مقدمه :
نياز انسان در درجة اول به آب و در درجات بعدي به سيالات ديگر كه او را در توليد ، حركت و ادامة حيات ياري مي كنند ، وي را بر آن داشته كه حركت و انتقال بخش مورد نياز سيالات را در دست گيرد و هر جا كه نياز به حركت سيال از سطح پائين تر به بالاتر يا از محيط كم فشار به محيط پرفشار احساس مي شود ، وجود يك پمپ الزامي است . اين نياز گسترده موجب گستردگي سطح تنوع پمپها چه از لحاظ اساس عملكرد و چه از لحاظ حجم سيالي كه مي توانند جابجا كنند ، گرديده است .
نوعي از پمپها كه بر اساس نيروي گريز از مركز سيال در حال گردش طراحي شده ، پمپ سانتريفوژ است .
اين نوع پمپ داراي كاربردهاي فراواني از قبيل استفاده در آبرساني ، آبياري ، دفع فاضلاب ، كنترل و تغيير مسير سيلابها ، صنايع شيميايي ، صنايع غذايي و اطفاء حريق مي باشد .
به دليل اهميت اين نوع از پمپها ، به شيوة طراحي و اصول محاسبات آنها در كاربردهاي مختلف خواهيم پرداخت .
مشخصه و منحني مشخصه پمپهاي سانتريفوژ
مشخصة پمپ
پمپ هاي سانتريفوژتازه ساخته شده در كارخانه براي تعيين ارتفاع آبدهي ، ظرفيت آبدهي ، توان مصرفي و راندمان پمپ و نيز تعيين رابطة بين ارتفاع ، توان و راندمان بر حسب ظرفيت آبدهي پمپ در آزمايشگاه مورد آزمايش قرار مي گيرند .
سازندگان پمپ مشخصات فني پمپهاي سانتريفوژ را بدو گونه در اختيار مشتريان قرار مي دهند.
الف-مشخصات جدولي :
كه در آن مدل پمپ ، قدرت به KW يا ، قطر دهانه آبدهي به in ، مقدار آبدهي به بر حسب تغييرات ارتفاع به m و وزن پمپ به kg و غيره در يك سرعت معين و ثابت داده مي شود . در جدول (1-3) مشخصات چند مدل از پمپ سانتريفوژ KSB آورده شده است .
ب-مشخصة ترسيمي :
منحني نمايش تغييرات ارتفاع ، توان و راندمان پمپ بر حسب ظرفيت آبدهي در يك دور معين و ثابت مشخصة ترسيمي يا بطور خلاصه مشخصة پمپ ناميده مي شود .
عملكرد پمپ در شرايط راندمان ماكزيمم ، شرايط بهينه (اپتيمم) ناميده مي‌شود . پمپسايد در شرايطي كار كند كه راندمان ماكزيمم از آن حاصل شود. شرايط بهينه براي پمپ تقريباً بين ظرفيت آبدهي ، 12 تا 16 ليتر بر ثانيه با ارتفاع آبدهي 52 تا 44 متر قرار دارد . راندمان پمپ در اين فاصله ماكزيمم و درحدود 65% است . توان مصرفي در اين فاصله از به افزايش مي يابد . با بستن تدريجي شير تنظيم مطابق منحني ارتفاع بالابري افزايش مي يابد و وقتي كه كاملاً بسته شود ارتفاع آن به خواهد رسيد . فشار معادل اين ارتفاع آسيبي به پمپ و لوله‌ها وارد نمي آورد ، زيرا در اين مورد پروانه آب را با همان فشار در داخل پوسته مي چرخاند . ولي چون تمام انرژي مصرفي به حرارت تبديل مي گردد. نبايد براي مدت زيادي شير تنظيم را بسته نگهداشت .
گاهي هر دو گونة مشخصه ها در يك صفحه به مشتري عرضه مي شود .
مشخصه عمومي پمپ : در مشخصه هاي فوق يادآور شديم كه سرعت
پمپ مقدار ثابت و مشخصي است . گاهي بمنظور تغيير شرايط عمل پمپ سانتريفوژ منحني مشخصة عمومي آن ارائه مي گردد كه در تعيين سرعت لازم براي مقادير مشخص Q و H ، ارتفاع حاصله بوسيله پمپ در سرعت و ظرفيت آبدهي معين با ظرفيت آبدهي پمپ در H و دور n معين بكار مي رود . ظرفيت آبدهي ، ارتفاع و توان پمپ با سرعت پروانه بصورت زير بهم مربوط مي شوند .
(1)
كه در آن :
، و به ترتيب ظرفيت آبدهي ، ارتفاع ، توان در سرعت
، و به ترتيب ظرفيت آبدهي ، ارتفاع ، توان در سرعت
اين روابط قوانين تناسب پمپ هاي سانتريفوژ را نشان مي دهند . اين قوانين در صورتي صادق است كه سرعت بيش از 20 درصد تغيير نيابد از مطالعة اين نمودار بر مي آيد حصول راندمان 82% در سرعت در دو نقط امكان پذير است (محل تقاطع منحني طراز و مشخصة پمپ در سرعت ) . تغيير ظرفيت‌آبدهي در ارتفاع ثابت يا تغيير ارتفاع آبدهي در ظرفيت ثابت از تغيير سرعت پمپ حاصل خواهد شد . مثلاً در ارتفاع ثابت ظرفيت آبدهي پمپ از در به در افزايش خواهد يافت يا در ظرفيت آبدهي ثابت ارتفاع آبدهي را مي توان از در سرعت به در دور رساند .
نمودار انتخاب پمپ :
گاهي نمودار ديگري بنام نمودار انتخاب پمپ از يك سري و در مدل هاي مختلف در دسترس انتخاب كننده قرار مي گيرد .
مثلاً براي آبدهي با ارتفاع مناسب ترين پمپ از اين سري مدل 315-50 است .
منحني مشخصات پمپ
در دور ثابت ، دبي پمپ هاي سانتريفوژ با كاهش يافتن ارتفاع ، افزايش خواهد يافت بنابراين توان مصرفي پمپ ، راندمان و به مقدار دبي بستگي دارد . اين منحني ها با استفاده از دانسيته ويسكوزيتة سينماتيك آب بدست آمده اند. بنابراين در مورد آب بطور مستقيم مي توان از آنها استفاده كرد .
شرايط كار مشخص تعيين مي كند كه از چه پمپي و با چه نوع منحني مشخصات بايد استفاده كرد . درمنحني اي كه شيب تند داشته باشد با تغيير يافتن ارتفاع ، دبي كمتر از منحني اي كه شيب آرام دارد تغيير مي كند . بنابراين منحني اي كه شيب تند داشته باشد از شرايط كنترل بهتري برخوردار است .
منحني مشخصات لوله كشي (مشخصات سيستم)
ارتفاع كلي سيستم به ازاي دبي هاي مختلف محاسبه و در يك منحني رسم مي‌شود. اين منحني ازقسمتهاي استاتيك و ديناميك تشكيل يافته است .
قسمت استاتيك تشكيل يافته است از ارتفاع استاتيك كه مستقل از دبي مي‌باشد بعلاوه اختلاف فشار در قسمت ورودي و خروجي سيستم البته قسمت اخير در سيستم هاي باز وجود ندارد .
قسمت ديناميك تشكيل يافته است از افت فشار كه به نسبت توان دوم دبي افزايش مي يابد . و اختلاف ارتفاع ناشي از سرعت در قسمت ورودي و خروجي سيستم :
نقطة كار پمپ بر روي منحني
نقطة كار پمپ عبارتست از محل تقاطع منحني مشخصات پمپ (منحني QH) و منحني مشخصات لوله كشي ( ) . بنابراين نقطه كار پمپ را تنها به سه طريق مي توان تغيير داد .
الف-تغيير سرعت دوراني
ب-كم كردن قطر پروانه
ج-تغيير دادن مشخصات لوله كشي
انجام دادن هر يك از عمليات فوق نبايد مساله كاويتاسيون را پيش بياورد . تنها طريق عملي براي تغيير دادن مشخصات لوله كشي افزايش دادن اصطكاك سيستم مي باشد (به طور مثال باز كردن يا بستن يك شير و غيره) .
مشخصات مكش پمپ
NPSH لازم
پمپ هاي سانتريفوژ تنها در شرايطي بطور رضايتبخش كار خواهند كرد كه مايع مورد پمپاژ در درون پمپ ايجاد بخار نكند . بنابراين فشار در نقطه مبني (مركز پروانه) بايد بيشتر از فشار بخار مايع مورد پمپاژ در همان نقطه باشد .
با ارتفاع دبي صفر مساوي .
NPSH لازم يكي از مشخصات پمپ مي باشد و در منحني هاي پمپها بر حسب متر نشان داده مي شود . اين عدد معمولاً شامل 5/0 متر ارتفاع اضافي ، بعنوان فاكتور ايمني مي باشد .
NPSH موجود
نقطه مبني براي موجود مركز نازل مكش پمپ است . در پمپ هاي استاندارد با محفظه حلزوني افقي ، مركز نازل مكش و پروانه در يك امتداد
قرار دارند . در شرايطي كه پمپ بالاتر از سطح مايع قرار دارد . موجود عبارتست از :
از بعلت كم بودن ارتفاع ناشي از سرعت در مخزن ، مي توان صرفنظر كرد و فرمول بالا بصورت زير در مي آيد :
در شرايطي كه پمپ پائين تر از سطح مايع قرار دارد (شكل 12-3) NPSH موجود عبارتست از :
با در نظر گرفتن شرايط مشابه شكل (11-3) فرمول عملي زير بدست مي آيد :
تغيير مشخصات پمپ
سرعت دوراني
در موتورهاي جريان متناوب a.c. (قفسه سنجابي) سرعت هاي پمپ تقريباً به قرار زير هستند .
در عمل موتورها با سرعت اندكي بيشتر از آنچه كه ذكر شد كار مي كنند و اين مساله را در مرحلة طراحي سيستم مي توان در نظر گرفت . از سرعتهاي ديگر نيز مي توان استفاده كرد و اينكار به وسيلة جعبه دنده يا تسمه عملي مي‌شود .
تغيير دادن سرعت دوراني
يك پمپ سانتريفوژ در دورهاي مختلف منحني هاي مختلف دارد . اين منحني‌ها توسط قانون تشابه به همديگر مربوط مي شوند . اگر مقادير و در دور معلوم باشند در در دور مقادير فوق عبارت خواهند بود از :
تغيير دور پمپ نقطة كار (ر.ك به بخش 4-3) آنرا نيز تغيير مي دهد . شكل
5-3 منحني QH مختلف را به ازاي دورهاي و نشان مي دهد كه هر منحني با منحني مشخصات لوله كشي HA در نقاط و قطع شده است.
كم كردن قطر پروانه (تراش پروانه)
كم كردن قطر پروانة پمپ هاي سانتريفوژ ، مشخصات پمپ (Q H و P) را براي هميشه كاهش مي دهد . منحني مشخصات پمپ را به ازاي قطر پروانه هاي مختلف نشان مي دهد .
در تراش پروانه روابط زير بين قطر پروانه D ، ارتفاع و دبي حاكم است :
پمپاژ مايعات با وسيكوزيتة زياد
در دور ثابت ، پمپاژ اينگونه مايعات ، دبي ، ارتفاع كلي و راندمان پمپ را نسبت به آب كاهش مي دهد در حاليكه به توان مصرفي پمپ افزوده مي شود و بهترين نقطه راندمان با دبي كمتر بدست مي آيد .
نقطة كار پمپ براي آب با مشخصات و و را مي توان با احتساب ضرايب ، و به نقطة كار پمپ براي مايعات با ويسكوزيتة زياد و با مشخصات ، و تبديل كرد .
اين ضرايب تبديل را مي توان در مورد پمپ يك طبقه حلزوني شكل با پروانه راديال ، با سرعت مخصوص بين 6 تا 45 دور در دقيقه و ويسكوزيتة سينماتيك 1 تا مورد استفاده قرار داد (ويسكوزيته سينماتيك كمتر از را مي توان جزو مايعات با ويسكوزيتة كم تلقي كرد و مانند آب با آن رفتار نمود).
روش استفاده از تسمه و پولي براي تغيير دادن مشخصات پمپ
استفاده از تسمه و پولي V شكل ، محدوديتهائي از لحاظ سرعت دوراني پمپها بوجود ميآورد .
مثال در مورد محاسبات انتخاب تسمه و پولي V شكل :
مشخصات نقطه كار پمپ
موتور
موتور
الف : محاسبه و انتخاب پمپ با در نظر گرفتن ماكزيمم سرعت دوراني مجاز براي تسمه و پولي V شكل
انتخاب پمپ از روي منحني هاي مشخصات
پمپ اتانرم
ولي استفاده از اين پمپ غيرممكن است چون براي بدست آوردن ارتفاع 53 متر با دوره 2400 از اين پمپ قطر پروانه بايد بيشتر از ماكزيمم قطر پروانة پمپ باشد :
بنابراين نمي توان از پمپ فوق استفاده كرد .
پمپ اتانرم
چون دور پمپ مي باشد و منحني هاي رسم شده براي مي‌باشند بايد ارتفاع ، دبي و ساير مشخصات را با در نظر گرفتن اين تفاوت دور محاسبه كرد .
بنابراين مي توان از اين پمپ استفاده نمود .
با مراجعه به منحني مشخصات پمپ قطر پروانه 242 ميليمتر خواهد بود و راندمان پمپ مي شود . توان مصرفي پمپ عبارتست از :
ب: تعيين قطر پولي ها و استفاده از پولي هاي استاندارد .
نسبت انتقال تسمه و پولي عبارتست از :
پولي پمپ :
از پولي با قطر 160 ميليمتر نمي توان استفاده كرد چون اگر پولي موتور 140 ميليمتر (نزديكترين قطر استاندارد به 160 براي نسبت انتقال فوق) انتخاب شود سرعت پمپ از ماكزيمم سرعت مجاز بيشتر خواهد شد و اگر پولي موتور 125 ميليمتري انتخاب شود دور موتور 2260 خواهد بود كه در آنصورت براي بدست آوردن ارتفاع ودبي موردنظر بايد پروانة پمپ بزرگتر از پروانه استاندارد باشد .
از پولي با قطر 180 ميليمتر روي پمپ بنا به دلايل مشابه فوق نمي توان استفاده كرد (با در نظر گرفتن پولي موتور 140 و 160 ميليمتري) .
پولي با قطر 200 ميليمتر مي تواند مورد استفاده قرار گيرد . براي اينكه با پولي 160 ميليمتري روي موتور ، مشخصات پمپ در محدودة منحني مشخصات باقي خواهد ماند بنابراين :
قطر پولي پمپ
و با در نظر گرفتن نسبت انتقال 1016 : 1 پولي موتور مي‌شود نزديكترين پولي موتور استاندارد عبارتست از نسبت انتقال با پولي استاندارد عبارتست از :
دور پمپ با پولي استاندارد
دور موتور با پولي استاندارد :
ج : اصلاح كردن مشخصات كار نسبت به شرايط جديد :
چون بنابراين كاويتاسيون بوجود نمي آيد .
قطر پروانه
راندمان
توان مصرفي
با احتساب 15 درصد ضريب اطمينان
د : محاسبة تعداد تسمه هاي مورد نياز و نيروي قابل استفاده با يك عدد تسمه.
نقطة (1) بر روي شكل
نقاط (2) و (3) مربوط به قطر پولي كوچكتر
نقطه (4) توان قابل استفاده بوسيلة يك عدد تسمه
تعداد تسمه هاي مورد نياز
بنابراين دو عدد تسمة نوع SPA انتخاب مي گردد .
تركيب پمپ ها
تركيب موازي :
هر گاه ظرفيت آبدهي يك پمپ كافي نباشد ، يا آب تاسيسات نسبت به زمان نياز به تغيير داشته باشد ، مثلاً ، آب مصرفي در عرض روز دو و يا چند برابر شب شود از دو يا چند پمپ بطور موازي استفاده مي شود .
در تركيب موازي پمپ ظرفيت آبدهي آنها در منحني مشخصه با هم جمع مي شود .
وقتي يك پمپ به تنهائي قادر به تامين دبي لازم نيست مي توان از دو يا چند پمپ بطور موازي استفاده كرد . اين پمپ ها ترجيحاً بايد مشابه باشند ( بخاطر تامين راندمان بهتر و كاركرد اقتصاديتر) در شكل هر پمپ با ارتفاع ثابت ، نصف دبي را تامين مي كند .
روش ديگري براي حل اين مساله:
دو عدد پمپ با ارتفاع دبي صفر مساوي ولي دبي هاي مختلف كه در نقطه كار B به يك لوله آب مي فرستند .
مجموع پمپ 1 و پمپ 11 در ارتفاع كلي H دبي كلي را بدست مي دهد.
تركيب سري :
هر گاه ، ارتفاع آبدهي يك پمپ كافي نباشد ، بجاي يك پمپ از دو يا چند پمپ بطور سري استفاده مي شود . شكل (23-3) تركيب دو پمپ سري را نشان مي‌دهد . در تركيب سري پمپ ها ارتفاع ابدهي آنها در منحني مشخصه با هم جمع مي‌شود.
انتخاب و كاربرد پمپهاي سانتريفوژ
مقدمه :
اصولاً پنج مرحله در انتخاب هر پمپ وجود دارد . اين مراحل عبارتند از :
1-رسم طرح شماتيك تاسيسات ، 2-مطالعة خواص سيال ، 3-تعيين ظرفيت پمپاژ ، 4-تعيين ارتفاع كلي ، 5-انتخاب پمپ مناسب .
1-رسم طرح شماتيك تاسيسات :
بمنظور برآورد طول كلي لوله ها ، تعداد خم ها و زانوئي ها ، شيرآلات و تجهيزات ديگر طرح شماتيك تاسيسات رسم مي شود . طول و قطر هر يك از لوله ها روي نقشه نوشته شده و اختلاف ارتفاع نقاط مختلف مشخص مي‌گردد . در موارديكه لوله كشي درهمي مانند ديگ خانه وجود داشته باشد طرح شماتيك بطور ايزومتريك رسم مي گردد .
2-مطالعه خواص سيال :
در اين مرحله وزن مخصوص ، دما ، فشار بخار ، ويسكوزيته ، خواص شيميايي و ساير خواص فيزيكي سيال مورد مطالعه قرار مي گيرد .
سيال مورد انتقال بوسيلة پمپ در 1-ارتفاع بالابري و ظرفيت دستگاه ، 2-توان مورد نياز ، 3-مواد ساختماني آن اثر دارد . چهار طبقه از مايعات مورد انتقال غير از آب در مسايل پمپاژ وجود دارد :
1-سيالات لزج ، 2-سيالات فرار ، 3-مواد شيميايي و 4-سيالات حامل مواد جامد شناور . سيالات لزج بطرق سه گانة زير در پمپ هاي سانتريفوژ اثر دارند . 1-پمپ ارتفاع بالابري كمتري نسبت به آب پيدا مي كند . 2-ظرفيت آبدهي پمپ نسبت به آب كاهش مي يابد . 3-توان مورد نياز بالا مي رود . توان اضافي لازم ناشي از افزايش اصطكاك در پره هاي پمپ است .
مايعات فرار : بنزين ، نفت ، مبردها و مايعات مشابه معمولاً بعلت اينكه در فشار و دماي معمولي بسهولت تبخير مي شوند مايعات فرار ناميده مي شوند . مسئله اساسي در انتقال اينگونه موادكاهش حداكثر ارتفاع مكش است .
مواد شيميائي : اكثر اسيدها و بازها بوسيلة پمپ هاي سانتريوفوژ منتقل مي‌شوند . انتقال اين مواد به مراتب مشكل تر از انتقال آب است ، زيرا در اثر خوردن قطعات پمپ عمر آن را كاهش مي دهند .براي مقابله با اين خاصيت مواد شيميايي قطعات پمپ را از مواد مخصوصي مي سازند و يا روكش ضدخوردگي به آنها مي دهند . عموماً هشت عامل بصورت زير باعث انتخاب جنس قطعات پمپ مي گردد . دماي سيال ، فشار در هر طبقه ، فشار خروجي ، ضريب بار پمپ ، سايندگي مواد معلق در سيال . خاصيت زنگ زدگي سيال ، عمل الكتروشيميايي ، ملاحظات ساختماني پمپ ، مواد ساختماني پمپ هاي شيميايي براي انتقال مواد مختلف بصورت زير پيشنهاد مي گردد .
PH مايع جنس پمپ
4-0 فولاد ضدزنگ
6-4 تمام برنز
9-6 فلزات معمول
14-9 تمام آهن
در برخي موارد خاص نظير انتقال مواد غذايي و غيره پمپ هائي از جنس سفال ، شيشه و مواد سنتزي مخصوص استفاده مي شود .
سيالات حامل مواد جامد شناور : اين مايعات ممكن است داراي مواد كاغذي ، شن و ماسه ، تكه هاي غذائي از انوع مختلف باشند و شايد مشكل ترين مواد مورد انتقال بمشار آيند . پمپ هاي مورد استفاده در انتقال اينگونه مايعات بستگي به نوع مواد معلق دارد و از نقطه نظر سايندگي و چسبندگي و انسداد و غيره مورد مطالعه قرار گيرد .
انتخاب و كاربرد پمپ
دبي پمپ
دبي پمپ عبارتست از مقدار مايعي كه در واحد زمان از آن خارج مي شود و واحدهاي آن مترمكعب در ثانيه ، ليتر در ثانيه و يا مترمكعب در ساعت هستند.
ارتفاع پمپ
ارتفاع پمپ عبارتست از انرژي مكانيكي مفيدي كه در رابطه با وزن مايع توسط پمپ به مايع منتقل مي شود به متربيان مي گردد .ارتفاع پمپ به دانسيتة مايع بستگي ندارد بطور مثال يك پمپ سانتريفوژ براي همة مايعات به يك اندازه ارتفاع توليد خواهد كرد كه به دانسيتة آنها بستگي نخواهد داشت . دانسيتة مايع فشار داخل پمپ را سبب مي شود و بخشي از توان مصرفي پمپ را بخود اختصاص مي دهد .
ارتفاع كلي سيستم
ارتفاع كلي سيستم از عوامل زير تشكيل شده است .
· يا ارتفاع استاتيك = اختلاف ارتفاع بين سطح ورودي و خروجي مايع . اگر لولة خروجي بالاتر از سطح مايع در قسمت خروجي قرار داشته باشد در آن صورت اختلاف ارتفاع از مركز لوله خروجي محاسبه مي‌شود.
· اختلاف فشار بين قسمت ورودي و خروجي در سيستم هاي بسته .
· مجموع افت فشارها (اصطكاك در لوله ها و اتصالات و غيره) .
· اختلاف در ارتفاع ناشي ار سرعت در قسمت ورودي و خروجي.
بنابراين ارتفاع كلي سيستم عبارتست از :
عملاً مي توان از اختلاف در ارتفاع ناشي از سرعت صرفنظر كرد كه فرمول بالا به اينصورت نوشته مي شود .
براي سيستم هاي بسته
براي سيستم هاي باز
ظرفيت يا اندازة پمپ
در بازار و بازرگاني و صنعت اغلب اندازه و مشخصات پمپ را به اينچ بيان مي كنند . (پمپ 2 اينچي ، 3 اينچي و غيره) و آن عبارت است از قطر دهنة خروجي (رانش) پمپ بر حسب اينچ . حال رابطة آنرا با مقدار آبدهي يا ظرفيت پمپ بيان مي كنيم .
ظرفيت پمپ عبارت است از حاصلضرب سطح مقطه لولة رانش در سرعت فرضي جريان‌اب در اين مقطع كه معمولاً در حدود 10 فوت بر ثانيه ( )در نظر گرفته مي شود :
(1)
كه در آن دبي يا ظرفيت
قطر لولة رانش
سرعت جريان مفروض
اندازه ، ظرفيت و راندمان پمپ هاي سانتريفوژ موجود در بازار بر اساس سرعت جريان 10 فوت بر ثانيه داده شده است .
ارتفاع پمپ
در رابطه با ارتفاع يك پمپ سه نوع ارتفاع را مورد بررسي قرار مي دهيم :
الف-ارتفاع استاتيك
ب-ارتفاع مانومتري
ج-ارتفاع كلي يا ارتفاع مؤثر
الف-ارتفاع استاتيك يا ارتفاع هندسي : شامل دو عمق مكش و عمق رانش است.
1-عمق مكش a : عبارتست از طول قائم بين دو خط محور پمپ و سطح مايع پاياب . در عمل تعيين عمق مكش اهميت زيادي دارد زيرا پمپ وقتي كار خواهد كرد كه عمق مكش از مقدار معيني (كه بستگي به عوامل مختلفي دارد )زيادتر نباشد .
بزرگترين عمقي كه پمپ قادر به مكش سيال است . بستگي به فشار هواي محيط ، فشار جزئي بخار ، اتلافات اصطكاك در لولة مكش و ارتفاع نظير سرعت در لولة مكش دارد . حداكثر عمق مكش مجاز بصورت فرمول زير مشخص مي شود :
(2)
كه در آن :
فشار هوا ،
= فشار بخار آب
= اتلافات ارتفاع اصطكاكي در لولة مكش
ارتفاع نظير سرعت ، كه در آن V سرعت سيال در لولة مكش و g شتاب ثقل زمين است .
بطوركلي براي محاسبة حداكثر عمق مكش در پمپ هاي سانتريفوژ ، براي جلوگيري از خوردگي جدار مي توان در كارهاي عملي فشار آتمسفر در محل را بعنوان عمق مكش پمپ انتخاب نمود . براي مثال ، عمق مكش در كنار دريا برابر :
خواهد بود . همچنين مي توان با توجه به ارتفاع محل از سطح دريا و درجه حرارت محيط حداكثر عمق مكش پمپ را بطور تقريبي مستقيماً بدست آورد .
2-عمق رانش d : عبارت است از طول قائم بين خط محور پمپ و نقطه خروجي . اگر ارتفاع استاتيك را به نمايش دهيم خواهيم داشت :
(3)
ارتفاع استاتيك را گاهي ارتفاع هندسي نيز مي گويند .
ب-ارتفاع مانومتري : عبارت است از اختلاف انرژي نظير ارتفاعي كه در ابتدا و انتهاي لولة انتقال اندازه گيري مي شود . ارتفاع مانومتري نمايانگر افزايش فشار واحد وزن سيال مورد انتقال در پروانة پمپ است .
(4)
بنابراين ارتفاع مانومتري عبارت است از اختلاف ارتفاع نظير فشاري كه در ابتدا و انتهاي لوله بوسيلة مانومتر اندازه گيري مي شود به اضافة طول قائم بين نقطة ورودي و خروجي . ارتفاع مانومتري شامل كلية اتلافات مسير به استثناي ارتفاع نظير سرعت در لوله مي گردد .
(5)
كه در آن جمع اتلافات ارتفاع در خطوط لوله وشيرآلات و اتصالات در مسير پمپاژ است .
ج-ارتفاع كلي يا مؤثر : ارتفاع كلي يا مؤثر ارتفاع واقعي‌اي است كه پمپ در مقابل آن كار مي كند . و آن عبارت است از ارتفاع استاتيك به اضافة كلية اتلافات ارتفاع قبل ، بعد و هنگام عبور از پروانه پمپ .
ارتفاع كلي برابر است با افزايش انرژي كل سيال بين دو نقطة ورودي و خروجي پمپاژ :
(6)
كه در آن ارتفاع كلي يا مؤثر به متر ستون مايع ،
= سرعت مايع در لولة رانش ،
سرعت مايع در لوله مكش .
ملاحظه مي شود كه تفاوت بين ارتفاع كلي و ارتفاع مانومتري عبارت است از اختلاف ارتفاع نظير سرعت بين دو نقطة ورودي و خروجي پمپاژ .اين اختلاف ارتفاع بمقدار قابل ملاحظه اي كوچك است بطوريكه در مسائل عملي مي توان ارتفاع مانومتري را مساوي ارتفاع كلي در نظر گرفت . هر سه نوع ارتفاع پيش گفته مستقل از دانسيتة سيال مورد انتقال مي باشند . اين بدان معني است كه يك پمپ سانتريفوژ در سرعت معيني ارتفاع بالابري يكساني براي مايعات مختلف مثلاً آب . روغن و جيوه دارد . ولي توان لازم همچنين فشار حاصله به در هر مورد متفاوت خواهد بود . بدينصورت بيان ارتفاع به ستون مايع مورد انتقال توجيه پذير مي شود .
4-4-تعيين اتلاف ارتفاع در خطوط لوله ، شيرآلات و اتصالات
اين اتلافات را بطور عمده مي توان به صورت زير طبقه بندي نمود :
1-اتلاف ارتفاع در لوله ها ، 2-اتلافات ناشي از گشاد شدن لوله ها ، 3-اتلافات ناشي از تنگ شدن مقطع لوله ها ، 4-اتلافات ناشي از خم ها در مسير پمپاژ ، 5-اتلافات ارتفاع در شيرآلات و اتصالات زانوئي ها ، صافي و غيره .
كل اتلافات ارتفاع از سوپاپ ورودي پايان تا خروجي لولة رانش را در معادلة زير مي توان خلاصه نمود :
(7)
كه در آن :
= كل اتلافات ارتفاع در لوله ها و شيرآلات و اتصالات و غيره ،
= اتلافات ارتفاع ناشي از اصطكاك در لولة مكش ،
= اتلافات ارتفاع ناشي از اصطكاك در لولة رانش ،
= مجموع اتلافات ارتفاع در شيرآلات و اتصالات ،
= اتلاف ارتفاع نظير سرعت در خروج سيال .
شير آلات و اتصالات شامل منبع . شير ورودي پاياب ، صافي ، كلية خم ها و زانوئي ها ، كليه شيرهاي تنظيم و يكطرفه و كلية تبديل ها است .
عموماً تعيين اين اتلافات بطور تحليلي مشكل است . بدين منظور از روابط تجربي حاصله از آزمايشات استفاده مي شود . اغلب اين نتايج آزمايشگاهي بصورت نمودار داده مي شود .
اتلافات ارتفاع در لوله ها :
اتلاف ارتفاع در لوله هاي بصورت رابطة زير مشخص مي شود .
(8)
كه در آن :
ضريب اصطكاك كه تابعي از عدد رينولدز است .
طول لوله
قطر لوله
سرعت سيال
شتاب ثقل زمين
بمنظور احتراز از محاسبات طولاني ، اتلافات ارتفاع در خطوط لوله عموماً بصورت جدول يا نمودار داده مي شود . اتلاف ارتفاع اصطكاكي در لوله‌هاي با ناصافي داخلي را بر حسب متر آب در 1000 متر در ازاي دبي به ليتر در ثانيه و قطرهاي مختلف لوله به mm نشان مي دهد .
براي استفاده از اين دياگرام ، دبي مفروض ، را روي محورهاي قائم انتخاب كرده ، خطي افقي رسم مي كنند تا خط مربوط به قطر مفروض لوله را قطع كنند . از نقطه تقاطع خط قائمي رسم مي كنند تا محور را قطع كند . مثلاً افت ارتفاع در يك كيلومتر از لوله اي بقطر با دبي برابر 3 متر آب خواهد بود . همچنين سرعت در لوله بين و متر بر ثانيه قرار دارد و با ميان‌يا‌بي برابر متر بر ثانيه بدست مي آيد . براي مقاديري خارج از اين حدود براي لوله هائي با ناصافي داخلي متفاوت از مقدار فوق بايد به جداول ديگري مراجعه نمود .
افت فشار در لوله هاي مستقيم
شكل (9-4)- افت فشار را به ازاي 100 متر لولة مستقيم بدست مي دهد . افت
فشار در اين شكل از فرمول محاسبه شده است . مقادير داده شده در شكل (9-4) در مورد آب تميز با درجة حرارت 20 درجة سانتيگراد صدق مي كند . با فرض اينكه خط لوله كاملاً پر بوده و جنس لوله از چدن خاكستري كار نكرده با روكش bitumen lininq باشد . ضرايب زير در شرايط متفاوت بكار مي رود عدد بدست آمده از شكل (9-4) بايد به آنها ضرب گردد.
براي لوله هاي فولادي تازه .
براي لوله هاي زنگ زده ، با در نظر گرفتن اينكه مقدار زنگ زدگي زياد باشد.
براي لوله هاي كهنه و اندكي زنگ زدة فولادي .
قطر اقتصادي در لوله ها :
قطر اقتصادي عبارت است از قطر لوله اي كه هنگام عبور آب از لولة رانش براي دبي معيني مخارج ساليانه پمپاژ مينيمم باشد . مخارج ساليانه شامل كلية هزينه هاي بهره برداري و استهلاك مي‌گردد.
بعضي ممكن است به اشتباه فكر كنند كه هر چه ارزش لوله گذاري كم باشد اقتصادي ترين اندازة لوله را در بر دارد ولي براي دبي معين و ثابت قطر كمتر باعث افزايش اتلافات ارتفاع اصطكاكي شده و هزينة پمپاژ را بالا مي برد . فرمول تجربي اقتصادي ترين قطر لوله بصورت زير است :
(9)
كه در آن :
قطر اقتصادي به m
دبي آب به
قطر اقتصادي لوله ها را از شكل (4-4) ، با فرض افت ارتفاعي بين در لوله هاي با ناصافي نيز مي توان بدست آورد .
لازم به يادآوري است كه قطر تعيين شدة لولة بوسيلة هر يك از روشهاي فوق ممكن است خارج از استاندارد بوده و لوله اي با قطر محاسبه شده در بازار موجود نباشد . در اين صورت نزديكترين قطر استاندارد را اختيار مي‌كنيم . در اينجا بجاست متذكر شويم كه طبق فرمول 4 سرعت جريان و دبي بر حسب قطر لوله تفكيك ناپذيرند . يعني ، به ازاي قطر معيني تكراري از لوله هر چه دبي زيادتر باشد سرعت جريان نيز بهمان نسبت زيادتر خواهد گرديد . ولي از نظر فني مثلاً بعلت ايجاد سر وصدا و يا تركيدن لوله ها در اثر نيروي ناشي از تغيير مقدار حركت در خم ها و انشعاب ها و توليد سايش بيشتر در سرعتهاي زياد و تشكيل رسوبات در جدار لوله در سرعت هاي خيلي كم ، و از نظر اقتصادي بعلت بالا رفتن افت ارتفاع در مسير لوله ها و يا افزايش قيمت اولية لوله گذاري و غيره محدوديت هائي در سرعت جريان قائل مي شوند . اين محدوديت بسته به نوع تاسيسات متفاوت است ، مثلاً در تاسيسات آبگرم :
سرعت تقريبي جريان آب بين است كه در تاسيسات صنعتي تا نيز مي توان در نظر گرفت .
در تاسيسات لوله كشي شهري :
سرعت آب در لوله ها بسته به قطر آنها داراي حدود زير مي باشد :
ماكزيمم سرعت در لوله هاي كوچكتر از قطر در حالت آتش نشاني :
ماكزيمم سرعت در لوله هاي كوچكتر از قطر در حالت معمولي :
ماكزيمم سرعت در لوله هاي بزرگتر يا مساوي با قطر :
حداقل سرعت در تمام لوله ها :
اقتصادي ترين سرعت براي لوله هاي با قطر تا برابر است با:
بنابراين هنگام انتخاب قطر لوله ها بايد توجه داشت كه حدود سرعتهاي مجاز نيز مراعات شده باشد .
c-4-4-اتلافات ارتفاع ناشي از انبساط تدريجي مقطع لوله (تبديل افزايشي)
اين اتلاف ارتفاع بصورت زير داده مي شود :
(10)
كه بوسيلة كار نو با فرضياتي بطور تحليلي بدست آمده است . و عبارتند از سرعت جريان به ترتيب قبل و بعد از تبديل ، ضريب بستگي به زاوية انبساط داشته.
اتلافات ارتفاعي ناشي از انقباض ناگهاني مقطع لوله ها
اين اتلافات ارتفاع بطور كلي با رابطة زير مشخص مي شود :
(11)
كه در آن
= سرعت سيال بعد از انقباض و مقادير ضريب را از شكل (6-4) بر حسب نسبت انقباض مي توان بدست‌آورد .
افت فشار مايعات با ويسكوزيتة زياد در لوله هاي مستقيم
افت فشار با ويسكوزيتة زياد را مي توان با استفاده از شكل (13-4) بدست آورد . بعد از بدست آوردن افت فشار براي آب (20 سانتيگراد ويسكوزيتة سينماتيك از شكل (9-4) ، از فرمول زير استفاده مي شود .
مثال : مايعي با ويسكوزيتة و دبي 100 متر مكعب در ساعت از لوله‌هاي بقطر 250 ميليمتر و بطول 1000 متر انتقال مي يابد . افت فشار در لوله را محاسبه كنيد .
(شكل9-4)
(شكل 13-4)
اتلاف ارتفاعي ناشي از زانوئي 90درجه:
اين اتلاف ارتفاع بصورت زير است :
(12)
ضريب بستگي به نسبت و عدد رينولدز دارد . رابطة فوق در منحني شكل (7-4) داده شده است .
براي زانوئي هاي غير از 90 درجه ، رابطة‌مشابهي را با در نظر گرفتن ضريب تصحيح كه از شكل (8-4) بدست مي آيد بايد بكار برد .در اين صورت ضريب تصحيح در ضرب مي شود .
اتلاف ارتفاع در شير آلات و اتصالات
اين اتلاف ارتفاع را مي توان بصورت زير بيان نمود :
(13)
كه مقادير ضريب از نتايج تجربي بدست مي آيد .
اتلاف ارتفاع اصطكاكي انواع شيرآلات و اتصالات بر حسب معادل آن به طول لوله را بطور تقريب بدست مي دهد .
مثلاً اتلاف ارتفاع در ورودي معمولي بقطر را به ترتيب زير بدست مي‌آوريم :
روي خط قائم دست چپ نقطة مربوط به ورودي معمولي را انتخاب و به نقطة در روي خط قائم دست راست (قطر داخلي لوله) وصل مي كنيم . خط رابط اين دو نقطه خط قائم وسطي (طول معادل لولة مستقيم) را در نقطة قطع مي كند . يعني افت ارتفاع در ورودي معمولي به قطر برابر است با افت ارتفاع در لوله اي بطول متر با همان قطر و در همان سرعت .
پمپاژ مايعات با ويسكوزيتة زياد :
محاسبه ی نقطه كار پمپ
مايع مورد نظر روغني با ويسكوزيتة سينماتيك و دانسيتة مي باشد . ما در وحلة اول از منحني پمپ كه براي آب مي باشد استفاده خواهيم كرد .
ارتفاع براي آب
براي بدست آوردن مشخصات جديد براي روغن مذبور ، مشخصات پمپ دربهترين نقطة راندمان آن بايد محاسبه گردد . با استفاده از منحني مشخصات پمپ ارقام جديد زير بدست مي آيند :
انتخاب تيپ پمپ
مايع مورد پمپاژ روغن با مشخصات ذكر شده در بالا مي باشد و هدف ما انتخاب تيپ پمپي است كه بتواند با مشخصات كار كند :
پمپ را با مشخصات و انتخاب نمائيد :
با استفاده از منحني هاي پمپ هاي تيپ 250-80 با تراش پروانه انتخاب مي گردد و راندمان كار آن خواهد بود .
توان مصرفي پمپ براي نقطة كار : و عبارتست از :
فهرست منابع :
1.Dr.Jagdish Lal , Hydraulic Machines , Metropolitan Book Co. , Delhi-6, 1974 .
2.Harold . Babbitt , Plumbing , McGraw-Hill Book Co. , 1960 .
3.Carrier air conditioning Co.,Handbook of air conditioning system design , McGraw - Hill Book Co.,1976 .
4.Ernest W.Steel , Water Supply and sewerage , McGraw - Hill Book Co. 1960 .
5.A.K. Chatterjee , Water Supply and Sanitary Engineering , Khanna Publishers , Delhi-6 , 1979 .
6.A.Chernov,N.Bessere Brennikov , Fundamentals of Heat Engineering and Hydraulics , Mir Publishers Moscow 1969 .
7.B.Nekrasov , Hydraulics , Mir Publishers Moscow 1969 .
8.Igor J.Karassik (edited by) , Pump Handbook , McGraw-Hill Book Co. , 1976 .
9.Theodors Baumeister , Editor , Standard Handbook for Mechanical Engineers vols . 1&2.McGraw Hill Book Co. , 1967 .
10.R.Kinasoshuivli, Strength of Materials , Mir Publishers Moscow , 1972 .
11.V.DoBrovolsky and Others , Machine Elements , Mir Publishers , Moscow , 1968.
12.Tyler G.Hicks and Theodore W. Edwards , Pump Application Eng . , McGraw - Hill , 1971 .
13-حرارت مركزي و تهوية مطلوع ، تبريد . دكتر بهمن خستو ، دانشكده صنعتي پلي تكنيك 1355 .
14-جزوة كارهاي آبي ، دكتر منزوي ، دانشكده فني تبريز ، 1354 .
15-جزوة ماشين هاي آبي ، مهندس هاشمي نژاد ، دانشكدة فني تبريز ، 1353.
16-روش انتخاب موتور پمپ در چاههاي آب ، محمد حسين رشيدي ، پرويز بيرقي ، غلامعلي خلخالي ، وزارت نيرو ، امور آب ، 1359 .
17-طراحي آبرساني شهري ، مهندس جلال آشفته ، ناشر سيد ابوالفضل حسينيان ، تاريخ انتشار ، 1359 .
نياز انسان در درجة اول به آب و در درجات بعدي به سيالات ديگر كه او را در توليد ، حركت و ادامة حيات ياري مي كنند ، وي را بر آن داشته كه حركت و انتقال بخش مورد نياز سيالات را در دست گيرد و هر جا كه نياز به حركت سيال از سطح پائين تر به بالاتر يا از محيط كم فشار به محيط پرفشار احساس مي شود ، وجود يك پمپ الزامي است . اين نياز گسترده موجب گستردگي سطح تنوع پمپها چه از لحاظ اساس عملكرد و چه از لحاظ حجم سيالي كه مي توانند جابجا كنند ، گرديده است .
نوعي از پمپها كه بر اساس نيروي گريز از مركز سيال در حال گردش طراحي شده ، پمپ سانتريفوژ است .
اين نوع پمپ داراي كاربردهاي فراواني از قبيل استفاده در آبرساني ، آبياري ، دفع فاضلاب ، كنترل و تغيير مسير سيلابها ، صنايع شيميايي ، صنايع غذايي و اطفاء حريق مي باشد .
به دليل اهميت اين نوع از پمپها ، به شيوة طراحي و اصول محاسبات آنها در كاربردهاي مختلف خواهيم پرداخت .
مشخصه و منحني مشخصه پمپهاي سانتريفوژ
مشخصة پمپ
پمپ هاي سانتريفوژتازه ساخته شده در كارخانه براي تعيين ارتفاع آبدهي ، ظرفيت آبدهي ، توان مصرفي و راندمان پمپ و نيز تعيين رابطة بين ارتفاع ، توان و راندمان بر حسب ظرفيت آبدهي پمپ در آزمايشگاه مورد آزمايش قرار مي گيرند .
سازندگان پمپ مشخصات فني پمپهاي سانتريفوژ را بدو گونه در اختيار مشتريان قرار مي دهند.
الف-مشخصات جدولي :
كه در آن مدل پمپ ، قدرت به KW يا ، قطر دهانه آبدهي به in ، مقدار آبدهي به بر حسب تغييرات ارتفاع به m و وزن پمپ به kg و غيره در يك سرعت معين و ثابت داده مي شود . در جدول (1-3) مشخصات چند مدل از پمپ سانتريفوژ KSB آورده شده است .
ب-مشخصة ترسيمي :
منحني نمايش تغييرات ارتفاع ، توان و راندمان پمپ بر حسب ظرفيت آبدهي در يك دور معين و ثابت مشخصة ترسيمي يا بطور خلاصه مشخصة پمپ ناميده مي شود .
عملكرد پمپ در شرايط راندمان ماكزيمم ، شرايط بهينه (اپتيمم) ناميده مي‌شود . پمپسايد در شرايطي كار كند كه راندمان ماكزيمم از آن حاصل شود. شرايط بهينه براي پمپ تقريباً بين ظرفيت آبدهي ، 12 تا 16 ليتر بر ثانيه با ارتفاع آبدهي 52 تا 44 متر قرار دارد . راندمان پمپ در اين فاصله ماكزيمم و درحدود 65% است . توان مصرفي در اين فاصله از به افزايش مي يابد . با بستن تدريجي شير تنظيم مطابق منحني ارتفاع بالابري افزايش مي يابد و وقتي كه كاملاً بسته شود ارتفاع آن به خواهد رسيد . فشار معادل اين ارتفاع آسيبي به پمپ و لوله‌ها وارد نمي آورد ، زيرا در اين مورد پروانه آب را با همان فشار در داخل پوسته مي چرخاند . ولي چون تمام انرژي مصرفي به حرارت تبديل مي گردد. نبايد براي مدت زيادي شير تنظيم را بسته نگهداشت .
گاهي هر دو گونة مشخصه ها در يك صفحه به مشتري عرضه مي شود .
مشخصه عمومي پمپ : در مشخصه هاي فوق يادآور شديم كه سرعت
پمپ مقدار ثابت و مشخصي است . گاهي بمنظور تغيير شرايط عمل پمپ سانتريفوژ منحني مشخصة عمومي آن ارائه مي گردد كه در تعيين سرعت لازم براي مقادير مشخص Q و H ، ارتفاع حاصله بوسيله پمپ در سرعت و ظرفيت آبدهي معين با ظرفيت آبدهي پمپ در H و دور n معين بكار مي رود . ظرفيت آبدهي ، ارتفاع و توان پمپ با سرعت پروانه بصورت زير بهم مربوط مي شوند .
(1)
كه در آن :
، و به ترتيب ظرفيت آبدهي ، ارتفاع ، توان در سرعت
، و به ترتيب ظرفيت آبدهي ، ارتفاع ، توان در سرعت
اين روابط قوانين تناسب پمپ هاي سانتريفوژ را نشان مي دهند . اين قوانين در صورتي صادق است كه سرعت بيش از 20 درصد تغيير نيابد از مطالعة اين نمودار بر مي آيد حصول راندمان 82% در سرعت در دو نقط امكان پذير است (محل تقاطع منحني طراز و مشخصة پمپ در سرعت ) . تغيير ظرفيت‌آبدهي در ارتفاع ثابت يا تغيير ارتفاع آبدهي در ظرفيت ثابت از تغيير سرعت پمپ حاصل خواهد شد . مثلاً در ارتفاع ثابت ظرفيت آبدهي پمپ از در به در افزايش خواهد يافت يا در ظرفيت آبدهي ثابت ارتفاع آبدهي را مي توان از در سرعت به در دور رساند .
نمودار انتخاب پمپ :
گاهي نمودار ديگري بنام نمودار انتخاب پمپ از يك سري و در مدل هاي مختلف در دسترس انتخاب كننده قرار مي گيرد .
مثلاً براي آبدهي با ارتفاع مناسب ترين پمپ از اين سري مدل 315-50 است .
منحني مشخصات پمپ
در دور ثابت ، دبي پمپ هاي سانتريفوژ با كاهش يافتن ارتفاع ، افزايش خواهد يافت بنابراين توان مصرفي پمپ ، راندمان و به مقدار دبي بستگي دارد . اين منحني ها با استفاده از دانسيته ويسكوزيتة سينماتيك آب بدست آمده اند. بنابراين در مورد آب بطور مستقيم مي توان از آنها استفاده كرد .
شرايط كار مشخص تعيين مي كند كه از چه پمپي و با چه نوع منحني مشخصات بايد استفاده كرد . درمنحني اي كه شيب تند داشته باشد با تغيير يافتن ارتفاع ، دبي كمتر از منحني اي كه شيب آرام دارد تغيير مي كند . بنابراين منحني اي كه شيب تند داشته باشد از شرايط كنترل بهتري برخوردار است .
منحني مشخصات لوله كشي (مشخصات سيستم)
ارتفاع كلي سيستم به ازاي دبي هاي مختلف محاسبه و در يك منحني رسم مي‌شود. اين منحني ازقسمتهاي استاتيك و ديناميك تشكيل يافته است .
قسمت استاتيك تشكيل يافته است از ارتفاع استاتيك كه مستقل از دبي مي‌باشد بعلاوه اختلاف فشار در قسمت ورودي و خروجي سيستم البته قسمت اخير در سيستم هاي باز وجود ندارد .
قسمت ديناميك تشكيل يافته است از افت فشار كه به نسبت توان دوم دبي افزايش مي يابد . و اختلاف ارتفاع ناشي از سرعت در قسمت ورودي و خروجي سيستم :
نقطة كار پمپ بر روي منحني
نقطة كار پمپ عبارتست از محل تقاطع منحني مشخصات پمپ (منحني QH) و منحني مشخصات لوله كشي ( ) . بنابراين نقطه كار پمپ را تنها به سه طريق مي توان تغيير داد .
الف-تغيير سرعت دوراني
ب-كم كردن قطر پروانه
ج-تغيير دادن مشخصات لوله كشي
انجام دادن هر يك از عمليات فوق نبايد مساله كاويتاسيون را پيش بياورد . تنها طريق عملي براي تغيير دادن مشخصات لوله كشي افزايش دادن اصطكاك سيستم مي باشد (به طور مثال باز كردن يا بستن يك شير و غيره) .
مشخصات مكش پمپ
NPSH لازم
پمپ هاي سانتريفوژ تنها در شرايطي بطور رضايتبخش كار خواهند كرد كه مايع مورد پمپاژ در درون پمپ ايجاد بخار نكند . بنابراين فشار در نقطه مبني (مركز پروانه) بايد بيشتر از فشار بخار مايع مورد پمپاژ در همان نقطه باشد .
با ارتفاع دبي صفر مساوي .
NPSH لازم يكي از مشخصات پمپ مي باشد و در منحني هاي پمپها بر حسب متر نشان داده مي شود . اين عدد معمولاً شامل 5/0 متر ارتفاع اضافي ، بعنوان فاكتور ايمني مي باشد .
NPSH موجود
نقطه مبني براي موجود مركز نازل مكش پمپ است . در پمپ هاي استاندارد با محفظه حلزوني افقي ، مركز نازل مكش و پروانه در يك امتداد
قرار دارند . در شرايطي كه پمپ بالاتر از سطح مايع قرار دارد . موجود عبارتست از :
از بعلت كم بودن ارتفاع ناشي از سرعت در مخزن ، مي توان صرفنظر كرد و فرمول بالا بصورت زير در مي آيد :
در شرايطي كه پمپ پائين تر از سطح مايع قرار دارد (شكل 12-3) NPSH موجود عبارتست از :
با در نظر گرفتن شرايط مشابه شكل (11-3) فرمول عملي زير بدست مي آيد :
تغيير مشخصات پمپ
سرعت دوراني
در موتورهاي جريان متناوب a.c. (قفسه سنجابي) سرعت هاي پمپ تقريباً به قرار زير هستند .
در عمل موتورها با سرعت اندكي بيشتر از آنچه كه ذكر شد كار مي كنند و اين مساله را در مرحلة طراحي سيستم مي توان در نظر گرفت . از سرعتهاي ديگر نيز مي توان استفاده كرد و اينكار به وسيلة جعبه دنده يا تسمه عملي مي‌شود .
تغيير دادن سرعت دوراني
يك پمپ سانتريفوژ در دورهاي مختلف منحني هاي مختلف دارد . اين منحني‌ها توسط قانون تشابه به همديگر مربوط مي شوند . اگر مقادير و در دور معلوم باشند در در دور مقادير فوق عبارت خواهند بود از :
تغيير دور پمپ نقطة كار (ر.ك به بخش 4-3) آنرا نيز تغيير مي دهد . شكل
5-3 منحني QH مختلف را به ازاي دورهاي و نشان مي دهد كه هر منحني با منحني مشخصات لوله كشي HA در نقاط و قطع شده است.
كم كردن قطر پروانه (تراش پروانه)
كم كردن قطر پروانة پمپ هاي سانتريفوژ ، مشخصات پمپ (Q H و P) را براي هميشه كاهش مي دهد . منحني مشخصات پمپ را به ازاي قطر پروانه هاي مختلف نشان مي دهد .
در تراش پروانه روابط زير بين قطر پروانه D ، ارتفاع و دبي حاكم است :
پمپاژ مايعات با وسيكوزيتة زياد
در دور ثابت ، پمپاژ اينگونه مايعات ، دبي ، ارتفاع كلي و راندمان پمپ را نسبت به آب كاهش مي دهد در حاليكه به توان مصرفي پمپ افزوده مي شود و بهترين نقطه راندمان با دبي كمتر بدست مي آيد .
نقطة كار پمپ براي آب با مشخصات و و را مي توان با احتساب ضرايب ، و به نقطة كار پمپ براي مايعات با ويسكوزيتة زياد و با مشخصات ، و تبديل كرد .
اين ضرايب تبديل را مي توان در مورد پمپ يك طبقه حلزوني شكل با پروانه راديال ، با سرعت مخصوص بين 6 تا 45 دور در دقيقه و ويسكوزيتة سينماتيك 1 تا مورد استفاده قرار داد (ويسكوزيته سينماتيك كمتر از را مي توان جزو مايعات با ويسكوزيتة كم تلقي كرد و مانند آب با آن رفتار نمود).
روش استفاده از تسمه و پولي براي تغيير دادن مشخصات پمپ
استفاده از تسمه و پولي V شكل ، محدوديتهائي از لحاظ سرعت دوراني پمپها بوجود ميآورد .
مثال در مورد محاسبات انتخاب تسمه و پولي V شكل :
مشخصات نقطه كار پمپ
موتور
موتور
الف : محاسبه و انتخاب پمپ با در نظر گرفتن ماكزيمم سرعت دوراني مجاز براي تسمه و پولي V شكل
انتخاب پمپ از روي منحني هاي مشخصات
پمپ اتانرم
ولي استفاده از اين پمپ غيرممكن است چون براي بدست آوردن ارتفاع 53 متر با دوره 2400 از اين پمپ قطر پروانه بايد بيشتر از ماكزيمم قطر پروانة پمپ باشد :
بنابراين نمي توان از پمپ فوق استفاده كرد .
پمپ اتانرم
چون دور پمپ مي باشد و منحني هاي رسم شده براي مي‌باشند بايد ارتفاع ، دبي و ساير مشخصات را با در نظر گرفتن اين تفاوت دور محاسبه كرد .
بنابراين مي توان از اين پمپ استفاده نمود .
با مراجعه به منحني مشخصات پمپ قطر پروانه 242 ميليمتر خواهد بود و راندمان پمپ مي شود . توان مصرفي پمپ عبارتست از :
ب: تعيين قطر پولي ها و استفاده از پولي هاي استاندارد .
نسبت انتقال تسمه و پولي عبارتست از :
پولي پمپ :
از پولي با قطر 160 ميليمتر نمي توان استفاده كرد چون اگر پولي موتور 140 ميليمتر (نزديكترين قطر استاندارد به 160 براي نسبت انتقال فوق) انتخاب شود سرعت پمپ از ماكزيمم سرعت مجاز بيشتر خواهد شد و اگر پولي موتور 125 ميليمتري انتخاب شود دور موتور 2260 خواهد بود كه در آنصورت براي بدست آوردن ارتفاع ودبي موردنظر بايد پروانة پمپ بزرگتر از پروانه استاندارد باشد .
از پولي با قطر 180 ميليمتر روي پمپ بنا به دلايل مشابه فوق نمي توان استفاده كرد (با در نظر گرفتن پولي موتور 140 و 160 ميليمتري) .
پولي با قطر 200 ميليمتر مي تواند مورد استفاده قرار گيرد . براي اينكه با پولي 160 ميليمتري روي موتور ، مشخصات پمپ در محدودة منحني مشخصات باقي خواهد ماند بنابراين :
قطر پولي پمپ
و با در نظر گرفتن نسبت انتقال 1016 : 1 پولي موتور مي‌شود نزديكترين پولي موتور استاندارد عبارتست از نسبت انتقال با پولي استاندارد عبارتست از :
دور پمپ با پولي استاندارد
دور موتور با پولي استاندارد :
ج : اصلاح كردن مشخصات كار نسبت به شرايط جديد :
چون بنابراين كاويتاسيون بوجود نمي آيد .
قطر پروانه
راندمان
توان مصرفي
با احتساب 15 درصد ضريب اطمينان
د : محاسبة تعداد تسمه هاي مورد نياز و نيروي قابل استفاده با يك عدد تسمه.
نقطة (1) بر روي شكل
نقاط (2) و (3) مربوط به قطر پولي كوچكتر
نقطه (4) توان قابل استفاده بوسيلة يك عدد تسمه
تعداد تسمه هاي مورد نياز
بنابراين دو عدد تسمة نوع SPA انتخاب مي گردد .
تركيب پمپ ها
تركيب موازي :
هر گاه ظرفيت آبدهي يك پمپ كافي نباشد ، يا آب تاسيسات نسبت به زمان نياز به تغيير داشته باشد ، مثلاً ، آب مصرفي در عرض روز دو و يا چند برابر شب شود از دو يا چند پمپ بطور موازي استفاده مي شود .
در تركيب موازي پمپ ظرفيت آبدهي آنها در منحني مشخصه با هم جمع مي شود .
وقتي يك پمپ به تنهائي قادر به تامين دبي لازم نيست مي توان از دو يا چند پمپ بطور موازي استفاده كرد . اين پمپ ها ترجيحاً بايد مشابه باشند ( بخاطر تامين راندمان بهتر و كاركرد اقتصاديتر) در شكل هر پمپ با ارتفاع ثابت ، نصف دبي را تامين مي كند .
روش ديگري براي حل اين مساله:
دو عدد پمپ با ارتفاع دبي صفر مساوي ولي دبي هاي مختلف كه در نقطه كار B به يك لوله آب مي فرستند .
مجموع پمپ 1 و پمپ 11 در ارتفاع كلي H دبي كلي را بدست مي دهد.
تركيب سري :
هر گاه ، ارتفاع آبدهي يك پمپ كافي نباشد ، بجاي يك پمپ از دو يا چند پمپ بطور سري استفاده مي شود . شكل (23-3) تركيب دو پمپ سري را نشان مي‌دهد . در تركيب سري پمپ ها ارتفاع ابدهي آنها در منحني مشخصه با هم جمع مي‌شود.
انتخاب و كاربرد پمپهاي سانتريفوژ
مقدمه :
اصولاً پنج مرحله در انتخاب هر پمپ وجود دارد . اين مراحل عبارتند از :
1-رسم طرح شماتيك تاسيسات ، 2-مطالعة خواص سيال ، 3-تعيين ظرفيت پمپاژ ، 4-تعيين ارتفاع كلي ، 5-انتخاب پمپ مناسب .
1-رسم طرح شماتيك تاسيسات :
بمنظور برآورد طول كلي لوله ها ، تعداد خم ها و زانوئي ها ، شيرآلات و تجهيزات ديگر طرح شماتيك تاسيسات رسم مي شود . طول و قطر هر يك از لوله ها روي نقشه نوشته شده و اختلاف ارتفاع نقاط مختلف مشخص مي‌گردد . در موارديكه لوله كشي درهمي مانند ديگ خانه وجود داشته باشد طرح شماتيك بطور ايزومتريك رسم مي گردد .
2-مطالعه خواص سيال :
در اين مرحله وزن مخصوص ، دما ، فشار بخار ، ويسكوزيته ، خواص شيميايي و ساير خواص فيزيكي سيال مورد مطالعه قرار مي گيرد .
سيال مورد انتقال بوسيلة پمپ در 1-ارتفاع بالابري و ظرفيت دستگاه ، 2-توان مورد نياز ، 3-مواد ساختماني آن اثر دارد . چهار طبقه از مايعات مورد انتقال غير از آب در مسايل پمپاژ وجود دارد :
1-سيالات لزج ، 2-سيالات فرار ، 3-مواد شيميايي و 4-سيالات حامل مواد جامد شناور . سيالات لزج بطرق سه گانة زير در پمپ هاي سانتريفوژ اثر دارند . 1-پمپ ارتفاع بالابري كمتري نسبت به آب پيدا مي كند . 2-ظرفيت آبدهي پمپ نسبت به آب كاهش مي يابد . 3-توان مورد نياز بالا مي رود . توان اضافي لازم ناشي از افزايش اصطكاك در پره هاي پمپ است .
مايعات فرار : بنزين ، نفت ، مبردها و مايعات مشابه معمولاً بعلت اينكه در فشار و دماي معمولي بسهولت تبخير مي شوند مايعات فرار ناميده مي شوند . مسئله اساسي در انتقال اينگونه موادكاهش حداكثر ارتفاع مكش است .
مواد شيميائي : اكثر اسيدها و بازها بوسيلة پمپ هاي سانتريوفوژ منتقل مي‌شوند . انتقال اين مواد به مراتب مشكل تر از انتقال آب است ، زيرا در اثر خوردن قطعات پمپ عمر آن را كاهش مي دهند .براي مقابله با اين خاصيت مواد شيميايي قطعات پمپ را از مواد مخصوصي مي سازند و يا روكش ضدخوردگي به آنها مي دهند . عموماً هشت عامل بصورت زير باعث انتخاب جنس قطعات پمپ مي گردد . دماي سيال ، فشار در هر طبقه ، فشار خروجي ، ضريب بار پمپ ، سايندگي مواد معلق در سيال . خاصيت زنگ زدگي سيال ، عمل الكتروشيميايي ، ملاحظات ساختماني پمپ ، مواد ساختماني پمپ هاي شيميايي براي انتقال مواد مختلف بصورت زير پيشنهاد مي گردد .
PH مايع جنس پمپ
4-0 فولاد ضدزنگ
6-4 تمام برنز
9-6 فلزات معمول
14-9 تمام آهن
در برخي موارد خاص نظير انتقال مواد غذايي و غيره پمپ هائي از جنس سفال ، شيشه و مواد سنتزي مخصوص استفاده مي شود .
سيالات حامل مواد جامد شناور : اين مايعات ممكن است داراي مواد كاغذي ، شن و ماسه ، تكه هاي غذائي از انوع مختلف باشند و شايد مشكل ترين مواد مورد انتقال بمشار آيند . پمپ هاي مورد استفاده در انتقال اينگونه مايعات بستگي به نوع مواد معلق دارد و از نقطه نظر سايندگي و چسبندگي و انسداد و غيره مورد مطالعه قرار گيرد .
انتخاب و كاربرد پمپ
دبي پمپ
دبي پمپ عبارتست از مقدار مايعي كه در واحد زمان از آن خارج مي شود و واحدهاي آن مترمكعب در ثانيه ، ليتر در ثانيه و يا مترمكعب در ساعت هستند.
ارتفاع پمپ
ارتفاع پمپ عبارتست از انرژي مكانيكي مفيدي كه در رابطه با وزن مايع توسط پمپ به مايع منتقل مي شود به متربيان مي گردد .ارتفاع پمپ به دانسيتة مايع بستگي ندارد بطور مثال يك پمپ سانتريفوژ براي همة مايعات به يك اندازه ارتفاع توليد خواهد كرد كه به دانسيتة آنها بستگي نخواهد داشت . دانسيتة مايع فشار داخل پمپ را سبب مي شود و بخشي از توان مصرفي پمپ را بخود اختصاص مي دهد .
ارتفاع كلي سيستم
ارتفاع كلي سيستم از عوامل زير تشكيل شده است .
· يا ارتفاع استاتيك = اختلاف ارتفاع بين سطح ورودي و خروجي مايع . اگر لولة خروجي بالاتر از سطح مايع در قسمت خروجي قرار داشته باشد در آن صورت اختلاف ارتفاع از مركز لوله خروجي محاسبه مي‌شود.
· اختلاف فشار بين قسمت ورودي و خروجي در سيستم هاي بسته .
· مجموع افت فشارها (اصطكاك در لوله ها و اتصالات و غيره) .
· اختلاف در ارتفاع ناشي ار سرعت در قسمت ورودي و خروجي.
بنابراين ارتفاع كلي سيستم عبارتست از :
عملاً مي توان از اختلاف در ارتفاع ناشي از سرعت صرفنظر كرد كه فرمول بالا به اينصورت نوشته مي شود .
براي سيستم هاي بسته
براي سيستم هاي باز
ظرفيت يا اندازة پمپ
در بازار و بازرگاني و صنعت اغلب اندازه و مشخصات پمپ را به اينچ بيان مي كنند . (پمپ 2 اينچي ، 3 اينچي و غيره) و آن عبارت است از قطر دهنة خروجي (رانش) پمپ بر حسب اينچ . حال رابطة آنرا با مقدار آبدهي يا ظرفيت پمپ بيان مي كنيم .
ظرفيت پمپ عبارت است از حاصلضرب سطح مقطه لولة رانش در سرعت فرضي جريان‌اب در اين مقطع كه معمولاً در حدود 10 فوت بر ثانيه ( )در نظر گرفته مي شود :
(1)
كه در آن دبي يا ظرفيت
قطر لولة رانش
سرعت جريان مفروض
اندازه ، ظرفيت و راندمان پمپ هاي سانتريفوژ موجود در بازار بر اساس سرعت جريان 10 فوت بر ثانيه داده شده است .
ارتفاع پمپ
در رابطه با ارتفاع يك پمپ سه نوع ارتفاع را مورد بررسي قرار مي دهيم :
الف-ارتفاع استاتيك
ب-ارتفاع مانومتري
ج-ارتفاع كلي يا ارتفاع مؤثر
الف-ارتفاع استاتيك يا ارتفاع هندسي : شامل دو عمق مكش و عمق رانش است.
1-عمق مكش a : عبارتست از طول قائم بين دو خط محور پمپ و سطح مايع پاياب . در عمل تعيين عمق مكش اهميت زيادي دارد زيرا پمپ وقتي كار خواهد كرد كه عمق مكش از مقدار معيني (كه بستگي به عوامل مختلفي دارد )زيادتر نباشد .
بزرگترين عمقي كه پمپ قادر به مكش سيال است . بستگي به فشار هواي محيط ، فشار جزئي بخار ، اتلافات اصطكاك در لولة مكش و ارتفاع نظير سرعت در لولة مكش دارد . حداكثر عمق مكش مجاز بصورت فرمول زير مشخص مي شود :
(2)
كه در آن :
فشار هوا ،
= فشار بخار آب
= اتلافات ارتفاع اصطكاكي در لولة مكش
ارتفاع نظير سرعت ، كه در آن V سرعت سيال در لولة مكش و g شتاب ثقل زمين است .
بطوركلي براي محاسبة حداكثر عمق مكش در پمپ هاي سانتريفوژ ، براي جلوگيري از خوردگي جدار مي توان در كارهاي عملي فشار آتمسفر در محل را بعنوان عمق مكش پمپ انتخاب نمود . براي مثال ، عمق مكش در كنار دريا برابر :
خواهد بود . همچنين مي توان با توجه به ارتفاع محل از سطح دريا و درجه حرارت محيط حداكثر عمق مكش پمپ را بطور تقريبي مستقيماً بدست آورد .
2-عمق رانش d : عبارت است از طول قائم بين خط محور پمپ و نقطه خروجي . اگر ارتفاع استاتيك را به نمايش دهيم خواهيم داشت :
(3)
ارتفاع استاتيك را گاهي ارتفاع هندسي نيز مي گويند .
ب-ارتفاع مانومتري : عبارت است از اختلاف انرژي نظير ارتفاعي كه در ابتدا و انتهاي لولة انتقال اندازه گيري مي شود . ارتفاع مانومتري نمايانگر افزايش فشار واحد وزن سيال مورد انتقال در پروانة پمپ است .
(4)
بنابراين ارتفاع مانومتري عبارت است از اختلاف ارتفاع نظير فشاري كه در ابتدا و انتهاي لوله بوسيلة مانومتر اندازه گيري مي شود به اضافة طول قائم بين نقطة ورودي و خروجي . ارتفاع مانومتري شامل كلية اتلافات مسير به استثناي ارتفاع نظير سرعت در لوله مي گردد .
(5)
كه در آن جمع اتلافات ارتفاع در خطوط لوله وشيرآلات و اتصالات در مسير پمپاژ است .
ج-ارتفاع كلي يا مؤثر : ارتفاع كلي يا مؤثر ارتفاع واقعي‌اي است كه پمپ در مقابل آن كار مي كند . و آن عبارت است از ارتفاع استاتيك به اضافة كلية اتلافات ارتفاع قبل ، بعد و هنگام عبور از پروانه پمپ .
ارتفاع كلي برابر است با افزايش انرژي كل سيال بين دو نقطة ورودي و خروجي پمپاژ :
(6)
كه در آن ارتفاع كلي يا مؤثر به متر ستون مايع ،
= سرعت مايع در لولة رانش ،
سرعت مايع در لوله مكش .
ملاحظه مي شود كه تفاوت بين ارتفاع كلي و ارتفاع مانومتري عبارت است از اختلاف ارتفاع نظير سرعت بين دو نقطة ورودي و خروجي پمپاژ .اين اختلاف ارتفاع بمقدار قابل ملاحظه اي كوچك است بطوريكه در مسائل عملي مي توان ارتفاع مانومتري را مساوي ارتفاع كلي در نظر گرفت . هر سه نوع ارتفاع پيش گفته مستقل از دانسيتة سيال مورد انتقال مي باشند . اين بدان معني است كه يك پمپ سانتريفوژ در سرعت معيني ارتفاع بالابري يكساني براي مايعات مختلف مثلاً آب . روغن و جيوه دارد . ولي توان لازم همچنين فشار حاصله به در هر مورد متفاوت خواهد بود . بدينصورت بيان ارتفاع به ستون مايع مورد انتقال توجيه پذير مي شود .
4-4-تعيين اتلاف ارتفاع در خطوط لوله ، شيرآلات و اتصالات
اين اتلافات را بطور عمده مي توان به صورت زير طبقه بندي نمود :
1-اتلاف ارتفاع در لوله ها ، 2-اتلافات ناشي از گشاد شدن لوله ها ، 3-اتلافات ناشي از تنگ شدن مقطع لوله ها ، 4-اتلافات ناشي از خم ها در مسير پمپاژ ، 5-اتلافات ارتفاع در شيرآلات و اتصالات زانوئي ها ، صافي و غيره .
كل اتلافات ارتفاع از سوپاپ ورودي پايان تا خروجي لولة رانش را در معادلة زير مي توان خلاصه نمود :
(7)
كه در آن :
= كل اتلافات ارتفاع در لوله ها و شيرآلات و اتصالات و غيره ،
= اتلافات ارتفاع ناشي از اصطكاك در لولة مكش ،
= اتلافات ارتفاع ناشي از اصطكاك در لولة رانش ،
= مجموع اتلافات ارتفاع در شيرآلات و اتصالات ،
= اتلاف ارتفاع نظير سرعت در خروج سيال .
شير آلات و اتصالات شامل منبع . شير ورودي پاياب ، صافي ، كلية خم ها و زانوئي ها ، كليه شيرهاي تنظيم و يكطرفه و كلية تبديل ها است .
عموماً تعيين اين اتلافات بطور تحليلي مشكل است . بدين منظور از روابط تجربي حاصله از آزمايشات استفاده مي شود . اغلب اين نتايج آزمايشگاهي بصورت نمودار داده مي شود .
اتلافات ارتفاع در لوله ها :
اتلاف ارتفاع در لوله هاي بصورت رابطة زير مشخص مي شود .
(8)
كه در آن :
ضريب اصطكاك كه تابعي از عدد رينولدز است .
طول لوله
قطر لوله
سرعت سيال
شتاب ثقل زمين
بمنظور احتراز از محاسبات طولاني ، اتلافات ارتفاع در خطوط لوله عموماً بصورت جدول يا نمودار داده مي شود . اتلاف ارتفاع اصطكاكي در لوله‌هاي با ناصافي داخلي را بر حسب متر آب در 1000 متر در ازاي دبي به ليتر در ثانيه و قطرهاي مختلف لوله به mm نشان مي دهد .
براي استفاده از اين دياگرام ، دبي مفروض ، را روي محورهاي قائم انتخاب كرده ، خطي افقي رسم مي كنند تا خط مربوط به قطر مفروض لوله را قطع كنند . از نقطه تقاطع خط قائمي رسم مي كنند تا محور را قطع كند . مثلاً افت ارتفاع در يك كيلومتر از لوله اي بقطر با دبي برابر 3 متر آب خواهد بود . همچنين سرعت در لوله بين و متر بر ثانيه قرار دارد و با ميان‌يا‌بي برابر متر بر ثانيه بدست مي آيد . براي مقاديري خارج از اين حدود براي لوله هائي با ناصافي داخلي متفاوت از مقدار فوق بايد به جداول ديگري مراجعه نمود .
افت فشار در لوله هاي مستقيم
شكل (9-4)- افت فشار را به ازاي 100 متر لولة مستقيم بدست مي دهد . افت
فشار در اين شكل از فرمول محاسبه شده است . مقادير داده شده در شكل (9-4) در مورد آب تميز با درجة حرارت 20 درجة سانتيگراد صدق مي كند . با فرض اينكه خط لوله كاملاً پر بوده و جنس لوله از چدن خاكستري كار نكرده با روكش bitumen lininq باشد . ضرايب زير در شرايط متفاوت بكار مي رود عدد بدست آمده از شكل (9-4) بايد به آنها ضرب گردد.
براي لوله هاي فولادي تازه .
براي لوله هاي زنگ زده ، با در نظر گرفتن اينكه مقدار زنگ زدگي زياد باشد.
براي لوله هاي كهنه و اندكي زنگ زدة فولادي .
قطر اقتصادي در لوله ها :
قطر اقتصادي عبارت است از قطر لوله اي كه هنگام عبور آب از لولة رانش براي دبي معيني مخارج ساليانه پمپاژ مينيمم باشد . مخارج ساليانه شامل كلية هزينه هاي بهره برداري و استهلاك مي‌گردد.
بعضي ممكن است به اشتباه فكر كنند كه هر چه ارزش لوله گذاري كم باشد اقتصادي ترين اندازة لوله را در بر دارد ولي براي دبي معين و ثابت قطر كمتر باعث افزايش اتلافات ارتفاع اصطكاكي شده و هزينة پمپاژ را بالا مي برد . فرمول تجربي اقتصادي ترين قطر لوله بصورت زير است :
(9)
كه در آن :
قطر اقتصادي به m
دبي آب به
قطر اقتصادي لوله ها را از شكل (4-4) ، با فرض افت ارتفاعي بين در لوله هاي با ناصافي نيز مي توان بدست آورد .
لازم به يادآوري است كه قطر تعيين شدة لولة بوسيلة هر يك از روشهاي فوق ممكن است خارج از استاندارد بوده و لوله اي با قطر محاسبه شده در بازار موجود نباشد . در اين صورت نزديكترين قطر استاندارد را اختيار مي‌كنيم . در اينجا بجاست متذكر شويم كه طبق فرمول 4 سرعت جريان و دبي بر حسب قطر لوله تفكيك ناپذيرند . يعني ، به ازاي قطر معيني تكراري از لوله هر چه دبي زيادتر باشد سرعت جريان نيز بهمان نسبت زيادتر خواهد گرديد . ولي از نظر فني مثلاً بعلت ايجاد سر وصدا و يا تركيدن لوله ها در اثر نيروي ناشي از تغيير مقدار حركت در خم ها و انشعاب ها و توليد سايش بيشتر در سرعتهاي زياد و تشكيل رسوبات در جدار لوله در سرعت هاي خيلي كم ، و از نظر اقتصادي بعلت بالا رفتن افت ارتفاع در مسير لوله ها و يا افزايش قيمت اولية لوله گذاري و غيره محدوديت هائي در سرعت جريان قائل مي شوند . اين محدوديت بسته به نوع تاسيسات متفاوت است ، مثلاً در تاسيسات آبگرم :
سرعت تقريبي جريان آب بين است كه در تاسيسات صنعتي تا نيز مي توان در نظر گرفت .
در تاسيسات لوله كشي شهري :
سرعت آب در لوله ها بسته به قطر آنها داراي حدود زير مي باشد :
ماكزيمم سرعت در لوله هاي كوچكتر از قطر در حالت آتش نشاني :
ماكزيمم سرعت در لوله هاي كوچكتر از قطر در حالت معمولي :
ماكزيمم سرعت در لوله هاي بزرگتر يا مساوي با قطر :
حداقل سرعت در تمام لوله ها :
اقتصادي ترين سرعت براي لوله هاي با قطر تا برابر است با:
بنابراين هنگام انتخاب قطر لوله ها بايد توجه داشت كه حدود سرعتهاي مجاز نيز مراعات شده باشد .
c-4-4-اتلافات ارتفاع ناشي از انبساط تدريجي مقطع لوله (تبديل افزايشي)
اين اتلاف ارتفاع بصورت زير داده مي شود :
(10)
كه بوسيلة كار نو با فرضياتي بطور تحليلي بدست آمده است . و عبارتند از سرعت جريان به ترتيب قبل و بعد از تبديل ، ضريب بستگي به زاوية انبساط داشته.
اتلافات ارتفاعي ناشي از انقباض ناگهاني مقطع لوله ها
اين اتلافات ارتفاع بطور كلي با رابطة زير مشخص مي شود :
(11)
كه در آن
= سرعت سيال بعد از انقباض و مقادير ضريب را از شكل (6-4) بر حسب نسبت انقباض مي توان بدست‌آورد .
افت فشار مايعات با ويسكوزيتة زياد در لوله هاي مستقيم
افت فشار با ويسكوزيتة زياد را مي توان با استفاده از شكل (13-4) بدست آورد . بعد از بدست آوردن افت فشار براي آب (20 سانتيگراد ويسكوزيتة سينماتيك از شكل (9-4) ، از فرمول زير استفاده مي شود .
مثال : مايعي با ويسكوزيتة و دبي 100 متر مكعب در ساعت از لوله‌هاي بقطر 250 ميليمتر و بطول 1000 متر انتقال مي يابد . افت فشار در لوله را محاسبه كنيد .
(شكل9-4)
(شكل 13-4)
اتلاف ارتفاعي ناشي از زانوئي 90درجه:
اين اتلاف ارتفاع بصورت زير است :
(12)
ضريب بستگي به نسبت و عدد رينولدز دارد . رابطة فوق در منحني شكل (7-4) داده شده است .
براي زانوئي هاي غير از 90 درجه ، رابطة‌مشابهي را با در نظر گرفتن ضريب تصحيح كه از شكل (8-4) بدست مي آيد بايد بكار برد .در اين صورت ضريب تصحيح در ضرب مي شود .
اتلاف ارتفاع در شير آلات و اتصالات
اين اتلاف ارتفاع را مي توان بصورت زير بيان نمود :
(13)
كه مقادير ضريب از نتايج تجربي بدست مي آيد .
اتلاف ارتفاع اصطكاكي انواع شيرآلات و اتصالات بر حسب معادل آن به طول لوله را بطور تقريب بدست مي دهد .
مثلاً اتلاف ارتفاع در ورودي معمولي بقطر را به ترتيب زير بدست مي‌آوريم :
روي خط قائم دست چپ نقطة مربوط به ورودي معمولي را انتخاب و به نقطة در روي خط قائم دست راست (قطر داخلي لوله) وصل مي كنيم . خط رابط اين دو نقطه خط قائم وسطي (طول معادل لولة مستقيم) را در نقطة قطع مي كند . يعني افت ارتفاع در ورودي معمولي به قطر برابر است با افت ارتفاع در لوله اي بطول متر با همان قطر و در همان سرعت .
پمپاژ مايعات با ويسكوزيتة زياد :
محاسبه ی نقطه كار پمپ
مايع مورد نظر روغني با ويسكوزيتة سينماتيك و دانسيتة مي باشد . ما در وحلة اول از منحني پمپ كه براي آب مي باشد استفاده خواهيم كرد .
ارتفاع براي آب
براي بدست آوردن مشخصات جديد براي روغن مذبور ، مشخصات پمپ دربهترين نقطة راندمان آن بايد محاسبه گردد . با استفاده از منحني مشخصات پمپ ارقام جديد زير بدست مي آيند :
انتخاب تيپ پمپ
مايع مورد پمپاژ روغن با مشخصات ذكر شده در بالا مي باشد و هدف ما انتخاب تيپ پمپي است كه بتواند با مشخصات كار كند :
پمپ را با مشخصات و انتخاب نمائيد :
با استفاده از منحني هاي پمپ هاي تيپ 250-80 با تراش پروانه انتخاب مي گردد و راندمان كار آن خواهد بود .
توان مصرفي پمپ براي نقطة كار : و عبارتست از :
فهرست منابع :
1.Dr.Jagdish Lal , Hydraulic Machines , Metropolitan Book Co. , Delhi-6, 1974 .
2.Harold . Babbitt , Plumbing , McGraw-Hill Book Co. , 1960 .
3.Carrier air conditioning Co.,Handbook of air conditioning system design , McGraw - Hill Book Co.,1976 .
4.Ernest W.Steel , Water Supply and sewerage , McGraw - Hill Book Co. 1960 .
5.A.K. Chatterjee , Water Supply and Sanitary Engineering , Khanna Publishers , Delhi-6 , 1979 .
6.A.Chernov,N.Bessere Brennikov , Fundamentals of Heat Engineering and Hydraulics , Mir Publishers Moscow 1969 .
7.B.Nekrasov , Hydraulics , Mir Publishers Moscow 1969 .
8.Igor J.Karassik (edited by) , Pump Handbook , McGraw-Hill Book Co. , 1976 .
9.Theodors Baumeister , Editor , Standard Handbook for Mechanical Engineers vols . 1&2.McGraw Hill Book Co. , 1967 .
10.R.Kinasoshuivli, Strength of Materials , Mir Publishers Moscow , 1972 .
11.V.DoBrovolsky and Others , Machine Elements , Mir Publishers , Moscow , 1968.
12.Tyler G.Hicks and Theodore W. Edwards , Pump Application Eng . , McGraw - Hill , 1971 .
13-حرارت مركزي و تهوية مطلوع ، تبريد . دكتر بهمن خستو ، دانشكده صنعتي پلي تكنيك 1355 .
14-جزوة كارهاي آبي ، دكتر منزوي ، دانشكده فني تبريز ، 1354 .
15-جزوة ماشين هاي آبي ، مهندس هاشمي نژاد ، دانشكدة فني تبريز ، 1353.
16-روش انتخاب موتور پمپ در چاههاي آب ، محمد حسين رشيدي ، پرويز بيرقي ، غلامعلي خلخالي ، وزارت نيرو ، امور آب ، 1359 .
17-طراحي آبرساني شهري ، مهندس جلال آشفته ، ناشر سيد ابوالفضل حسينيان ، تاريخ انتشار ، 1359 .
