امید یکی از نقاط تمایز پره ها، نحوه عبور مایع و خروج آن از تیغه های پره است که به آنها سرعت ویژه (Ns) می گویند. این عدد، به عنوان یکی از شاخص های مورد استفاده طراحان پمپ، برای تشریح هندسه پره ها و نیز طبقه بندی آنها بر اساس نوع طراحی و کاربردشان به کار می رود . طبق تعریف، سرعت ویژه (مخصوص)، تعداد دور بر دقیقه ای است که در طول آن، پره، یک واحد حجم سیال (مثلا متر مکعب) را در واحد زمان (مثلا ثانیه) در یک واحد ارتفاع (مثلا متر)، تخلیه می کند. سرعت مخصوص، براساس فرمول زیر محاسبه می گردد:
سرعت مخصوص، عددی بی بعد است که در فرمول بالا، به منظور محاسبه آن به کار می رود. مهندسین طراح پمپ، از Ns به عنوان ابزاری ارزشمند برای بهبود و توسعه پره ها استفاده می کنند
توجه: سرعت مخصوص، در نقطه بهترین راندمان با قطر پروانه ماکزیمم محاسبه می شود.
همچنین این عدد، به عنوان شاخصی برای تعیین اینکه پمپ دارای طرح محفظه تک یا دوبل باشد، به کار می رود.
Ns می تواند برای آنالیز و تحلیل پمپ های دچار مشکل، و انتخاب با خرید پمپ جدید، سودمند باشد. با قرار دادن سرعت، جریان و هد در فرمول Ns می توان شاخصی را برای طرح پره مورد نظر به دست آورد (شکل ۶۶).
به علت تناسب پروفیل پره و ارتباط آن با Ns محاسبه شده، باید این عدد را، بر عملکرد و کار پمپ، تأثیر گذار دانست.
در پره های تیغه شعاعی (۱۶۰ >Ns > 50)، هد به وسیله نیروی گریز از مرکز و با طرح پره، ایجاد می گردد که از این پره ها، بیشتر در پمپ توربین های عمودی چند طبقه استفاده می شود. همچنین این نوع پره ها، به دلیل پهن تر بودن تیغه، بیشتر برای تولید جریان و افزایش آن به کار می روند. پره های جریان محوری (۱۶۰ < Ns) نیز، تقریبا همیشه برای جریان با دبی بالا و هد پایین مورد استفاده قرار می گیرند.
با توجه به معادله سرعت مخصوص، مشاهده می شود که هر چه سرعت دورانی و دبی پمپ زیادتر بوده و ارتفاع آن کمتر باشد، سرعت مخصوص آن بیشتر خواهد بود، در نتیجه سرعت مخصوص پمپ های محوری، زیاد و سرعت مخصوص پمپ های گریز از مرکز، کم می باشد. اگر یک پمپ گریز از مرکز با قطر پروانه D و عرض ا را در نظر بگیریم، با توجه به اینکه ارتفاع رانش پمپ متناسب با مربع قطر پروانه می باشد، مقدار آن در مقایسه با دبی پمپ زیاد خواهد بود. در نتیجه، پمپ های گریز از مرکز در راندمان های بالا، با ارتفاع رانش زیاد و دیی نسبتا کم و در نهایت با سرعت مخصوص پایین، کار می کنند.
حال اگر ارتفاع رانش و دبی پمپی، ثابت نگه داشته شده و دور آن زیاد شود، باید شکل پره را تغییر داد. با افزایش دور و ثابت بودن ارتفاع رانش و دبی، سرعت مخصوص زیاد می گردد. از طرفی، با توجه به اینکه ارتفاع رانش، متناسب با N2D2 و دبی برابر می باشد، ملاحظه می شود که برای ثابت نگه داشتن ارتفاع رانش، باید قطر پروانه به نسبت عکس دور، کم شده، و برای ثابت نگه داشتن دبی (با توجه به کاهش قطر) باید عرض پره bرا افزایش داد؛ در غیر این صورت، سرعت شعاعی (Cu) افزایش یافته و موجب کاهش راندمان خواهد شد. به همین ترتیب، با توجه به افزایش دور و ثابت ماندن ارتفاع راتش و دبی، باید قطر را کم و عرض پره را زیاد کرد تا راندمان پمپ ثابت بماند. از طرفی، با کاهش بیش از حد فطر پروانه، چرخش ۹۰ درجه سیال در ورود به پمپ در مسافت کوتاه، موجب افزایش افت و کاهش راندمان خواهد شد؛ که برای جلوگیری از این پدیده، باید شکل پره ها را در دورهای بالاتر، به صورت محوری تغییر داد تا راندمان پمپ زیاد گردد.
به طور کلی، سرعت مخصوص، رابطه بین ابعاد و مشخصه های چرخ توربوماشین را معین نموده و به عنوان یک مشخصه چرخ متحرک است. در نتیجه، یکی از شرایط تشابه دو توربوماشین، مساوی بودن سرعت مخصوص آنهاست. سرعت مخصوص در یک محدوده خاص، دارای راندمان ماکزیمم برای توربوماشین بوده و در عین حال، یک پارامتر عمده در انتخاب نوع و طراحی توربوماشین به حساب می آید. به طور کلی، شرط تشابه در توربوماشین های سیال غیر قابل تراکم، علاوه بر تشابه هندسی بین دو ماشین، این است که ضراایب ثابت زیر نیز بین آنها، برابر باشد:
در جدول ۱۳، تقسیم بندی پمپ ها بر حسب سرعت مخصوص با واحدهای متریک نشان داده شده است.
توجه: اعداد ارایه شده در جدول، تقریبی و بر اساس آزمایشات گوناگون به دست آمده است.
مثال ۱: مطلوب است تعیین نوع پمپی که بتواند دبی ۲۰ لیتر بر ثانیه را به ارتفاع ۲۰ متر برساند. دور محور پمپ را ۱۴۵۰ دور بر دقیقه در نظر بگیرید.
حل:
در نتیجه نوع پمپ گریز از مرکز است.
مثال ۲: مطلوب است تعیین نوع پمپی که بتواند دبی د لیتر در ثانیه را به ارتفاع ۵۰ متر برساند. سرعت محور پمپ ۱۴۵۰ دور بر دقیقه می باشد.
سرعت مخصوص به دست آمده، از کمترین مقداری که پمپ های گریز از مرکز دارد کمتر است؛ در نتیجه باید از پمپ گریز از مرکز چند مرحله ای استفاده کرد. حال اگر سرعت مخصوص این پمپ چند مرحله ای، در سیستم متریک، ۱۰ انتخاب شود، حداقل تعداد طبقات پمپ برابر خواهد شد با:
در نتیجه، برای تعداد طبقات پمپ، خواهیم داشت:
یعنی حداقل تعداد طبقات چنین پمپی، ۴ خواهد بود.
