امکان مکش منفی در پمپ ها و انواع آن ( پمپ خودمکش )

امکان مکش منفی در پمپ ها و انواع آن ( پمپ خودمکش )



هدف از طرح سوال شماره 7 آشنایی با انواع مکش پمپ ها، بخصوص پمپ های با مکش از نوع منفی است. چرا که یکی از چالش های مهم ورودی پمپ محسوب می شود.به منظور رفع این چالش باید روی پمپ های مکش منفی و نوع خودمکش تمرکز کنیم. اما با این مقدمه کوتاه و قبل از ورود به بررسی این نوع پمپها، بهتر است انواع تقسیم بندی پمپ ها را بررسی کنیم و از آنجایی که پمپ های سانتریفیوژ بیشترین مصرف را در صنایع مختلف دارند، بیشترین تمرکز ما روی پمپ های سانتریفیوژ است.

این نوع الکتروپمپ ها از نظر جنس، نوع نصب، ساختار، نوع سیال پمپ شونده و ... قابل تقسیم بندی هستند.

شیوه تقسیم بندی آنها به شرح زیر می باشد :

  1. بر اساس نحوه عملکرد ( جریان شعاعی - جریان مختلط – جریان محوری و ... )
  2. بر اساس ساختمان مکانیکی پمپ ( مکش از ته - تک مکشه – دو مکشه و ... )
  3. بر اساس نحوه ی قرارگیری و نصب ( زمینی - خطی - مستغرق )
  4. بر اساس کاربرد ( آبرسانی - آتش نشانی - صنایع و ... )
  5. بر اساس جنس ( چدن - استیل - برنز - باکالیت )
  6. بر اساس سیال پمپ شونده ( آب - فاضلاب - اسید - روغن و ... )

نکته : این شیوه ی تقسیم بندی مکمل یکدیگر هستند. یعنی می توان الکتروپمپی به منظور کاربری آتش نشانی داشت، از نوع زمینی، جریان شعاعی، دومکشه، پروانه استیل

اما نیاز داریم الکتروپمپ ها از لحاظ نوع نصب بشناسیم :

  1. زمینی ( Base Mounted )

الکتروپمپ رمینی

  1. خطی ( Inline )

الکتروپمپ زمینی

  1. مستغرق یا غوطه وری ( Submersible )

الکتروپمپ مستغرق

که هر کدام بنا بر احتیاج پروژه مورد استفاده قرار می گیرند.

حالا اگر پمپی پایین تر از سطح آب مخزن ذخیره قرار گیرد ( در اصطلاح، پمپ مکش مثبت داشته باشد )، نیروی جاذبه و فشار اتمسفر اطمینان حاصل می کند که دائماً پمپ با سیال پر می شود و نمی توان هوا را به خط مکش و در نهایت به پمپ وارد کرد.

مگر در مواقعی که الزامات لوله کشی در مکش پمپ ( مثال : تعداد زانویی در خط مکش ) را رعایت نکرده باشیم که جزء استثناء قرار می گیرد که باید برای رفع آن به دستوالعمل نصب الکتروپمپ ها رجوع شود.

اما در بسیاری از کاربردها، بنا به دلایلی پمپ بالاتر از سطح سیال قرار می گیرد، به عنوان مثال، هنگام تخلیه یک مخزن ذخیره دفنی، هنگام راه اندازی، هوا در خط مکش وجود خواهد داشت و قبل از اینکه پمپ بتواند مایع را تخلیه کند، این هوا باید تخلیه یا جابجا شود. پمپ ها برای جابجایی سیال خالص، تمیز با دمای 20 درجه طراحی و بهینه شده اند، پس در نتیجه تخلیه هوا یک چالش بسیار متفاوت است.

 

برای رفع این مشکل می توان از روش های مختلفی استفاده کرد :

  1. می توان از پمپ ثانویه به منظور تخلیه هوا خط مکش استفاده کرد.
  2. برای جلوگیری از تخلیه سیال از خط مکش هنگامی که پمپ متوقف می شود، می توان از Foot Valve ( سوپاپ یا شیر یکطرفه دارای صافی ) استفاده کرد.

 

با این حال، این راه حل ها همه شامل تجهیزات، لوله کشی و فرآیندهای اضافی هستند. در حالت ایده آل، برای این کاربردها، پمپی مورد نیاز است که بتواند هوا را از سمت مکش در هنگام راه اندازی قبل از شروع حالت پمپاژ معمولی خود تخلیه کند. چنین پمپی به عنوان پمپ خود مکش در نظر گرفته می شود.

استثنائا در برخی اوقات به منظور انتقال سیال مورد نظر در حالت مکش منفی، بنا بر موقعیت موجود، نوع سیال پمپ شونده، کاربری پروژه و نوع لوله کشی، دو انتخاب نصب خشک و نصب غوطه وری یا مستغرق را پیش رو خواهیم داشت.

الکتروپمپ های مستغرق در سه نوع کفکش، لجنکش و شناور قابل ارائه هستند که با حالت غوطه وری در سیال، امکان جابجایی سیال را به ما می دهند.

   کفکش                             لجنکش                                 شناور      

حال ما با وجود تراز مکش منفی و عدم امکان استفاده از پمپ در حالت مستغرق چه باید بکنیم ؟

در این مواقع به چند دلیل باید از الکتروپمپ نصب خشک استفاده کنیم که به برخی از آنها اشاره خواهیم کرد.

از عوامل مهم انتخاب الکتروپمپ با قابلیت نصب خشک می توان به سهولت کارکرد، قطر کم چاه در صورت وجود چاه، امکان انعطاف مسیر لوله در مکش، نوع سیال پمپ شونده ( از نظر خورندگی – قابل اشتعال بودن – وجود مواد جامد معلق و ... ) و امکان وجود هوا در مکش پمپ را نام برد.

با مقدمه ای که در خدمتتون بودیم به معرفی الکتروپمپ خودمکش در دو نوع می پردازیم :

  1. الکتروپمپ سانتریفیوژ خودمکش مخصوص آب

                                                        خود مکش

  1. الکتروپمپ سانتریفیوژ خودمکش فاضلابی

                  خود مکش خشک                              

پس از توضیحات اولیه در مورد الکتروپمپ های سانتریفیوژ خشک، با چند سوال روبرو خواهیم شد.

سوال 1 : آیا تمام پمپ های سانتریفیوژ خودمکش هستند؟

در پمپ های گریز از مرکز، عمل پمپاژ با انتقال انرژی دورانی از پروانه به سیال ایجاد می شود. بین دو طرف مکش و تخلیه پمپ فضای آب بندی وجود ندارد. این بدان معنی است که پمپ های گریز از مرکز در برابر گازها بی اثر هستند و زمانی که سطح مایع پایین تر از پروانه است، قادر به تخلیه هوا از خط مکش نیستند. در چنین مواردی پمپ با هوا در ارتباط است و خطر گرم شدن بیش از حد وجود دارد، چون این نوع پمپ‌ها برای خنک کاری به سیال پمپ شده متکی هستند.

                                                        

با این حال، با چند تغییر در طراحی اولیه ( مثل تعبیه محفظه ثانویه و آببندی )، یک پمپ گریز از مرکز می تواند خودمکش باشد. پروانه و محفظه حلزونی اساساً توسط یک مخزن احاطه شده است به طوری که همیشه می توان آن را در سیال غوطه ور کرد که پمپ را راه اندازی، روانکاری و خنک کند، به شرطی که زمان صرف شده برای پر کردن پمپ بیش از حد طول نکشد.

بسیار مهم است که مخزن پمپ گریز از مرکز خودمکش پس از نصب به درستی با مایع پر شود. " خودمکش" در این اینجا به این معنی است که پمپ توانایی استفاده از مایع ذخیره شده در محفظه خود را برای ایجاد خلاء در خط مکش دارد. حتی یک پمپ سانتریفیوژ " خودمکش" در هنگام خشک بودن کار نخواهد کرد و با یاتاقان ها و آب بندی های مناسب، یک پمپ گریز از مرکز می تواند کارکرد خشک را برای مدت محدودی تحمل کند، اما این کار برای مدت طولانی توصیه نمی شود.

سوال 2 : پمپ گریز از مرکز خودمکش چگونه کار می کند؟

عملکرد یک پمپ گریز از مرکز خودمکش دارای دو مرحله است :

  1. حالت خودمکش 
  2. حالت پمپاژ

در حالت خودمکش، پمپ اساساً به عنوان یک پمپ حلقه مایع عمل می کند. یعنی پروانه در حال چرخش خلاء را در "چشمه مکش" پروانه ایجاد می کند که هوا را از خط مکش به داخل پمپ مکش کند. در عین حال، یک حلقه استوانه ای مایع در داخل محفظه پمپ ایجاد می کند. این عمل به طور موثر یک فضای آب بندی ضد هوا را تشکیل می دهد و مانع برگشت هوا از خط تخلیه به خط مکش می شود.

حباب های هوا در مایع درون پره های پروانه محبوس شده و به سمت تخلیه پمپ منتقل می شوند. آنجا، هوا خارج می شود و سیال تحت نیروی جاذبه به مخزن موجود در محفظه پمپ باز می گردد.

به تدریج، سیال هنگام تخلیه از خط مکش بالا می رود. این روند تا زمانی ادامه می یابد که سیال جایگزین تمام هوای داخل لوله کشی و پمپ شود. در این مرحله، حالت عادی پمپاژ شروع می شود و سیال تخلیه می شود.

هنگامی که پمپ خاموش شود، طراحی محفظه خودمکش ( معمولاً شامل یک "زانویی" روی لوله مکش است ) این اطمینان را می دهد که مایع کافی حفظ شود تا پمپ در موقعیت بعدی که استفاده می شود بتواند خودمکش شود. اگر پمپ برای مدتی مورد استفاده قرار نگرفته باشد، مهم است که قبل از راه‌اندازی، مشکلات احتمالی در پمپ، به دلیل نشتی یا تبخیر را بررسی کنید.

 

سوال 3 : مشکلات رایج پمپ های خودمکش چیست ؟

  1. توانایی پمپ در خودمکش کردن می تواند تحت تأثیر عوامل مختلفی باشد. خط تخلیه نباید تحت فشار یا مسدود باشد.
  2. در انواع پمپ ها، خط مکش باید آببند باشد. اگر هوا همچنان به داخل پمپ کشیده شود، فشار هرگز کاهش نمی یابد و سیال از خط مکش کشیده نمی شود.
  3. همچنین مهم است که سایز لوله های سمت مکش به حداقل برسد تا زمان خودمکش کاهش یابد. با زمان خودمکش بیش از حد، این خطر وجود دارد که سیال ورودی قبل از پر کردن پمپ تبخیر شود. خشکی متعاقب آن ممکن است باعث آسیب به پمپ شود.
  4. در مورد پمپ های گریز از مرکز، هر موردی که بر راندمان پروانه تأثیر بگذارد، توانایی خودمکش را محدود می کند.
  5. اگر سیال حاوی مواد جامد معلق باشد، ممکن است این موارد در ورودی گردش مجدد جمع شوند و مانع از گردش سیال و تولید حلقه سیال شوند. جمع شدن مواد جامد روی پروانه، توانایی آن را برای ایجاد ناحیه کم فشار در چشمه مکش کاهش می دهد. همچنین، با مستحلک شدن پمپ و تسلیم شدن در برابر سایش، فاصله بین پروانه و محفظه پیچ افزایش می یابد و پمپ کمتر قادر به ایجاد ناحیه کم فشار است. مونتاژ نادرست پس از تعمیر و نگهداری نیز می تواند بر فاصله های داخلی تأثیر بگذارد.
  6. پمپاژ آب در محیط سرد، مهم است، اگر دما ممکن است به زیر صفر برسد، پمپ باید از سیال تخلیه شود یا نوعی گرمایش فراهم شود. در صورت یخ زدن سیال در پمپ یا لوله کشی ممکن است به پمپ آسیب وارد شود.

سوال 4 : آیا پمپ های جابجایی مثبت جزء پمپ های خودمکش هستند؟

در اصل، تمام پمپ های جابجایی مثبت، خودمکش هستند. به طور خاص، این شامل پمپ های دنده ای ( داخلی و خارجی )، پمپ های لوبی، پمپ های پره ای و پمپ های دیافراگمی می شود. یکی از ویژگی های مشترک همه پمپ های جابجایی مثبت، استفاده از قطعات با تلرانس نزدیک برای جلوگیری از برگشت مایع از تخلیه به سمت مکش است. بسته به اثربخشی این آببندی ایجاد شده توسط این قطعات، یک پمپ جابجایی مثبت می تواند تا حدودی هوا را از خط مکش خود خارج کند. با این حال، در شرایط کار خشک، پمپ ممکن است بیش از حد گرم شود و این می تواند باعث سایش آب بندی و خرابی پمپ شود.

در پمپ های رفت و برگشتی، خطر ایجاد حفره در نقطه ای که مایع شروع به ورود به پمپ می کند و مخلوط مایع/هوا وجود دارد. در این شرایط حباب های بخار در سمت مکش پمپ تشکیل شده و منبسط می شوند. با رسیدن به فشار بالا، سمت تخلیه پمپ، حباب ها به شدت منفجر می شوند و باعث ایجاد لرزش و آسیب در پمپ می شوند.

با توضیحاتی که خدمتتون ارائه شد، به نحوه عملکرد الکتروپمپ های سانتریفیوژ نوع خشک می پردازیم.

قابلیت هواگیری خودکار در پمپ‌های خودمکش :

پمپ‌های سانتریفیوژ به‌ طور پیش‌فرض قابلیت هواگیری خودکار ندارند. بدین معنی که پیش از راه‌اندازی پمپ باید مطمئن شد که هوای داخل پمپ کاملا تخلیه شده و آب جایگزین آن شده است.

برخی از پمپ‌ها که به آن‌ها پمپ‌های خودمکش یا Self Prime گفته می‌شود از این قاعده پیروی نمی‌کنند. پس از خاموش شدن این پمپ‌ها، به کمک مقداری از آب که داخل پوسته باقی مانده است هوای خط مکش تخلیه شده و آب وارد پمپ می‌شود.

به این ترتیب حتی در صورت عدم وجود Foot Valve ( سوپاپ یا شیر یکطرفه دارای صافی ) در انتهای خط مکش، راه‌اندازی دوباره پمپ بدون مشکل خواهد بود.

 

بدین ترتیب به مراحل عملکرد این نوع پمپ می پردازیم :

1) Before starting the pump :

The housing with integrated priming tank has several chambers. Before starting the pump for the first time, fill it up with fluid.

قبل از شروع به کار پمپ :

محفظه یکپارچه پمپ دارای چندین قسمت جداگانه است. قبل از استارت پمپ برای اولین بار، آن را با آب پر کنید.

                                                      

2) Priming :

The impeller and priming chambers’ design ensures that air is evacuated and a two-phase mixture (of fluid and air) is delivered without causing any damage. There is always enough fluid in the bottom chamber to supply both the impeller and  the bearing with fluid.

اقدام اولیه :

طراحی محفظه اولیه و پروانه اطمینان از تخلیه هوا می دهد و مخلوط دوفازی ( سیال و هوا )، بدون ایجاد آسیب وارد پمپ می شود. در محفظه پایین همیشه مایعات کافی وجود دارد تا بتواند پروانه و یاتاقان را با سیال پر کند.

3) Delivery :

When delivering, shaft seal in an equally reliable and efficient way.

تحویل :

هنگام خروج سیال، آببندی شفت به همان اندازه قابل اعتماد و کارآمد است.

4) Stop :

When the pump stops, the fluid in the suction line flows back into the tank. The special layout of the internal chambers makes sure that there is always enough residual fluid in the pump housing and the priming tank is not emptied totally. This special technique does not require any valves.

متوقف کردن :

وقتی پمپ متوقف می شود، مایع در خط مکش دوباره به داخل مخزن برمی گردد. طراحی ویژه محفظه داخلی باعث می شود که همیشه سیال کافی در محفظه پمپ وجود داشته باشد و مخزن اولیه به طور کامل تخلیه نشود.

این تکنیک خاص به هیچ Foot Valve ( سوپاپ یا شیر یکطرفه دارای صافی ) احتیاج ندارد.

 

مخلوط دو فازی تا زمانی پمپ می شود که خط مکش تخلیه شود و سطح سیال توسط فشار اتمسفر به محفظه ورودی مکش جلو رانده شود. در طول عملیات پمپاژ معمولی، این پمپ مانند یک پمپ گریز از مرکز معمولی کار می کند.

با توضیحات و آشنایی با نحوه عملکرد این نوع پمپ، با یک سوال به مرور ماهیت این نوع پمپ اشاره می کنیم. بنابراین آیا می توانیم یک پمپ خودمکش را هر زمان که مایل بودم روشن کنیم، حتی اگر داخل آن خشک باشد؟

خیر، پمپ سانتریفیوژ خودمکش برای کار کردن نیاز به آب دارد. شما نمی توانید هر پمپ سانتریفیوژ را از جعبه دربیاورید و آن را روشن کنید و توقع داشته باشید که پمپ کار کند. پس صرفا اگر فقط هوا درون آن باشد، کار نمی کند.

نکته بسیار مهم و قابل توجه :

قابلیت خودمکش به قابلیت پمپ برای بارگیری مجدد و ترکیب آب و هوا برای تبدیل شدن به یک سیال قابل پمپ گفته می شود، و نه به قابلیت بیرون کشیدن هوای خشک.

در واقع، شما هرگز نباید سعی کنید یک پمپ خودمکش را بدون آب موجود در محفظه روشن کنید. این خطرناک است و اغلب منجر به آسیب دیدن آب بندی پمپ می شود.

خلاصه و نتیجه گیری :

اگر پمپ باید بالاتر از سطح سیال که قرار است پمپ شود قرار گیرد، استفاده از پمپ های خودمکش الزامیست. یک پمپ خودمکش باید بتواند هوا را از خط مکش تخلیه کند و در نتیجه مایع را به داخل پمپ بکشد. هنگامی که این امر محقق شد، پمپ می تواند به حالت پمپاژ معمولی خود بازگردد.