معرفی کامل پمپ دینامیکی
پمپ دینامیکی نوعی از انواع پمپهای صنعتی هستند که بر اساس اصول دینامیک سیالات عمل می‌کنند. در این پمپ‌ها، با استفاده از یک محرک مکانیکی، انرژی جنبشی به سیال منتقل شده و سرعت آن افزایش می‌یابد. سپس این افزایش سرعت با استفاده از اجزایی مانند دیفیوزر به افزایش فشار تبدیل می‌شود.
بر خلاف پمپهای جابجایی مثبت که با جابجایی مستقیم حجمی از سیال، فشار آن را افزایش می‌دهند، پمپهای دینامیکی از طریق انتقال انرژی به سیال، فشار را ایجاد می‌کنند.
پمپهای دینامیکی مزایایی همچون دبی جریان پیوسته و قابلیت کاربرد در دبی‌های بالا را دارا می‌باشند. این پمپ‌ها در صنایع مختلف از جمله صنعت نفت، پتروشیمی، آب و فاضلاب، و غیره کاربرد دارند.
انواع پمپ دینامیکی
پمپهای دینامیکی انواع مختلفی دارند که هر کدام بر اساس اصول عملکرد و کاربردشان، طراحی و ساخته شده‌اند.
در این بخش، به معرفی رایج‌ترین انواع پمپهای دینامیکی می‌پردازیم و ویژگی‌های هر کدام را توضیح می‌دهیم. آشنایی با انواع پمپهای دینامیکی به درک بهتر کاربردها و مزایای هر یک از آنها کمک می‌کند.
“پمپهای دینامیکی” به دو دسته اصلی “پمپهای سانتریفیوژ” و “پمپهای خاص” تقسیم بندی می شوند.
-
پمپ های سانتریفیوژ (Centrifugal Pumps)
“پمپ سانتریفیوژ” رایج ترین نوع پمپهای مورد استفاده در صنایع می‌باشد و در چهاردسته کلی به شرح زیر موجود می‌باشد:
- پمپ جریان محوری (Axial Flow):
در این پمپ‌ها جریان توسط پروانه پمپ (Impeller) در راستای محور پمپ منتقل می شود.
- پمپ جریان شعاعی (Radial Flow):
این نوع پمپ، سیال را از ورودی که در مرکز پمپ قرار دارد دریافت نموده و آن را در راستای شعاع پروانه پمپ و زاویه ۹۰ درجه نسبت به ورودی پمپ به خروجی منتقل می‌نماید.
- پمپ جریان ترکیبی (Mixed Flow):
در این پمپ‌ها جریان به نوعی هم در راستای شعاع پروانه پمپ و هم محور آن جابه جا می شود. در واقع ترکیبی از دو نوع پمپ پیشین می باشد.
- پمپ محیطی (Peripheral Pump):
این نوع پمپ که با نام های “پمپ ورتکس” (Vortex Pump)، “پمپ توربینی” (Turbine Pump)، یا (Regenerative Pump) هم شناخته می شود، هر چند در زیرمجموعه پمپهای سانتریفیوژ محسوب می شوند، اما در واقع حد وسط پمپ های سانتریفیوژ و پمپ های جابه‌جایی مثبت هستند. این پمپ ها می توانند به مثابه پمپ های جابه‌جایی مثبت، موجب ایجاد فشار بالا در خروجی شده و از طرفی مانند پمپ های سانتریفیوژ عملکرد منعطف تری (البته با میزان کمتری از فلوی متغیر) داشته باشند.
نوع پروانه داخل این پمپ‌ها با سه نوع دیگر متفاوت می‌باشد.
۲- پمپهای اثر خاص (Special Effects Pumps):
همانطور که اشاره کردیم، دسته بندی دیگری از پمپ های دینامیکی، “پمپهای اثر خاص” یا “Special Effect” می باشد که چهار نوع معروف آن پمپ جت، پمپ لیفت گازی، پمپ قوچ‌آبی و پمپ الکترومغناطیسی می‌باشند که در ادامه مورد بررسی قرار می‌دهیم:
- پمپ جت (Jet Pump):
جت پمپ که از آن با عناوین اداکتور (Eductor) و “اجکتور” (Ejector) هم یاد می‌شود، انرژی یک سیال (مایع یا گاز) عامل به سیال ثانویه منتقل می‌شود. سیال دوم می‌تواند، گاز، مایع، دوفازی (مخلوط گاز در مایع) و یا ذرات جامد داخل گاز یا مایع باشد.
- پمپ لیفت گازی (Gas Lift):
در این نوع پمپ‌ها که نمونه آن در استخراج نفت از میدان‌هایی که فشار خود را از دست داده‌اند، کاربرد دارد و گاز با فشار وارد سیال مایع شده و مخلوط این دو با هم به خروجی منتقل می‌گردد.
- پمپ قوچ‌آبی (Hydraulic RAM):
پمپ قوچ‌آبی” یا “پمپ ضربه‌قوچی با استفاده از ضربه قوچ (water hammer) آب ورودی به آن، در خروجی آب با فشار بالاتر و البته جریان ایجاد می‌کند و در واقع به آب اجازه می‌دهد که به ارتفاعی بالاتر از ارتفاع اولیه خود برسد.
این پمپ‌ها به علت اینکه به انرژی خارجی نیازی نداشته و تنها از انرژی جنبشی خود آب استفاده می‌کنند، در نقاط دورافتاده جهت انتقال آب به نقاطی بالاتر از سرچشمه مورد استفاده قرار می‌گیرند.
- پمپ الکترومغناطیسی (Electromagnetic Pump):
از این پمپ که از آن به عنوان “پمپ شار مغناطیسی” (magnetic flux pump) هم نام برده می‌شود، برای انتقال فلز مذاب (یا هر مایعی که رسانای الکتریکی باشد) استفاده می‌شود. این پمپ بدون داشتن درایو متحرک، تنها با تنظیم مناسبی از جهت میدان مغناطیسی در بدنه پمپ، مایع رسانا را از خود عبور می‌دهد. کاربرد رایج این پمپ‌ها در انتقال فلزات مذاب از سیستم خنک‌کاری می‌باشد.
نحوه عملکرد پمپهای دینامیکی
پمپهای دینامیکی بر اساس اصول دینامیک سیالات و انتقال انرژی به سیال عمل می‌کنند. در این پمپ‌ها یک منبع انرژی مکانیکی مانند الکتروموتور، توربین گاز یا موتور درون سوز، انرژی مکانیکی را به محرکی مثل پره، پیستون یا توربین منتقل می‌کند.
این محرک‌ها انرژی جنبشی را به سیال وارده منتقل کرده و سرعت آن را افزایش می‌دهند. سپس سیال سریع شده وارد قسمت‌هایی مانند دیفیوزر یا ولوت می‌شود که انرژی جنبشی یا همان سرعت سیال را به انرژی پتانسیل یا همان فشار تبدیل می‌کنند.
در نهایت سیال با فشار بالاتر از پمپ خارج شده و وارد مدار مصرف‌کننده می‌گردد. بنابراین می‌توان گفت پمپهای دینامیکی با انتقال مستقیم انرژی به سیال، فشار آن را افزایش می‌دهند. کنترل‌پذیری و ظرفیت تولید دبی بالا از مزایای پمپهای دینامیکی محسوب می‌شود.
ساختار پمپهای دینامیکی
پمپهای دینامیکی دارای اجزا و قطعات متعددی هستند که هر کدام نقش مشخصی در فرایند پمپاژ ایفا می‌کنند.
یکی از مهم‌ترین اجزای پمپهای دینامیکی، ایمپلر یا همان پروانه است. ایمپلر وظیفه اصلی انتقال انرژی به سیال را برعهده دارد. پروانه‌ها از نظر شکل ظاهری به دو دسته پره‌ای و جت تقسیم می‌شوند. در ایمپلرهای پره‌ای، پره‌ها به صورت شعاعی از محور مرکزی پروانه خارج می‌شوند.
قطعه بعدی که در اکثر پمپهای دینامیکی وجود دارد، هاوزینگ یا محفظه پمپ است. محفظه وظیفه هدایت ورود و خروج سیال به پمپ را بر عهده دارد.
دیفیوزر نیز یکی دیگر از اجزای مهم پمپهای دینامیکی به شمار می‌رود که سرعت زیاد سیال خروجی از ایمپلر را کاهش داده و آن را به فشار تبدیل می‌کند.
علاوه بر این، شفت پمپ که پروانه را به موتور متصل می‌کند، سیستم آب‌بندی شفت، بلبرینگ‌ها که شفت را در جای خود نگه می‌دارند و موتور محرکه که منبع تامین انرژی مکانیکی پمپ است، از دیگر اجزای اصلی پمپهای دینامیکی محسوب می‌شوند.
در برخی انواع پمپهای صنعتی همچنین از ولوت به منظور کاهش سر و صدای ناشی از حرکت سیال و کمک به تبدیل سرعت به فشار استفاده می‌شود.
در مجموع می‌توان گفت ساختار و ترکیب اجزای پمپهای دینامیکی بسته به نوع و کاربرد آنها تفاوت‌هایی دارد، ولی اکثر آنها دارای ویژگی‌ها و اجزای مشترکی هستند که فرایند تبدیل انرژی جنبشی به انرژی پتانسیل را ممکن می‌سازد.
مزایا و معایب پمپهای دینامیکی
در این بخش، قصد داریم مزایا و معایب پمپهای دینامیکی را به طور جداگانه مورد بررسی قرار دهیم.
پمپهای دینامیکی همانند هر فناوری دیگری، دارای نقاط قوت و ضعفی هستند که آگاهی از آنها می‌تواند در انتخاب بهترین نوع پمپ برای کاربردهای مختلف به ما کمک کند.
در ادامه، ابتدا به برخی از مزایای پمپهای دینامیکی اشاره کرده و سپس به بررسی معایب احتمالی این نوع پمپ‌ها می‌پردازیم تا دید روشن‌تری نسبت به جنبه‌های مثبت و منفی آنها داشته باشیم.
مزایای پمپ دینامیکی
پمپهای دینامیکی دارای مزایا و ویژگی‌های منحصر به فردی هستند که باعث شده استفاده از آنها در صنایع مختلف روند رو به رشدی داشته باشد.
اول از همه اینکه پمپهای دینامیکی معمولاً دارای اندازه‌های کوچک و کمپکت هستند و نیاز به فضای کمی برای نصب دارند. همچنین هزینه‌ی تمام شده‌ی ساخت و تعمیر و نگهداری این پمپ‌ها نسبت به انواع دیگر پایین‌تر است.
از دیگر مزایای پمپ دینامیکی می‌توان به سادگی نصب، راه‌اندازی و تعمیر و نگهداری آن اشاره کرد. این پمپ‌ها دارای اجزای چرخان کمتری هستند و تعویض قطعات و سرویس‌دهی آنها آسان‌تر از سایر انواع پمپ‌ها است.
علاوه بر موارد فوق، پمپهای دینامیکی می‌توانند برای پمپاژ سیالات با ویسکوزیته کم تا متوسط مناسب باشند. همچنین این پمپ‌ها برای کاربردهایی که به سرعت جریان کم تا متوسط نیاز می باشد، گزینه‌ی مناسبی محسوب می‌شوند.
معایب پمپ دینامیکی
علی‌رغم مزایای فراوان پمپهای دینامیکی، این نوع پمپ‌ها دارای برخی معایب و محدودیت‌ها نیز می‌باشند که باید در هنگام انتخاب آنها مدنظر قرار گیرد.
یکی از مشکلات رایج در پمپهای دینامیکی، بروز ناهم محوری و لرزش در محور پمپ است که می‌تواند باعث کاهش عمر مفید آنها شود. همچنین این پمپ‌ها به دلیل داشتن اجزای چرخان، در معرض آسیب‌دیدگی پروانه و سیم آبندی قرار دارند.
آسیب‌دیدگی پروانه می‌تواند منجر به از دست رفتن کارایی پمپ در یک بازه زمانی کوتاه شود. همچنین آسیب‌دیدگی سیم آب بندی باعث نشتی و کاهش بازدهی می‌گردد. علاوه بر این‌ها، یاتاقان‌های پمپ نیز در اثر سرعت بالای چرخش قابلیت استهلاک بیشتری دارند.
بنابراین در طراحی و تعمیر و نگهداری پمپهای دینامیکی باید به این موارد توجه ویژه‌ای مبذول داشت. انتخاب صحیح پمپ بر اساس شرایط کاری و رعایت دستورالعمل‌های نگهداری می‌تواند از بروز این مشکلات جلوگیری کند.
تفاوت‌های پمپ دینامیکی با جابجایی مثبت
تفاوت عملی بین پمپهای دینامیکی و جابجایی مثبت، نحوه عملکرد آنها در شرایطی است که مسیر خروجی پمپ به نحوی بسته شده باشد؛ در پمپهای جابجایی مثبت زمانی که مسدودی خط جریان سیال اتفاق می‌افتد، پمپ مداوم به کار افزایش فشار ادامه می‌دهد به گونه‌ای که در انتها منجر به خرابی پمپ می‌شود و یا خطوط لوله دچار ترکیدگی می‌شوند.
در چنین شرایطی لازم است تا در مسیر خروجی پمپ یک شیر اطمینان قرار داده شود تا از بروز چنین اتفاقاتی جلوگیری شود، اما در پمپهای دینامیکی برخلاف پمپهای جابجایی مثبت در صورت بسته بودن مسیر جریان خروجی سیال، پمپ به مدت محدودی می‌تواند بدون مشکل به کار خود ادامه دهد.
- تفاوت در تاثیر ویسکوزیته بر بازده: در پمپ جابجایی مثبت، بازده پمپ با افزایش ویسکوزیته افزایش می‌یابد. اما در پمپ دینامیکی با افزایش ویسکوزیته به دلیل تلفات اصطکاکی داخل پمپ، بازده پمپ کاهش می‌یابد.
- تفاوت در فشار: پمپهای جابجایی مثبت معمولا برای کاربردهای با فشار بالا مناسب می‌باشند اما پمپهای دینامیکی عموما برای کاربردهای کم فشار مورد استفاده قرار می‌گیرند.
- تفاوت در پرایمینگ: پمپهای جابجایی مثبت خود پرایمینگ (خودمکش) هستند در حالی که پمپهای دینامیکی به مکش اولیه احتیاج دارند.
- تفاوت در مکانیزم به جریان انداختن سیال: در پمپ جابجایی مثبت، از یک جز رفت و برگشتی یا روتاری (مثل پیستون، دیافراگم، اسکرو و …) استفاده می‌شود در حالی که در پمپ دینامیکی از پروانه و دیفیوزر استفاده می‌شود.
- تفاوت در قیمت: تنوع پمپ‌ها زیاد است و مقایسه قیمت به راحتی نیست اما بطور کلی پمپهای جابجایی مثبت نسبت به پمپهای دینامیکی هزینه بالاتری دارند.
- تفاوت در روش انتقال سیال: در پمپ جابجایی مثبت، سیال محبوس شده در داخل محفظه بسته منتقل می‌شود در حالی که در پمپ دینامیکی توسط انرژی جنبشی وارد به سیال از یک مکان به مکانی دیگر جابجا می‌شود.
- تفاوت در ویسکوزیته: پمپهای جابجایی مثبت قابلیت پمپاژ و انتقال سیالات با ویسکوزیته بالا را دارند در حالی که پمپهای دینامیکی و بطور خاص پمپ سانتریفیوژ برای پمپاژ سیالاتی با ویسکوزیته پایین مثل آب طراحی شده اند.