۱-۱-۵- منحنی های عملکرد

معمولا منحنی های عملکرد پمپ ها را در یک دور خاص (مثلا ۱۴۵۰ دور بر دقیقه ۲۹۰۰ دور بر دقیقه و مانند آن) نمایش می دهند.

نکته: ترسیم منحنی های عملکرد برای پمپ های روتاری و جابجایی مثبت، معمولا متداول نیست، عملکرد این پمپ ها عموما به صورت ماکزیمم دبی و ماکزیمم فشار بیان می شود.

دبی پمپ شده و ماکزیمم فشار و دبی بر حسب ویسکوزیته های مختلف، به صورت جدول شکل ۳ نمایش داده می شود.

در پمپ های جابجایی مثبت، معمولا با تغییر کورس، حرکت دبی تنظیم می گردد طول با سرعت کورس حرکت، دیی کاهش و در نتیجه فشار، افزایش می یابد (شکل ۴)

در پمپ های روتاری و جابجایی مثبت، راندمان پمپ ها، به ندرت گزارش شده و اغلب، فقط به توان الکتروموتور مورد نیاز پمپ بسنده می گردد. در پمپ های سانتریفوژ، وضع به کلی متفاوت است؛ یعنی هر چقدر که در پمپ های روتاری و جابجایی مثبت، سازندگان به اطلاعات کلی کفایت می کنند، در پمپ های سانتریفوژ، ارایه منحنی های مشخصه دقیق و صحیح، متداول می باشد.

معمولا محور xها، محور دبی بوده و در محور ها، پارامترهایی مانند هد، NPSH توان مصرفی و بازده پمپ نمایش داده میشود. در واقع منحنی های H_Q ، NPSHr ، PBHP_Q و N_Q ، منحنی های عملکرد پمپ های سانتریفوژ را تشکیل می دهند.

در بیشتر مواقع، منحنی N_Q  در منحنی H_Q ادغام می شود (شکل ۵).

شناخت منحنی های عملکرد پمپ های سانتریفوژ، به تجربه و مهارت کافی نیاز داشته و برای انتخاب درست پمپ باید از منحنی H_Q شروع کرد. فرض کنید که برای انتقال آب تمیز و خنک، به پمپی نیاز است با دبی ۱۰۰ متر مکعب بر ساعت و هد پمپاژ ۳۰ متربا توجه به منحنی عملکرد H_Q شکل ۵، منحنی با نراش پروانه ۳۰۰ ɸ میلی متر به دست می آید.

راندمان پمپ در این نقطه، حدود ۵/۷۳ درصد می باشد. از منحنی Q – NPSHr  می توان m1/1NPSHr  =را به دست آورد  و از منحنی PBHP_Q  برای تراش پروانه ۳۰۰ و و دبی ۱۰۰ متر مکعب بر ساعت، توان مصرفی ۱۱ کیلووات برای آب تمیز و خنک به دست می آید.

به طور کلی، از منحنی عملکرد پمپ های سانتریفوژ، اطلاعات دقیق تری نیز می توان استخراج نمود. منحنی های عملکرد پمپ های سانتریفوژه حاوی اطلاعات بسیار ارزشمندی است که فقط چشم های تزیین قادر به رویت و تشخیص آنها می باشد.

همانطور که در شکل ۵ مشاهده می شود، منحنی های Q-H پمپ در تراش پروانه های مختلفی گزارش می گردد. در پمپ های سانتریفوژ، قطر پروانه قابل تراشیدن است و با کاهشی قطر، هد و تا اندازهای دبی پمپ نیز کاهش می یابد. همانطور که در شکل ملاحظه می شود، قطر پروانه ۳۲۴ میلی متر، هد و دبی های بیشتری نسبت به سایر قطرها دارد.

منحنی های Q – NPSHr  عموما رابطه مستقیمی با قطر پروانه داشته و هر قطره پروانه منحنی

PBHP – Q متفاوتی دارد. اغلب در پمپ های سانتریفوژ جریان شعاعی، با افزایش دبی، توان مصرفی پمپ نیز افزایش می یابد و به همین دلیل، هنگام راه اندازی پمپ های سانتریفوژه شیر خروجی پمپ را بسته نگاه می دارند تا توان مصرفی (آمپر مصرفی) در لحظه راه اندازی، کاهش یابد.

نکته: تفاوت ماکزیمم قطر پروانه (۳۲۴ میلی متر) و مینیمم آن (۳۰ / ۲۶۰ / ۲۷۲  میلی متر): أغلب کمتر از ۲۰٪ قطر نامی می باشد. تراش اریب  پروانه (۳۰ / ۲۶۰ / ۲۷۲  میلی متر) با زاویه ۳۰ درجه، معمولا به خاطر حفظ مشخصات هیدرولیکی پمپ (با توجه با طراحی آن) بوده و در بعضی از پمپها، ممکن است پروانه پمپ، اریب تراش نخورد.

بهترین مشخصه های هیدرولیکی پمپها، در قطر تأمی (۳۲۴ میلی متر) به دست می آیند در واقع پمپ برای قطر نامی طراحی شده و قطرهای کوچک تر برای استفاده هر چه بیشتر از پمپ و پوشش شرایط هیدرولیکی، وسیع تر از نقطه نظر اقتصادی مورد استفاده قرار می گیرد.

هر پمپ سانتریفوژ، مطابق با منحنی مشخصه Q – H خود رفتار می کند. به عنوان مثال، اگر قطر پروانه پمپ ۳۰۰ میلی متر و هد سیستم معادل ۳۰ متر باشد، دبی پمپاژ ۱۰۰ مشر مکعبه بر مساعث خواهد بود. در واقع پمپ، متناسب با منحنی عملکرد و بر مبنای هد سیستم، دبی را پمپاژ خواهد کرد.

به عنوان مثال، با تغییر هد سیستم (مثلا با افزایش یا کاهش تعداد زانویی های مسیر خروجی) به Hrated =25m  دبی پمپ به ۱۴۰ متر مکعب بر ساعت افزایش می یابد .

نقاط موجود در منحنی Q – H دارای ارزش یکسانی نیستند مثلا دبی ۱۱۵ متر مکعب بر ساعته، بازده پمپ ۳/ ۷۴ درصد خواهد شد. این بازده ماکزیمم، بازده پمپ در تراش پروانه ۳۰۰ میلی متر می باشد؛

به این نقطه BEP، و هد و دبی متناظر با این نقطه را HBEP و QBEP) می گویند .

در نقطه BEP ، راندمان پمپ به حداکثر، و اتلافات، به حداقل می رسد. در سمت راست این نقطه از منحنی، اتلافات اصطکاکی زیاد و در سمت چپ آن، اتلافات ناشی از جدایش جریان، افزایش می یابد. فقط در نقمله BFP، اتلانات اصطک کی ناشی از سرعت سیال در گذرگاه های پروانه و اتلافات ناشی از جدایش جریان در حد بهینه باقی می ماند و بازده پمپ را بیشینه می کند.

در شکل ۶ نقاط ابتدایی (دبی صفر) و انتهایی منحنى (Run out) نیز از اهمیت زیادی برخوردار است. هد متناظر نقطه دبی صفر را دهد شات افا می گویند. این هد، بیشترین هد تولیدی توسط پمه می باشد. اگر به هر دلیلی، دبی پمپ صفر شود (گرفتگی لوله با بستن شیر فلکه خروجی پمسه)، ماکزیمم هلیا فشار تولیدی در پمپ، هد شات اف می باشد. هد شات اف، برای انتخاب کلاس فشاری لوله کشی های خروجی و شیرآلات و اتصالات مورد استفاده قرار می گیرد.

در نقطه انتهای منحنی عملکرد، معمولا توان مصرفی پمپ ماکزیمم است؛ به عبارت دیگر بیشترین توان مصرفی، در نقطه انتهایی منحنی می باشد. در مواقعی که هنگام راه اندازی پمپ، شیر فلکه خروجی بسته نشده و پمپ مجبور است با شیر فلکه باز راه اندازی شود، معمولا در لحفله راه اندازی، ماکزیمم توان از پمپ کشیده می شود. بنابراین در چنین مواقعی، باید توان محرکه پمپ را بر مبنای توان نقعله انتهایی انتخاب کرد

نکته: انتخابه توان محرکه پر مبنای توان نقطه انتهایی، همیشه لازم نبوده و بهتر است صرفا در مواقعی به کار رود که محدوده تغییرات هد و دبی خواسته شده توسط مشتری وسیع باشد

نقطه دیگری از منحنی H – Q ، که ارزش بررسی کردن دارد، دبی اپتیمم پمپ به منظور کارکرد دائم می باشد، این دبی را، معمولا QBEP نامگذاری می کنند.

توجه: به طور مشابه، ماکزیمم دبی برای کار کرد دائم پمپ، را دبی Qmax می گویند.

سطح ارتعاشات مجاز پمپ بین دبی مینیمم و دبی ماکزیمم، در حد مجاز می باشد خارج از این محدوده، معمولا سطح ارتعاشات پمپ بالا است، زیرا در دبی های کمتر از Qmin ، باز چرخش های داخلی پمپ افزایش یافته، بازده پمپ به شدت کاهش می یابد و پمپ شروع به داغ شدن می کند که اگر در این حالت، کار کرد پمپ در این ناحیه ادامه یابد، آب بندهای پمپ ، صدمه دیده و ممکن است پمپ دچار کاویتاسیون گردد. معمولا Qmin  حداکثر، برابر با ۳/۰ QBEP خواهد بود.

در دبی های بیشتر از Qmax نیز سطح ارتعاشات مجاز پمپ، بالاتر از حد مجاز است زیرا سرعت سیال در پمپ بالا بوده و باعث لرزش پمپ خواهد شد. همچنین در دبیهای بیش از Qmax ، احتمال کاویتاسیون در پمپ بالا می رود .

کارکرد پمپ بیش از ۵ دقیقه در محدوده خارج از Qmin  و Qmax به هیچ وجه توصیه نمی گردد، زیرا باعث آسیب های جدی و خرابی های زودهنگام در پمپ خواهد شد.

برای جلوگیری از کار کرد پمپ در دبیهای کمتر از Qmin  ، از تجهیزاتی به نام دستگاه کنترل دبی مینیمم، استفاده می شود.

همانطور که در بالا اشاره شد، محدوده مجاز عملکرد پمپ، محدوده بین دبی مینیمم و  دبی ماکزیمم است که در حالت تئوریک داریم:

یک پمپ سانتریفوژ، می تواند محدوده مجاز عملکرد وسیع تری داشته باشد. معمولا در پمپ های کوچک و در پمپ هایی که سرعت مخصوص بالاتری دارند، این محدوده وسیع تر خواهد بود.

محدوده مناسب تر برای انتخاب پمپ های سانتریفوژ، به عبارت دیگر:

از آنجایی که بحث درباره منحنی های عملکرد پمپ های سانتریفوژ بسیار مفصل است، به منحنی عملکرد پمپ مدل ۳۱۵ – ۱۰۰ ۲OH (شکل ۵)، پرداخته خواهد شد .

مهندسان با تجربه پمپ، معمولا از انتخاب پمپ با قطر پروانه ماکزیمم یا مینیمم اجتناب می ورزند؛ زیرا اگر پمپی با قطر پروانه ماکزیمم انتخاب و خریداری شود، در صورت کوچک ترین اشتباه در برآورد هد مورد نیاز، دیگر نمی توان پروانه پمپ را با قطر بزرگ تر جایگزین نمود. بنابراین باید سعی کرد که قطر پروانه ای انتخاب شود که امکان حداقل ۵٪ افزایش هد با تعویض پروانه با قطر بزرگ تر را دارا باشد.

ناگفته نماند که انتخاب پروانه با قطر مینیمم نیز معضلاتی در پیش دارد. نوک پره های پروانه، با کار کردن پمپ و به مرور زمان، دچار خوردگی و فرسایش شده و باعث کاهش بیشتر قطر پروانه می گردد. کار کرد پمپ در قطر های کمتر از قطر پروانه مینیمم، بسیار نامناسب بوده و ممکن است افت شدید مجریان و بازده پمپ را به همراه داشته باشد؛ بنابراین همیشه توصیه می شود که نقطه کاری پمپ، بین نقطه پروانه مینیمم و ماکزیمم قرار گیرد.

نکته دیگری که باید در منحنی های عملکرد پمپ های سانتریفوژ مورد بررسی قرار داد نقش سیال در ترسیم منحنی ها است. معمولا چنین تصور می شود که منحنی های عملکرد ارایه شده در کاتالوگ های سازندگان پمپ، مخصوص آب تمیز و خنک بوده و با تغییر نوع سیال، منحنی ها تغییر خواهد کرد. این تصور، همیشه درست نیست. دو خاصیت چگالی و ویسکوزیته سیال، بیشترین تأثیر را بر منحنی های عملکرد پمپ دارد؛ همچنین وجود ذرات جامد در سیال نیز، تأثیر گذار می باشد.

هنگامی که منحنی عملکرد پمپ، برای آب سرد تمیز معلوم باشد، منحنی عملکرد برای سیال ویسکوز را می توان از روابط زیر به دست آورد .

توجه: CQ و CH  و CN  از منحنی شکل۷  به دست می آید. اندیس W مربوط به آب سرد و اندیس vis مربوط به سیال ویسکوز می باشد.

برای ترسیم منحنی عملکرد سیال ویسکوز، از منحنی عملکرد آب، QBEP را مشخص کنید.

از منحنی شکل ۷، با دبی QBEP وارد شوید و تا هد متناظر با HBEP بالا روید. به طور افقی (به سمت چپ یا راست) تا ویسکوزیته مورد نظر حرکت کرده، و سپس مستقیما به بالا بروید تا ضرایب تصحیح به دست آید. مقادیر CQ و CH  و CN  را برای دبی های دیگر تکرار کنید. با مقادیر به دست آمده و با استفاده از روابط بالا، منحنی عملکرد پمپ برای سیال ویسکوز قابل ترسیم می باشد.

چگالی، تأثیر مستقیمی بر توان مصرفی پمپ دارد. وقتی توان مصرفی پمپ برای آب سرد تمیز، از منحنی عملکرد آن معلوم باشد، توان مصرفی برای سیالاتی با چگالی مختلف از رابطه زیر به دست می آید

در رابطه بالا :

اندیس Den: برای سیال با چگالی غیر از آب تمیز و سرد،

اندیس W : مربوط به آب، و

S . G همان وزن مخصوص سیال یا چگالی نسبی آن می باشد.

تأثیر ذرات جامد معلق، بر منحنی های عملکرد پمپ ها بسیار پیچیده است؛ در واقع این ذرات، بر هد پمپ، راندمان و توان مصرفی پمپ تأثیر مستقیم دارد. تأثیر ذرات جامد معلق در فصل پمپ های اسلاری به تفصیل توضیح داده شده خواهد شد.

موضوع دیگری که باید توضیح داده شود، تأثیر خواص سیال بر NPSH پمپ است. عموما سیالات هیدروکربنی، باعث کاهش NPSH مورد نیاز پمپ می شوند. تأثیر دقبق خواص سیال بر NPSH موضوع بسیاری از پایان نامه های کارشناسی ارشد و دکتری در سطح بین المللی است و اغلب استانداردهای جهانی، توصیه نمی کنند که منحنیNPSHr  برای سیالی غیر از آب سرد تمیز ترسیم گردد.