پمپ

پمپ دستگاهی مکانیکی است که با افزایش انرژی سیال (معمولاً مایعات و گاهی گازها یا دوغاب‌ها)، باعث جابجایی یا انتقال آن از یک نقطه به نقطه دیگر می‌شود. این افزایش انرژی می‌تواند به صورت افزایش فشار، افزایش ارتفاع (هد) یا افزایش سرعت جریان سیال باشد. پمپ‌ها در طیف وسیعی از کاربردها از جمله تأمین آب خانگی، کشاورزی، صنایع شیمیایی و نفت و گاز، تصفیه فاضلاب، سیستم‌های گرمایشی و سرمایشی، و حتی در بدن انسان (قلب به عنوان یک پمپ) استفاده می‌شوند.

انواع پمپ

پمپ‌ها به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند که هر کدام انواع مختلفی دارند:

•پمپ‌های جابجایی مثبت: این پمپ‌ها حجم مشخصی از سیال را به دام می‌اندازند و سپس با جابجایی این حجم، آن را منتقل می‌کنند. مشخصه اصلی این پمپ‌ها، دبی تقریباً ثابت مستقل از فشار خروجی است و می‌توانند فشارهای بالایی ایجاد کنند.

•پمپ‌های رفت و برگشتی (Reciprocating Pumps):

•پمپ پیستونی: با حرکت رفت و برگشتی پیستون، سیال را جابجا می‌کند.

•پمپ دیافراگمی: با حرکت رفت و برگشتی یک دیافراگم، سیال را پمپ می‌کند. برای سیالات خورنده یا حاوی ذرات جامد مناسب است.

•پمپ‌های روتاری (Rotary Pumps):

•پمپ دنده‌ای (Gear Pump): با درگیر شدن دو یا چند چرخ‌دنده، سیال را بین دندانه‌ها به حرکت درمی‌آورد.

•پمپ پره‌ای (Vane Pump): دارای پره‌هایی است که در داخل یک محفظه دوار حرکت می‌کنند و با تغییر حجم، سیال را جابجا می‌کنند.

•پمپ پیچی (Screw Pump): با چرخش یک یا چند روتور مارپیچی (اسکرو)، سیال را به صورت محوری به جلو می‌راند. برای سیالات ویسکوز مناسب است.

•پمپ لوب (Lobe Pump): مشابه پمپ دنده‌ای اما با لوب‌های بزرگتر که به هم نمی‌خورند. برای سیالات حساس به برش (Shear Sensitive) یا حاوی ذرات جامد.

•پمپ‌های دینامیک (سانتریفیوژ یا گریز از مرکز): این پمپ‌ها با انتقال انرژی جنبشی به سیال از طریق یک پروانه چرخان، باعث افزایش سرعت سیال می‌شوند و سپس این انرژی جنبشی به انرژی پتانسیل (فشار) تبدیل می‌شود. دبی این پمپ‌ها با افزایش فشار خروجی کاهش می‌یابد.

•پمپ‌های شعاعی (Radial Flow): پروانه سیال را به سمت خارج و به صورت شعاعی به سمت دیفیوزر یا حلزونی هدایت می‌کند. رایج‌ترین نوع پمپ سانتریفیوژ.

•پمپ‌های جریان محوری (Axial Flow): پروانه سیال را به صورت موازی با محور چرخش خود حرکت می‌دهد. برای دبی‌های بسیار بالا و هد (ارتفاع) کم مناسب است (مثلاً در آب‌گرفتگی).

•پمپ‌های جریان مختلط (Mixed Flow): ترکیبی از دو نوع فوق، که سیال را هم به صورت شعاعی و هم محوری جابجا می‌کنند.

قطعات اصلی و جنس آن‌ها

قطعات اصلی پمپ‌ها بسته به نوع آن‌ها متفاوت است، اما در یک پمپ سانتریفیوژ رایج‌ترین اجزا عبارتند از:

•پروانه (Impeller): جزء چرخان اصلی که انرژی را به سیال منتقل می‌کند.

•جنس: معمولاً از چدن، برنز، فولاد ضد زنگ، برنج، نایلون یا پلیمرهای مهندسی ساخته می‌شود. انتخاب جنس بستگی به سیال (خورندگی، دما)، فشار و سرعت دارد.

•کیسینگ یا محفظه حلزونی (Casing/Volute): محفظه‌ای که پروانه در آن قرار گرفته و سیال از طریق آن وارد و خارج می‌شود. این محفظه انرژی جنبشی سیال را به فشار تبدیل می‌کند.

•جنس: اغلب از چدن، فولاد کربنی، فولاد ضد زنگ یا آلیاژهای نیکل-کروم ساخته می‌شود.

•شفت (Shaft): محور چرخان که پروانه را به موتور یا محرک متصل می‌کند.

•جنس: معمولاً از فولاد کربنی یا فولاد ضد زنگ برای استحکام و مقاومت در برابر خوردگی.

•بلبرینگ‌ها/یاتاقان‌ها (Bearings): برای حمایت از شفت و کاهش اصطکاک چرخش.

•جنس: از فولاد کروم (برای ساچمه‌ها) و فولاد یا برنج (برای رینگ‌ها).

•سیستم آب‌بندی (Sealing System): برای جلوگیری از نشت سیال در جایی که شفت از محفظه پمپ عبور می‌کند.

•انواع:

•مکانیکال سیل (Mechanical Seal): رایج‌ترین نوع، شامل حلقه‌های ثابت و دوار که با سطح صافی به روی هم آب‌بندی می‌کنند. جنس سطوح آب‌بندی از کربن، سرامیک، کاربید سیلیکون یا تنگستن کاربید و الاستومرها از ویتون، EPDM یا نیتریل.

•گلند پکینگ (Gland Packing): استفاده از رشته‌های فشرده شده (پکینگ) در اطراف شفت. جنس از تفلون، گرافیت یا الیاف طبیعی/مصنوعی آغشته به روان‌کننده.

•پوشش‌های سایشی (Wear Rings): حلقه‌های قابل تعویض که روی پروانه و/یا محفظه قرار می‌گیرند تا از ساییدگی مستقیم قطعات اصلی جلوگیری کنند.

•جنس: معمولاً از برنز، چدن یا فولاد ضد زنگ.

•پایه (Baseplate): ساختار حمایتی که پمپ و موتور را به هم متصل و روی زمین ثابت نگه می‌دارد.

•جنس: اغلب از چدن یا فولاد جوش داده شده.

اصول طراحی پمپ

طراحی پمپ‌ها بر اساس اصول مکانیک سیالات، هیدرولیک و مکانیک جامدات است و شامل موارد زیر می‌شود:

•هد و دبی: تعیین حداکثر هد (ارتفاع) و دبی (حجم جریان) مورد نیاز برای کاربرد خاص. این‌ها اصلی‌ترین پارامترهای طراحی هستند.

•راندمان: طراحی برای به حداقل رساندن اتلاف انرژی (مانند اتلاف اصطکاکی در پروانه و محفظه، نشتی داخلی و اتلاف مکانیکی). شکل پروانه، زوایای پره‌ها و هندسه حلزونی برای بهینه‌سازی راندمان حیاتی هستند.

•ملاحظات کاویتاسیون (Cavitation): جلوگیری از پدیده کاویتاسیون که در اثر کاهش فشار زیر فشار بخار مایع و تشکیل حباب‌های بخار رخ می‌دهد. این حباب‌ها با ترکیدن می‌توانند به پروانه آسیب جدی وارد کنند. طراحی باید دارای حداقل هد مثبت مکش خالص (NPSH) لازم باشد.

•انتخاب مواد: انتخاب جنس مناسب برای پروانه، کیسینگ و سایر قطعات بر اساس خواص سیال (خورندگی، سایندگی، دما، ویسکوزیته)، فشار کاری و بودجه.

•ملاحظات مکانیکی: اطمینان از استحکام کافی قطعات برای تحمل تنش‌های ناشی از فشار و سرعت بالا، طراحی مناسب شفت برای جلوگیری از لرزش و خمش، و انتخاب صحیح بلبرینگ‌ها.

•آب‌بندی: طراحی سیستم آب‌بندی مؤثر برای جلوگیری از نشتی سیال و ورود هوا.

•نویز و ارتعاش: طراحی برای به حداقل رساندن نویز و ارتعاشات تولید شده توسط پمپ، که شامل بالانس دینامیکی پروانه و شفت است.

•قابلیت سرویس‌دهی: طراحی به گونه‌ای که امکان بازرسی، تمیزکاری و تعویض قطعات مصرفی به راحتی فراهم باشد.

ملاحظات تعمیرات و نگهداری

نگهداری مناسب پمپ برای اطمینان از عملکرد طولانی مدت، ایمنی و راندمان آن حیاتی است:

•بازرسی‌های دوره‌ای:

•بررسی نشتی: بازرسی بصری منظم برای شناسایی هرگونه نشتی از آب‌بندی شفت، اتصالات فلنج یا بدنه پمپ. نشتی می‌تواند نشانه خرابی آب‌بند یا نیاز به تنظیم باشد.

•بررسی سطح روغن و کیفیت آن (در صورت وجود گیربکس یا بلبرینگ روغنی): اطمینان از کافی بودن روغن و عدم وجود آلودگی یا تغییر رنگ.

•بررسی دما و ارتعاش: پایش منظم دمای بلبرینگ‌ها و بدنه پمپ، و همچنین ارتعاشات. افزایش غیرعادی دما یا ارتعاش می‌تواند نشانه‌ای از مشکل در بلبرینگ‌ها، عدم هم‌راستایی یا کاویتاسیون باشد.

•بررسی فیلترها (در صورت وجود): اطمینان از تمیزی فیلترهای ورودی برای جلوگیری از ورود ذرات به پمپ.

•روان‌کاری: بلبرینگ‌ها و سایر اجزای متحرک باید به طور منظم با گریس یا روغن مناسب روان‌کاری شوند. فواصل و نوع روان‌کننده باید طبق توصیه‌های سازنده باشد.

•تنظیم یا تعویض آب‌بندی:

•پکینگ‌ها: نیاز به تنظیم دوره‌ای برای جلوگیری از نشتی بیش از حد یا سفتی بیش از حد که باعث داغ شدن شفت می‌شود. پکینگ‌های فرسوده باید تعویض شوند.

•مکانیکال سیل‌ها: در صورت نشتی یا خرابی، باید تعویض شوند.

•هم‌راستایی شفت (Alignment): هم‌راستایی بین شفت پمپ و شفت موتور (محرک) باید به طور منظم بررسی و تنظیم شود. عدم هم‌راستایی یکی از دلایل اصلی خرابی بلبرینگ‌ها، مکانیکال سیل‌ها و لرزش پمپ است.

•تمیزکاری پروانه و محفظه: رسوب‌گرفتگی یا انباشت ذرات در پروانه و محفظه می‌تواند راندمان پمپ را به شدت کاهش دهد. تمیزکاری داخلی در فواصل زمانی مناسب ضروری است.

•بررسی و تعویض قطعات سایشی: حلقه‌های سایشی و سایر قطعاتی که در معرض سایش هستند باید به طور دوره‌ای بررسی و در صورت نیاز تعویض شوند تا فاصله بین پروانه و محفظه در محدوده مجاز باقی بماند و از نشتی داخلی جلوگیری شود.

•ثبت سوابق: نگهداری دقیق سوابق بازرسی‌ها، تعمیرات و تعویض قطعات برای کمک به برنامه‌ریزی نگهداری پیشگیرانه و پیش‌بینی عمر مفید قطعات.