پمپ چیست؟

وسیله‌ای است که به روش مکانیکی مایعات را جابجا می‌کند و بر اساس سازوکار جابجایی سیالات به سه گروه تقسیم می‌شوند: بالابر مستقیم (Direct Lift)، جابجایی (Displacement) و گرانشی. پمپ‌ها در صنعت و وسایل نقلیه کاربردهای فراوانی دارند.

پمپ ها از منابع انرژی مختلفی استفاده می کنند که شامل پمپ ها با کارکرد دستی، برقی، موتورهای درون سوز و نیروی باد می باشد. پمپ ها دارای اندازه های مختلفی هستند که از سایز میکروسکوپی برای کارهای پزشکی تا پمپ های بزرگ صنعتی را شامل می شود.

انواع پمپ

دینامیک

اثرات خاص

گریز از مرکز

جریان مختلط

جریان شعاعی

جریان محوری

جابجایی مثبت

دورانی

تک روتور

روتور چند گانه

رفت و برگشتی

پیستونی/پلانجر

دیافراگمی

پمپ‌های دینامیکی:

در این پمپ‌ها انتقال انرژی به سیال به‌طور دائم است.

انواع پمپ‌های دینامیکی عبارت اند از:

گریز از مرکز (Centrifugal)
جریان محوری (Axial)

پمپ‌های جابجایی مثبت:

در این پمپ‌ها انتقال انرژی به سیال به صورت متناوب می باشد.

انواع پمپ‌های جابجایی مثبت عبارت اند از:

رفت و برگشتی (Reciprocating)
دوار (Rotary)

پمپ گریز از مرکز

پمپ گریز از مرکز بر اساس تبدیل انرژی جنبشی سیال به فشار ایستا کار می‌کند. عملکرد پمپ گریز از مرکز به این صورت است که میتوان با تکان دادن یک سطل آب بر روی یک مسیر دایره‌ای شکل توسط یک طناب، نشان داد. نیرویی که آب را به کف سطل فشار می‌دهد، نیروی گریز از مرکز است. اگر یک سوراخ در کف سطل تعبیه شود، آب از طریق این سوراخ جریان می‌یابد. و اگر یک لوله ورودی در بالای سطل تعبیه شود، جریان آب به بیرون سوراخ منجر به تولید خلاء در داخل سطل خواهد شد. این خلاء آب را از یک منبع در سمت دیگر لوله ورودی به داخل سطل خواهد کشید. در این روش یک جریان پیوسته از منبع به بیرون سطل به وجود می‌آید.

در رابطه با پمپ‌های گریز از مرکز، سطل و سرپوش آن متناظر با قاب پمپ، سوراخ و لوله ورودی متناظر با ورودی و خروجی پمپ و طناب و بازو متناظر با پروانه هستند.

پمپ های سانتریفوژ دارای یک محفظه حلزونی شکل هستند که پوسته یا کِیسینگ نامیده می‌شود و درون آن یک یا چند چرخ قرار دارند که روی یک محور (شفت) نصب شده‌اند. هر چرخ مجهز به تعدادی پره می‌باشد. انتقال انرژی به سیال در این قسمت انجام می‌شود. برای اینکه از محل خروج شفت از کِیسینگ پمپ سیالی خارج نشود و اصطلاحاً نشتی به خارج نداشته باشیم از ابزاری به نام مکانیکال سیل استفاده شده‌است. نکته بسیار مهم در مورد این نوع پمپ‌ها هواگیری یا پرایم کردن پمپ قبل از روشن کردن آن‌ها می‌باشد. یعنی بعد از لاین آپ نمودن پمپ و اطمینان از ورود سیال به داخل پمپ، باید از خروج کامل هوا یا گاز حبس شده در داخل پمپ نیز اطمینان حاصل نمود. از این نوع پمپ‌ها در ابعاد و اندازه‌های مختلف برای مصارف گوناگون ساخته می‌شوند.

پمپ محوری

این نوع پمپ‌ها دارای پروانه باز می‌باشند که این نوع پروانه برای تولید دبی بیشتر و هد کمتر کاربرد دارد.

پمپ‌های جابجایی مثبت

پمپ‌های رفت و برگشتی

این نوع پمپ‌ها وسایلی هستند که انتقال انرژی از آن‌ها به سیال به صورت دوره‌ای می‌باشد. نیروی محرکه این نوع پمپ‌ها غالباً توسط موتورهای الکتریکی تأمین می‌گردد. در این نوع پمپ‌ها حرکت چرخشی میل لنگ تبدیل به حرکت رفت‌وآمدی پیستونی در یک سیلندر می‌شود. با عقب رفتن پیستون در سیلندر ایجاد مکش شده و در نتیجه مایع از طریق یک شیر ورودی داخل سیلندر می‌گردد. با حرکت پیستون به طرف جلو دریچه ورودی بسته و مایع از طریق شیر خروجی به خارج هدایت می‌گردد. شیرهای ورودی و خروجی یکطرفه بوده و طوری ساخته شده‌اند که در مراحل رفت‌وآمد پیستون، از ورود مایع داخل سیلندر به قسمت کم فشار و بالعکس ممانعت شود. اگر به جای پیستون، پلانجری در داخل سیلندر رفت‌وآمد کند در این حالت به آن پمپ پلانجری می‌گویند. در ضمن اگر پلانجر دیافراگمی را حرکت دهد پمپ از نوع دیافراگمی است. فرق میان پیستون و پلانجر در این است که طول سر پیستون کوتاه‌تر از مسافتی است که پیستون درون سیلندر طی می‌نماید، در حالی که طول پلانجر بیشتر از طول مسافت طی شده توسط آن در داخل سیلندر می‌باشد. از طرفی در پمپ‌های پیستون از حلقه یا رینگی جهت آب‌بندی پیستون و سیلندر استفاده شده‌است که روی بدنه پیستون قرار گرفته و همراه آن حرکت می‌کند، در حالیکه در پمپ‌های پلانجری این رینگ روی سیلندر قرار دارد و ثابت است. این پمپ‌ها معمولاً کم ظرفیت هستند ولی فشار خروجی سیال را می‌توانند تا مقدار زیادی افزایش دهند؛ بنابراین از این پمپ‌ها در جاهایی که نیاز به جابه‌جا کردن سیالی با حجم کم ولی فشار بالا می‌باشد استفاده می‌کنند. در ضمن باید به این نکته نیز توجه داشت که جریان سیال در این پمپ‌ها به صورت غیر یکنواخت می‌باشد. نکته بسیار مهم در مورد این پمپ‌ها آن است که هرگز نباید آن‌ها را در حالیکه شیر خروجی پمپ (دیسشارژ پمپ) بسته‌است روشن نمود

پمپ‌های چرخ دنده‌ای (Gear Pumps)

این پمپ‌ها نوعی از پمپ‌های دورانی یا روتاری می‌باشند. پمپ‌های چرخ‌دنده‌ای از دو قسمت تشکیل شده‌اند، یکی قسمت جداره ثابت و دیگری قسمت دوار که شامل یک محور گردان با چرخ دنده می‌باشد. در پمپ‌های چرخ دنده‌ای مقداری مایع بین دنده‌های چرخ دنده پمپ قرار دارد و در اثر چرخیدن چرخ دنده‌ها این مایع به قسمت خروجی پمپ رانده می‌شود. این پمپ‌ها به گونه‌ای ساخته می‌شوند که در آن‌ها فاصله میان اجزاء دوار و جداره ثابت بسیار کم می‌باشد. پمپ دنده ای نمونه‌های کوچک و ساده ای هستند که دارای قطعات محرک کمی می‌باشند. این مدل از پمپ‌ها فشار تولیدی کمتری نسبت به پمپ‌های برگشتی تولید می‌کنند. همچنین دبی جریان سیال این مدل از پمپ‌ها کمتر از پمپ‌های گریز از مرکز است. اما فشار خروجی بیشتری را نسبت به پمپ‌های گوشه ای و پره ای تولید می‌کند. پمپ‌های دنده ای برای سیالات با ویسکوزیته بالا مناسب می‌باشد.

کاربرد این پمپ‌ها برای جابه‌جایی مایع با حجم کم و فشار متوسط می‌باشد. نکته مهم در مورد این پمپ‌ها آن است که هرگز نباید آن‌ها را در حالیکه شیر خروجی پمپ (دیسشارژ پمپ) بسته‌است روشن نمود؛ چرا که در این حالت، اگر هیچ شیر اطمینانی در مسیر دیسشارژ پمپ وجود نداشته باشد، یا خود پمپ از بین می‌رود یا اینکه لوله دیسشارژ می‌شکند.

نحوه عملکرد پمپ دنده ای

در پمپ دنده ای داخلی دو عضو دوار وجود دارد. وظیفه‌ این دو عضو دوار جریانی یکنواخت و بدون پالس میباشد. به همین علت است که سرعت کارکرد این نوع از پمپ دنده‌ای پایین‌تر است. یکی از ویژگی‌های پمپ دنده‌ای داخلی این است که به‌صورت خودمکش کار می‌کند. همچنین امکان کارکرد به صورت خشک در این نوع پمپ ها نیز وجود دارد. و زمان کاردکرد این پمپ به صورت کوتاه میباشد. مهم‌ترین ویژگی پمپ دنده‌ای داخلی این است که این نوع پمپ در دو جهت کار می‌کند، هم به‌عنوان تخلیه یک مخزن مورد استفاده قرار می‌گیرد هم به عنوان پمپ پرکننده آن. همچنین این نوع از پمپ دنده‌ای برای سیالات مختلف با ویسکوزیته بالا کاربرد دارد.

یکی از نکات مهمی که در هنگام خرید پمپ دنده‌ای باید مورد توجه قرار گیرد، تعمیر و نگهداری پمپ است. تعمیر پمپ دنده داخلی بسیار ساده است. و نگهداری از این پمپ هزینه کمتری دارد. کاربرد این نوع پمپ هم برای سیالات رقیق مثل انواع روغن و هم برای سیالات غلیظ مثل شکلات، چسب و حتی آسفالت است. انواع صابون‌ها، رزین‌ها، روانکارها، مواد غذایی مختلف مثل شکلات و کره بادام‌زمینی و انواع رنگ‌ها با استفاده از این پمپ قابل‌جابه‌جایی است.

انواع پمپ از لحاظ کاربرد

پمپ‌های بهداشتی (Sanitary Pumps)

پمپ‌های بهداشتی پمپ‌هایی هستند که در صنایع غذایی، دارویی و داروسازی و صنایع بیوتکنولوژی کاربرد دارد. در این صنایع به دلیل اهمیت بالای رعایت بهداشت معمولاً استانداردها الزام می‌کنند تا تمام سطوح در تماس با سیال، زبری سطحی در محدوده ۳٫۲ تا ۰٫۴ میکرومتر Ra داشته باشند.

پمپ‌های فاضلاب (Wastewater Pumps)

پمپ‌های فاضلاب یونیت‌های بسته‌ای شامل موتور و پمپ هستند. به همین دلیل این پمپ‌ها مناسب نصب در داخل حوضچه‌های فاضلاب و در زیر آب هستند.به دلیل ساختمان این پمپ‌ها برای تعمیر و سرویس آن نیاز به داخل شدن در داخل حوضچه نیست و می‌توان به راحتی آن را از حوضچه خارج کرد. این پمپ‌ها بسته به اندازه ذراتی که قابلیت پمپاژ آن را دارند به ترتیب برای ذرات بزرگتر پمپ لجن‌کش و برای ذرات کوچکتر پمپ کف‌کش خوانده می‌شوند.

پمپ‌های فاضلاب معمولاً دارای یک موتور خشک با درجه حفاظت محفظه IP68 هستند.

پمپ‌های شناور (Immersible Pumps)

پمپ‌های شناور پمپ‌هایی هستند که قسمت محفظه پمپ آنها در داخل و زیر آب قرار می‌گیرد، در حالیکه موتور آنها خارج از آب می‌باشد و خشک نگه داشته می‌شود. معمولاً این پمپ‌ها بالا یا بر روی دیواره مخازن نصب می‌شود. برای مثال از این پمپ‌ها در صنعت ماشینکاری بر روی دستگاه‌هایی از قبیل دستگاه اسپارک، دستگاه‌های فرز یا تراش، ماشین‌های سنگ زنی، سیستم‌های خنک‌کننده یا هر دستگاه دیگری که دارای مخزن باشد استفاده می‌شود.

پمپ‌های نصب در سوراخ عمیق (Borehole Pumps)

دوگونه اصلی از پمپ‌های سوراخ عمیق وجود دارد: پمپ نصب در سوراخ عمیق شناور و پمپ نصب در سوراخ عمیق چاهی که در آن موتور خشک نگه داشته شده و توسط شفتی بلند به پمپ کوپل می‌شود. این پمپ‌ها باریک و بلند هستند.

امروزه استفاده از این پمپ ها کمتر شده‌است و جای خود را به پمپ‌های شناور داده‌اند. شفت بلند این پمپ‌ها یک عیب بزرگ محسوب شده و نصب آنها را دشوار می‌کند. این پمپ‌ها برای پمپاژ مایعات داغ بهتر از پمپ‌های شناور عمل می‌کنند چرا که موتور آنها توسط هوا خنک می‌شود در حالیکه پمپ‌های شناور در مایعات داغ راهی برای خنک کاری ندارند.

پمپ‌های دوزینگ (Dosing Pumps)

این پمپ‌ها جزء پمپ‌های جابجایی مثبت بوده و معمولاً از نوع دیافراگمی هستند. در این پمپ‌ها به دلیل وجود دیافراگم و آب‌بندی دقیق احتمال نشتی بسیار کم است.

موتور پمپ (Water Pumps)

موتور پمپ‌ها برای مناطقی که برق وجود ندارد یا دسترسی به برق سخت است بهترین گزینه می‌باشند زیرا که با سوخت‌های فسیلی کار می‌کنند. موتورپمپ‌ها را اصولاً در ارتفاع ۶ متری از منبع آب قرار می‌دهند زیرا از دسته پمپ‌هایی می‌باشند که با سوخت فسیلی کار می‌کنند و توانایی پمپاژ آب تا ارتفاع ۳۰ متری را دارند. اگر از موتور پمپ برای انتقال حجم آب زیادی استفاد می‌کنید سعی کنید بیشتر از ۳ ساعت مداوم اینکار رو انجام ندهید زیرا سبب کاهش طول عمر موتور پمپ می‌شود برای افزایش طول عمر موتور پمپ‌ها زمان کارکردشان را به ۲ الی ۳ ساعت محدوده کنید.

کاویتاسیون در پمپ چیست؟

کاویتاسیون یا همان حفره‌زایی (با نام های دیگری همچون خوردگی، حباب‌زایی، حفره‌سازی، خلاءزایی) پدیده‌ای است که در آن کاهش فشار سیال نسبت به فشار جزئی بخار مایع (p_v) سبب تبخیر و ایجاد حباب‌هایی می شود. این حباب ها همراه آب از ناحیه کم فشار وارد ناحیه پر فشار می شوند و فروریزش می کنند. در این حالت آب برای پر کردن فضای خالی ایجاده شده ناشی از فروریزش به سمت آن حرکت می کند و میکروجت هایی با سرعت زیاد تشکیل می گردد. این پدیده در پمپ‌های سانتریفیوژ، پروانه کشتی‌ها، اژدرها و سرریز سدها دیده می شود.

طراحی نامناسب حوضچه مکش باعث تشکیل گردابه ها در الگوی جریان سیال شده و به همین جهت به دفعات مکش حباب های هوای فشرده به داخل پمپ دیده می شود که از مشکلات عمده در پمپ ها به شمار می رود.

رایج ترین این نمونه ها، سایش پروانه پمپ است هنگامی که یک تغییر ناگهانی در جهت حرکت سیال رخ می دهد. کاویتاسیون معمولا به دو بخش ساکن و گذرا تقسیم می شود.

مهمترین آثار کاویتاسیون

ایجاد تغییرات در هیدرودینامیک سیال (کاهش هد و دبی)

صدمه به سطوح مرزی بین جامد و سیال (خوردگی پروانه)

ایجاد ارتعاش و لرزش

ایجاد نابالانسی

چگونه هد پمپ را محاسبه کنیم؟

برای انتقال سیال از نقطه ای به نقطه دیگر در داخل سیستم به فشار نیاز است، این فشار باید بر مقاومت سیستم غلبه کند؛ که به آن هد می گویند. هد کلی برابر با مجموع هد استاتیکی، هد فشاری و هد دینامیکی می باشد.

هد استاتیکی پمپ برابر با مقدار ارتفاع پمپاژ بوده که عموماً بر حسب متر محاسبه می شود. جهت محاسبه ارتفاع پمپاژ پمپ باید مقدار هد مکش و مقدار هد دهش را در حین کارکرد پمپ اندازه گیری کنید.

بسته به نحوه نصب دستگاه، ارتفاع پمپ به دو حالت زیر محاسبه می شود:

مقدار هد مکش منفی می باشد که در این صورت سطح سیال پمپاژ شونده پایین تر از لوله مکش قرار دارد.

مقدار هد مکش مثبت می باشد که در این صورت سطح سیال پمپاژ شونده بالاتر از لوله مکش قرار دارد.

در حالت اول مقدار ارتفاع پمپاژ برابر با مجموع ارتفاع مکش و دهش و در حالت دوم برابر با کسر مقدار ارتفاع مکش از مقدار ارتفاع دهش است. توجه داشته باشید که اتصالات ارتفاع سنج های مکش و دهش به دهانه هایی با قطر یکسان متصل باشند تا تفاوت در غلظت سیالات موجب تغییر مقادیر آنها نشود. هد دینامیکی (هد اصطکاکی) افت فشار داخل لوله در اثر اصطکاک بین سیال با جداره لوله و اتصالات است و از طریق فرمول هیزن-ویلیامز و دارسی-ویسباخ محاسبه می شود.

عیب یابی، تعمیرات و نگهداری پمپ

در صورت کارکرد زیاد پمپ یا عدم مهارت کاربر مشکلاتی رخ می دهد از قبیل لرزش در پمپ و داغ شدن پمپ، خوردگی پروانه تلمبه یا رینگ ها و بلبرنگ هایی که سائیده شده یا فاصله آزاد میان آنها زیاد شده اند. در این مبحث مختصرا به دلایل برخی عیوب و روش های رفع آنها می پردازیم.

لرزش پمپ:

رسیدن به سرعت بحرانی

پمپ نیاز به روغن کاری دارد

فیکس نبودن قطعات با یکدیگر

خم شدن محور

یاتاقان ها دچار سائیدگی شده اند.

فونداسیون به اندازه کافی محکم نمی باشد.

کاهش پمپاژ آب توسط پمپ:

مسدود شدن لوله ها

پمپ باید هواگیری شود.

هوا وارد لوله ورودی شده است.

چرا پمپ داغ می کند.

یا اینکه یک اشکال مکانیکی وجود دارد.

زیاد بودن درجه سرعت پمپ

ویسکوزیته سیال بیشتر از حد مورد نظر می باشد

فشار خروجی کم شده باشد:

یک قطعه بین پره های پمپ گیر کرده

ایجاد کاویتاسیون در داخل لوله ها

سرعت دوران پمپ کم می باشد

معیوب شدن کاسه نمد

روتور پمپ در جهت عکس دوران دارد

قطع شدن پمپاژ:

کم بودن ارتفاع

هوا وارد لوله ها شده است

وجود نشت در یکی از لوله ها

نکاتی در زمینه استفاده از انواع پمپ

در زمینه تعمیرات و نگهداری پمپ باید به موارد زیر دقت نمود:

پس از باز و بسته کردن پمپ ،حتما از اورینگ های مخصوص آب بندی پمپ استفاده شود و از چسب زدن در قسمتهای آب بندی خودداری گردد.

هنگام اضافه کردن کابل حتماً از سایز کابل مربوط به پمپ مورد نظر استفاده شود (از سیم ارت استفاده گردد).

از باز و بسته نمودن پیچ های روغن جداً خودداری نمائید.

قسمت‌های اساسی یک الکتروپمپ گریز از مرکز عبارتند از:

الکتروموتور: که شامل قسمت الکتریکی پمپ است.

کوپلینگ یا هم محور سازی :که متصل کننده الکترومتر به شافت (محور) پمپ است.

محفظه یاتاقان: که محل قرار گیری برینگها می‌باشد.

مکانیکال سیل: که محل آب بندی پمپ و جدا کننده سیال پمپاژ شده و قسمت مکانیکی پمپ است.

پره‌های پمپ: که با توجه به نوع کاربرد دارای انواع گوناگون هستند.

کاربرد های پمپ

از پمپ ها در صنایع، موسسات تجاری، منازل ، بیمارستان، آکواریوم ها، کشاورزی و مقابله با حریق مورد استفاده قرار میگیرد.

نحوه انتخاب پمپ

بر حسب کارایی بالا و طولانی ترین مدت بهره برداری انتخاب و معرفی میگردد.

پمپ ها سیال را از نقطه ای به نقطه دیگر انتقال می دهد در این رابطه مابین فشار و دبی پمپ رابطه معکوس وجود دارد. بدین مفهوم که ؛ پمپ هایی که دبی زیادی را انتقال می دهند فشار کمتری تولید می کنند و برعکس آن نیز صادق است، یعنی پمپ هایی که فشار زیادی تولید می کنند دبی کمتری تولید می کنند. برای انتخاب یک پمپ اولین موضوع مقدار دبی و میزان فشار لازم است.

از مهمترین مشخصه های پمپ ها میتوان به موارد زیر اشاره کرد

نوع، ماهیت و مشخصات شیمیایی مایع قابل انتقال نظیر آب آشامیدنی، آب کشاورزی، فاضلاب شهری، فاضلاب صنعتی، مواد شیمیایی، مواد سوختنی، پساب های صنعتی (اسیدی و بازی) و غیره

مشخصات فیزیکی مایع قابل انتقال نظیر دمای کاری و محدود درجه حرارت، میزان گرانروی یا ویسکوزیته، میزان املاح و ذرات جامد، ظرفیت و مقدار آبدهی، هد یا ارتفاع آبدهی