چکیده
پُمپ یا تُلُمبه وسیله ای مکانیکی برای انتقال مایعات است که با افزایش فشار جریان آن، امکان جابه جایی مایعات را به ارتفاعی بالاتر (با افزایش هد) یا حتی پایین دست (معمولاً حوضچه یا مخزن) فراهم می آورد.
به طور کلی پمپ به دستگاهی گفته می شود که انرﮊی مکانیکی را از یک منبع خارجی اخذ و به سیال مایعی که از آن عبور می کند، انتقال می دهد. در نتیجه انرﮊی سیال پس از خروج از این دستگاه (پمپ) افزایش می یابد. از پمپ ها برای انتقال سیال به یک ارتفاع معین و یا جا به جایی آن در یک سیستم لوله کشی و یا هیدرولیک استفاده می نمایند. به عبارت کلی تر از پمپ برای انتقال سیال از یک نقطه به نقطه دیگر استفاده می کنند. پمپ ها دارای انواع مختلفی هستند که هرکدام دارای کاربرد خاصی می باشند. مهم ترین پمپ هایی که در این واحد استفاده شده اند عبارت اند از:
۱٫ پمپ های سانتریفوﮊ.
۲٫ پمپ های رفت و برگشتی.
۳٫ پمپ های چرخ دنده ای.

پمپ های سانتریفوﮊ:
این پمپ ها از نوعی می باشند که انتقال انرﮊی از آنها به سیال به طور دائمی انجام می پذیرد. پمپ های سانتریفوﮊ معمولاً نیروی محرکه خود را از طریق یک الکترو موتور (موتور الکتریکی) دریافت می کنند. انتقال نیروی محرکه از موتور به پمپ از طریق یک محور به نام شَفت منتقل می شود. شفت موتور به وسیله نوعی تجهیزات مکانیکی به نام کوپلینگ به شَفت پمپ متصل شده است. به این ترتیب انتقال نیرو به راحتی از طریق شفت موتور الکتریکی به شفت پمپ منتقل می گردد.
پمپ های سانتریفوﮊ دارای یک محفظه هستند که حلزونی شکل است و پوسته یا کِیسینگ نامیده می شود و درون آن یک یا چند چرخ قرار دارند که روی یک محور (شفت) نصب شده اند. هر چرخ مجهز به تعدادی پره می باشد. انتقال انرﮊی به سیال در این قسمت انجام می شود. برای اینکه از محل خروج شفت از کِیسینگ پمپ سیالی خارج نشود و اصطلاحا نشتی به خارج نداشته باشیم از ابزاری به نام مکانیکال سیل استفاده شده است. نکته بسیار مهم در مورد این نوع پمپ ها هواگیری یا پرایم کردن پمپ پیش از روشن کردن آنها می باشد. یعنی پس از لاین آپ نمودن پمپ و اطمینان از ورود سیال به داخل پمپ، باید از خروج کامل هوا یا گاز حبس شده در داخل پمپ نیز اطمینان حاصل نمود. از این نوع پمپ ها در ابعاد و اندازه های مختلف برای مصارف گوناگون ساخته می شوند.

پمپ های رفت و برگشتی:
این نوع پمپ ها وسایلی هستند که انتقال انرﮊی از آنها به سیال به صورت پریودیک و دوره ای می باشد. نیروی محرکه این نوع پمپ ها نیز غالبا توسط موتورهای الکتریکی تامین می گردد. در این نوع پمپ ها حرکت چرخشی میل لنگ تبدیل به حرکت رفت و آمدی پیستونی در یک سیلندر می شود. با عقب رفتن پیستون در سیلندر ایجاد مکش شده و در نتیجه مایع از طریق یک شیر ورودی داخل سیلندر می گردد. با حرکت پیستون به طرف جلو دریچه ورودی بسته و مایع از طریق شیر خروجی به خارج هدایت می گردد. شیرهای ورودی و خروجی یک طرفه بوده و طوری ساخته شده اند که در مراحل رفت و آمد پیستون، از ورود مایع داخل سیلندر به قسمت کم فشار و بالعکس ممانعت شود. اگر به جای پیستون، پلانجری در داخل سیلندر رفت و آمد کند در این حالت به آن پمپ پلانجری می گویند. در ضمن چنانچه پلانجر دیافراگمی را حرکت دهد پمپ از نوع دیافراگمی است. فرق میان پیستون و پلانجر در این است که طول سر پیستون کوتاه تر از مسافتی است که پیستون درون سیلندر طی می نماید، در حالی که طول پلانجر بیشتر از طول مسافت طی شده توسط آن در داخل سیلندر می باشد. از طرفی در پمپ های پیستون از حلقه یا رینگی جهت آب بندی پیستون و سیلندر استفاده شده است که روی بدنه پیستون قرار گرفته و همراه آن حرکت می کند، در حالی که در پمپ های پلانجری این رینگ روی سیلندر قرار دارد و ثابت است. این پمپ ها معمولاً کم ظرفیت هستند ولی فشار خروجی سیال را می توانند تا مقدار زیادی افزایش دهند. بنابراین از این پمپ ها در جاهایی که نیاز به جا به جا کردن سیالی با حجم کم ولی فشار بالا می باشد استفاده می کتتد. در ضمن باید به این نکته نیز توجه داشت که جریان سیال در این پمپ ها به صورت غیر یکنواخت می باشد. نکته بسیار مهم در مورد این پمپ ها آن است که هرگز نباید آنها را در حالی که شیر خروجی پمپ (دیسچارج پمپ) بسته است روشن نمود.
پمپ های چرخ دنده ای:
این پمپ ها نوعی از پمپ های گردشی یا روتاری می باشند. پمپ های چرخ دنده ای از دو قسمت متمایز تشکیل شده اند، یکی قسمت جداره ثابت و دیگری قسمت دوار که شامل یک محور گردان با چرخ دنده می باشد. در پمپ های چرخ دنده ای مقداری مایع بین دنده های چرخ دنده پمپ به اصطلاح به تله می افتد و در اثر چرخیدن چرخ دنده ها این مایع به قسمت خروجی پمپ رانده می شود. این پمپ ها به گونه ای ساخته می شوند که در آنها فاصله میان اجزاء گردنده و جداره ثابت بسیار کم می باشد. کار برد این پمپ ها برای جا به جایی مایع با حجم کم و فشار متوسط می باشد. نکته مهم در مورد این پمپ ها آن است که هرگز نباید آنها را در حالی که شیر خروجی پمپ بسته است روشن نمود؛ چرا که در این حالت، اگر هیچ شیر اطمینانی در مسیر discharge پمپ وجود نداشته باشد، یا خود پمپ از بین می رود و یا اینکه لوله DisCharge می شکند.
می توان پمپ ها را بر اساس نحوه عملکردشان به گونه ای دیگر نیز دسته بندی کرد:
۱ پمپ های سانتریفوژ (جریان شعاعی)
۲ پمپ های محوری
۳ پمپ های نیمه سانتریفوژ (یا با جریان مختلط)
۱ پمپ سانتریفوژ (شعاعی):
عملکرداین پمپ به این صورت است که درآن سیال موازی محور وارد چرخ پمپ شده و عمود برآن از چرخ خارج می گردد. این پمپ ها معمولاً برای ایجاد فشارهای بالا در دبی های کم به کارمی روند. بنابراین اغلب پمپ های سانتریفوژ توانایی خوبی درایجاد فشارهای بالا دارند. پمپ های سانتریفوژ شایع ترین نمونه از پمپ ها هستند.

۲ پمپ های محوری:
سیال موازی محور وارد پمپ می گردد و به طور موازی نسبت به محور ازچرخ خارج می گردد. این پمپ ها برای ایجاد فشارها و دبی های متوسط به کار می روند.
۳ پمپ های نیمه سانتریفوژ (مختلط):
پسیال موازی محور وارد چرخ پمپ می گردد و به طور مایل نسبت به محور از چرخ خارج می گردد. این پمپ ها برای ایجاد فشارها و دبی های متوسط به کارمی روند. این پمپ ها نسبت به پمپ های سانتریفوژ توانایی بیشتری در استفاده و به کارگیری دبی های بالا رادارند.
مبانی و کاربرد پمپ های گریز از مرکزcentrifugal pump اصول کار کلیه این پمپ هابراساس استفاده از نیروی “گریز از مرکز” پایه گذاری شده است. هر حجمی که در یک مسیر دایره ای یا منحنی شکل حرکت کند، تحت تأثیر نیروی گریز از مرکز واقع می شود. جهت نیروی مذکور طوری است که همواره تمایل دارد که جسم را ازمحور یا مرکز دوران دور سازد.
◄قسمت های اساسی یک پمپ گریز از مرکز عبارتند از:
۱٫ الکتروموتور: که شامل قسمت الکتریکی پمپ است.
۲٫ کوپل یا هم محور سازی:که متصل کننده الکترومتر به شافت (محور) پمپ است.
۳٫ هوس برینگ: که محل قرار گیری برینگ ها می باشد
۴٫ مکانیکال سیل: که محل آب بندی پمپ و جدا کننده سیال پمپاژ شده و قسمت مکانیکی پمپ می باشد.
۵٫ پره های پمپ: که با توجه به نوع کاربرد دارای انواع مختلفی می باشد.
مواد:
پمپ های سانتریفیوژ که معمولا به بازار عرضه می شوند دارای ترکیبات برنزی، تمام برنزی، یا دارای ترکیب آهنی می باشند. در ساختار نیمه برنزی، پروانه خلاف شافت (اگر به کار برده شده باشد) و رینگ های سایشی برنزی خواهد بود و محفظه از چدن است. این مواد ساختمانی برای قسمت های از پمپ می باشد که در تماس با پمپاژ شده می باشد.
کاویتاسیون:
این پدیده یکی از خطرناک ترین حالت هایی است که ممکن است برای یک پمپ به وجود آید. آب یا هر مایع دیگری، در هر درجه حرارتی به ازای فشار معینی تبخیر می شود. هرگاه در حین جریان مایع در داخل چرخ یک پمپ، فشار مایع در نقطه ای از فشار تبخیر مایع در درجه حرارت مربوطه کمتر شود، حباب های بخار یا گازی در فاز مایع به وجود می آیند که به همراه مایع به نقطه ای دیگر با فشار بالاتر حرکت می نمایند. اگر در محل جدید فشار مایع به اندازه کافی زیاد باشد، حباب های بخار در این محل تقطیر شده و در نتیجه ذراتی از مایع از مسیر اصلی خود منحرف شده و با سرعت های فوق العاده زیاد به اطراف و از جمله پره ها برخورد می نمایند. در چنین مکانی بسته به شدت برخورد، سطح پره ها خورده شده و متخلخل می گردد. این پدیده مخرب در پمپ ها را کاویتاسیون می نامند. پدیده کاویتاسیون برای پمپ بسیار خطرناک بوده و ممکن است پس از مدت کوتاهی پره های پمپ را از بین ببرد. بنابراین باید از وجود چنین پدیده ای در پمپ جلو گیری گردد. کاویتاسیون همواره با صداهای منقطع شروع شده و سپس در صورت ادامه کاهش فشار در دهانه ورودی پمپ، بر شدت این صداها افزوده می گردد. صدای کاویتاسیون مخصوص و مشخص بوده و شبیه برخورد گلوله هایی به یک سطح فلزی است. هم زمان با تولید این صدا پمپ نیز به ارتعاش در می آید. در انتها این صداهای منقطع به صداهایی شدید و دائم تبدیل می گردد و در همین حال نیز راندمان پمپ به شدت کاهش می یابد.
کاربرد پمپ ها
کاربرد پمپ ها در سیستم های هیدرولیک کارآیی سیستم های هیدرولیک برای سهولت انتقال نیرو، موجب گسترش روز افزون این سیستم ها شده است. می توان پمپ های سیستم های هیدرولیک را به مثابه قلب سیستم در نظر گرفت. پمپ های هیدرولیک تنها یک وظیفه مهم را بدوش دارند و آن به جریان انداختن سیالات هیدرولیک است. عامه مردم تصور می کنند که پمپ ها، فشار مورد نیاز را ایجاد می کنند، لیکن این تصور نادرست است. فشار ناشی از عواملی مانند مقاومت خطوط لوله، گرانروی و بار روی محرک ها (Actuator) در مقابل جریان سیال، مقاومت می کنند. در واقع شفت پمپ، انرژی مکانیکیِ موتور الکتریکی یا موتورهای دیزلی و بنزینی را به انرژی سیال تبدیل می کند. پمپ های سیستم های هیدرولیک از نوع پمپ های جابجایی مثبت هستند. در این پمپ ها که با آب بندهای خاص و لقی های بسیار کم طراحی می شوند، با هر جابجایی حجم معینی از سیال تحت فشارهای نرمال پمپ می گردد به طوری که احتمال برگشت سیال تقریباً غیرممکن است. در نتیجه هنگامی که فشار سیستم به دلیل بار روی محرک (Actuator) افزایش می یابد، موتور الکتریکی یا موتور دیزلی باید شدیدتر کار کند تا حجم مورد نیاز را منتقل کند که این به معنای توان الکتریکی بیشتر و یا افزایش مصرف سوخت است. در واقع چون این جریان به نواحی حساس سیستم پمپ می شود (آب بندها، شلنگ ها و غیره ) همیشه سیستم به یک شیر اطمینان مجهز می شود. انواع پمپ های هیدرولیک با وجود تنوع پمپ های هیدرولیک ، می توان آنها را در چند گروه تقسیم بندی کرد: دنده ای، پره ای و پیستونی. پمپ های دنده ای: پمپ های دنده ای بسیار ارزان بوده، به نوع سیال هیدرولیک حساسیت ندارند. این پمپ ها در مقابل آلودگی مقاوم بوده و نیاز به طراحی های خاص ندارند. فشار در این سیستم ها بین۱۵۰۰ تا ۵۰۰۰psi می باشد. این ویژگی ها باعث شده که در تجهیزات متحرک، بیشتر از پمپ های دنده ای استفاده شود چرا که که مقاومتشان در برابر آلودگی بسیار زیاد و کارایی آنها در خور توجه است. درون پمپ های دنده ای، دو چرخ دنده در خلاف جهت یکدیگر حرکت می کنند که اولی به شفت موتور متصل بوده و دومی چرخ دنده هرز گرد (Idler) می باشد. سیال از محفظه ورودی وارد پمپ شده و از میان دندانه های چرخ دنده ها و جداره محفظه پمپ منتقل می شود. به دلیل فواصل بسیار کم، سیال از مرکز پمپ نمی تواند عبور کند. پس دو جریان دوباره با هم مخلوط شده و به سمت خروجی پمپ رانده می شوند. پمپ های دنده ای می توانند در هر دو جهت عمل کنند و این ویژگی قابل توجهی در بعضی از سیستم ها است. از آنجایی که یاتاقان های این پمپ ها تنها از یک جهت، (جهت فشار پمپ خروجی) تحت بار قرار دارند، به پمپ های نامتوازن معروفند. در نتیجه این پمپ ها به طور نامتناسب و تنها از یک جهت، تمایل به سایش دارند. پمپ های دنده ای در انواع خارجی (که بسیار متداول است)، داخلی و یا از نوع چرخان (Gerotor) ساخته می شوند(شکل۱) پمپ های پره ای: این نوع پمپ ها کارآیی و موارد استفاده زیادی دارند ولی سیال آنها باید خواص ضد سایش فوق العاده ای داشته باشد. در پمپ های پره ای چند نقطه در معرض سایش قرار دارند. این نقاط نوک پره ها، صفحات دوار و شیار پره ها در روتور هستند. یک مزیت پمپ های پره ای این است که سایش تمام سطوح آن یکنواخت است و این وضعیت راندمان را افزایش می دهد. هم چنین، پمپ های پره ای که با دو ورودی و دو خروجی در جهات مختلف طراحی می شوند متوازن بوده و با توجه به این ویژگی، تنش یکنواخت و کمتری بر روی یاتاقان ها وارد می شود. می توان پمپ های پره ای را با تغییر شکل مکانیکی محفظه پمپ، به صورت پمپ های جا بجایی متغیر ساخت که در نتیجه راندمان آنها افزایش یافته و البته هزینه اولیه‌(ساخت) پمپ ها نیز افزایش می یابد. تحمل پمپ های پره ای در مقابل آلودگی کم است و ذرات آلودگی، سبب سایش غیرمنتظره پره ها می شود. پمپ های پره ای در محدوده فشار۱۰۰۰ تا ۳۰۰۰psi توانایی عملکرد دارند. پمپ های پیستونی: این نوع از پمپ ها به دو شکل شعاعی یا محوری طراحی می شوند. در نوع شعاعی، پیستون ها از محور یک محفظه استوانه ای حلقوی شکل شبیه چرخ پره دار می چرخند و در نوع محوری، محور گردش پیستون ها و سیلندرها موازی می باشد. از طرفی لقی های پمپ های پیستونی بسیار کم بوده و به همین دلیل این پمپ ها به ذرات ناشی از سایش خراشیدگی بسیار حساس هستند. پمپ های پیستونی به دو شکلِ جابجایی ثابت یا متغیر طراحی می شوند. طراحی های جابجایی متغیر، تغییرات فشار سیستم را جبران می کنند و دارای بیشترین بازدهی (یعنی بین۹۲ تا۹۷ درصد) هستند. صرف نظر از نوع پمپ ها، سیستم های هیدرولیک، باید قبل از راه اندازی به طور کامل تمیز و شسته شوند و کلیه منابع آلودگی باید تا حد امکان به حداقل برسد. هم چنین سیال هیدرولیک نو یا سیال هیدرولیک که سر ریز می شود باید قبل از استفاده در سیستم به طور کامل فیلتر شود چرا که یک سیستم هیدرولیکی که در شرایط مناسب عملیاتی به سر می برد و سیال هیدرولیک آن فیلتر می شود، در مقایسه با یک سیال هیدرولیک نو تمیزتر است. علاوه بر تمیزی سیال، نوع سیال، محدوده دما، گرانروی سیال، شرایط سیال (اکسیداسیون، آلودگی با آب و غیره) فشاری که بر روی سیستم وارد می شود، ورود هوا و کاویتاسیون، همگی بر پمپ و عمر آن موثر هستند.

منابع:

Adomi, Scott, et al. Drag Reduction in Turbulent Flow. March 10, 1997.

Bonnell, Ken and Poe, Christopher. Chemical Engineering. “Selecting
Low-flow Pumps”. Feb. 1999, vol 106.

Streetor, Victor L. Handbook of Fluid Dynamics. McGraw-Hill Book
Company, Inc. : New York, 1961.

Perry, Robert H. and Green, Don W. Perry’s Chemical Engineering Handbook. McGraw-Hill Book Company, Inc. : New York, 1997.