در بسياري از كاربردها، مشخصه هاي پمپ بايد بر روي نقاط عملكردي مورد نظر تنظيم شود. براي اين منظور انتخاب های مختلفی وجود دارد تا عملكرد پمپ به عملكرد دلخواه تغيير داده شود. بعضی مواقع هدف كاهش هد يا توان است و بعضی مواقع هدف افزايش آنهاست. به همين منظور راهكارهاي مختلفي وجود دارد كه ميتواند ارزان و ساده يا گران و سخت باشد. حال سوال اين است كه چه راهكاري براي چه هدفي امكانپذير و كدام مناسب است؟
در اين مقاله تلاش شده كه با در نظر گرفتن حالات مختلف تغيير در عملكرد، راه هاي ممكن معرفي شوند و سپس با تجزيه و تحليل يكي از اين روشها (تراشكاري پره) به شناخت بهتر نسبت به تغييرات ايجاد شده در عملكرد پرداخته شود.
براي اين هدف 6 راهكار معرفي مي گردد:
1. زير سوهان زني پره در خروجي و از سمت مكش
2. جوشكاري پره ها و زير سوهان زني پره در خروجي و از سمت مكش همزمان
3. كاهش اتلافات هيدروليكي
4. طراحي پره جديد با قطر خارجي، پهناي خروجي، تعداد پره و يا زاويه خروجي بزرگتر
5. اضافه كردن طبقه (در صورت چند طبقه بودن پمپ)
6. جلوگيري از چرخش سيال در ورودي پره
هر كدام از 6 راهكار فوق كه به كار گرفته شود، بايد موارد زير را دوباره بررسي كرد:
براي اين هدف 5 راهكار معرفي مي گردد:مكان ناپايداري بيشتر مي شود.
2. تنش هاي روي شفت و محفظه دوباره بررسي شود.
براي اين هدف 5 راهكار معرفي ميگردد:
1. كم كردن قطر خارجي پره
2. كاهش تعداد طبقه (در صورت چند طبقه بودن پمپ)
3. در پمپ هاي چند طبقه: افزايش پيش چرخش در ورودي پره به دو روش:
- كوتاه كردن پره هاي بازگشت
- اضافه كردن يك فاصله كوچك بين پره هاي بازگشت و عناصر محفظه طبقه (مانند شكل 1)
4. طراحي پره جديد با قطر خارجي، زاويه خروج و تعداد پره كمتر
براي اين هدف 2 راهكار معرفي مي گردد:ه كه باعث مي شود بازده شديدا كاهش يابد ولي توان ثابت بماند پس از اعمال تغييرات فوق، شيب منحني هد-دبي بيشتر می شود.
براي اين هدف 2 راهكار معرفي ميگردد:
1. بزرگتر كردن مساحت گلويي ديفيوزر يا حلزوني كه باعث مي شود تا % 15 افزايش در تغييرات دبي بهينه به وجود آيد.
2. علاوه بر بزرگتر كردن مساحت گلويي ديفيوزر يا حلزوني، يك پره جديد طراحي شود كه قطر، تعداد پره، ضخامت خروجي و زاويه خروجي بزرگتري داشته باشد.
با اعمال تغييرات زير، تبعات زير اتفاق ميفتد:
1. منحني هد- دبي تخت تر مي شود و به احتمال فراوان ناپايداري پديد مي آيد.
2. مقدار NPSHA بايد دوباره بررسي شود.
3. ريسك كاويتاسيون در سطح طرف فشار بالا مي رود.
4. تمام موارد فوق در سرعت مخصوص پايين تر، تشديد مي شوند.
براي اين هدف دو راهكار معرفي مي گردد:
1. كوچكتر كردن مساحت گلويي ديفيوزر يا حلزوني كه باعث مي شود تا % 25 كاهش در تغييرات دبي بهينه به وجود آيد.
2. علاوه بر كوچكتر كردن مساحت گلويي ديفيوزر يا حلزوني، يك پره جديد طراحي شود كه قطر، تعداد پره، ضخامت خروجي و زاويه خروجي كوچك تري داشته باشد.
استفاده از راهكارهاي فوق تبعات زير را در پي دارد:
1. شيب منحني هد- دبي بيشتر مي شود.
2. براي سرعت های مخصوص کمتر از 25 ريسك كاويتاسيون در ديفيوزر يا حلزوني زياد است.
3. در سرعت های مخصوص پايين تر اثرات فوق تشديد مي شود.
تراشكاري پره ها
بنا بر دلايل اقتصادي يك سايز پمپ براي پوشش دامنه مشخصي از عملكرد، مورد استفاده قرار مي گيرد. يكي از راه هاي رسيدن به اين هدف كاهش قطر خارجي پره پمپ مورد نظر است. تراشيدن پره منجر به كاهش هد پمپ تا مقدار مورد نياز، فارغ از هزينه هاي زياد غیر ضروری براي طراحي پمپ جديد مي شود.
بدست آوردن مشخصه هاي پمپ پس از تراشيدن پره، با استفاده از قوانين تشابه امكانپذير نيست، زيرا پره تراشيده شده هندسه متفاوتی با پره اوليه دارد. پهناي پره در خروجي معمولا تغيير چنداني نمي كند و شايد كمي افزايش يابد، در حالي كه زاويه خروج تغيير كرده و پره كوتاه تر مي شود. تراش پره ها باعث مي شود كه بار بيشتري روي پره وارد شود و به دلیل افت ضریب لغزش γ انحراف جريان كمتري مورد انتظار است. نقطه BEP به دبي پايين تري منتقل مي شود و مشخصه هاي حلزوني بي تغيير مي مانند.
ميزان انحراف پره تراشكاري شده از قوانين تشابه، بستگي به هندسه پره اوليه و توزيع فشار روي آن دارد. هرقدر پره كوتاهتر باشد (سرعت مخصوص بيشتر باشد) كاهش هد بيشتری مورد انتظار است.
با توجه به بندهاي فوق، بديهي است كه با استفاده از روابط تئوري نمي توان مشخصه هاي پمپ با پره هاي تراشكاري را بدست آورد. به همين دليل بايد از روابط تجربي استفاده كرد. اين روابط تجربي مانند هندسه هر پمپ منحصر به فرد هستند. خطوط 1، 2 و 3 که در شکل 2 رسم شده اند خطوط تصادفي اي هستند كه از مبدا تا منحني H=f(Q) مربوط به پره كامل، تلاقي داده شده اند.
براي هر زوج مرتب (Q,H) بدست آمده از تلاقي، مقدار زوج مرتب ('Q’,H) مربوط به پره تراش داده شده يادداشت مي شود. اگر پارامترهاي پريم دار را به پره تراشكاري شده نسبت دهيم، روابط زير نتيجه مي شود:
Q'/Q=(d'2/d2)^m
H'/H=(d'2/d2)^m=Q'/Q
نماي m بسته به هندسه پره بین 2 تا 3 است. اگر تراش پره بیش از 5% قطر پره باشد نمای m نزدیک به 2 و اگر پره در خروجی زیر سوهان زنی شده باشد نمای m نزدیک 3 است. نقطه بهترین عملکرد (BEP) براي تمامي پره هاي تراشكاري شده روي خط 4 واقع است. مقدار qa از رابطه زير تعيين ميشود:
qa=0.005 to 0.01 nq
بعد از تراشكاري پره كاهش بازده به وجود می آید و مقدار توان پمپ تغییر می کند. با افزايش توان، هزينه انرژي نيز افزايش مي يابد. اگر افزايش هزينه انرژی بيشتر از هزينه لازم براي طراحي و ساخت پره جديد باشد، استفاده از تراشكاري مناسب نيست.
علاوه بر ملاحظات اقتصادي و مسئله انرژي، رفتار عملكردي پمپ بعد از تراش پره نيز بايد مورد بررسي قرار گيرد. اگر پره بيش از حد كوتاه شود، ممكن است اوضاع از حالت قبل هم بدتر شود. براي اجتناب از كوتاه كردن بيش از حد پره ها توصيه ميشود كه كاهش قطر پره (در پمپ هاي با حلزوني) به صورت زير محدود شود:
- براي سرعت مخصوص nq< 40:
d'2/d2 ≥ 0.8 to 0.85
- براي سرعت مخصوص nq>40
d'2/d2 ≥ (0.8 to 0.85) + 0.0025(nq-40)
محدوديت هاي فوق براي پمپ هايي با سايز متوسط است و در نتيجه براي پمپ هاي كوچك كه در آنها نويز چندان موضوع مهمي نيست مي توان از قطرهاي كوچكتر نيز استفاده كرد.
