مفهوم هد پمپ چيست ؟

مفهوم هد پمپ , همه چيز در رابطه با هد پمپ : در تعريف هد بايد بگوييم كه مقدار انرژي است كه براي جا به جايي و انتقال يك پوند سيال از يك سطح انرژي به سطوح را فراهم مي كند؛ اما تعريف هد در صنعت بر حسب فوت ( و يا متر ) است. در اين مثال توجه كنيد كه يك واحد حرارتي بريتانيا دقيقا معادل ۷۷۸ فوت پوند نيرو بر پوند جرم سيال مي باشد. زماني كه موضوع بحث هد سيالات باشد سيالي كه موضوع بحث است با توجه به زمان خاصي كه آن سيال مورد بحث است شامل سيال مايع يا گاز مي تواند كه باشد.

براي مثال با توجه به فشار و درجه حرارت اتيلن مي تواند كه به صورت مايع و يا گاز نيز باشد. در صورتي كه سيال مايع باشد اتلين به شكل خمير مورد استفاده قرار مي گيرد جهت افزايش فشار مايع انرژي مورد نياز از P1 به p2 تحت عنوان هد بيان مي شود اما در صورتي كه سيال به شكل بخار يا گاز باشد از يك كمپرسور جهت حصول همان نتايج لازم است تا استفاده شود.

بيشنر بدانيد : انواع پمپ آب

الزامات مربوط به هد در سيستم فرايندي

يك تعريف ديگر هم براي هد وجود دارد كه در واقع تعريف از هد اين كه جهت انجام يك وظيفه ويژه در داخل يك سيستم فرايندي نياز به يك انرژي ويژه است كه هد ناميده مي شود. در انتقال يك مايع از يك سطح فشار به ساير سطوح مقدار هد ( انرژي ) جهت انتقال ، فشار با سرعت نسبت مستقيم دارد و نسبت معكوس را با گراويته ويژه مايع دارد. مقايسه ستون هاي مايعاتي از آب، قلياي سوزاور Caustic و مايع نفتا در واقع از جمله روش هاي ديگر جهت بيان هد مورد نياز Naphta بوده است.

هد موجود (Head Available)(produced)

در صورتي كه يك پمپ بخواهد كه بر هد مورد نياز فرايند غلبه كند حتما بايد بتواند كه براي غلبه هدي به اندازه هد مورد نياز و يا بزرگ تر از آن را توليد كند. هيچ گونه تاثيري بر روي هد توليد شده توسط پمپ در صورت تغيير در تركيبات تشكيل دهنده مايع به وجود نمي آيد ؛ و تنها تغيير در اين صورت فقط بر روي فشار خروجي است. از همين رو هم بايد در تعريف عمل كرد هاي پمپ تغييرات هد در برابر نرخ جريان مورد بررسي قرار بگيرد تا كه عمل كرد پمپ مورد تشريح قرار گرفته شود.

هد (انرژي) توليد شده به عوامل زير بستگي دارد :

طراحي پروانه پمپ

هد توليد شده بوسيله پروانه Tip Speed افزايش پيدا مي كند كه بستگي به مواردي مثل: قطر پروانه و سرعت پمپ آن دارد.

***توجه

معمولا با كاهش نرخ جريان هد توليد شده به وسيله پروانه افزايش پيدا مي كند.

براي رسيدن به اين نكته كه چطور ممكن است كه تغييري در هد توليد شده با نرخ جريان و سرعت لبه پروانه انجام مي شود از همين رو هم بايد به دنبال اين موضوع بود كه براي مايعي كه به يك پروانه در حال چرخش مي خورد ممكن است چه اتفاقي بيفتد.

در اين باره بايد بگوييم كه دو مولفه سرعت در سيال در حركت چرخشي پروانه به وجود مي آيد. كه اين دو مولفه حركت شعاعي از مركز پروانه به بيرون و مولفه ديگر هم حركت مماسي و به صورت مماس بر قطر بيروني پروانه است. در بيان ديگر با توجه به شكل پروانه بايد به اين نكته برسيم كه در ترسيم شكل هر پروانه طراحي آن به گونه اي است كه بر روي آن قسمت هاي خاصي مي توانند به صورت اريفيسهاي معادل در نظر گرفته شوند. به طور مثال به قسمت ورودي و يا چشم پروانه، ناحيه خروجي بين هر دو تيغه، اب بند ورودي و اب بند توپي Hub Seal مي توان كه اشاره كرد.

جالب است بدانيد كه با دانستن اين مفاهيم تا حدود زيادي درك اين موضوع براي تان اسان تر مي شود؛ و به دست مي آيد كه ميزان نرخ جريان تابعي در يك سطح معين چقدر از جذر اختلاف فشار خواهد شد. در صورتي كه موضوع مورد بررسي اثر زاويه پره باشد متوجه خواهيم شد كه در جريان اسمي معمولا جريان از يك نقطه تا يك جريان تغيير بسيار كمتري را مي كند؛ اما در صورتي كه پره هاي پروانه به شكل شعاعي باشند در اين صورت است كه سرعت لبه به وسيله قطر پروانه و سرعت دوراني پمپ تعريف مي شود سرعت نسبت به پره در يك نقطه از جريان اسمي، كاملا شعاعي است.

و اما سرعت مطلق در پروانه هايي كه پره هاي آن ها به شكل شعاعي هستند، حاصل جمع دو بردار مي باشد. معمولا سرعت لبه در جريان هاي كمتر، ثابت مي ماند و از مسير و جهت پره هاي شعاعي سرعت نسبي تبعيت كرده و علي رغم مقدار سرعت نسبي بزرگي بردار سرعت ثابت باقي مي ماند.

و از آن جايي كه به وسيله پره انرژي تواليد شده حاصل سرعت لبه ( تغيير داده نشده ) و سرعت مماسي ( تغيير داده نشده ) مي باشد براي همين هم انرژي توليد شده در ناحيه پره هاي شعاعي پروانه اساسا همان مقدار باقي مي ماند؛ و براي همين هم نسبت به پروانه شكل منحني با پره غير شعاعي يك نواخت تر خواهد بود. يكي از علت هاي ايجاد منحني اثرات حاصل از اصطكاك است كه از نقطه جريان هاي بالا به سمت جريان هاي پائين و كم افزايش پيدا مي كند اما براي پروانه هاي بدون پره شعاعي اين اثرات افزايش انرژي كمتري را ايجاد خواهند كرد.

در يك پروانه افزايش و بالارفتن هد از نقطه طراحي تا نقطه توقف با پره هاي شعاعي معمولا هميشه كمتر از ۵% است؛ و از ان جايي كه محل تقاطع منحني مقاومت سيستم ( هد مورد نياز ) نقطه كاركرد هر پمپ ديناميكي است براي همين هم منحني عمل كرد پمپ است. مهم ترين نكته اي كه بسيار ضروري است با توجه به اين كه در پمپ چه نوع مايعي مورد استفاده قرار مي گيرد، براي سيالات مختلف در يك نرخ جريان سرعت نسبي پره ثابت و در داخل پروانه هيچ تغييري را نخواهد كرد ؛ و مهم ترين علت هم به خاطر غير قابل تراكم بودن مايعات است. از اين رو هد توليد شده در يك پمپ سانتريفوژ و در يك جريان ثابت خواهد ماند.

در اين مبحث هم مي خواهيم كه به بحث در باره الگوي جريان بين هر دو پرده و در حالتي كه پره هاي پروانه از نوع غير شعاعي هستند بپردازيم. معمولا در پروانه هاي پمپ هاي سانتريفوژژ بيشتر از اين مدل پروانه استفاده مي شود.

تابعي از قطر پره و سرعت چرخشي پره، در واقع سرعت لبه تيغه ) U ( مي باشد. در نقطه خروجي پروانه سرعت نسبي پره تابعي از سطح بين پره ها ، نرخ جريان در آن ، سطح و زاويه پره مي باشد. مجموع اين دو سرعت ، برآيند و يا سرعت مطلق ، مقدار ( بزرگي ) و جهت مايعي را كه از پره خارج مي شود را تعريف مي كنند.

نقطه كاركرد (The Operating Point)

نقطه تعادل بين هد توليد شده به وسيله هر پمپ و هد مورد نياز فرايندي است كه پمپ در ان كار مي كند را نقطه كاركرد مي گويند.

پمپ هاي سانتريفوژ

در صورتي كه بخواهيم تا مقاومت سيستم را به شكلي تغيير دهيم كه از پروانه جريان عبوري كاهش پيدا كند در اين صورت مي توانيد متوجه شويد كه با بررسي مثلث سرعت خروجي چه تغييراتي مي تواند رخ دهد. در صورتي كه سرعت به طور ثابت باشد مشاهده خواهيم كرد كه تغييري در لبه به وجود نخواهد آمد با وجود اين كه در اثر عبور جريان كم از درون يك ناحيه سرعت نسبي پره ثابت بين پره ها كاهش خواهد يافت ؛ اما اگر كه براي به دست آوردن سرعت مطلق با يكديگر بردار هاي سرعت را جمع كنيم در اين صورت مي توان ديد كه تصوير سرعت مماسي بر روي محور x بزرگ تر از مقدار آن در نقطه اسمي اصلي مي باشد زيرا كه زاويه اي كه مايع پره را ترك مي كند كاملا كم شده است.

از آن جايي كه انرژي توليد شده توسط پره متناسب با سرعت لبه وسرعت مماسي است. از همين رو هم مي توان از درون پره ها كاهش جريان را كه باعث افزايش هد سيال شده را مشاهده كرد. زماني كه از درون پره ها مايع با جريان كند تري عبور مي كند براي اين كه انرژي لازم از پره ها به دست بيايد زمان بيشتري لازم است و سطح انرژي از همين رو افزايش پيدا مي كند.

براي همين تمامي پره هاي ديناميكي و پروانه ها كه بوسيله حركت پره ها باعث افزايش انرژي سيال مي گردند، فقط دريك جريان پائين تري افزايش انرژي سيال مي تواند كه روي دهد. در صورتي كه نسبت به پره سرعت و زاويه اوليه سيال بدون تغيير باقي بماند.

افزايش هد توليد شده درنتيجه سرعت كمتر از درون يك ناحيه ثابت ( بين پره هاي پروانه ) ومدت زمان تماس طولاني تر مايع نسبت به پره روي مي دهد. ذكر اين نكته لازم است كه نقطه كاركرد به عنوان نقطه تعادل در جايي كه هد مورد نياز معادل هد توليد شده مي گردد بوده واين در مورد پمپ هاي جابه جايي مثبت و ديناميكي يك سان مي باشد. در هد توليد شده در هنگامي كه هد مورد نياز سيستم فرايند افزايش مي يابد هيچ گونه افزايش قابل توجهي ديده نمي شود. اين نيز به واسطه يك نواختي ( تختي ) منحني عمل كرد پروانه با پره شعاعي مي باشد.

پمپ هاي جابجايي مثبت

در هر پمپ منحني عمل كرد در جا به جايي مثبت و در زماني كه هد توليد شده توسط آن ها به صورت يك خط عمودي در مقابل نرخ جريان ترسيم شود به طوري كه به صورت يك خط عمودي قرار بگيرد. پس نتيجه اين كه در تعريف پمپ هاي جا به جايي مثبت ، بايد بگوييم كه دستگاهي است كه باعث ايجاد جريان ثابتي است كه توانايي توليد هد نا محدودي را دارا است و از همين رو هم تاثير مهمي نتيجه هرگونه تغيير در هد مورد نياز فرايند بر روي نرخ جريان آن نخواهد داشت.

مفهوم هد پمپ چيست ؟

مفهوم هد پمپ , همه چيز در رابطه با هد پمپ : در تعريف هد بايد بگوييم كه مقدار انرژي است كه براي جا به جايي و انتقال يك پوند سيال از يك سطح انرژي به سطوح را فراهم مي كند؛ اما تعريف هد در صنعت بر حسب فوت ( و يا متر ) است. در اين مثال توجه كنيد كه يك واحد حرارتي بريتانيا دقيقا معادل ۷۷۸ فوت پوند نيرو بر پوند جرم سيال مي باشد. زماني كه موضوع بحث هد سيالات باشد سيالي كه موضوع بحث است با توجه به زمان خاصي كه آن سيال مورد بحث است شامل سيال مايع يا گاز مي تواند كه باشد.

براي مثال با توجه به فشار و درجه حرارت اتيلن مي تواند كه به صورت مايع و يا گاز نيز باشد. در صورتي كه سيال مايع باشد اتلين به شكل خمير مورد استفاده قرار مي گيرد جهت افزايش فشار مايع انرژي مورد نياز از P1 به p2 تحت عنوان هد بيان مي شود اما در صورتي كه سيال به شكل بخار يا گاز باشد از يك كمپرسور جهت حصول همان نتايج لازم است تا استفاده شود.

بيشنر بدانيد : انواع پمپ آب

الزامات مربوط به هد در سيستم فرايندي

يك تعريف ديگر هم براي هد وجود دارد كه در واقع تعريف از هد اين كه جهت انجام يك وظيفه ويژه در داخل يك سيستم فرايندي نياز به يك انرژي ويژه است كه هد ناميده مي شود. در انتقال يك مايع از يك سطح فشار به ساير سطوح مقدار هد ( انرژي ) جهت انتقال ، فشار با سرعت نسبت مستقيم دارد و نسبت معكوس را با گراويته ويژه مايع دارد. مقايسه ستون هاي مايعاتي از آب، قلياي سوزاور Caustic و مايع نفتا در واقع از جمله روش هاي ديگر جهت بيان هد مورد نياز Naphta بوده است.

هد موجود (Head Available)(produced)

در صورتي كه يك پمپ بخواهد كه بر هد مورد نياز فرايند غلبه كند حتما بايد بتواند كه براي غلبه هدي به اندازه هد مورد نياز و يا بزرگ تر از آن را توليد كند. هيچ گونه تاثيري بر روي هد توليد شده توسط پمپ در صورت تغيير در تركيبات تشكيل دهنده مايع به وجود نمي آيد ؛ و تنها تغيير در اين صورت فقط بر روي فشار خروجي است. از همين رو هم بايد در تعريف عمل كرد هاي پمپ تغييرات هد در برابر نرخ جريان مورد بررسي قرار بگيرد تا كه عمل كرد پمپ مورد تشريح قرار گرفته شود.

هد (انرژي) توليد شده به عوامل زير بستگي دارد :

طراحي پروانه پمپ

هد توليد شده بوسيله پروانه Tip Speed افزايش پيدا مي كند كه بستگي به مواردي مثل: قطر پروانه و سرعت پمپ آن دارد.

***توجه

معمولا با كاهش نرخ جريان هد توليد شده به وسيله پروانه افزايش پيدا مي كند.

براي رسيدن به اين نكته كه چطور ممكن است كه تغييري در هد توليد شده با نرخ جريان و سرعت لبه پروانه انجام مي شود از همين رو هم بايد به دنبال اين موضوع بود كه براي مايعي كه به يك پروانه در حال چرخش مي خورد ممكن است چه اتفاقي بيفتد.

در اين باره بايد بگوييم كه دو مولفه سرعت در سيال در حركت چرخشي پروانه به وجود مي آيد. كه اين دو مولفه حركت شعاعي از مركز پروانه به بيرون و مولفه ديگر هم حركت مماسي و به صورت مماس بر قطر بيروني پروانه است. در بيان ديگر با توجه به شكل پروانه بايد به اين نكته برسيم كه در ترسيم شكل هر پروانه طراحي آن به گونه اي است كه بر روي آن قسمت هاي خاصي مي توانند به صورت اريفيسهاي معادل در نظر گرفته شوند. به طور مثال به قسمت ورودي و يا چشم پروانه، ناحيه خروجي بين هر دو تيغه، اب بند ورودي و اب بند توپي Hub Seal مي توان كه اشاره كرد.

جالب است بدانيد كه با دانستن اين مفاهيم تا حدود زيادي درك اين موضوع براي تان اسان تر مي شود؛ و به دست مي آيد كه ميزان نرخ جريان تابعي در يك سطح معين چقدر از جذر اختلاف فشار خواهد شد. در صورتي كه موضوع مورد بررسي اثر زاويه پره باشد متوجه خواهيم شد كه در جريان اسمي معمولا جريان از يك نقطه تا يك جريان تغيير بسيار كمتري را مي كند؛ اما در صورتي كه پره هاي پروانه به شكل شعاعي باشند در اين صورت است كه سرعت لبه به وسيله قطر پروانه و سرعت دوراني پمپ تعريف مي شود سرعت نسبت به پره در يك نقطه از جريان اسمي، كاملا شعاعي است.

و اما سرعت مطلق در پروانه هايي كه پره هاي آن ها به شكل شعاعي هستند، حاصل جمع دو بردار مي باشد. معمولا سرعت لبه در جريان هاي كمتر، ثابت مي ماند و از مسير و جهت پره هاي شعاعي سرعت نسبي تبعيت كرده و علي رغم مقدار سرعت نسبي بزرگي بردار سرعت ثابت باقي مي ماند.

و از آن جايي كه به وسيله پره انرژي تواليد شده حاصل سرعت لبه ( تغيير داده نشده ) و سرعت مماسي ( تغيير داده نشده ) مي باشد براي همين هم انرژي توليد شده در ناحيه پره هاي شعاعي پروانه اساسا همان مقدار باقي مي ماند؛ و براي همين هم نسبت به پروانه شكل منحني با پره غير شعاعي يك نواخت تر خواهد بود. يكي از علت هاي ايجاد منحني اثرات حاصل از اصطكاك است كه از نقطه جريان هاي بالا به سمت جريان هاي پائين و كم افزايش پيدا مي كند اما براي پروانه هاي بدون پره شعاعي اين اثرات افزايش انرژي كمتري را ايجاد خواهند كرد.

در يك پروانه افزايش و بالارفتن هد از نقطه طراحي تا نقطه توقف با پره هاي شعاعي معمولا هميشه كمتر از ۵% است؛ و از ان جايي كه محل تقاطع منحني مقاومت سيستم ( هد مورد نياز ) نقطه كاركرد هر پمپ ديناميكي است براي همين هم منحني عمل كرد پمپ است. مهم ترين نكته اي كه بسيار ضروري است با توجه به اين كه در پمپ چه نوع مايعي مورد استفاده قرار مي گيرد، براي سيالات مختلف در يك نرخ جريان سرعت نسبي پره ثابت و در داخل پروانه هيچ تغييري را نخواهد كرد ؛ و مهم ترين علت هم به خاطر غير قابل تراكم بودن مايعات است. از اين رو هد توليد شده در يك پمپ سانتريفوژ و در يك جريان ثابت خواهد ماند.

در اين مبحث هم مي خواهيم كه به بحث در باره الگوي جريان بين هر دو پرده و در حالتي كه پره هاي پروانه از نوع غير شعاعي هستند بپردازيم. معمولا در پروانه هاي پمپ هاي سانتريفوژژ بيشتر از اين مدل پروانه استفاده مي شود.

تابعي از قطر پره و سرعت چرخشي پره، در واقع سرعت لبه تيغه ) U ( مي باشد. در نقطه خروجي پروانه سرعت نسبي پره تابعي از سطح بين پره ها ، نرخ جريان در آن ، سطح و زاويه پره مي باشد. مجموع اين دو سرعت ، برآيند و يا سرعت مطلق ، مقدار ( بزرگي ) و جهت مايعي را كه از پره خارج مي شود را تعريف مي كنند.

نقطه كاركرد (The Operating Point)

نقطه تعادل بين هد توليد شده به وسيله هر پمپ و هد مورد نياز فرايندي است كه پمپ در ان كار مي كند را نقطه كاركرد مي گويند.

پمپ هاي سانتريفوژ

در صورتي كه بخواهيم تا مقاومت سيستم را به شكلي تغيير دهيم كه از پروانه جريان عبوري كاهش پيدا كند در اين صورت مي توانيد متوجه شويد كه با بررسي مثلث سرعت خروجي چه تغييراتي مي تواند رخ دهد. در صورتي كه سرعت به طور ثابت باشد مشاهده خواهيم كرد كه تغييري در لبه به وجود نخواهد آمد با وجود اين كه در اثر عبور جريان كم از درون يك ناحيه سرعت نسبي پره ثابت بين پره ها كاهش خواهد يافت ؛ اما اگر كه براي به دست آوردن سرعت مطلق با يكديگر بردار هاي سرعت را جمع كنيم در اين صورت مي توان ديد كه تصوير سرعت مماسي بر روي محور x بزرگ تر از مقدار آن در نقطه اسمي اصلي مي باشد زيرا كه زاويه اي كه مايع پره را ترك مي كند كاملا كم شده است.

از آن جايي كه انرژي توليد شده توسط پره متناسب با سرعت لبه وسرعت مماسي است. از همين رو هم مي توان از درون پره ها كاهش جريان را كه باعث افزايش هد سيال شده را مشاهده كرد. زماني كه از درون پره ها مايع با جريان كند تري عبور مي كند براي اين كه انرژي لازم از پره ها به دست بيايد زمان بيشتري لازم است و سطح انرژي از همين رو افزايش پيدا مي كند.

براي همين تمامي پره هاي ديناميكي و پروانه ها كه بوسيله حركت پره ها باعث افزايش انرژي سيال مي گردند، فقط دريك جريان پائين تري افزايش انرژي سيال مي تواند كه روي دهد. در صورتي كه نسبت به پره سرعت و زاويه اوليه سيال بدون تغيير باقي بماند.

افزايش هد توليد شده درنتيجه سرعت كمتر از درون يك ناحيه ثابت ( بين پره هاي پروانه ) ومدت زمان تماس طولاني تر مايع نسبت به پره روي مي دهد. ذكر اين نكته لازم است كه نقطه كاركرد به عنوان نقطه تعادل در جايي كه هد مورد نياز معادل هد توليد شده مي گردد بوده واين در مورد پمپ هاي جابه جايي مثبت و ديناميكي يك سان مي باشد. در هد توليد شده در هنگامي كه هد مورد نياز سيستم فرايند افزايش مي يابد هيچ گونه افزايش قابل توجهي ديده نمي شود. اين نيز به واسطه يك نواختي ( تختي ) منحني عمل كرد پروانه با پره شعاعي مي باشد.

پمپ هاي جابجايي مثبت

در هر پمپ منحني عمل كرد در جا به جايي مثبت و در زماني كه هد توليد شده توسط آن ها به صورت يك خط عمودي در مقابل نرخ جريان ترسيم شود به طوري كه به صورت يك خط عمودي قرار بگيرد. پس نتيجه اين كه در تعريف پمپ هاي جا به جايي مثبت ، بايد بگوييم كه دستگاهي است كه باعث ايجاد جريان ثابتي است كه توانايي توليد هد نا محدودي را دارا است و از همين رو هم تاثير مهمي نتيجه هرگونه تغيير در هد مورد نياز فرايند بر روي نرخ جريان آن نخواهد داشت.