راهنمای جامع پمپ

راهنمای جامع پمپ

اجداد اوّليه­ ی انسان درکناره­ی جنگلها و آبها زندگی می­کردند مهد تمدّنهای انسانی درسواحل گرم و ماسه­ای بوده است و در واقع اين کشاورزان بودند که اجتماعات کوچکی را که بعدها به اوّلين شهرها تبديل شدند ايجاد کردند.

در تمدن رومی برای نيازهای کشاورزی و شهری هر­ نفر در حدود20 ليتر آب در روز مصرف می­شد. از آنجایی که منابع محلی پاسخگوی آب مورد نياز نبود بشر به فکر انتقال آن افتاد اولين ابزار انتقال آب يک چتر مانند بود که به انتهای يک تيرچوبی متصل می­شد. درحدود 2000 سال قبل از ميلاد،اين ابزار آلات ابتدائی توسط اولين مکانيزم اهرمی با نام Shaduf جايگزين گشت که هنوز هم در بسیاری از مناطق آفریقا و آسیا کاربرد دارد.

1-2 شادوف  ( Shaduf ) در راهنمای جامع پمپ

شادوف از یک چهارچوب عمودی تشکیل شده است که یک تیرک یا شاخه به صورت افقی بر روی آن معلّق است طوری که یک پنجم تیرک در یک سمت است و باقی آن  در سمتی دیگر(نامتعادل). در انتهای سمت بلندتر یک سطل ،کیسه چرمی و یا سبد حصیریِ قیراندود آویزان است. این سطل معمولا به منظور سهولت در تخلیه، اشکال متنوعی نیز دارد. در انتهای سمت کوتاهتر تیرک وزنه­ای از جنس سنگ، گِل و یا نظایر آن بسته شده است که کار آن برقراری تعادل و توازن این اهرم است. در صورتی که سطل نیمه­پر باشد این اهرم تعادل خود را به دست می­آورد و تراز می­شود. بنابراین برای پایین بردن سطل خالی مقداری صرف نیرو لازم است و دقیقا به همان اندازه نیز برای بیرون کشیدن سطل کاملا پر، نیرو لازم است.( تصویر آن درشکل شمارۀ­1-1)

شکل1-1: تصویری از شادوف

  همان­طور که پیش از این گفته شد در این فعل و انفعال تقریبا اتوماتیک، از یک سطل مقاوم در برابر نشتی آب برای انتقال و حمل آب از یک مخزن به مخزن دیگر استفاده می­شود. در پایان هر دور رفت و برگشت سطل، آب تخلیه شده از سطل از طریق مجراهای منتهی به کانال­های آبیاری در مسیر مورد نیاز جریان می­یابد.

با استفاده ازشادوف تقریبا 2500 لیتر آب در روز می­توان از مخزن یا چاه برداشت کرد در حالی که امروزه میزان متوسط و معمول برداشت آب 2 لیتر در هر ثانیه است علاوه بر این نهایت بازدهی شادوف در چاههایی تا عمق سه متر است و چنانچه بخواهیم از چاههای عمیق­تری برداشت کنیم گزینه بهتر استفاده از نوریا(noria) و ساکیا (sakia) است. همین طور می­توان از پمپ دستی، با وجود اينکه سيستم مذکور بطور قابل ملاحظه­ای انتقال آب را ساده می­کرد ولی فقط می­توانست در يک بازه­ی زمانی مشخص يک سطل را جابجا کند. هدف مخترعان عهد باستان نه تنها سهولت انتقال

آب، بلکه سرعت بخشيدن به آن و افزايش حجم آب جابجا شده نيز بود. در نتيجه ساکیا که چرخ آب­کشی ایرانی(Persian Wheel) نیز نامیده می­شود جانشين دستگاههای قبلی شد.

1-3 ساکیا ( Sakia ) در راهنمای جامع پمپ

ساكيا که چرخ آبکشی ایرانی(Persian wheel) نیز نامیده می­­شود تقریبا شبیه نوریا است در عربی به آن ساقية گفته می­شود. این روش آبیاری ابتدا در مصر مورد استفاده قرار گرفت و در بخشهای متعددی از هندوستان نيز دیده شده است. ساکیا گردونه­ای توخالی است که امروزه عمدتا از ورق استیل گالوانیزه به همراه تعدادی ظرف ملاقه­ای شکل متصل به محیط بیرونی آن ساخته می­شود.(تصویر آن در شکل شماره 2-1)

قطر این گردونه بین دو تا پنج متر بود. در گذشته برای به حرکت درآوردن ساکیا از حیوانات بارکش استفاده می­شد اما امروزه به طور فزاینده­ای از موتور برای به حرکت درآوردن آن استفاده می­شود. ساکیایی که با استفاده از حیوانات کار می­کند دو تا چهار دور

دردقیقه می­زند در حالی که ساکیای موتوری هشت تا پانزده دور در دقیقه می­چرخد.

در مقایسه میان ساکیا و شادوف باید گفت که یک ساکیا که نیروی محرک آن حیوان است قادر به پمپاژ آب از عمق ده متری است در حالی که همانطور که پیش از این ذکر شد شادوف نهایتاً تا عمق سه متر کارایی دارد.

شکل 2-1: ساکیا

1-4 نوریا ( Noria )در راهنمای جامع پمپ

نوریا که برای آبکشی هنوز نیز کاربرد دارد به عربی ناعوره نامیده می­شود از نظر ظاهری بسیار به ساکیا شباهت دارد برای به حرکت درآوردن آن علاوه بر حیوانات بارکش از جریان باد و یا جریان آب نیز استفاده می­شده است. مهندسین مسلمان در سده های میانی از نوریا برای انتقال آب به کانالهای آب شهری استفاده می­کردند محمد بن زکریای رازی در کتاب خویش موسوم به کِتابُ الحیوان، نوریایی را در عراق توصیف می­کند که قادر بوده است 153000 لیتر آب در ساعت و2550 لیتر در دقیقه پمپاژ کند. بعضی از آنها که در سده­های میانی مورد استفاده مسلمانان بود بیست متر قطر داشته است و هنوز نمونه­ای از آن در سوریه باقی است که البته هنوز نیز فعال است ولی فعالیت آن جنبه­ی کاربردی ندارد و بیشتر به عنوان جزئی از جاذبه های توریستی سوریه به شمار است. نوریای مذکور 120 پیاله دارد و می­تواند 95 لیتر آب در دقیقه پمپاژ کند.(تصویر آن درشکل شمارۀ 3-1)

شکل3-1: نوریا در سوریه

يونانيان برای اختراع مکانيزمی جهت کنترل نيروی آب شهرت دارند اين سيستم دارای يک چرخ تيغه دار بود که قسمت پائينی آن در جريان آب قرار می­گرفت و نيروی جريان آب موجب دوران چرخ می­گشت. اگر چه دستگاه های متفاوت ديگری نيز بعد از آن ساخته شدند،ولی اصل بنيادين سيستمهای اهرمی انتقال آب ثابت باقی ماند، تا وقتی که يکی از اختراعات مکانيکی مهم در جهان باستان ظهور کرد: پيچ ارشميدس

1-5 پیچ ارشمیدس ( Arashmidos Screw )

پیچ ارشمیدس که گاهی پمپ پیچی نیز نامیده می­شود ماشینی است که در گذشته برای انتقال آب از یک مخزن آب کم عمق به کانالهای آبیاری رواج داشت و اختراع آن به ارشمیدس یونانی نسبت داده شده است.

1-5-2 ساختار آن  (Structure)

این ماشین از یک شفت (با پره­هایی مارپیچ به دور آن) که در درون لوله­ای تو خالی قرار گرفته تشکیل می­شده است. این شفت به صورت افقی با زاویه 45 درجه استقرار می­یافت طوری که انتهای آن در آب شناور بود. پیچ ارشمیدس بوسیله آسیاب یا نیروی انسانی چرخانده می­شد به محض اینکه شفت به گردش در می­آمد قسمت تحتانی آن مقداری آب را به بالا می­کشید و آب همینطور بالا می­آمد تا وقتی که از قسمت فوقانی پیچ سر­ریز شود (تصویر آن در شکل 4-1)

شکل4-1: پیچ ارشمیدس (تصویر برگرفته از دایره المعارف بریتانیکا می­باشد)

باید توجه داشت که به جهت جلوگیری از هدر رفت آب لازم نبودکه فاصله­ی مارپیچ و لوله­ی محاط به آن خیلی کم(فیت) باشد زیرا آبی که از طریق این فاصله خارج می­شد به روی پر­ه­ی پایینی مارپیچ می­ریخت و مجدداً به بالا پمپاژ می­شد.(علاقه­مندان می­توانند برای تماشای نحوه کارکرد پیچ ارشمیدس از ویدئویی که در سایت شرکت اطلس کاسپین به آدرس اینترنتیhttp://www.acw.ir  قرار داده شده دیدن فرمایند.)

بعضی محققین تصور می­کنند که برای آبیاری برجهای معلق بابِل که از عجایب هفتگانه­ی دنیای باستان بود از این پیچ استفاده می­شده است. نقاشی­های به دست آمده از یونان و روم باستان  نشان می­دهد که برای به حرکت درآوردن این پیچ­ها در یونان و روم از نیروی انسانی استفاده می­شده است.

1-6  تحول پمپ­ها در عصر جدید ( Evolution of pumps in moden era ) در راهنمای جامع پمپ

تحقيقات علمی دانشمند انگلیسی جان اسميتون John smeaton  در اواخر قرن 18  میلادی و شروع انقلاب صنعتی منجربه افزايش چشمگير بهره­وری در تأمين نيروی محرک چرخ آب شد.

کم­کم چرخ آبها تغيير شکل يافتند . “بنويت فورنيرون “fourneyron   Benoitدانشمند فرانسوی که به عنوان مخترع توربین آب نیز شناخته می­شود اولين مدل از چرخ آب پيشرفته خود را در سال 1827 ساخت این توربین 6 اسب بخار قدرت داشت وی درسال 1837توربین دیگری تولید کرد که قطر گردونه­ی آن یک فوت بیشتر نبود و فقط 18 کیلوگرم وزن داشت اما در مقایسه با توربین قبلی 80 درصد کاراییش افزایش پیدا کرده بود. شگفت اینکه این توربین 60 اسب قدرت داشت و قادر بود 2300 دور در دقیقه بزند. علاوه بر این توربین وی این قابلیت را داشت که چرخ آن به صورت افقی بر روی یک شفت عمودی نیز سوار شود. پس از مرگ فورنیرون (1867) در سال 1895 توربین­های فورنیرون در آبشار نیاگارا برای تولید برق بواسطه ژنراتور مورد استفاده واقع شد.

قرن بیستم( Twentieth century ) در راهنمای جامع پمپ

تا قرن بيستم از چرخ آب فقط استفاده­ی تجاری می­شد. اما مدتی است که از آن استفاده­های ديگری نيز می­شود برای مثال از چرخ آب برای آسياب آرد و غلات، خرد کردن و تبديل چوب به خمير کاغذ برای ساخت کاغذ استفاده می­شود. موارد ديگر استفاده­ی آن عبارتند از: براده­کاری، سنگ­شکنی، پرس کردن الياف نخ برای توليد پارچه.

جمع بندی مطالب این فصل  (Summary) در راهنمای جامع پمپ

بشر از روزی که به کشاورزی پرداخت به آب نیاز زیادی یافت و برای رفع این نیاز همواره درپی چاره­ اندیشی بود. نخستین چاره­اندیشی­ها برای رفع این مشکل بسیار ساده و ابتدایی بودند اما رفته رفته پیچیده­تر شدند. یکی از نخستین مکانیزم­های ابداعی بشر در این مسیر که امروزه برای ما قابل شناخت است شادوف نام دارد: وسیله­ای ساده و نیمه مکانیکی که در برکه­ها و کناره­های دریا و یا چاههای کم­عمق مورد استفاده قرار می­گرفت.

نقطه­ی ضعف شادوف سرعت کم آن به هنگام انتقال حجم وسیعی از آب بود پس چون شادوف کارایی کافی را نداشت بشر به فکر وسیله­ی جایگزین افتاد و اینگونه بود که ساکیا و نوریا جایگزین شادوف شدند. از نظر مکانیزم و شکل ظاهری ساکیا و نوریا شبیه یکدیگر هستند با این تفاوت که نوریا از ساکیا بزرگتر است و به همین دلیل به عمق بیشتری دسترسی دارد و حجم بیشتری از آب را در یک بازه­ی زمانی مشخص منتقل می­کند.

مشکل اصلی چرخ آب اين بود که وابسته به جريان آب بود و همين مسئله باعث محدوديت در استقرار آنها می­شد اما ماشینی که مکانیزم سنجیده­تری داشت نیز مورد استفاده­ قرار گرفت که امروزه با توجه به اینکه احتمالاً از ابداعات ارشمیدس بوده است به نام پیچ ارشمیدس از آن یاد می­شود. پيچ ارشميدس در مقایسه با مکانيزم­های قبلی از دو مزيت سهولت انتقال آب و سازگاری درشرايط و نيازهای مختلف برخوردار بود. استفاده از این ادوات در قرون وسطی نیز متداول بود و در دوران انقلاب صنعتی نیز ابداعاتی در زمینه­ افزایش کارایی و رفع محدودیت­های ادوات آبکشی مذکور صورت گرفت.

درقرن 19 استفاده از پمپهای پيستونی و پيچی بسيار متداول بود. در آن زمان به دو دليل از پمپهای سانتريفوژ زياد استفاده نمی­شد؛ دليل اول اين بود که برای به حرکت در آوردن پمپهای سانتريفوژ احتياج به نيروی محرکه­ی بالائی بود علت ديگر عدم مقبوليت پمپهای سانتريفوژ و مقبوليت پمپهای رفت و برگشتی بود که پاسخگوی نيازهای تکنيکی آن دوره بودند.

هدف از تمامی مطالب عنوان شده بيان اين موضوع بود که : پمپ يک تکنولوژی جديد نيست بلکه تنها نيروی محرکه آن است که جديد می­باشد نيروی محرکه پمپ در ابتدا انسانها و حيوانات بودند طبيعی است که اين پمپها با سرعت کاری پايين کار می­کردند. سپس بشر از آب و باد بهره گرفت و اين روند رو به رشد ادامه يافت تا جایی که امروزه بشر برای به حرکت در آوردن پمپها از الکترو موتور و توربين بخار استفاده می­کند.