6 متري از سطح مايع قرار گيرد تا بتواند عمل جابجايي مايع را به خوبي انجام دهد.كـار دوم پمپ عبارت است از دادن انرژي به مواد سيال و هدايت آن ها از محفظـه پمپ ( محل قرار گرفتن قسمت چرخنده ) به مقصد نهائي.

اجزا اصلي و ساختمان مکانيکي:

هر پمپ گريز از مرکز داراي سه بخش اصلي زير است که هرکدام از آنها از
اجزاي مختلفي تشکيل شده است:
1- محرک 2- محفظه آب بندي 3 – پوسته
- محرک: در پمپ هاي دوار معمولا از سه نوع محرک الکترومغناطيسي
(الکتروموتور) ،ديزلي وتوربيني استفاده ميشود.
محرک الکترو مغناطيسي يک ژنراتور بوده که انرژي الکتريکي رابه حرکت دوراني تبديل مي کند.محرک توربيني به کمک انرژي بخار آب ؛محور پمپ را مي چرخاند. محرک ديزکي نيز موتوري است که با سوخت فسيلي معمولا گازوئيل کار ميکند.خروجي محرک به کمک کوپلينگ به ميل محور پمپ متصل شده و اين ميل محور وارد محفظه آب بندي ميشود . در اين محفظه دو ياتاقان (ساچمه اي) قرار داشته که درون روغن غوطه ورميباشندوحکم تکيه گاههاي ميل محور رادارند.انتهاي ميل محور به يک پروانه که درون پوسته جا دارد متصل شده است.
- پوسته: که قسمت عمده آن پروانه و شافت است.

الف – پروانه

Impeler : ايمپلرها با انواع مختلف يک دهنه ،دودهنه،باز،
اصولا پروانه هاي دودهنه داراي نيروي محوري Trust کمتر اما هزينه ساخت گرانتر ميباشند.همچنين پروانه هاي باز و نيمه باز از نظر هزينه ساخت ارزانتر ميباشند.مشخصه هاي مايع و وجود ذرات جامد،رواني ونارواني مايع وپارامترهايي ازاين قبيل درنوع استفاده از ايمپلرموثرهستند.پروانه هاي باز درپمپ هاي محوري وبسته در پمپ هاي شعاعي بکار ميروند.که براي نوع باز براي مايعات حاوي ذرات جامد و الياف دار نوع بسته براي مايع هاي تميز و بدون ذرات شناور مناسب مي باشند. نوعي از پروانه هاي باز نيز براي مخلوط مايع و جامد بکار ميروند.
بنابراين ساده ترين نوع پروانه،پروانه باز بوده که براي انتقال مايعات حاوي ناخالصي جامدشناوربکارميرود.پروانه نيم باز نيز براي مايعات رسوب زا بکار برده ميشود.کاربرد پروانه بسته نيز در ظرفيت هاي بالا و به دودسته يک چشمي و دوچشمي تقسيم ميشود.
تعريف پروانه نيز به عنوان بخشي اساسي،قسمت متحرک پمپ است که مايع ورودي به چشم را به علت داشتن حرکت دوراني به خارج ميراند. لازم است که اشاره کنم هرچه اندازه ذرات شناوربيشترباشدتعدادپره ها کمترخواهدبود.
وضع قرار گرفتن پروانه در پوسته بايد به نحوي باشد که فاصله بين آن و پوسته حداقل ممکن باشد.اين فاصله باعث ميشود که مايع بين پوسته وپروانه قرار گرفته از يک طرف آن راروغن کاري کندوازطرف ديگرمانع سايش پوسته و پروانه شود.به همين دليل نبايد اين نوع پمپ را بدون مايع راه اندازي کرد.پمپ اي گريز ازمرکز توانايي ايجاد فشار بالا را ندارند لذا براي رسيدن به فشار بالا از چند پروانه اي ها استفاده ميشود.اين پمپ براي حجم زياد و فشار پايين بهترين راندمان را دارد.ميتوان جريان خروجي را بردن اينکه درداخل فشار زياد شودبدون هيچ خطري متوقف کرد.همچنين اين پمپ ها جريان خروجي يکنواختي دارند.اگراين نوع پمپ باخروجي بسته کارکند،درجه حرارت مايع درون پوسته افزايش يافته وبا توليدبخار در قسمت داخلي دچار ارتعاش ميشود که دراين وضع گويند پمپ هوا گرفته و بايد هواگيري شود.

ب - رينگ هاي سايشي

تنها نقطه اي که پوسته و پروانه به عنوان اجزاي دوراني و ثابت باهم در در تماس قرارميگيرندمحل رينگهاي سايش است.ممکن است که پمپ به دلايل مختلف دچارارتعاش شود. اين ارتعاش باعث ساييده شدن پروانه و پوسته ميگردد.دربعضي مواقع باعث جام کردن پمپ ميشود.براي جلوگيري ازاين وضع از يک حلقه سايش استفاده ميشودکه هم درپروانه و هم درپوسته کارگذاشته ميگردد. با کمي لقي ونشت مايع ازمابين اين دو رينگ حرکت دوراني ايمپلر بدون ارتعاش ومشکلات مکانيکي صورت ميگردد.
لقي مابين دورينگ پوسته و پروانه موجب عبور لايه اي ازمايع پمپاژ شده ميشودکه بعنوان مستهلک کننده ارتعاش عمل ميکند.اما نشت زياد مايع نيزباعث افت کارآيي پمپ و هدر رفتن قدرت محرک ميگردد. ارتعاش زياد،فشارزياد وکارمداوم باعث سائيده شدن رينگ ها شده که بايد به موقع تعويض شوند.

ج- شافت

نقش اساسي شافت انتقال گشتاور وارده،به هنگام راه اندازي و عملکردو همچنين به عنوان نشيمنگاه و تکيه گاهي براي ديگر قطعات دوار است. حداکثر خيز شافت در شرايط دوراني مي بايداز حداقل لقي ما بين قطعات دوار و ثابت کمتر باشد.بار هاي اعمالي به شافت عبارت است از:
- گشتاور - وزن قطعات - نيروي هيدروليکي شعاعي ومقدار طراحي شافت ها اين بارها به طور همزمان با فاصله ياتاقان ها ،مقدارover huge آويخته ازيک سر،سرعت هاي بحراني ومحل تاثير بارها مورد بررسي قرارميگيرند. همچنين شافت ها مي بايست تحمل بار هاي ضربه اي ناشي از پيچش و عدم پيچش و تنش هاي حرارتي بهنگام سرد و گرم شدن را داشته باشند.
- شافت صلب و انعطاف پذير(نرم)
شافتي که سرعت (دور) عملکرد نرمال آن پايين تر از دور بحراني نخست آن قرار گيرد به شافت صلب موسوم است. اگر دور عملکرد آن بالاتر از اولين دور بحراني قرار گيرد آن
را شافت انعطاف پذير گويند.
معمولا دور عملکرد 20% کمتر و 25%-- 40% بالاتر از دور بحرانيcritical speed نگه ميدارند. هنگام راه اندازي و خاموش کردن دستگاه بايد خيلي سريع از دور بحراني عبور کرد.

د- ياتاقان ها

وظيفه ياتاقان ها در پمپ نگهداشتن شافت و روتور در مرکز شافت درمرکزاجزاء ثابت و تحمل بارهاي شعاعي و محوري است .تحمل کننده بارهاي شعاعي را ياتاقان ها ي شعاعي و تحمل کننده هاي بارهاي محوري را ياتاقان هاي محوري نامند. البته ياتاقان هاي محوري در عين حال بار شعاعي را نيزتحمل ميکنند.ياتاقان هاي مابين کوپلينگ و پمپ را اين بوردوياتاقان هاي سمت ديگر را اوت بورد گويند.
در پمپ هاي آويخته از يک سر شافت آن ياتاقاني که به پروانه نزديکترباشد رااين بورد و دورتري را اوت بورد گويند. .ياتاقان هاي محوري در سمت اوت بورد نصب مي کنند.

ه - کوپلينگ ها

کوپلينگ ها براي انتقال دور و گشتاور از ماشين محر ک به ماشين متحرک به کارميروند.وظيفه ي ديگر کوپلينگ از بين بردن نا هم محوري ،انتقال بارهاي محوري مابين دو ماشين و تنظيم شافت هاي محرک و متحرک در مقابل سائيدگي مي باشد.
کوپلينگ ها دو نوعند:
کوپلينگ صلب: در مواقعي که دقت هم محوري بايد بالا باشد از اين نوع کوپلينگ استفاده ميکنند.همچنين درمواقعي که لازم باشدکه يکي ازروتورها توسط شافت ديگر نگهداشته شود ،اين کاررابوسيله کوپلينگ صلب انجام ميدهند.در اين نوع کوپلينگ ها اگر دقت هم محوري کم باشد باعث ايجاد مشکلات مکانيکي ميگردد.
انواع متداول کوپلينگ صلب عبارتند از :
1- فلنجي با پيچ هاي مناسب (استفاده رايج در پمپ هاي عمودي)
2- کلمپي چاک دار
3- در امتداد محور
- کوپلينگ انعطاف پذير:
اين کوپلينگ هاي علاوه براينکه وظيفه انتقال قدرت ازموتوربه پمپ(شافت)رادارند عمل ازبين بردن ناهم محوري بين دو شافت محرک و متحرک را نيز انجام ميدهند. کوپلينگ هاي انعطاف پذير به غير از مدل چرخ دنده اي براي دورها و قدرت هاي پايين استفاده ميشوند.

و – غلاف ها

جهت جلوگيري از فرسايش،خوردگي و ساييدگي در محل کاسه نمدها وياتاقان هاي داخل و ديگر قسمت ها از غلاف هاي مناسب استفاده ميشود.

شرح قوانين حاکم بر پمپها و تئوري آنها:

پمپهاي گريز از مرکز ماشين هايي هستند که با استفاده از نيروي گريز از مرکز (عکس العمل سيال در برابر نيروي مرکز گرا ) سيالات را جابه جا ميکنند. در ادامه به موارد مهم در موضوع سيالات اشاره ميشود.
نيروي وزن باعث ميشود که اگر سيال در يک ارتفاع باشد به ارتفاع پايين تر جريان يابد. انرژي پتانسيل ، انرژي است که در سيال ذخيره ميشود و مايع داراي فشار بالاتر انرژي پتانسيل بيشتري دارد، بنابراين سيال از سطوح با فشار بالا به سطوح با فشار پايين جريان مي يابد. در صورتي که فشار دو مخزن برابر باشد يا اينکه اختلاف ارتفاع نداشته باشند سيال ميان آنها جريان نمي يابد.بنابراين در اين حالت ها نياز به استفاده از پمپ داريم. همچنين ميتوان از پمپ به منظور افزايش مقدار سيال جابه جاشده، ( دبي) استفاده کرد .
پس ميتوان نتيجه گرفت يک پمپ با افزايش انرژي سيال آنرا جابجا مي کند. در پمپ هاي سانتريفيوژ اين عمل توسط پروانه انجام ميشود، که با چرخاندن سيال انرژي آن را مي افزايد. سيال باعبوراز ورودي پمپ وارد چشم ( مرکز ) پروانه ميگردد و با دوران پروانه از لبه آن خارج ميگردد. هرچه سرعت پروانه بيشتر باشد سيال سريعتر جابجا ميشود. در زير يک نمونه محفظه و پروانه نشان داده شده است.
هنگامي که سيال وارد پوسته( محفظه) ميشود سرعت آن کاهش مي يابد.چون سرعت سيال کاهش مي يابد فشار آن افزايش يافته و از طرف ديگر چون سيال بافشار زياد در لبه و دور از چشمي خارج ميگردد باعث ايجاد يک ناحيه کم فشار در چشمي شده که در اثر آن جريان سيال به درون چشمي امکان پذير ميگردد.(اختلاف فشار) وقتي سيال به خارج پمپاژ ميشود سرعت آن افزايش مي يابد اين افزايش سرعت در خروجي به شکل فشار بسيار زياد و بخشي از آن در محفظه به صورت فشار نمايان ميشود.
پروانه که به عنوان پيشران مي باشد توسط يک منبع محرک بيروني چرخانده ميشود. محرک به شکل هاي مختلف الکتروموتور،توربين و موتور با سوخت فسيلي مي باشد. نيروي محرک توسط يک شافت به پيشران منتقل ميگردد. محلي که شافت از محفظه پمپ خارج مي شود ، دچار نشتي ميگردد براي رفع اين مشکل از آب بند يا جعبه لايي استفاده ميشود. در جايي که لايي قرار ميگيردممکن است که شافت به شدت دچار ساييدگي گردد به همين دليل بايد از مواد قابل انعطاف استفاده کرد. همچنين براي جلوگيري از سايش، از يک آستين متحرک شافت استفاده مي کنند. آستين به راحتي تعويض ميگردد.
سيال از ناحيه خروجي با فشار بالا به پشت ناحيه مکش نشتي پيدا مي کند . به همين جهت فضاي بين آنها را به حلقه هاي تحت سايش مجهز ميکنند . حلقه سايش بدنه ثابت اما حلقه سايش پيشران همراه آن دوران ميکند.بستن مناسب حلقه هاي سايش مقدار نشتي را به اندازه زيادي کاهش ميدهد. البته مقداري نشتي براي روانکاري لازم است ، سيال نشت شده سبب روانکاري و خنک سازي حلقه هاي سايش ميشود و همچنين از سايش رينگها در مقابل هم جلوگيري ميکند.با ضعيف شدن رينگها فضاي ميان آنها زياد شده و نشتي بيشتر ميشود. در اينصورت بايد رينگ ها تعويض شوند.
همچنين حلقه هاي تحت سايس بوسيله سيال پمپاژ شده روانکاري ميشوند و اگر روانکاري مناسب نباشدحلقه ها باهم تماس داشته، ساييده ميشوند، گرم شده و جام ميکنند. به همين علت نبايد يک پمپ گريز از مرکزرا تا زماني که از سيال پر نشده راه اندازي کرد.
منابع:
http://ansari711.blogfa.com/post-119.aspx
http://www.novelmech.blogfa.com/post-55.aspx
http://miadsoft.blogfa.com/post-163.aspx
http://www.iran-eng.com/showthread.php?t=17044
کتاب پمپ و فن ( دکتر احمد فصيح فر)
/خ