پمپ سانتریفیوژ دیگ بخار

نحوه عملکرد پمپ سانتریفیوژ

پمپ سانتریفیوژ یا پمپ‌های گریز از مرکز رایج‌ترین پمپ‌های مورد استفاده در دیگ بخار بویلر صنعتی بخار هستند. بدلیل اینکه بازده بالایی که دارند. رنج راندمان این پمپ ۳۰ تا ۷۰ درصد است؛ پمپی که %۳۰ بازده دارد، ۲٫۳۳ برابر مصرف انرژی بیشتر از پمپ با راندمان %۷۰ دارد. اگر پمپ سانتریفیوژ بدون استفاده از شیر در خط، نصب شده و خاموش شود، مایع در دست به طرف پمپ برمی‌گردد چون هیچ شیر مکش یا خروجی برای مسدود کردن مسیر وجود ندارد. برخی اپراتورها حتی نحوه عملکرد پمپ سانتریفیوژ را هم نمی‌دانند.

نحوه عملکرد پمپ‌های سانتریفیوژ خیلی ساده است مایع را دریافت و پرتاب می‌کنند. ایمپلر یا پروانه مایع را به حلزونی پمپ می‌راند که بخشی از فشار دینامیکی در آن به فشار استاتیکی تبدیل و به خروجی می‌رود. برای درک بهتر نحوه عملکرد پمپ سانتریفیوژ به آشپرخانه بروید ظرفی را تا نصف آب کرده و با قاشق آن را به هم بزنید. این کار را فقط در یک جهت انجام دهید (مثل پمپ) خواهید دید که ارتفاع آب در ظرف متفاوت خواهد بود و در مرکز کمترین و در حاشیه ها بیشترین ارتفاع را خواهد داشت.

این تفاوت ارتفاع پمپ ظرف شما در حالت خاموش است. هر چه چرخش سریع‌تر شود هد افزایش یافته و حتی از ظرف خارج خواهد شد. حال اگر چرخش را با افزدودن آب ادامه دهید یک پمپ سانتریفیوژ ساخته‌اید. اگر حرکات قاشق را تغییر داده و به آن توجه کنید درک خوبی از کارکرد این نوع پمپ به دست می‌آورید.

تفاوت نحوه عملکرد پمپ سانتریفیوژ با پمپ پیستونی رفت و برگشتی

در ادامه مبحث فوق باید گفت پمپ سانتریفیوژ مثل پمپ پیستونی رفت و برگشتی حجم آب ثابتی را جابه‌جا نمی‌کند. این مقدار با دیفرانسیل تغییر می‌کند. جریان آب پمپ شده از مخزن با تغییر ارتفاع آب در مخزن یا فشار خروجی پمپ تغییر می‌کند. اگر جریان آب را بیشتر کنید آب بیشتری وارد می‌شود و بدون این که کار بیشتری انجام دهید و خروجی بیشتری خواهید داشت. یعنی پمپ سانتریفیوژ فشار را به مقدار معینی افزایش می‌دهد و این افزایش مربوط به جریان آب در پمپ است. اگر چرخاندن قاشق را در کاسه متوقف کنید در صورتی که ظرف پر باشد همچنان به بیرون خواهد ریخت. همین طور می‌توانید دیفرانسیل (هد) را با تغییر سرعت چرخش، تغییر دهید.

حال مطمئنم فهمیده‌اید که هیچ محدودیتی در جریان به طرف پمپ سانتریفیوژ وجود ندارد. حداکثر جریان ممکن خیلی بیشتر از مقدار طراحی و حداقل جریان صفر است. بدون وجود شیر یک‌طرفه در لوله‌های خروجی، اختلاف فشار بیرونی بیشتر از تحمل پمپ موجب بازگشت جریان در پمپ خواهد شد. نرخ واقعی جریان وابسته به عملکرد پمپ و اختلاف فشار بین مکش و خروجی آن است.

یک نکته طراحی، جریان و هدی که مهندس برای انتخاب پمپ سانتریفیوژ گریز از مرکز محاسبه کرده است معمولاً در دستورالعمل و منحني پمپ ارائه می‌شود. اما آنچه اپراتورها باید تحت نظر داشته باشند شرایط جریان واقعی است. این مغایرت که شرایط واقعی کاملاً برابر شرایط طراحی است نسبتاً بی اساس است.

ویژگی پمپ های سانتریفیوژ

یک ویژگی پمپ‌های سانتریفیوژ که غالباً فراموش می‌شود استفاده از رینگ‌های سایشی است.  فاصله بین بدنه و چشم ایمپلر پروانه تمام چیزی است که نواحی فشار مکش و تخلیه را از هم جدا می‌کند تا با نشت مقداری آب از سایش آن‌ها جلوگیری کند. با شروع به کار پمپ، ذرات کوچک موجود در آب و خود آب می‌توانند مواد هر دو طرف درز را مستهلک کنند. پیش‌بینی رینگ‌های سایشی می‌تواند از این خسارت جلوگیری و پمپ سانتریفیوژ گریز از مرکز را نو نگه دارد. رینگ‌های سایشی بدنه در بدنه قرار گرفته و ثابت هستند. رینگ ایمپلر پروانه گرم شده و روی آب نصب می‌شود.

صافی موجود در خط مکش نمی‌تواند تمام ذرات فرساینده را که رینگ‌ها را مستهلک می‌کنند دفع کند. معمولاً پمپی که رینگ سایشی داشته باشد بوش شفت هم دارد. باید بگویم در هنگام تعویض این رینگ‌ها و سوار کردن بدنه دو نيمه احتیاط کنید چون رینگ‌های بیرونی ممکن است هنگام نصب نیمه‌ها تغییر شکل پیدا کنند. همیشه از گردش پمپ سانتریفیوژ گریز از مرکز با دست در هنگام بستن پیچ‌های نیمه‌ها به هم مطمئن شوید (پمپ را با دست بچرخانید) همچنین از نصب واشر بزرگتر به هر دلیلی در پمپ خودداری کنید چون ممکن است بین رینگ‌های داخلی و بدنه شکاف ایجاد کند که پیامد آن خوردگی خواهد بود.

طراحی پمپ سانتریفیوژ

تنوع پمپ‌های سانتریفیوژ در کاربردهای مختلف متنوع است. اختلاف فشاری که می‌توانند ایجاد کنند به چگالی سیال و سرعت پردهای پروانه بستگی دارد. در طراحی پمپ سانتریفیوژ گریز از مرکز برای تولید اختلاف فشار بیشتر توسط پمپ در همان سیال، قطر پروانه را باید افزایش داد. با رسیدن به قطر حداکثر پروانه توان موتور هم باید افزایش یابد. با افزایش قطر و سرعت، تنش نیز روی فلز افزایش می‌یابد بنابراین محدودیت‌های عملی برای افزایش فشار وجود دارد. اگر در طراحی پمپ سانتریفیوژ به اختلاف فشار بیشتری نیاز دارید باید تعداد پره‌ها را افزایش دهید، که این همان پمپ‌های چند مرحله ای است. فشار در هر مرحله مقداری افزایش یافته و به مقدار مورد نظر می‌رسد. به این ترتیب می‌توان بدون افزایش قطر به مقدار مطلوب دست یافت.

از آنجا که چشمه پروانه (ورودی) در معرض فشار مکش است چشمه بقیه مراحل در معرض فشار خروجی مرحله قبلی است، تفاوت‌هایی در نیروهای محوری وارد بر طبقات (مراحل) وجود دارد . در طراحی پمپ سانتریفیوژ تک مرحله‌ای سوراخ‌هایی روی صفحه پشتی پروانه ایجاد شده و یک ست دیگر رینگ‌های سایشی به منظور تعدیل فشار اضافه شده است. همچنین در پمپ‌های چند مرحله‌ای مراحل، روی شفت برعکس شده‌اند بنابراین عدم تعادل یک مرحله برخلاف عدم تعادل مرحله بعدی است. برخی پمپ‌های با محور عمودی هم طراحی شده‌اند که در آن‌ها بار محوری در خنثی کردن وزن شفت و پروانه کمک می‌کند. با وجود طراحی عالی هیچ تضمینی وجود ندارد که بار محوری بر پمپ سانتریفیوژ وارد نشود بنابراین حتما باید محور را به یاتاقان تراست مجهز نمود.

کاربردهای پمپ سانتریفیوژ

تنوع فراوانی در ساختار پمپ سانتریفیوژ  گریز از مرکز وجود دارد که ناشی از کاربردهای مختلف آن است. شکل پردهای پروانه  از انواع بسیار پربازده با خم رو به عقب تا شعاعی، بسته به راندمان مورد نظر وجود دارند. آن‌ها برای کاربردهایی مثل پمپاژ آب آهک یا خاکستر از نوع لاستیکی و (اگر روتور موتور در یک پوشش با پمپ سانتریفیوژ آب‌بندی شده تا از نشتی مایعات خطرناک جلوگیری کند) از نوع وحافلت شده است. رایج‌ترین آرایش پمپ با بدنه دو تکه افقی است اما پمپ ANSI، در حال پیشی گرفتن از آن است. مکش آن‌ها در عقب است و برای عملیات نگهداری با، لوله‌های آن باز شود.

شاید این ناپایداری به این خاطر است که به ازای هر ست دیفرانسیل در پمپ سانتریفیوژ دو نرخ جریان وجود دارد. اگر سیستم به طریقی برای هر دو جریان دیفرانسیل ثابتی حفظ می‌کند با تعویض کردن جریان، پمپ با یکی از آن‌ها تراز نخواهد شد. در این حالت پمپ سانتریفیوژ سروصدای زیادی ایجاد خواهد کرد. پمپ‌های چند مرحله‌ای ممکن است در شرایط فوق نوسان محوری داشته باشند و این یکی از مواردی است که در کنترل پمپ سانتریفیوژ باید به آن دقت کنید.

ممکن است با مواردی مواجه شوید که منحنی پمپ سانتریفیوژ حالت برآمدگی داشته باشد ولی متوجه مشکلی در آن نشوید. علت این است که تغییر جریان معمولاً اختلاف فشار را در سیستم دچار تحول می‌کند. بنابراین می‌توانید منحنی جریان سیستم را روی منحنی پمپ دیگ بخار در صورت وجود مشکل نوسان مشاهده کنید.

عملکرد پمپ سانتریفیوژ در دیگ بخار

کار در حالت خاموشی ممکن است مرتباً در دیگ بخار بویلر صنعتی بخار اتفاق بیفتد بنابراین غالباً در پمپ‌های تغذیه سانتریفیوژ خط ریسیرکولاسیون (گردش داخلی) دیده می‌شود که مقداری آب را به دیراتور با مخزن تغذیه برمی‌گرداند. در اکثر امور یک اوریفیس در خط، بین تخلیه پمپ سانتریفیوژ و شیر جداکننده در خط ریسیرکولاسیون دیده می‌شود. اوریفیس به اندازه‌ای است که با ترشح کافی آب در پمپ سانتریفیوژ گریز از مرکز  افزایش دما را در هنگام خاموشی محدود می‌کند. اگر اوریفیس دیگری قبل از دیراتور با مخزن تغذیه روی خط نصب شده باشد ویژگی دیگری در این سیستم‌ها اضافه می‌شود. چون می‌توانید خط گردش داخلی یک پمپ راکد را برای تزریق مقداری آب به منظور گرم نگه داشتن آن استفاده کنید تا بلافاصله پس از استارت آماده کار باشد.

از طرف دیگر این مقدار آب کمی نیست و اگر مهندس طراح چنین چیزی را در نظر نگرفته باشد شاید ظرفیت پمپ‌های شما جوابگو دیگ بخار نباشد. آنچه این جریان نشان میدهد انرژی الکتریکی زیاد برای جایگزین کردن بخار است. توان استفاده شده برای پمپاژ مایع آن را گرم می کند اما برق مورد نیاز برای این کار خیلی بیشتر از سوخت دیگ بخار است.

اینجا محلی است که اپراتور می‌تواند هزینه توان را کاهش دهد. تا زمانی که بارها چنان است که شیرهای آب تغذیه همیشه باید باز باشد، خط ریسیرکولاسیون را ببندید. پمپ سانتریفیوژ گریز از مرکز  فشار آب تغذیه را کمی افزایش می‌دهد که باعث کاهش مصرف برق می‌شود. در زمان‌های بار کم و خاموشی، شیر را باز کنید. در این حالت صرفه‌جویی برق نخواهید داشت اما در تقاضا چرا، چون F . D . Fan و سایر تجهیزات وقتی بار پمپاژ ریسیرکولاسیون (گردش داخلی) آب تغذیه را دوباره برقرار می‌کنید در بار پایینی قرار دارند.

راه اندازی پمپ سانتریفیوژ در دیگ بخار بویلر صنعتی بخار

وقتی پمپ سانتریفیوژ را استارت می‌کنید ابتدا باید شیر مکش را باز، پمپ را استارت و شیر تخلیه را باز کنید. علت این است که پمپ سانتریفیوژ نمی‌تواند توان بیشتری از آنچه در استارت دوران خاموشی لازم دارد بکشد که این امر، بار موتور را کاهش می‌دهد. اگر شیر یک‌طرفه خروجی بسته نشود و شما احتیاج به کار کردن پمپ سانتریفیوژ داشته باشید. موتور متوقف می‌شود و سیال به عقب برگشته و پمپ را برعکس می‌چرخاند. بار مضاعف موتور برای معکوس کردن گردش قبل از شروع پمپاژ مورد نیاز است که جریان راه اندازی زیادی لازم است و استارتر هم مرتباً تریپ می‌کند.

وقتی پمپ سانتریفیوژ تحت شرایط راه‌اندازی سیستم کار می‌کند شاید مجبور شوید شیر تخلیه را تا زمان تولید فشار در سیستم خفه کنید (این شیرها معمولا از نوع کشویی هستند و نباید خفه شوند). تمام پمپ‌ها مجهز به موتورهای ضد اضافه بار نیستند. وقتی پمپ تغذیه بویلر صنعتی بخار زمانی که فشار بویلر صنعتی بخار خیلی پایین است و شیر هم کاملاً باز است کار می‌کند ممکن است موتور دچار اضافه بار شود. همیشه امکان انتخاب موتور کوچکتر از توان حداکثر پمپ سانتریفیوژ گریز از مرکز وجود دارد.

اگر  فشار دیگ بخار بویلر صنعتی  افت کند، جریان افزایش مییابد و توان موتور مورد نیاز پمپ سانتریفیوژ در آن نقصه به قدری زیاد است که ممکن است موتور را دچار اضافه بار کند. اگر پمپی دارید که توان موتور آن محدود است باید از کارکرد آن در خارج از حوزه منحنی جلوگیری گردد. کاری که معمولاً انجام می‌شود خفه کردن شیر است. نباید روی شیر آب تغذیه برای انجام این کار حساب کنید، چون ممکن است ناگهان به طور کامل باز شود.