اصطکاک پمپ

اصطکاک پمپ

اصطکاک در پمپ چيست ؟ (what does friction mean in pump?)

اصطکاک پمپ

اصطکاک هميشه حتی در سيالات وجود دارد اصطکاک نيرويی است که در برابر حرکت

اصطکاک

جریان

فشار

شکل1-6:اصطکاک،نیرویی که در برابر حرکت مقاومت می کند.

اصطکاک

  نیرو

 نیرو

 

 

اجسام مقاومت می کند.هنگامی که شما جسمی را روی يک سطح زبر و سخت حرکت دهيد بين آن جسم و سطح اصطکاک بوجود می­آيد. اگر شما چرخی را روی سطح قرار دهيد اصطکاک کمتر می­شود. در مورد سيالاتِ در حالِ حرکت مثل آب اصطکاک کمتر است اما در لوله های بلند اصطکاک می­تواند بیشتر شود. همچنین اصطکاک در لوله­های کوتاهی که دارای ميزان جريان بالا و قطر کم هستند نيز می­تواند زياد باشد همانند سرنگ.

اصطکاک بین لایه های در حال

حرکت در سرعت های مختلف

اصطکاک بین سیال

و سطح لوله

 شکل 2-6

در سيالات، اصطکاک بين لايه­های سيال که با سرعتهای مختلف در درون لوله درحال حرکتند رخ می­دهد. در توضیح سرعتهای متفاوت لایه­های سیال باید اضافه کرد که در مرکز لوله گرایش طبیعی سیال به سرعت گرفتن در مقایسه با دیوارۀ لوله بالاتر است. میزان اصطکاک در سيالات گرانرو (Viscous) و سيالاتی که دارای ذرات معلق هستند بیشتر است.

علت ديگر اصطکاک کنش متقابل سيال با ديوارة لوله است لوله­های زبرتر اصطکاک بالاتری دارند.

اصطکاک به موارد زير بستگی دارد :

– سرعت متوسط سیال در درون لوله

– گرانروی (چسبندگی سیال)

– زبری سطح لوله

افزايش هريک از پارامترهای فوق موجب افزايش اصطکاک خواهد شد.

اگر بخواهیم به میزان دبی مورد نياز دست يابیم به انرژی برای غلبه بر کل هدررفت ناشی از اصطکاک در سيستم نیاز داریم؛ این انرژی توسط پمپ تامين می­شود. در سيستم­های صنعتی معمولاً اصطکاک بخش عمده­ای از انرژی خروجی پمپ را به خود اختصاص نمی­دهد. درسيستم های معمولی اصطکاک در حدود 25 درصد از کل انرژی را به خود اختصاص می­دهد و در صورتی که مقدار آن بیشتر از 25 درصد باشد می­بایست سیستم را مورد بررسی قرار دهیم تا از کم قطر نبودن لوله­ها مطمئن شویم. با اين حال تمام سيستم­های پمپاژ با یکدیگر متفاوت هستند. دربرخی از سيستم­ها، انرژی اصطکاک ممکن است 100 درصد انرژی پمپ را به خود اختصاص دهد و اين همان چيزی است که سيستمهای پمپاژ را جذاب می­کند آری پمپها موارد کاربردی بی­شماری دارند. در سيستم های خانگی اصطکاک ممکن است مقدار بيشتری از انرژی خروجی پمپ را به خود اختصاص دهد، شايد حدود %50 از کل انرژی، به این دلیل که لوله­های کم قطر نسبت به لوله­های قطورتر اصطکاک بيشتری توليد می­کنند.

علت ديگر اصطکاک فیتینگ­ها (Fitings) هستند (منظور از فیتینگها زانویی­ها، انواع سه ­راهی­ها و نظایر اینها است) که برای رساندن سیال از نقطۀ A به نقطۀ B به آنها نیاز است. هر یک از این فیتینگ­ها تأثير خاصی بر جريان یکنواخت سيال دارند. به طور مثال در موردی نظیر زانویی (شکل3- 6) آن قسمتی از جریان یکنواخت سیال که به شعاع داخلی زانویی نزدیکتر است در هنگام حرکت از سطح لوله تشکیل گرداب­های کوچکی می­دهد و این گرداب ها انرژی را مصرف می­کنند. میزان هدررفت انرژی در یک زانویی ناچیز است اما اگر چندین زانويی­ و اتصالات دیگر استفاده شود میزان هدر رفت انرژی قابل توجه خواهد بود. به طورکلی می­توان گفت که فیتینگ­ها با توجه به طول لوله بیشتر از30 درصد از اصطکاک کل
را تشکيل نمی­دهند.

شکل3-6:الگوهای خط جریان برای اتصالات عمومی نظیر زانویی و سه راهی

6-3 انرژی و هد در سيستم­های پمپاژ(Energy & head in pumping system) در اصطکاک پمپ

انرژی و هد (Head) دو اصطلاح هستند که غالباً درسيستم­های پمپاژ استفاده می­شوند. از انرژی برای توصیف حرکت سیالات در سیستمهای پمپاژ استفاده می­شود به این دلیل که اين روش بسيار ساده تر از هر روش ديگری است. در سيستم های پمپاژ چهار شکل انرژی وجود دارد: فشار، ارتفاع، اصطکاک و سرعت.

به دلیل سیالی که مخزن را به طور کامل پر می­کند فشار در ته مخزن تولید می­شود وزن سیال نیرویی را تولید می­کند که در طول سطح تحت فشار توزیع می­شود. اين نوع فشار، فشار استاتيک ناميده می­شود. انرژی فشاری، انرژی­ای است که در زمانی که ذرات مايع يا گاز به آرامی به هم نزدیک می­شوند تولید می­گردد. يک مثال خوب در اين مورد کپسول آتش نشانی است کار کپسول آتش نشانی اين است که مايع را به مخزن انتقال داده سپس آن را تحت فشار قرار می­دهد و هنگامي که مخزن بسته شود انرژی فشاری برای استفاده بعدی در دسترس است.

هر گاه شما در درون یک ظرف سیالی داشته باشید هر چند که آن سیال تحت فشار نباشد فشار در ته مخزن به دلیل وزن مایع وجود دارد که به عنوان فشار استاتيک شناخته می­شود.

انرژی ارتفاع، انرژی­ای است که در سیال زماني که در يک ارتفاع خاص است، موجود است. اگر اجازه دهيم که سیال در چنين شرايطی تخليه گردد، می­تواند چیزی نظیر توربين را که مولد برق است به حرکت درآورد.

انرژی اصطکاکی، انرژی­ای است که با توجه به حرکت مايع در درون لوله­ها و اتصالات سيستم، در محیط تحلیل می­رود.

استاتیک

انرژی سرعت (انرژی جنبشی)، انرژی­ای است که اجسام درحال حرکت دارا هستند. هنگامي که يک بازیکن بیسبال توپ را پرتاب می­کند به آن انرژی جنبشی وارد می­کند و هنگامی که آب از شلنگ بيرون می­آيد دارای انرژی سرعتی است.

شکل 4-6:رابطه بین ارتفاع،فشار و سرعت

دینامیک

در شکل بالا یک دوچرخه سوار در بالای تپه، يک مخزن پر از آب و یک لولۀ پر از آب را می­بینید. مخزن، فشار را در انتها فراهم می­نماید و همینطور نيز لوله. این دوچرخه سوار دارای انرژی ارتفاع است و به محض اینکه حرکت کند از آن استفاده خواهد کرد.

به محض اینکه ما شير را در ته تانکر باز می­کنيم سيال تانکر را با سرعت معين ترک می­کند در اين مورد انرژی فشاری به انرژی جنبشی تبديل شده است. در لوله نيز همين مسئله رخ می­دهد. در مورد دو چرخه سوار انرژی ارتفاع به تدريج تبديل به انرژی جنبشی می­شود.


سه شکل انرژی: ارتفاع، فشار و سرعت در سیالات متقابلاً روی يکديگر اثر می­گذارند. برای اجسام جامد، هيچ نوع انرژی وجود ندارد زيرا آنها نمی­توانند به سمت بیرون پهن بشوند و همانند سیالات کل فضای موجود را پر نمايند بنابراين اجسام جامد در قیاس با سیالات تغيير و تحولات فشاری ندارند. انرژی­ای که پمپ بايد تامين کند انرژی اصطکاکی به علاوۀ اختلاف ارتفاعی است که سیال بايد به آن ارتفاع صعود کند که همان انرژی ارتفاع است.

انرژی پمپ = انرژی اصطکاکی + انرژی ارتفاع

شکل 5-6 :انرژی پمپ برابر است با انرژی ارتفاع به علاوه انرژی اصطکاک

ممکن است خوانندگان در حال فکر کردن به این موضوع باشند که انرژی جنبشی چطور؟ آری در صورتی که سیال خارج شونده از سیستم سرعت بالایی داشته باشد ما می­بایست آن را لحاظ کنیم اما چنین وضعیتی یک وضعیت عمومی نیست و ما می­توانیم در سیستمهای مورد بحث در این کتاب آن را نادیده بگیریم. در ادامه به تفاضل انرژی جنبشی می­پردازیم (پرداختن به انرژی جنبشی و میزان سرعت سیال اهمیت ثانویه دارد). در شکل 5-6، سرعت در نقاط ا و 2 نتيجة موقعيت ذرات سيال در نقاط  1 و 2 به علاوۀ عملکرد پمپ است. اختلاف بين ميزان اين دو انرژی جنبشی همان نقصان انرژی است که پمپ بايد تامين نمايد اما همانطور که شما می­بينيد، سرعت اين دو نقطه بسيار کم است.

در مورد هد [Head] چطور؟ در واقع هد شيوه­ای برای ساده کردن استفاده از انرژی است. برای استفاده از انرژی ما بايد وزن اجسامی را که جابجا می­شوند بدانيم.

انرژی ارتفاع E.E :وزن اجسام [W] ضربدر مسافت [d] است :

EE=W d                                  [1-6]

انرژی اصطکاکی [FE برابر است با نيروی اصطکاک [Fضربدر فاصله­ای که سیال جابجا شده است یا طول لوله  L:    FE=F  L                                [ 2-6]

هد به عنوان انرژی تقسيم بر وزن تعریف شده است و يا مقدار انرژی­ای که برای جابجايی يک جسم استفاده شده است تقسيم بر وزن آن جسم. با استفاده از انرژی ارتفاع، هد ارتفاع EH به دست می­آید:

EH=W    =d                   [ 3-6]

با استفاده از انرژی اصطکاکی، هد اصطکاک FH به دست می­آید که برابر است با انرژی اصطکاک تقسيم بر وزن مايع جابجا شده :

FH = FE/W = F × L / W          [ 4-6]

نيروی اصطکاک [F] به پوند و وزن [w] نيز به پوند محاسبه می­شود به همین دلیل واحد هد اصطکاک، فوت است. هد اصطکاک نشان دهندۀ ميزان انرژی­ای است که پمپ بايد برای غلبه بر اصطکاک فراهم نمايد.

حتماً فکر می­کنيد اين مسئله هيچ  مفهومی ندارد چگونه مقياس فوت می­تواند بيانگر انرژی باشد؟

اگر يک لوله به سمت تخلية پمپ متصل باشد مايع در لوله تا ارتفاعی معادل با فشار تخليه پمپ، بالا می­رود. بخشی از ارتفاع سیال در لوله ناشی از ارتفاع صعود مورد نياز یا همان هد ارتفاع است و بخش ديگر متأثر از هد اصطکاک است. همانطور که می­بینید هر دو بر حسب فوت بيان شده­اند و به این ترتیب است که می­توانيد آنها را اندازه­گيری نمايید.

هد

اصطکاک

شکل6-6:اندازه گیری هد ارتفاع و هد اصطکاک

ارتفاع

  

6-4 هد استاتيک (Static head) در اصطکاک پمپ

تعريف دیکشنری وبستر برای واژۀ هد چنین است: ” یک جرم آب که در يک مخزن و در ارتفاع نگه داشته شده است. “

شکل 7-6

هد در سيستم بریتانیایی بر حسب فوت و در سيستمهای متریک برحسب متر بيان می­شود علت استفاده از فوت و متر این است که ارتفاع و وزن سیال در نقطۀ پایینی تولید فشار می­کنند و هر چه مخزن مرتفع­تر باشد فشار نیز بیشتر خواهد بود.

شکل 8-6:فشار وابسته به ارتفاع سطح مایع است.

آب    20 فوت

آب       15 فوت

آب      10 فوت

8/6  psi

6/5psi

4/3psi

مقدار فشار در ته مخزن مستقل از شکل آن است و در صورتی که سطح سیال یکسان باشد فشار در کف نیز برابر خواهد بود. اهمیت دانستن این موضوع این است که در سيستم­های پایپینگ پيچيده اگر ارتفاع را بدانيم در آن صورت می­توانيم فشار انتهای مخزن را نيز به دست آوريم (به تصویر 9-6رجوع شود).

شکل 9-6:سطح فشار انتهای یک مخزن بستگی به ارتفاع سطح سیال دارد.

 

هنگامی که از يک پمپ برای جابجايی سیال به سطح بالاتر استفاده می­شود معمولاً پمپ در نقطة کم ارتفاع­تر و يا نزديک به آن قرار می­گيرد. هد مخزن که هد استاتیک ناميده می­شود فشاری در پمپ توليد می­کند که پمپ بايد همزمان با شروع کار بر آن غلبه يابد.

برای تمايز قائل شدن میان انرژی فشاری­ای که توسط مخزن تخليه و مخزن مکش توليد شده هد سمت تخليه را هد استاتيک تخليه و هد سمت مکش را هد استاتیک مکش می­ناميم (به شکل10- 6رجوع کنید).

هد استاتیک 

(فشار استاتیک)

هد ایستایی تخلیه   

شکل 10-6:هد استاتیک در پمپ به هنگام پربودن مخزن مکش

هد تخلیه

معمولاً سیال از یک مخزن مکش به یک مخزن تخليه جابجا می­شود سيال مخزن مکش انرژی فشاری را برای پمپ تامين می­نمايد و این انرژی فشاری به پمپ کمک می­کند. می­خواهیم بدانیم که چه مقدار انرژی فشار بايد توسط خود پمپ فراهم گردد. از اين رو انرژی فشاری­ای که توسط مخزن مکش فراهم می­شود را کم می­کنیم پس هد استاتيک تفاضل ارتفاع سطح سيال در مخزن تخليه و سطح سيال در مخزن مکش است. گاهی به فشار استاتيک فشار استاتيک کل نيز گفته می­شود تا نشان داده شود که انرژی فشاری موجود در هر دو طرف پمپ لحاظ شده است (شکل 10-6 ).

هد ایستایی

تخلیه

هد استاتیک

(فشار استاتیک)


ازآنجا که یک اختلاف ارتفاع بين فلنجهای مکش و تخليه و يا اتصالات يک پمپ موجود است به شکل قراردادی تصميم گرفته شده است که هد استاتيک بر حسب ارتفاع فلنج مکش اندازه گيری شود (شکل 11-6).

هد تخلیه

شکل11-6

شکل12-6:هد استاتیک در یک پمپ که انتهای لوله تخلیه آن به جو باز می شود.

هد تخلیه

هد ایستایی

(فشار استاتیک)

هد ایستایی تخلیه  

درصورتی که انتهای لوله به جَو باز شود فشار استاتيک بر حسب انتهای لوله اندازه­گيری می­ – شود.

(شکل 12-6).گاهی اوقات انتهای لوله تخليه در سیال فرو می­رود (مثل شکل12-6) در نتیجه هد استاتیک برابر با تفاضل ارتفاع سطح سیال در مخزن تخلیه و سطح سیال در مخزن مکش خواهد بود. ازآنجا که سيال سيستم، محیط پیوسته­ای دارد و تمام ذرات سيال از طريق فشار به هم متصل هستند، ذرات سيالی که در سطح مخزن تخليه  قرار دارند، در فشار تولید شده در سمت تخليه پمپ دخیل خواهند بود. بنابراين بلندترين سطح تخليه، این ارتفاع است که بايد برای محاسبة هد استاتيک در نظر گرفته شود. در صورتی که انتهای لولۀ تخلیه در سیال فرو رفته است از این اشتباه که از ته لولۀ تخلیه به عنوان ارتفاع صعودی سیال برای محاسبۀ هد استاتیک استفاده کنید بپرهیزید.

هد ایستایی

(فشار استاتیک)

نکته: اگر انتهای لوله تخليه در سیال فرو رفته است پس يک شير اطمینان در سمت تخليه پمپ لازم است تا به هنگام توقف پمپ از برگشت جريان جلوگيری نمايد.

شکل13-6:در این حالت ارتفاع انتهای لوله تخلیه برای محاسبه هد استاتیک درست فرض شده است.

 

 

 

نادرست

شکل 14-6:اختلاف ارتفاع برای محاسبه هد استاتیک اشتباه فرض شده است.

 

 شما می­توانيد هد استاتيک را با بالا بردن سطح مخزن تخليه(به فرض اينکه انتهای لوله در سیال فرو رفته باشد) يا مخزن مکش و يا هر دو تغيير دهيد. همه اين تغييرات میزان دبی را تحت تاثير قرار دهند.

توجه کنید:

برای اينکه به درستی هد استاتيک را تعيين نمائيم بايد ذرات سیال را از ابتدا تا انتها دنبال کنيم. نقطۀ شروع تقریباً هميشه سطح سیال در مخزن مکش است که ارتفاع ورودی ناميده شده است. انتهاء جایی خواهد بود که شما با یک محیط فشار ثابت نظیر جَو باز مواجه می­شويد. اين نقطه، انتهای ارتفاع تخلیه يا همان ارتفاع خروجی است. همچنين هد استاتيک می­تواند منفی باشد به این دلیل که ارتفاع خروجی ممکن است گاهی پائين­تر از  ارتفاع ورودی باشد.

میزان دبی به اختلاف ارتفاع يا هد استاتيک بستگی دارد:

در سيستم­های مشابه، میزان دبی با توجه به هد استاتيک متفاوت خواهد بود. اگر ارتفاع انتهای لوله بالا باشد میزان دبی پائين خواهد بود . اين وضعیت را با وضعیت یک دوچرخه سوار بر روی تپه­ای سر بالا با شیب ملایم مقایسه­ کنيد. سرعت این دوچرخه سوار متناسب با مقدار انرژی­ای است که او می­تواند برای غلبه بر اصطکاک میان چرخ و جاده و همچنین اصطکاک ناشی از تغییر ارتفاع بدست آورد.

شکل فشار استاتیک مثبت که فشار را در سمت تخلیه پمپ ایجاد می نماید

شکل 15-6:تأثیر ارتفاع انتهای لوله بر روید دبی پمپ

در صورتی که سطح سیال در مخزن مکش و انتهای لولة تخليه در ارتفاع يکسانی باشند هد استاتيک برابر با صفر خواهد بود و میزان دبی محدود به اصطکاک موجود در سيستم خواهد شد. چنین وضعیتی با وضعیت يک دوچرخه سوار در يک جادۀ صاف همانند است؛ سرعت دوچرخه سوار بستگی به ميزان اصطکاک بين چرخها، جاده و مقاومت هوا دارد. (شکل 16-6)

شکل 16-6:زمانی که هد استاتیک صفر است میزان دبی محدود به اصطکاک سیستم می شود.

 فشار استاتیک صفر

در شکل 17-6 انتهای لوله تخليه تا جایی که جريان متوقف گردد بصورت عمودی بالا رفته است. این پمپ نمی­تواند سيال را بالاتر از اين نقطه ببرد و فشار تخليه در بالاترين حد خود (ماکسيمم) است مشابه همین وضعیت، دوچرخه سوار حداکثر نيرو را به پدال وارد می­آورد بدون اینکه حرکتی کند.

هنگامی که جریان متوقف می شود تخلیه در بالاترین حد از ارتفاع است فشار نیز در تخلیه پمپ به ماکسیمم درجه خود رسیده است

شکل 17-6:دبی پمپ در حداکثر فشار خروجی برابر با صفر است.

اگر انتهای لوله تخليه پائين­تر از سطح سیال در مخزن مکش باشد هد استاتيک منفی و میزان دبی نيز بالا خواهد بود (به تصویر 18- 6رجوع کنید). اگر مقدار هد استاتيک منفی زیاد باشد ممکن است به پمپ نيازی نباشد زیرا انرژی­ای که بوسيله اختلاف ارتفاع بدست آمده است برای حرکت سيال در درون سيستم بدون اینکه پمپی استفاده شود کافی است (مشابه عملکرد سیفون که در فصل دوم به آن اشاره شد). در مقایسه با اين وضعیت، همانطور که دوچرخه سوار از تپه پايين می­آيد انرژی ارتفاع ذخيره شده خود را از دست می­دهد زیرا که این انرژی به صورت افزاینده در حال تبدیل و انتقال به انرژی جنبشی است تا جایی که دوچرخه سوار در پایین­ترین نقطۀ شیب، سریع­تر حرکت می­کند.

فشار استاتیک منفی می تواند به پمپ   کمک کند

شکل 18-6:هد استاتیک منفی،میزان دبی را افزایش می دهد.

 

پمپ ها اغلب با توجه به هد و دبی دسته بندی می­شوند. در شکل 17- 6انتهای لولة تخليه تا ارتفاعی که در آن جريان متوقف می­شود بالا برده شد که برابر است با هد پمپ در دبی صفر. ما اين اختلاف ارتفاع را برحسب  فوت اندازه گيری می­کنيم (شکل 18-6). هد بسته به میزان دبی تغییر می­کند اما در اين مورد چون دبی صفر است نتیجتاً اصطکاکی نيز وجود ندارد؛ پس هد این پمپ حداکثر ارتفاعی است که سيال می­تواند با توجه به سطح مخزن مکش بالا برود. از آنجا که میزان دبی صفر است هدی که این پمپ تولید می­کند (هد کل نیز نامیده می­شود) برابر با هد استاتيک است-در ادامه توضيحات تکمیل کننده در اين زمینه ذکر شده است.

هد ایستایی

مکش

هد ایستایی

 تخلیه

شکل19-6:بالاترین حد ممکن برای هد کل یک پمپ

هد کل

 

 در اين حالت، پمپ حداکثر فشار خود را ارائه خواهد کرد. همانطور که در شکل19-6می بينيد اگر انتهای لوله پايين بيايد دبی پمپ افزايش خواهد يافت و هد (که هد کل نیز نامیده می­شود) به اندازه­ای که مطابق با دبی است کاهش خواهد یافت. چرا؟ اجازه بدهید از نقطه­ای که در آن دبی صفر است و انتهای لوله در بالاترین حد ارتفاع است شروع کنیم و انتهای لوله را پایین­تر بیاوریم تا جریان آغاز شود. با موجود شدن جریان می­بایست اصطکاک نيز وجود داشته باشد، انرژی اصطکاکی از بالاترین حد ممکن هد کل کم شده است(به این دلیل که در محیط تحلیل رفته است) و هد کل کاهش یافته است. همزمان هد استاتیک هم که کاهش یافته است بیشتر هد کل را کاهش می­دهد.

سرعت جریان

فشار اصطکاک

فشار ایستایی

شکل 20-6:تغییرات هد کل در مقایسه با ارتفاع انتهای لوله با هد استاتیک

هنگام خريد پمپ، حداکثر هد کلی را که پمپ می­تواند تحويل دهد معین نکنيد و به جای آن هد کل را با توجه به ميزان دبی مورد نياز خود مشخص کنيد. اين هد وابسته به حداکثر ارتفاع مورد نياز شما با توجه به سطح سیال در مخزن مکش و هدررفت اصطکاکی سیستم است.

به عنوان مثال اگر پمپ شما برای يک وان حمام در طبقة دوم استفاده می­شود شما به هد کافی برای رسيدن به آن سطح نياز داريد که همان هد استاتيک شما خواهد بود به علاوه به یک مقدار اضافی هم برای غلبه بر هدررفت اصطکاکی که در درون لوله­ها و اتصالات ايجاد می­شود نیاز دارید. فرض کنيد می­خواهيد خيلی سريع وان حمام را پر از آب نمائيد در نتیجه شيرهای آب حمام کاملاً باز خواهند شد و هدررفت اصطکاکی یا مقاومت بسیار کمی را بروز خواهند داد. اگر بخواهيد با استفاده از یک سردوش، وان را پر کنيد برای تدارک همان مقدار جریان (دبی) به یک پمپ با هد بیشتر نياز خواهید داشت به این دلیل که سردوش مرتفع­تر است و مقاومت بیشتری در مقایسه با شیرهای وان بروز می­دهد.

خوشبختانه پمپ های سانتريفيوژ در اندازه و مدلهای مختلف وجود دارند و شما نمی­توانيد انتظار داشته باشيد که هد پمپی که خریداری می­کنید دقيقاً مطابق با میزان دبی مورد نظر شما باشد و احتمالاً باید پمپی خريداری نمائيد که تا اندازه­ای هد و دبی بيشتری نسبت به آنچه مورد نياز شما است فراهم آورد و دبی را با استفاده از شیرهای مناسب تنظیم نمایید.

نکته: می­توانید با افزايش سرعت يک پمپ يا قطر پروانه و يا هر دو به هد بيشتری دسترسی پیدا کنید. عملاً مصرف­کنندگان خانگی نمی­توانند این تغییرات را اعمال کنند و برای دستیابی به هد کل بالاتر می­بایست یک پمپ جدید خریداری کنند.

میزان دبی وابسته به اصطکاک است.

در سيستم­های یکسان، میزان دبی با تغییر اندازه و قطر لولۀ تخليه تغییر می­کند. يک سيستم با يک لولۀ تخلية قطور میزان دبی بالایی خواهد داشت. به عنوان مثال وقتی شما از يک لوله تخليۀ قطور در يک مخزن استفاده می­کنيد تخليه خيلی سريع انجام می­گيرد.

تخلیه سریع

لوله بزرگ

جریان بالا

اصطکاک کم

شکل 21-6:یک لوله  قطور اصطکاک کمتری ایجاد می کند.

 

وقتی لوله کوچکتر است دبی نيز کمتر است. چگونه پمپ خودش را با قطر لوله تنظیم می­کند درحالی که نمی­داند چه قطر لوله­ای نصب خواهد شد؟ پمپی که شما نصب می­کنيد برای توليد یک نرخ جریان مشخصه و متوسط در سیستمهایی که دارای لوله­هايی در اندازۀ مطابق با آن هستند طراحی شده است.

اندازۀ پروانه و سرعت آن، زمينه را برای پمپ فراهم می­کند تا مایع را در نرخ جریان (دبی) مشخصه پمپاژ کند. اگر شما سعی کنيد همین جريان مشخصه را به درون يک لولۀ کوچک برانید فشار تخليه افزايش يافته و میزان جريان (دبی)کاهش خواهد يافت. به همين نحو اگر يک مخزن را با يک لولۀ باریک تخليه نمایيد مدت زمانی طول می­کشد تا تخليه انجام شود.

شکل22-6:یک لوله باریک اصطکاک زیادی ایجاد می کند.

تخلیه ارام

لوله کوچک

جریان کم اصطکاک بالا

هنگامی که طول لولة تخليه زياد است اصطکاک بالا می­رود و میزان دبی کم می­شود (شکل 23-6). وقتی که طول لوله کوتاه است، اصطکاک پائين می­­آید و میزان دبی بیشتر می­شود (شکل24-6).

23-6:لوله بلند اصطکاک زیادی تولید می کند.

لوله بلند

اصطکاک زیاد جریان کم

 

 

لوله کوتاه

اصطکاک کم

جریان بالا

24-6:لوله کوتاه اصطکاک کمی  تولید می کند.

  

6-5-1 مؤلفه­های هد کل(The component of total head)

هد کل، مقياس اندازه­گيری توان پمپ در راندن سیال به درون یک سیستم است. هد کل نسبت تفاضلی فشار بین تخلیه و مکش پمپ است. استفاده از تفاضل فشار به عنوان مبنا مفیدتر از مبنا قرار دادن فشار تخلیه است. به این دلیل که هد کل را از سطح فشار در مکش پمپ مستقل می­سازد و بنابراین هد کل مستقل از چهارچوب هر نوع سیستمی می­شود. به دلیل همین مستقل بودن و غیر وابسته بودن هد کل به یک نوع سیستم خاص، هد کل را در تمام منحنی­های عملکرد پمپ در محور Y نشان می­دهند. رابطۀ یک سیستم عمومی که دارای تک خروجی و تک ورودی باشد از این قرار است:

معادلات(الف5-6 (و (ب5 -6 ( راههای متفاوت نگارش معادله )5-6 ( با استفاده از اصطلاحات رایج در صنعت پمپ هستند. در این قسمت  هر کدام از اين اصطلاحات را با جزئيات­شان بيان می­کنیم.

6-5-2 هد استاتیک کل (DHTS) ،(Total static head)

هد استاتیک کل، تفاضل هد استاتیک تخليه و هد استاتیک مکش است. یا تفاضل میان ارتفاع خروجی به علاوۀ هد فشار خروجی و ارتفاع ورودی به علاوۀ هد فشار است. همانطور که در معادلۀ6-6الف بیان شده است:

و ، به ترتيب هد فشار در نقاط 2 و 1 هستند. برخی هد ارتفاع را با هد فشار جمع می­کنند و بعضی ديگر نه. ما از روش اول استفاده خواهیم کرد، اما در هر صورت هد فشار بايد در نظر گرفته شود. هد استاتیک تخليه (D ) در موارد نرمال مثبت است (با فرض اينکه 0 = ) به این دلیل که يک سيال معمولاً به ارتفاع بالاتر پمپاژ می­گردد. با اين حال ندرتاً ممکن است که منفی باشد (برای مثال در مواردی که انتهای لوله تخليه، پايين تر از خط مرکز پمپ باشد) که در اين صورت کل سیستم می­بایست مورد ارزیابی قرار گیرد تا معلوم شود که آیا پمپ نیاز است یا نه.

هد استاتیک مکش ( ) بسته به اينکه خط مرکز پمپ زيرسطح سيال در قسمت مکش و يا بالاتر از آن باشد و  نيز بسته به مقدار هد فشار سطح سيال در مخزن مکش( )  می تواند مثبت يا منفی باشد.

فشار ایستایی مکش

فشار ایستایی تخلیه الکتریکی

فشار ایستایی کل

شکل 25-6:رابطه بین هدهای مختلف در یک سیستم پمپاژ

6-5-3 هد استاتیک مکش (  (Suction static head/

هد استاتیک مکش مجموع هد فشار و ارتفاع در ورودی سيستم، منهای ارتفاع خط مرکز پمپ است که درمعادله (7-6) بيان شده است. ورودی سيستم در نقطه 1 واقع شده است که همان سطح سيال در مخزن مکش است و     هد فشار در سطح سيال مخزن مکش است. اگر مخزن رو به اتمسفر باز باشد  0=   خواهد بود.

چيدمان­های عمومی پمپاژ در تصوير25- 6نشان داده شده است در تصویر A مکش پمپ تحت فشار مثبت قرار دارد و در تصویر B احتمالاً تحت فشار نسبی منفی در نقطه B است.

هد استاتیک مکش در هر دو مورد (تصویر A و B) عبارت است از:

] 7-6 [

 

شکل 26-5،هد استاتیک مکش

و کشش استاتیک مکش

 

مخزن مکش

شکل B31 وضعیتی رانشان می­دهد که پمپ می­بایست سيال را به بخش مکش بالا بکشد. این هد مکش (منظور هد مکش در تصویر B است) به عنوان بالا کشیدن مکش (Suction Lift)توصیف می­شود. اين هد (منظور هد در تصویر B) معمولاً با توجه به فشار اتمسفری منفی است زیرا که نتیجۀ جمله­وارۀ ریاضی –  منفی است (با اين فرض که 0=  يا با فشار اتمسفری یکسان است.)

شکل 26-6:هد استاتیک مکش( A  ) و کشش استاتیک مکش(B  )

 

 

6-5-4 خالص هد مثبت و در دسترس در قسمت مکش  (N.P.S.H.A)

(Net positive suction head availed)

خالص هد مثبت و در دسترس در قسمت مکش پمپ (از این پس به دلیل رعایت اختصار از N.P.S.H.A استفاده خواهیم کرد)کل انرژی در هر واحد وزن يا هد در فلنج مکش پمپ است که کمتر از هد فشار بخار سيال است. اين یک تعريف پذیرفته شده است که توسط کتابهای استاندارد انستیتو هيدروليک انتشار یافته است (به وب سايت www.pumps.org مراجعه کنيد). انستيتیو هيدروليک سازمانی است که به تنظيم و ترويج استفاده از استاندارد های رايج در کل صنعت پمپ در ايالات متحده می­پردازد. اصطلاح خالص، اشاره به هد فعلی در فلنج مکش پمپ دارد زيرا مقداری از انرژی قبل از مکش توسط اصطکاک به تحلیل رفته است.

چرا به محاسبه N.P.S.H.A نياز داريم؟ زيرا مقدار آن برای جلوگيری از کاويتاسيون سيال مورد نياز است. اگر هد در بخش مکش بالاتر از هد فشار بخار سيال باشد  از کاويتاسيون جلوگيری خواهد شد. علاوه براين، سازندگان پمپ به منظور تضمين عملکرد مناسب پمپ به مقدار حداقلی از خالص هد مثبت در قسمت مکش  N.P.S.H)  (نياز دارند که آن را خالص هد مثیت و مورد نیاز در قسمت مکش  N.P.S.H.R)  (می­نامند که منظورشان از حرف اختصاری R همان required انگلیسی به معنای مورد نياز و ضروری است. برای تعيين N.P.S.H.A، ابتدا هد فشار  را در نقطهS  محاسبه می­کنيم. یک حجم کنترل در تقاطع ورودی مکش پمپ و سطح سیال در مخزن مکش قرار داه شده است(شکل 27-6). هد فشار در نقطه S بوسيلۀ معادلۀ زیر به دست می­آید:

]8-6 [

           سطح تراز مسطح نرمال

استفاده می شودN.P.S.H برای محاسبه

شکل 27-6،استفاده از حجم کنترل برای محاسبه هد فشار در نقطه S

انرژی مشخصه يا هد  برای هر نقطۀ سيستم، حاصل جمع انرژی ارتفاع (پتانسيل)، انرژی سرعت (جنبشی) و انرژی فشاری است.  با اين رابطه بدست می­آيد :

] 9-6 [

به صورت توافقی، N.P.S.H موجود در مکش پمپ (نقطه S) براساس سطح مرجع که در خط محور بخش مکش پمپ قرار گرفته تعيين می­گردد(Z=0). علت این امر این است که در صورتی که از مرجع دیگری استفاده کنیم سطح انرژی افزایش و یا کاهش خواهد یافت و این امر به وضوح اشتباه است. بنابراين معادله (9-6) به اين صورت در می­آید:

] 10-6    [

هد   که در معادله (10-6) ارائه شده برای اینکه هد    ارائه شده در معادلۀ  (10-6) را از فوت سیال به فوت مطلق سیال تبدیل کنیم باید هد بارومتری ( ) را به آن اضافه کنیم. بنابراین معادلۀ (10-6) می­شود :

] 11-6  [

با جایگزین کردن مقدار  از معادله(8-6) در معادله (11-6) رابطۀ زیر به دست می­آید:

] 12-6[

6-6 مايعات جوشان (Boiling liquids) در اصطکاک پمپ

سیالات در صورتی که فشار ثابت باشد در دماهای مختلفی به جوش می­آیند؛ همچنین سیالات در صورتی که دما ثابت باشد در فشارهای مختلفی به جوش می­آیند (دو متغیر در جوش آمدن سیالات نقش دارند: دما و فشار). دمای مورد نیاز برای تبخیر یک سیال با توجه به فشار محیط اطراف تغییر می­کند. برای مثال آب در دمای 212  درجۀ فارنهایت در فشار محیطی psia 14.7  (فشار در سطح دریا) می­جوشد. اما برای جوشاندن آب در فشاری معادل psia 11  که همان فشار اتمسفری در ارتفاع 8500  فوتی بالای سطح دریا است به دمایی معادل 189 درجۀ فارنهایت نیاز است (این ارتفاع برابر با ارتفاع مکزیکو سیتی است).

از آنجائي که دمای نقطۀ جوش آب، در مکزيکوسيتی کمتر از شهری است که ارتفاعش نزديک به سطح دريا است آيا می­توان گفت برای پخته شدن يک تخم مرغ نيز در مکزيکوسيتی مدت زمان بيشتری لازم است؟ بله همین طور است در مکزيکوسيتی مدت زمان بيشتری برای پختن يک تخم مرغ لازم است. چرا؟ زيرا مقدار یکسانی انتقال حرارت لازم است تا تخم مرغ با قطع نظر از دمای آب به سازگاری مناسبی دست یابد و در صورتی که آب در دمای کمتری جوش بیاید انتقال مقدار حرارت لازم برای پختن تخم مرغ بیشتر طول خواهد کشید. در بیشتر مناطق آب در دمای 212  درجۀ فارنهایت که برابر با 100 درجۀ سانتیگراد است به جوش

می­آید با این حال جالب است که بدانید در مکزیکوسیتی پختن یک تخم­مرغ یک دقیقه بیشتر از سایر مناطق طول می­کشد.

به فشاری که مایع در آن به جوش می­آید فشار بخار گفته می­شود و هميشه با دمای معينی همراه است. زمانی که فشار در محيط مايع کاهش می­يابد نقطۀ جوش آن نيز کاهش می­یابد. بسياری از مايعات (مثل استون، الکل متيليک، بنزن و…) در دمای یکسان در مقایسه با آب فشار بخار کمتری دارند. از آنجا که فشار در درون يک سيستم ممکن است به شدت متغیر باشد ضروری است که فشار بخار سیال را به منظور جلوگيری از کاویتاسیون در نظر داشته باشيم. برای بسیاری از سیالات اطلاعات مربوط به فشار بخار در مقایسه با دما به آسانی در دسترس است(معمولاً جدوالی هستند که در آن دمای مايعات همراه با فشار بخار مربوط نوشته شده است)

اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ ” اصطکاک پمپ