Tel: 021 3390 3552 , 021 3390 1804
آخرین مقاله ها در سایت

فشار بخار و کاويتاسيون

فشار بخار و کاويتاسيون

فشار بخار و کاويتاسيون(Vapor pressure & cavitation)

7 فشار بخار و کاويتاسيون(Vapor pressure & cavitation)

فشار نزديک چشمی پروانه، کمتر از فشار در فلنج مکش پمپ است و بسته به نوع سیال و دما ممکن است برای تبخیر سیال کافی باشد. زمانی که اين اتفاق می­افتد بخار و سیال هر دو وارد پمپ خواهند شد و ظرفیت پمپ کاهش خواهد یافت. کم فشارترین نقطه نزديک چشمی پروانه در سطح پائينی پره­­ها است (به شکل 28-6نگاه کنيد) در این نقطه است که حباب­ها می­توانند تشکيل شوند. حباب­های تشکیل شده کوچک هستند به این دلیل که سيال همین که از نقطه شروع پره پروانه تا نوک آن منتقل می­شود به سرعت فشرده می­شود. اين فشرده سازی سريع حباب­ها سبب می­شود قطعه کوچکی از فلز از سطح پروانه جدا شود. این حباب­ها سریعاً در فشار بالا در نزديک نوک پره متلاشی می­شوند و باعث ايجاد سر و صدا و ارتعاش می­شوند. متلاشی شدن سريع حباب­های بخار کاويتاسيون نامیده می­شود و همراه با صدای کاملاً متمایزی است که شبيه صدايی است که توسط ميکسر سيمان ایجاد می­شود. سيستم بايد به گونه­ای طراحی شود که خالص هد مثبت و در دسترس در قسمت مکش برای جلوگیری از کاویتاسیون در شرایط کاری عادی کافی باشد.

شکل 28-6، فشار بخار در مقایسه با درجه حرارت

خط تبخیر

درجه حرارت

مایع

 فشار 

 

افزایش


برای اینکه سيال در حالت مايع باقی بماند و تبخیر نشود هد در ورودی پمپ می­بايست بالاتر از هد فشار بخار سيال باشد:

که در اینجا ، هد فشار بخار سيال است. (N.P.S.H.A) از تفاضل هد مکش پمپ( ) و هد فشار بخار حاصل می­شود:

] 13-6[ 

با جايگزين کردن مقدار   از معادله (9-5) در معادله (10-6) این رابطه بدست می­آید :

که در این معادله B H  و  Hva  در مقیاس فوت سیال هستند.

غالباً فشار بخار و فشار هوا بر اساس پوند در هر اينچ مربع مطلق (psia) ارائه می­شوند. تبديل به فوت مطلق سيال چنين است:

] 14-6[

با جايگزين کردن رابطۀ بالا در معادلة (10-6) به معادلۀ (15-6) می­رسیم:

]15-6 [


N.P.S.H  درمعادله (10-6) و (11-6) در واحد فوت مطلق سيال است که بیان ریاضی هد است، هد مستقل از چگالی سیال است. ازآنجا که سازندگان پمپ از آب به عنوان سيال  مورد تست استفاده می­کنند مقدار N.P.S.H هميشه در فوت مطلق آب ارائه می­شود. پمپ به منظور عملکرد صحيح و جلوگيری از کاويتاسيون، نيازمند حداقل هد فشار در بخش مکش است. اين مقدار حداقلی به عنوان N.P.S.H.R مطرح می­شود که سازندگان پمپ آن را برای يک مدل پمپ مشخص با قطر پروانۀ مشخص در سرعت و نرخ جریان مشخص ارائه می­دهند. به منظور تامين الزامات اصلی سازندگان پمپ بايد توجه داشت که :

شکل29-6 مقادیر نسبی و نمادینِ عبارات ریاضی مطرح شده در معادلۀ (10-6) را نشان می­دهد :

سطح مرجع

 

مخزن مکش

شکل29-6:اندازه نسبی مؤلفه های N.P.S.H

 

 

6-5-4N.P.S.H   مورد نياز(Requirement N.P.S.H)

N.P.S.H مورد نیاز از طریق میزان هد مورد نیاز در فلنج مکش پمپ- برحسب فوت مطلق آب- برای ما تأمین می­شود. وقتی که این میزان کافی نباشد ظرفیت و هد پمپ افت خواهد کرد و کاويتاسيون رخ خواهد داد.

شکل 30-6 نشان می­دهد که فشار بين فلنج مکش و فلنج تخليه متغیر است.

افت حاصل ازاصطکاک در صفحه کوچک پره

شکل 30-6:تغییر فشار در داخل پمپ(منبع شرکت Durco)

منطقه فشار پایین

 

فشار

 

محدوده پر اشفته

نقاطی که در امتداد مسیر مایع هستند

اصطکاک

افزایش فشار ناشی از پروانه

محدوده ی کاویتاسیون نهایی

A-Aبخش

اجازه دهيد مسیر ذرات سيال را از نقطه A تا E -که در شکل  30-6 نشان داده شده- دنبال کنیم تا ببینیم کجا و چرا فشار تغییر می­کند. هدررفت اصطکاکی کمی در قطعۀ کوتاه پایپینگ مکش پمپ اتفاق می­افتد. سپس آشفتگی و هدررفت اصطکاکی با چرخش 90 درجه­ای سیال به هنگام تغییر وضعیت از جریان افقی به جریان شعاعی همراه می­­شود. لبه­های هدایتگر پره­ها به عنوان يک مانع در مسير سیال عمل کرده و در هر لبۀ پره، افت ورودی رخ می­دهد. هر نوع دورانی که سیال پیش از ورود داشته باشد به هنگام ورود به پروانه باعث تغيير زاويه ورودی سيال شده و در نتيجه آشفتگی بيشتری به بار می­آورد. همه اين تلفات، قبل از اينکه مايع به طور مثبت تحت تأثیر پره پروانه قرار گیرد رخ می­دهد. مجموع این افت­ها به­علاوۀ افت­هایی که در خط مکش اتفاق می­افتد برای کاهش فشار سیال تا حدی که سیال به فشار بخار برسد کافی هستند (فشار بخار همانطور که گفته شد نقطۀ فشاری است که در آن سیال تبخیر خواهد شد). از چنین وضعیتی می­بایست اجتناب شود. در نتیجه همین که سیال در پروانه در وضعیتی قرار می­گیرد که پره­ها از پشت در حال راندن آن هستند، فشار شروع به افزایش می­کند و در نهایت به حد کامل هد فشار در بخش تخلیه می­رسد.

6-8-2 چگونه سازندگان پمپ N.P.S.H مورد نياز را اندازه­گيری می­کنند؟

(How pumpmanufactures can measure N.P.S.H)

سازندگان پمپ N.P.S.H مورد نياز را در یک واحد تست مشابه با آنچه که در شکل نشان داده شده اندازه­گیری می­کنند. اين سيستم در يک حلقه بسته عمل می­کند که در آن جريان، هد کل و نيروی مصرف شده اندازه­گيری شده است. به منظور تامين N.P.S.H پائين، از يک پمپ خلاء برای کمتر کردن فشار در مخزن مکش استفاده می­شود که باعث پایین آمدن هد در مکش پمپ خواهد شد. فشار در مخزن مکش تا جایی پایین آورده می­شود که افت سه درصدی هد کل که از پیش محاسبه شده است اتفاق بیافتد (به شکل 32-6 نگاه کنيد). هنگامي که این اتفاق بیافتد N.P.S.H اندازگيری می­شود و به عنوان N.P.S.H مورد نیاز برای آن نقطۀ عملیاتی ثبت می­گردد. کویل های حرارتی نيز مورد استفاده قرار می­گیرند تا با افزايش دمای آب موجب افزايش فشار بخار شده و در صورت نياز N.P.S.H را بیشتر کاهش ­دهند.

پمپ خلاء

فلومتر(جریان سنج)

کویل حرارتی یا سرمایی

شکل 32-6:اندازه گیری افت هد کل برای تعیین NPSHAمورد نیاز در نقطه عملیاتی

شکل 31-6

پره های تاب گیری

جریان توزیع

6-8-3 دستور العمل­هایی در مورد N.P.S.H در دسترس

همانگونه که گفته شد افت سه درصدی هد کل، معيار تنظیم میزان N.P.S.H مورد نياز است. از آنجایی که افت هد کل  باعث افت عملکرد است کاربر بايد مطمئن شود که  N.P.S.H  در دسترس بالاتر از این میزان است. توصيه اين است که حاشیۀ امنیت­تان باید 5 فوت مطلق آب يا %15 بالاتر از N.P.S.H مورد نياز باشد.

جدول 1- 6مولفه های مهم  N.P.S.H در دسترس و چگونگی تأثیر آنها در میزان N.P.S.H در دسترس را ارائه می­دهد :

[6-16]

1- هدررفت اصطکاکی در خط مکش پمپ

هدررفت اصطکاکی بيشتر= N.P.S.H  کمتر

2- ارتفاع سطح سيال مخزن مکش بر حسب مکش پمپ

ارتفاع سطح سيال پائين­تر= N.P.S.H پائين­تر

3- فشار در مخزن مکش

در مخازن اتمسفری قابل تغيير نیست

اما در مخازن تحت فشار، فشار کمتر=  N.P.S.H در دسترس کمتر است

4-فشار اتمسفری

قابل تغيير نیست. فشاراتمسفری کمتر= N.P.S.H در دسترس کمتر

5- درجه حرارات سيال

افزايش درجه حرارت سيال باعث افزايش فشار بخار سيال می­شود و N.P.S.H در دسترس را کاهش می­دهد

موجودی N.P.S.H  به موارد زير بستگی دارد

تأثيرات بر روی N.P.S.H.A

جدول 1- 6چگونگی تغییر N.P.S.H در دسترس

 

 

مثال1- 3 محاسبه خالص هد مثبت و در دسترس در قسمت مکش

می­خواهیم آب را با سرعتی برابر GPM500 (بر حسب یکای آمریکایی) از یک گودال پمپ کنیم. مالک ترجیح می­دهد که به جای یک پمپ شناور از یک پمپ سانتریفیوژی از نوع سلف پرایمینگ استفاده کند. مقدار N.P.S.H در دسترس را محاسبه کنید

شکل 33-6،مثال نمادین یک پمپ با هد مکش پایین

معادله (10-6) را استفاده می­کنیم و مقادیر 0 SG=1   H1=0  V1=

]17-6      [

شير اطمینان ، 5 فوت افت هد فشار دارد؛ پس 5ft. کل هدررفت اصطکاکی خط مکش ( ) برابر با 54/0 فوت سیال است. فشار بارومتری برابر با psia 25/0=   است. و فشار بخار آب درf° 60 برابر با psia 7/14 =  است. ارتفاع    – که فاصلۀ بین خط محور پمپ و سطح مخزن است برابر با ft14-  است.

N.P.S.H موجود برابر با 14 فوت مطلق سیال است. هيچ مشکلی در پيدا کردن يک پمپ مناسب با   N.P.S.H در دسترس معادل 14 فوت مطلق سيال نخواهد بود.

 

6-9 نقطۀ بحرانی عملکرد پمپ

وضعیت نرمال

(Critical point of the pump)

 

هد

  NPSH

رسوب شده

 

منحنی عملکرد

 

 

شکل 34-6،تأثیر رسوب روی جریان وN.P.S.H.A

جریان

شکل 35-6

 در برابر دبی                 NPSHA   

راندمان

 

منحنی عملکرد

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

میزان ارزیابی

NPSHA

واضح

 

تفاضل میان NPSHR و NPSHA به عنوان حد اختلاف NPSH مطرح شده است. سازندگان پمپ انتظار دارند که کار­بر NPSH در دسترسی را تدارک ببیند که از مقدار NPSH مورد نیازی که تولید کننده ارائه داده است بالاتر باشد. شاید سوال کنید که چه میزان اختلاف پذیرفتنی است؟ توافق همگانی در این زمینه این است که3 فوت يا 1 متر حد اختلاف کافی به نظر می­رسد. این مقدار در واقع یک حساب سرانگشتی و تخمینی است و افزايش آن، دوام و محدوده عملياتی قابل قبول پمپ را ارتقا می­دهد. به منظور حذف کامل کاويتاسيون که بر هد ديناميک کل تأثير می­گذارد نیاز خواهد بود کهNPSH  در دسترس- بسته به جريان عملياتی و لحاظ کردن بهترين نقطه راندمان پمپ- 2 تا 5 برابر NPSH مورد نیاز باشد.

خسارت      فرسایشی

 

دبی    

 TDH  بدون از دست دادنNPSH

شکل 36-6

TDH/هیچ کاویتاسیونی نیست

خسارت

مکانیکی

 

6-10  غوطه­وری مدخل مکش پمپ (Immersion pump suction inlet)

مدخل مکش پمپ بايد به اندازۀ کافی در سیال غوطه­ور شده باشد تا از تشکيل گردابها در سطح سیال در مخزن مکش جلوگيری نمايد. اين گرداب­ها در اشکال و فرم­های متفاوتی می­توانند تشکيل شوند.

نوع گرداب

نوع گرداب

گرداب های سطح ازاد

گرداب حباب های هوا را برای مجرا مکش می کند

کشش گرداب برای تفاله شناور بودن کشش هوا

بدنه سطح

هسته هوایی کامل برای مجرای مکش

هسته رنگ وسط سیم برای مجرای مکش در سراسر ستون اب

چرخش سطح

شکل37-6:اشکال گرداب (ارائه شده توسط انستیتو هیدرولیک)

شکل گيری گرداب بين مدخل مکش پمپ و سطح سیال در  مخزن مکش باعث می­شود هوا به مکش پمپ وارد شود. ترکیب آب و هوا در پمپ ظرفیت پمپ را کاهش می­دهد. در نتیجه بايد از تشکيل این گرداب­­ها جلوگيری شود. رابطه و تناسبی بين سرعت آبگیری و مقدار غوطه­وریِ (s) مدخل در مخزن مکش وجود دارد. در پمپهای جابه جايی گاهی  به دليل يکنواخت نبودن جريان در لولة خروجی ايجاد ضرباتی می­شود که بدان ضربة قوچ می­گويند (برای اطلاعات بيشتر با موسسه هيدروليکی مشورت نمائيد) .

از نظر طراحی مدخل می­تواند اشکال هندسی مختلفی داشته باشد. تعدادی از آنها در 38-6 نشان داده شده است همة این اشکال برای جلوگیری از تشکیل گرداب­ها، نیازمند میزان حداقلی غوطه­وری هستند. مقدار حداقل غوطه­وری (S) برای جلوگيری از تشکيل گرداب در
شکل 39-6نشان داده شده است .

مثال 3

 

شکل 38-6:نمونه هایی از طرح های مدخل های مختلف ارائه شده توسط انستیتو هیدرولیک

مثال 2

مثال 1

 

شکل 39-6:حداقل الزامات غوطه وری در برابر دبی و سرعتهای مختلف در مدخل لوله مکش (ارائه شده توسط انستیتو هیدرولیک)

مقدار غوطه­وری مدخل که در چارت بالا ارائه شد را می­توان از طریق این رابطه محاسبه کرد:

]18-6 [

6-11-1 هد استاتیک تخليه(

هد استاتیک تخليه حاصل جمع ارتفاع و هد فشار در خروجی سيستم، منهای ارتفاع خط محور پمپ است. همانطور که در معادله (19-6) بيان شده است. مقدار هد استاتیک تخلیه بستگی به ارتفاع و هد فشار در خروجی سيستم (نقطه 2) دارد. در صورتی که انتهای لوله تخليه در عمق فرورفته باشد، خروجی سيستم همان سطح سیال در مخزن تخلیه است (به شکل 40-6 رجوع کنید) در صورتی که انتهای لوله تخليه در عمق فرو نرفته باشد خروجی سيستم، همان انتهای لوله تخليه است (به شکل 40-6 رجوع کنید)

 

 

 

 

 

سطح مرجع

شکل 40-6،هد استاتیک تخلیه در حالتی که انتهای لوله در عمق فرو رفته است

در برابر حالتی که انتهای لوله تخلیه باز است.                                               

سطح مرجع

، هد فشار در سطح سيال در مخزن تخليه است در صورتی که مخزن رو به اتمسفر باز باشد 0=  خواهد بود.در تمام حالتها هد استاتیک تخليه اين­طور به دست می­آید:

 

]19-6 [

غالباً لوله­ها از سمت بالا وارد مخزن تخلیه می­شوند و در نقطه­ای پایین­تر از سطح سیال در مخزن مکش پایان می­یابند مانند شکل  A13-3. از آنجا که ذرات سيال در نهايت بايد به نقطه 2 برسند، خروجی سيستم همان نقطۀ 2 است.

6-11-2مثال های محاسبه هد استاتیک تخلیه و هد استاتیک مکش

شکل 41-6،نمونه ای از مخزن مکش با فشار پائین و مخزن تخلیه تحت فشار

یک ماشين کاغذسازی از مقدار زیادی بخار در فرآيند خشک کردن کاغذ استفاده می­کند. اين بخار متراکم می­شود(کندانس می­شود) و در مرحله نهايی تحت شرايط خلاء بازیافت می­گردد سپس مایع حاصل از میعان به فلش تانک پمپاژ می­شود. این فلش تانک تحت فشار کنترل شده­ای است و مایع حاصل از میعان را از دیگر نقاط پلنت دریافت می­کند.

هدف اصلی آن جمع­آوری مایعات

حاصل از میعان از منابع مختلف و بازگرداندن آنها به بویلر است.

اگر:  هد استاتیک مکش و هد استاتیک تخلیه را تعیین کنید؟

محاسبه هد استاتیک مکش در فشار بخار و کاويتاسيون

]20-6 [

فشار  به Psia تبدیل می­شود:

]21-6[

وزن مخصوص مایع حاصل از میعان در درجه حرارت متناظر با psia 8/9 به عدد 1 بسیار نزدیک است (1= SG).

برای تبديل psia  به فوت نسبی سيال:

] 22-6[

مقادير فوق را در معادله (20-6) جايگزين می­کنیم:

پس هد استاتیک مکش برابر با 3/5- است.

6-11-1محاسبه هد استاتیک تخليه

] 23-6 [

فشار  را به فوت سیال تقسیم می­کنیم :

] 24-6[

مقادير فوق را در معادله (23-6) جایگزین می­کنیم:

پس هد استاتیک تخلیه برابر با 6/16 فوت سيال است.

6-12 تفاضل هد سرعت((  (The difference velocity head)

تفاضل هد سرعت، هدی است (در مقیاس فوت سيال بيان  شده است) که متناظر با تغيير انرژی جنبشی بين خروجی و ورودی سيستم است.

]25-6 [

هد سرعت به صورت V2/2g تعریف شده است. در مواردی که خط مکش به یک مخزن متصل شده باشد نقطۀ 1 برابر با سطح سیال در مخزن مکش است (به شکل 42-6 نگاه کنيد). در این حالت سطح سیال به آرامی در حال حرکت به سمت پایین است و از آنجا که مقدار V بسیار کم است نتیجه می­شود که:

در صورتی که نقطۀ 1 عملاً به خط دیگری متصل شده باشد سرعت این نقطه می­بایست لحاظ گردد. دلیل واضحش این است که می­تواند در نقطۀ خروجی 2 تأثیر بگذارد. هد سرعت، معمولاً بخش عمده­ای از مقدار هد کل را تشکیل نمی­دهد؛ عموماً 1 یا 2 فوت سیال از کل هد متعلق به هد سرعت است. اما برخی سیستم­ها با نازلهایی در نقطۀ خروجی طراحی می­شوند تا به سیال شتاب بدهند و سرعت بالایی ایجاد کنند. یک مثال بسیار خوب از این سیستم­ها، خروجی فیبر(head-box)  در ماشین کاغذسازی است. دوغاب فیبری که از دهانۀ تنگ و باریک هد باکس با فشار به بیرون ریخته می­شود سرعتی معادل سرعت کاری ماشین کاغذسازی دارد و در برخی موارد سرعت آن به 4000 فوت در دقیقه (45 مایل در ساعت) نیز می­رسد. در اینگونه موارد هد سرعت معادل نصف هد کل پمپ است.

شکل 42-6:سرعت های ورودی و خروجی یک سیستم معمولی

 

تفاضل هد فشار تجهيزات( ) در فشار بخار و کاويتاسيون

اختلاف هد فشار ناشی از تجهيزات عبارت است از هدررفت هد فشار به دلیل اصطکاکی که توسط تجهیزات تحمیل می­گردد (برای مثال شیر کنترل، فیلتر و نظایر اینها). شيرهای ايزوله و لوله ها و اتصالات به عنوان تجهيزات لحاظ نمی­گردند. هدررفت هد فشار تجهیزات در برابر نرخ جریان، معمولاً از طريق جداول، نمودارها و چارت­های تدارک شده توسط تهیه­کنندۀ تجهيزات حاصل می­شود.


اختلاف هد فشار، ناشی از کل تجهیزات، بين ورودی و خروجی یک سیستم از حاصل جمع افت هد فشار در طول هر يک از تجهيزات به دست می­آید:

6-13مقاومت سيستم و الزامات دبی(Resistance system & discharge requirements)  

همه مسيرهای بالقوۀ جريان در سيستم، می­بایست مشخص شوند و منحنی­های حاصلۀ سيستم کشیده شود  علاوه بر این طول نسبی مدت زمانی که هر مسير خواهد داشت نیز بايد مشخص شود.

باید توجه داشت که در حین افزایش میزان دبی، مقاومت سيستم با چه شتابی افزایش می­يابد؟ در صورتی که منحنی سیستم با سرعت زیادی در حال افزایش باشد ممکن است مانع رسیدن میزان دبی به مقدار حداکثری شود و حتی احتمالاً گاهی اوقات منحنی سیستم بیشتر از میزان دبی معمولی خواهد بود. اين مسئله نه تنها در اندازۀ شير کنترل تأثير می­گذارد بلکه در اندازۀ پمپ نيز مؤثر است.

برای جبران کاهش هد فرضی در دبی حداقلی و اسمی، ممکن است به شیر کنترلی بزرگتر از اندازۀ معمول نیاز شود. این شیر کنترل می­بایست علاوه بر جبران افت هد در نرخهای اسمی و حداقلی، در میزان دبی حداکثری نیز جوابگو باشد.

شکل 43-6،تأثیرمقاومت سیستم بر اندازه شیر کنترل

 6-13-2شيرهای کنترل(Control valves)

یک سيستم پمپاژ معمولی، حداقل يک شير کنترل در مدار دارد. با در نظر داشتن نوع شير، میزان بازبودن آن، فشار جريان برگشتی و میزان دبی می­توان افت هد فشار را با استفاده از جداول اطلاعاتی تولید کنندۀ شیر محاسبه کرد. سپس اين افت هد فشار به هد کل پمپ اضافه می­گردد تا مطمئن شویم که انرژی کافی برای حرکت سيال در درون سيستم در دبی طراحی شده وجود دارد. در طول مرحلة طراحی يک راه سادۀ محاسبۀ افت هد فشار شیر کنترل، فرض گرفتن و يا ثابت کردن آن است. اگر فرض کنيم افت هد فشار در طول شير برابر با 10  فوت سيال است در آن صورت ممکن خواهد شد که شیری را انتخاب کنیم که افت هد فشار آن در هنگام بازبودن 90 درصدی برابر با 10  فوت سیال باشد. به عبارت ديگر با استفاده از DP برابر با 10 فوت برای افت هد فشار، يکی از پارامترهای مورد نياز برای معلوم کردن اندازۀ شير را ثابت نگه می­داریم بدون اینکه بیش از حد کار تعیین اندازۀ شير را محدود کنيم. 10 فوت افت هد فشار یک مقدار رایج در سیستمهایی است که به همراه شیرهای کنترل طراحی می­گردند. معمولاً این معیار باعث انتخاب شیری می­شود که یک سایز کوچکتر از خط لوله است.

برای سيستم­های در حال کاری که مجهز به شير کنترل هستند به رويکرد عملی­تری نياز است. در این موارد ما به جدوالی که تولید کننده در آنها ضریب شیر کنترل را ارائه می­دهد نياز خواهیم داشت. ضریب شیر کنترل در تناسب با افت فشار و میزان دبی (با لحاظ کردن مقدار بازبودن شیر فرضی) است. مقدار بازبودن شیر را در وضعیتی که سیستم به صورت عادی در حال کار است محاسبه کنید.  با استفاده از اين اطلاعات و کاتالوگ سازنده، شما می­توانيد مقدار ضریب شیر کنترل را بدست آوريد. سپس افت فشار را محاسبه کنید و به افت هد فشار تبدیل کنید. مقدار به دست آمده را در محاسبۀ هد کل اعمال کنید.

ضريب شیر کنترل از این طریق تعیين می­گردد:

]27-6 [

که در آن q و  به ترتيب از سمت راست نرخ جريان و افت فشار در طول شیر برای يک مدل شیر فرضی با میزان بازبودن فرضی می­باشد.

6-13-3 تجهيزات (Equipment)

هرگونه تجهيزاتی که درخط قرار گرفته است مثل فيلتر، نازل و نظایر اینها در یک دبی خاص، افت فشار مشخصی دارند که از طریق تهیه کنندۀ تجهیزات مشخص می­گردد و یا در دفترچه­های راهنما موجود است. بعضی از اوقات، انواع خاصی از تجهيزات به فشار خلاف جریان معینی نياز دارند تا به درستی عمل کنند. برای انطباق با این وضعیت، ما نیازمند تعیین میزان فشار در محل قرارگیری تجهیزات هستیم. در صورتی که نتیجۀ محاسبه این باشد که فشار خلاف جریان کمتر از میزان مورد نیاز است، باید فشار به صورت دستی با بستن یک شیر دستی در سمت موافق جریان(پایین دستی) تجهیزات، افزایش پیدا کند. سپس باید هد کل به منظور تطابق یافتن با این هد فشار اضافه شده، افزایش یابد. گزينۀ ديگر اين است که تجهيزات را به پمپ نزدیکتر کنیم زیرا­ که در آنجا فشار خط بالاتر است.

درصورتيکه نتیجۀ محاسبه این باشد: که فشار خلاف جریان(بالا دستی) بلافاصله بعد از تجهیزات، بيشتر از مقدار مورد نياز است باید به صورت دستی با بستن یک شير دستی در سمت خلاف جريان تجهيزات پائين آورده شود. سپس هد کل به منظور تطابق یافتن با این هد فشار اضافه شده، کاهش می­يابد. راه دیگر نزدیکتر کردن تجهیزات به سمت تخلیۀ سیستم است زیرا که معمولاً در آنجا فشار خط پايين­تر است.

6-13-4دبی پمپ(Discharge pump) در فشار بخار و کاويتاسيون

با وجود اینکه نظرات و مقالات متعددی در موضوع الزامات دبی پمپ وجود دارد ما آنچه را که در پی خواهد آمد به عنوان يک رويکرد عملی و قابل اجرا پیشنهاد می­کنیم:

– دبی متوسط، دبی است که در آن پمپ به طور معمولی عمل خواهد کرد.

– دبی حداکثری يا اسمی، دبی تضمين شده در نقطۀ عملياتی مشخص است.

– دبی اسمی بايد نشان دهندۀ حداکثر جريان سيستم در حال حاضر آن باشد. اگر چه الزامات سيستم در طول یک بازۀ زمانی دراز را نیز مد نظر قرار می­دهد.

– زمانی که در حال تصمیم­گیری و طراحی دبی هستید می­بایست دقت کنید که از رويکرد بسیار محتاطانه پرهیز شود زیرا که بسیار بیشتر از الزامات جریان محافظه  کاری کردن این پیامد را به دنبال خواهد داشت که پمپی بزرگتر از آنچه مورد نیاز است به کار رود.

– الزامات دبی حداقلی ممکن است در تضاد با الزامات دبی اسمی باشد و ممکن است که به یک سیستم ثانویه با دبی حداقلی نیاز شود.

– N.P.S.H کافی بايد برای تمام وضعیتهای عملياتی که برای یک پمپ معین شده است در دسترس باشد.

– همانطور که قبلاً اشاره شد تعیین در­صد زمانی که پمپ در دبی­ حداقلی، نرمال و اسمی (حداکثری) کار خواهد کرد بسیار ضروری است. پمپ های سیل شدۀ معمولی که در بازه­های زمانی طولانی و در نرخهای دبی پایین­تر کار می­کنند ممکن است که به دلیل بیشتر شدن بارهای وارده بر یاتاقان و انحراف شفت هزینۀ تعمیر بالایی داشته باشند.

6-13-5 الزامات دبی حداقلی در فشار بخار و کاويتاسيون

کسانی که با نیترات آمونیوم سر و کار دارند به خوبی می­دانند که باید دقت کنند تا نیترات آمونیوم بیش از حد داغ نشود. مهترين ابزار انتقال گرما و درجه حرارت بالا، جريان درون پمپ است. داغ شدن بیش از حد معمولاً زمانی رخ می­دهد که دبی به ميزان قابل توجهی کاهش يافته يا متوقف شده باشد. به منظور جلوگيری از افزايش دما، بار هيدروليکی بيش ازحد، سایش و انواع مختلف کاويتاسيون، طراحی پمپ و الزامات دبی حداقلی می­بایست به ­دقت مورد بازبینی قرار گيرند.

بايد از احتمال هرزکاری پمپ  ممانعت به عمل آورد. پدیدۀ هرزکاری پمپ ممکن است در نتیجۀ بسته شدن یک شیر تخلیه و یا مسدود شدن یک خط تخلیه- به صورت ناخودآگاه- اتفاق بیافتد.

سه فاکتور بسيار اساسی می­بایست به منظور دستیابی به یک دبی حداقلی امن مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرد. بار ديگر تاکید می­کنیم که شما بايد طول زمان (منحنی زمان) را محاسبه کنید منظورمان تداوم و یا انقطاع آن است. این سه فاکتور عبارتند از:

– فاکتور حرارتی: افزايش دما

– فاکتور مکانيکی: درجه انحراف محور، عمر یاتاقان

– فاکتور هيدروليکی: بازگشت و چرخۀ دوباره در جریان پایین

محدودیتهای حرارتی از طریق حداکثر مجاز افزايش درجه حرارت تعيين می­شود و با ملاک قرار دادن حد اختلاف NPSH معلوم می­گردد )حد اختلاف از طریق کم کردن مقدار NPSH از NPSH-R حاصل می­شود). درصورتی که هرگونه افزایش دما مجاز شمرده شود ضرورت دارد که مطمئن شویم که افزایش دما باعث بالا رفتن دما تا نقطۀ فشار بخار سیال نمی­شود.

به منظور اجتناب از مشکلات حرارتی و جلوگيری از افزيش دمای بالقوه خطرناک در درون پمپ، جریان حداقلی که برای محافظت مورد نیاز است می­بایست محاسبه گردد و حجم مورد نياز سيال برای از بین بردن و جذب حرارت ایجاد شده به دور پمپ بچرخد.

] 28-6 [               – 1)                  T=

꞊T افزايش درجه حرارت در درون پمپ

H ꞊ هد کل رشد یافته در دبی

788 ꞊ مقدار ثابت

CP ꞊ گرمای ويژه سيال پمپ شده

h ꞊ راندمان پمپ درجريان

(افزايش دما در درون پمپ)

Q=                                   [ 29-6]

Q ꞊ نرخ دبی حداقلی

 ꞊  اسب بخار در دبی حداقلی

95/2  ꞊ مقدار ثابت

CP ꞊ حرارت مشخصه

P ꞊ چگالی

S ꞊ وزن مخصوص

(دبی حداقلی برای محافظت حرارتی)

حداکثر مجاز افزايش دما بايد قبل از محاسبه دبی حداقلی تعيين شود. برای به دست آوردن مقدار حداکثر افزايش دمای مجاز، بايد ابتدا به تعيين موارد ذيل بپردازيد:

1) فشار مطلق منبع مکش

2) فشار مطلق اضافی که در نازل مکش پمپ موجود است و بالاتر از حد مورد نیاز پمپ است:

]30-6                                 [   

 

3) حاصل جمع مقادیر معین شده در مورد 1 و 2

 

حداکثر مجاز افزايش دما

حداکثر مجاز افزايش دما، از تفاضل بين دمای اشباع – که متناظر با فشار تعیین شده در مورد 3  است- و دما در منبع مکش به دست می­آید.

برای جلوگيری از بلور بستن در پمپ- که می­تواند در نتيجه خنک سازی نتيرات آمونيوم در حین زمان خاموش شدن پمپ و یا راه­اندازی خشک پمپ رخ دهد- می­بایست پمپ قبل از هر بار خاموش شدن و یا شروع به کار تحت فشار بخار قرار گیرد.

محدوديت­های مکانيکی در انحراف شفت، عمر یاتاقان و سیل مؤثرند. همین که دبی به زیر نرخ دبی در نقطة راندمان بهینه کاهش یابد فشار محوری افزایش خواهد یافت و در نتیجه ارتعاش نیز افزايش خواهد یافت. این موارد باعث کاهش دوام طولانی مدت پمپهای سیل شدۀ رایج و معمولی خواهد شد. کاهش يا افزايش نرخ دبی به حدی بالاتر و یا پایین­تر از نقطۀ راندمان بهینه  (BEP)باعث افزایش بار شعاعی می­شود. بار شعاعی با درجه­ای متناسب با کاهش يا افزايش میزان دبی، افزايش خواهد يافت.

محدودیت­های هيدروليکی بر اساس بازگشت جریان) (recirculation  تعيين می­گردند. عواملی که باعث کاهش دبی از حد نقطۀ راندمان بهینه می­گردند به ترتیب عبارتند از :

  • بازگشت جریان بخش مکش
  • بازگشت جریان بخش تخليه
  • تنزل استقامت پروانه
  • تنزل استقامت یاتاقان و سیل مکانيکی (پمپ های معمولی)
  • کاويتاسيون در دبی پایین
  • افزايش دما به میزان بالا

چهار عامل اول تاثیر عمده­ای در تعيين اینکه کدام جریان حداقلی قابل قبول است خواهند داشت.

1)افزايش درجه حرارت بالا

2)جريان پايين کاويتاسيون

3)استقامت پايين سطح اتکار آب بندی

4)کاهش استقامت پروانه

5)چرخش مکش

6)چرخش تخليه

7)  BEP

شکل 45-6:هد در مقابل جریان-رویدادهای مضر که در عملکرد پمپ تأثیر می گذارند.

در طراحی يک پمپ فرضی، دبی­های مختلف – در هنگام شروع بازگشت دوبارۀ جریان در بخش­ مکش و تخلیه- همین که سرعت مشخصۀ مکش افزایش پیدا می­کند به نقطۀ راندمان بهینه نزدیکتر می­شوند. اين بدين معنی است که پمپهایی که به مقادير کمی NPSH-R نیاز دارند و در نتیجه مقدار سرعت مشخصۀ بالاتری در قسمت مکش دارند، با نزدیک شدن به نقطۀ راندمان بهینه، درگیر جریان نوسان­داری خواهند شد.

SS=                     [ 31-6]

 

 

سرعت خاص مکش در برابر ­ها و محاسبات پيچيدۀ موجود که مقدار دبی حداقلی را برای حفاظت مکانيکی و هيدروليکی معین می­کنند ما قویاً توصيه می­کنیم که برای به دست

آوردن اطلاعات لازم از تولید کننده کمک بگیرید. به طورکلی اکثر سازندگان، نمودار کمکی دبی حداقلی را بر اساس درصدی از نقطۀ راندمان بهینه ارائه می­دهند.

درحالي­که توافق مشترکی در مورد سطح ارتعاش قابل قبول – که در ماندگاری و حفاظت دراز مدت پمپ تأثير خواهد داشت- وجود ندارد. تجربه نشان داده است که پمپهای معمولی­ای  که از سیل مکانيکی بهره می­برند نسبت به پمپ­هایی که به صورت هیدرولیک آب بندی شده­اند میزان از کار افتادگی و هزينۀ حفاظت بالاتری دارند.

پيشنهاد ما این است که هدف و غایت کاربر، رسيدن به ارتعاشی در حد  2/0اينچ بر ثانيه و يا کمتر از آن در طول جريان عملياتی باشد. در صورتی که این مقادير افزایش یابند غالباً باعث کاهش عمر پمپهای معمولی و سیل شده می­گردند.

مقادير 25/0 اينچ بر ثانيه بايد نشان دهندۀ وضعيت هشدار و 30/0 اينچ بر ثانيه به عنوان وضعيت خاموش شدن لحاظ شوند. البته به دلیل مصارف خاص و تدابیر مرتبط با نصب و راه­اندازی پلنت اين مقادير همواره قابل حصول نیستند.

ما این راهکار را به منظور به حداقل رساندن مشکلات اساسی حاصله از جريان حداقلی، ارائه دادیم. اما باید توجه داشت که در برخی موارد بحرانی این مقدار برای یک پمپ خاص ممکن است بیشتر باشد که در اینگونه موارد باید با تولید کننده مشاوره کرد.

مسأله نمونه برای جریان حداقلی پمپ

ابتدا سرعت مشخصۀ مکش را در نقطۀ راندمان بهینه و با قطر حداکثری پروانه از طریق معادلۀ زیر محاسبه کنید:

S=                       [ 32-6]

سپس مراحل زیر را به ترتیب دنبال کنید:

  • 1- وارد منحنی در این سرعت مشخصۀ مکش شوید.
  • 2- تا جایی بالا بروید که به منحنی تک مکشه برسید.
  • 3- به سمت چپ بر روی مقیاس 25 تا250 بروید (برای 25 اسب بخار).
  • 4- دبی حداقلی که معادل 31% از دبی نقطۀ راندمان بهینه است را خواهید دید.
  • 5- نتیجتاً دبی حداقلی برابر است با:    GPM  174꞊31 ×560

فشار بخار و کاويتاسيون ” فشار بخار و کاويتاسيون ” فشار بخار و کاويتاسيون ” فشار بخار و کاويتاسيون ” فشار بخار و کاويتاسيون ” فشار بخار و کاويتاسيون ” فشار بخار و کاويتاسيون ” فشار بخار و کاويتاسيون ” فشار بخار و کاويتاسيون ” فشار بخار و کاويتاسيون ” فشار بخار و کاويتاسيون “

مطالب مرتبط

بدين وسيله از متخصصين محترم، مديران، کارشناسان فني و بازرگاني آن شرکت دعوت مي گردد تا در دهمین سمینار تخصصی کمپرسور و تجهیزات هوای فشرده، مورخ 98/08/19 حضور بهم رسانند. خواهشمند است نماينده خود را حداکثر تا تاريخ 98/08/08 در وب سايت acin.ir ثبت نام نماييد تا اطلاعات تکميلی و بارکد ورود به سمينار براي ايشان ايميل گردد. در صورت نياز به اطلاعات بيشتر با شماره تلفن  09122000359  تماس حاصل فرمائيد.

برای ثبت نام کلیک نمایید.