ساخت اولین مدل های پمپ سانتریفیوژ موجب تحولی شگرف در کشاورزی و نحوه زندگی انسان ها داشت. این پمپ مکانیکی که از انواع پمپ های خودمکش محسوب می شود، وظیفه اصلی آن جابجایی مایعات روی سطح زمین یا پمپاژ آن به ارتفاعات است. که این نحوه عملکرد پمپ سانتریفیوژ نیز از طریق نیروی گریز از مرکز انجام می شود. به غیر از سانتریفیوژ ها، پمپ های جابجایی مثبت دسته بندی کلی دیگری از پمپ ها هستند که تفاوت این دو پمپ را در مقاله ای دیگر شرح داده ایم. برای آشنایی بیشتر در این مطلب قصد داریم به طور کامل توضیح دهیم پمپ سانتریفیوژ چیست ، انواع آن کدام است و کاربرد پمپ سانتریفیوژ را بیان می کنیم.
پمپ سانتریفیوژ چیست؟
نحوه عملکرد پمپ سانتریفیوژ یا گریز از مرکز بسیار ساده و از طریق انتقال انرژی جنبشی الکتروموتور به سیال مورد نظر می باشد. بر اساس اجزای مکانیکی پمپ، عملیات پمپاژ به این صورت انجام می گیرد که ابتدا سیال وارد محفظه پمپ می شود. در این حالت، به وسیله مکش ایجاد شده توسط الکتروموتور پروانه ها شروع به چرخش کرده و در نهایت از این طریق، مایع از پمپ خارج می شود.
عملیات خروج سیال که با نیروی گریز از مرکز و فشار تولید شده همراه است، از چشمی پروانه به بیرون می رود. سپس در خارج از پمپ نیز، به وسیله ی قطعه ای به نام مکانیکال سیل پروانه و مایع از هم جدا می شوند. می توان برای افزایش فشار هم، از راهکار هایی مانند تغییر در سرعت پروانه یا افزایش ابعاد و تعداد آن ها استفاده کرد.
این پمپ ها به لحاظ مصرف برق دارای دو مدل انواع پمپ های سانتریفیوژ تک فاز و سه فاز هستند. پمپ های حلزونی نیز از نوع پمپ های گریز از مرکز هستند و تقریبا عملکردی شبیه پمپ های سانتریفیوژ دارند. اما با این حال می توان فهرستی از تفاوت پمپ حلزونی و سانتریفیوژ تهیه کرد که در مقاله ی لینک شده به طور کامل بیان شده است.
کاربرد انواع پمپ سانتریفیوژ
این نوع پمپ های دینامیک بیشتر در صنایع غذایی و شیمیایی برای پمپاژ موثر مایعات ویسکوز استفاده می‌شود. این پمپ ها ارزان تر از پمپ های جابجایی مثبت هستند. به عبارت ساده، این یک پمپ درخشان است که می‌تواند در کاربردهای متفاوت به طور موثر کار کند. پمپ های سانتریفیوژ در تمام صنایع دنیا بسیار رایج هستند. دلیل اصلی محبوبیت آن ها این است که این پمپ ها در اثر اصطکاک افت برق ندارند. این پمپ پویا طراحی ساده ای دارد و کنترل آن بسیار آسان است. مشکل نشتی و انتقال حرارت ندارند و این دلیلی است که آن ها را بر پمپ جابجایی مثبت ترجیح می‌دهند.
صفر تا صد کاربرد انواع پمپ های سانتریفیوژ
پمپ های گریز از مرکز از یک یا چند پروانه استفاده می‌کنند که به محور پمپ متصل شده و هم‌زمان با آن می‌چرخند. این ساختار انرژی لازم را برای انتقال مایع از طریق پمپ فراهم می‌کند. مایع درون پمپ تحت‌فشار قرار می‌گیرد تا درنهایت بتواند در سیستم لوله‌کشی حرکت کند؛ بنابراین پمپ، انرژی مکانیکی موتور را به انرژی سیال متحرک تبدیل می‌کند. بخشی از انرژی به انرژی جنبشی حرکت سیال تبدیل می‌شود و بخشی از آن در انرژی پتانسیل ذخیره می‌شود که با فشار سیال یا با بالا بردن سیال به ارتفاع بالاتر خود را نشان می‌دهد.
نحوه کارکرد
انتقال انرژی از چرخش مکانیکی پروانه به حرکت و فشار سیال معمولاً بر حسب نیروی گریز از مرکز توصیف می‌شود. فشار خروجی بازتاب فشاری است که نیروی مرکزگرا را اعمال می‌کند. یک پمپ گریز از مرکز به‌وسیله پمپی کار می‌کند که مایع موجود در سیستم را به درگاه مکش پمپ و از آنجا به ورودی پروانه هدایت می‌کند. سپس پروانه چرخان، مایع را در امتداد پره‌های چرخان حرکت و درعین‌حال انرژی جنبشی مایع را افزایش می‌دهد. سپس مایع از پره‌های پروانه خارج شده و به داخل حلقه پمپ یا محفظه دیفیوزر حرکت می‌کند.
طی این جابه‌جایی، سرعت بالای سیال از طریق فرایند انتشار، به فشار بالا تبدیل می‌شود. سیال سپس به داخل درگاه تخلیه پمپ هدایت خواهد شد و از آنجا به داخل سیستم رفته یا در صورت وجود پمپ چندمرحله‌ای، سیال به مرحله بعدی می‌رود. در زیرقسمت های مختلف انواع پمپ های سانتریفیوژ آورده شده است.
اجزای تشکیل دهنده پمپ های گریز از مرکز
- پروانه(Impeller): پروانه روتوری است که برای افزایش انرژی جنبشی جریان استفاده می‌شود.
- پوشش (Casing – Volute): محفظه حاوی مایع است و به عنوان یک مخزن نگهدارنده فشار عمل می‌کند که جریان مایع را به داخل و خارج از پمپ گریز از مرکز هدایت می‌کند.
- شفت (روتور)( Shaft): پروانه بر روی شفت نصب می‌شود. شفت جزء مکانیکی برای انتقال گشتاور از موتور به پروانه است.
- آب بندی شفت(Shaft sealing): پمپ های گریز از مرکز دارای پکینگ های آب بند یا سیل های مکانیکی هستند که به جلوگیری از نشت مایع پمپ شده کمک می‌کند.
- یاتاقان ها(Bearings): یاتاقان ها حرکت نسبی شفت (روتور) را محدود می‌کنند و اصطکاک بین شفت دوار و استاتور را کاهش می‌دهند.
پمپ سانتریفیوژ چگونه کار می‌کند؟
عملکرد یک پمپ سانتریفیوژ تقریبا شبیه کمپرسور گریز از مرکز است؛ اما تنها تفاوت سیال کار وجود دارد. پمپ گریز از مرکز به روش زیر عمل می‌کند:
- اول از همه، نیروی مکانیکی توسط یک موتور الکتریکی یا موتور در اختیار پروانه پمپ قرار می‌گیرد. پروانه مستقیما از طریق یک شفت به موتور الکتریکی متصل می‌شود و با حرکت شفت موتور به صورت رفت و برگشتی حرکت می‌کند.
- هنگامی که پروانه شروع به چرخش می‌کند، یک خلاء در داخل چشمی پروانه شروع به تولید می‌کند. در اثر این خلاء، آب شروع به ورود به داخل چشم در جهت محوری می‌کند.
- با ورود آب به چشم، آب به تیغه های پروانه برخورد می‌کند. پروانه آب را به صورت شعاعی و محوری با کمک نیروی گریز از مرکز به بیرون می‌چرخاند. این پروانه حرکت آب را تا زمانی که از تمام اجزای آن عبور کند ادامه می‌دهد.
- پره های پروانه انرژی جنبشی آب را به سرعت آن تبدیل می‌کند و سرعت آب را افزایش می‌دهد.
- آب پس از عبور از پروانه وارد ناحیه دیفیوزر می‌شود. این دیفیوزر با کاهش سرعت آب، سرعت آن را کاهش می‌دهد و آن را به انرژی فشار تبدیل می‌کند. پس از افزایش فشار مورد نظر، آب از خروجی پمپ تخلیه شده و به موقعیت مورد نظر منتقل می‌شود.
به این ترتیب یک پمپ گریز از مرکز باعث افزایش فشار و پمپاژ سیالات مختلف می‌شود. به عبارت ساده، در پمپ سانتریفیوژ ، سیال یا آب به دلیل نیروی گریز از مرکز وارد بر این سیالات یا آب تا ارتفاع معینی بالا می‌رود. بنابراین این پمپ به عنوان پمپ گریز از مرکز شناخته می‌شود و این یک اصل کامل کار پمپ گریز از مرکز است.
مزایای پمپ سانتریفیوژ
- از آنجایی که آب بندی درایو وجود ندارد، بنابراین نشتی در پمپ وجود ندارد
- می تواند مایعات خطرناک را پمپاژ کند
- تلفات اصطکاکی بسیار کمتری وجود دارد
- تقریباً بدون سر و صدا وجود دارد
- پمپ تقریبا 100% راندمان داشته است
- پمپ گریز از مرکز نسبت به سایرین کمترین سایش را دارد
- بین محفظه پمپ و موتور شکاف وجود دارد، بنابراین انتقال حرارت بین آنها وجود ندارد
- به دلیل شکاف بین محفظه پمپ و موتور، آب نمی تواند وارد موتور شود
- پمپ گریز از مرکز از کوپلینگ مغناطیسی استفاده می کند که در بار زیاد شکسته می شود و خطر آسیب دیدن موتور را از بین می برد.
معایب پمپ سانتریفیوژ
- به دلیل مقاومت مغناطیسی، مقداری تلفات انرژی وجود دارد
- بار سنگین غیرمنتظره ممکن است باعث لیز خوردن کوپلینگ شود
- ذرات آهنی در مایع زمانی که از درایو مغناطیسی استفاده می کنید مشکل ساز هستند. زیرا ذرات در پروانه جمع می شوند و پس از مدتی باعث توقف پمپ می شوند
