اسکرو پمپ یا سانتریفیوژ

ویژگی های پمپ سانتریفیوژ

بررسی حالت های خرابی پمپ گریز از مرکز با کاربرد در صنایع آبرسانی و فاضلاب

پمپ‌های گریز از مرکز  یا پمپ سانتریفیوژ یکی از پرکاربردترین پمپ‌های جهان هستند که کاربردهای گسترده‌ای دارند، از انتقال مواد غذایی گرفته تا انتقال آب یا فاضلاب. مشکلاتی که در این ماشین‌ها به وجود می‌آیند جریان سیال را در خطوط لوله کاهش می‌دهند و در نتیجه تولید و انتقال سیال به مقصد را  متوقف می‌کنند. این خرابی منجر به کند شدن سایر بخش‌ها  می شود. در نتیجه، ضروری است که این پمپ ها به درستی نظارت و نگهداری شوند و قبل از خرابی پمپ جایگزینی انجام شود تا هزینه مواد و هزینه های نیروی کار کاهش یابد.

در این تحقیق در تلاشیم تا خطاهای اصلی که در پمپ های سانترفیوژ رخ می دهد را برسی کنیم.

پمپ سانتریفیوژ فاضلاب

پمپ سانتریفیوژ فاضلاب پرکاربردترین و پر مصرف ترین نوع پمپ های مورد استفاده در پکیج تصفیه فاضلاب است. پمپ گریز از مرکز یا پمپ سانتریفیوژ فاضلاب یک سیستم مکانیکی است که در پکیج های نوین تصفیه فاضلاب برای انتقال فاضلاب/پساب با استفاده از انتقال انرژی چرخشی از روتور محرک که پروانه نامیده می شوند، طراحی شده است. عملکرد پمپ های سانتریفیوژی به این صورت می باشدکه ابتدا فاضلاب/پساب وارد پروانه که به سرعت در حال چرخش در امتداد محور خود است می شود. سپس فاضلاب/پساب با استفاده از نیروی گریز از مرکز، در امتداد محیط خود از طریق نوک پره پروانه به بیرون پمپ منتقل می شود. عمل پروانه باعث افزایش سرعت و فشار سیال شده و همچنین آن را به سمت خروجی پمپ هدایت می کند. طراحی بدنه پمپ به صورتی می باشد که مایع ورودی را منقبض کرده و آن را به پروانه هدایت می کند.

مزایای استفاده از پمپ های سانتریفیوژ

در زیر مهمترین مزایای استفاده از پمپ های گریز از مرکز آورده شده است:

1. جریان یکنواخت

پمپ های گریز از مرکز با کیفیت بالا جریانی یکنواخت و بدون پالس را ارائه می دهند.

2. مقاومت در برابر خوردگی

مواد و ساختار پمپ های گریز از مرکز به آنها اجازه می دهد تا در برابر مواد شیمیایی و شرایط سخت مقاومت کنند.

مقاوم بودن در برابر خوردگی به این معنی است که پمپ های گریز از مرکز می توانند انواع مختلف سیالات را در شرایط مختلف انتقال دهند.

3. طیف وسیعی از اندازه ها

پمپ های گریز از مرکز ، طیف گسترده ای از اندازه ها را دارند.

اندازه های مختلف موجود به این معنی است که می توان از آنها برای برنامه های مختلف انتقال سیال در حجم های مختلف استفاده کرد.

4. قابلیت اطمینان

می توان روی پمپ های گریز از مرکز با کیفیت بالا برای عملکرد مداوم و طولانی مدت در طیف گسترده ای از کاربردها و صنایع حساب کرد.

علاوه بر این، آنها نیاز به تعمیر و نگهداری کمی دارند. طراحی خوب و کارآمد آنها تعداد قطعاتی را که نیاز به تعمیر و نگهداری یا تعویض دارند به حداقل می رساند.

5. بهره‌وری انرژی

پمپ های گریز از مرکز  نسبت به سایر تجهیزات متحرک سیال سنتی از نظر انرژی کارآمدتر هستند. این ویژگی هزینه ها را در کوتاه مدت و در طول چرخه عمر دستگاه کاهش می دهد.

انواع پمپ های سانتریفیوژ

پمپ های گریز از مرکز بر اساس مرحله، نوع مکش، کیس اسپلیت، جهت شفت و مشخصات استاندارد دسته بندی می شوند.

• طبقه بندی پمپ های گریز از مرکز بر اساس تعداد پروانه ها:

تک مرحله ای: این نوع پمپ فقط یک پروانه در بدنه خود دارد و برای عملیات های کم فشار بسیار مناسب است زیرا میزان جریان حفظ می شود.

دو مرحله ای: این نوع پمپ گریز از مرکز دارای دو پروانه است که با هم برای پمپاژ مایعات کار می‌کنند. این دستگاه به بهترین وجه در کاربردهای هد متوسط استفاده می شود.

چند مرحله ای: پمپ های چند مرحله ای دارای سه پروانه یا بیشترهستند و برای دستیابی به راندمان مطلوب استفاده می شوند. این پمپ گریز از مرکز، برای کاربردهای هد بالا توصیه می شود.

• نوع مکش

تک مکش: در این نوع، مایع تنها از یک طرف پره های پروانه وارد می شود.

مکش مضاعف: این دستگاه اجازه می دهد تا مایع از دو طرف پره های پروانه وارد شود.

• جهت شفت

این دسته پمپ های گریز از مرکز را بر اساس جهت شفت درون دستگاه طبقه بندی می کند.

افقی: پمپ های افقی دارای محورهای افقی هستند. نصب و نگهداری آنها آسان است.

عمودی: شفت پمپ های گریز از مرکز عمودی به صورت عمود بر صفحه قرار دارند. شفت های این دستگاه ها به طور خاص طراحی شده اند و دارای پیکربندی پشتیبانی یاتاقان هستند که آنها را برای اتصال مستقیم به موتور الکتریکی مناسب می کند.

دلایل خراب شدن پمپ های سانترفیوژ

پمپ ها و سیستم های مرتبط با پمپ های سانرفیوژ در طیف گسترده ای از کاربردهای صنعتی برای حمل و نقل موثر سیالات، از آب تمیز تا فاضلاب ضروری هستند.

 تولید کنندگان پمپ ها معمولا حس گرهایی را روی تجهیزات خود قرار دهند. با این حال، تفسیر و تجزیه و تحلیل این داده ها توسط کاربر به طور کامل مورد استفاده قرار نمی گیرد.

خرابی پمپ منجر به کاهش راندمان می شود. مشکلات زیادی هنگام استفاده از پمپ های گریز از مرکز ایجاد می شود. این مشکلات، که شامل مشکلات مکانیکی و هیدرولیکی است طی سالها از زوایای مختلف مورد برسی قرار گرفته است.

خرابی های هیدرولیکی (کاویتاسیون، ضربان های فشار، رانش شعاعی، رانش محوری، مکش و گردش مجدد تخلیه)، خرابی های مکانیکی (شکست بلبرینگ، خرابی آب بندی، روغن کاری، ارتعاشات بیش از حد) و انواع دیگر خواهد بود. خرابی (فرسایش، خوردگی، مصرف برق بیش از حد). هر مشکل شامل علت و معلول، علائم و روش‌های اصلاحی مکانیکی مربوطه توضیح داده می‌شود.

خرابی هیدرولیک

خرابی های هیدرولیک از تغییرات فشار در پیچ یا لوله های منتهی به پمپ به دلیل تغییر در عواملی مانند دما، سرعت جریان سیال و سرعت جریان حجمی سیال ایجاد می شود.

 کاویتاسیون

کاویتاسیون تشکیل حباب های بخار در یک سیال متحرک است که در آن فشار سیال زیر فشار بخار آن قرار می گیرد. در اصل، کاویتاسیون ناشی از کاهش فشار مکش، افزایش دمای مکش، یا افزایش سرعت جریان بالاتر از چیزی است که پمپ برای آن طراحی شده است. طراحان پمپ ها سعی می کنند این واقعیت را در نظر بگیرند که پمپ ها همیشه در حداکثر راندمان خود کار نمی کنند و سعی می کنند محدوده عملکرد دستگاه را در نظر بگیرند. یک پمپ گریز از مرکز معمولاً به راحتی در محدوده 85٪ تا 110٪ از بهترین نقطه بازده خود (BEP) کار می کند. با این حال، بسیاری از پمپ ها مجبور هستند خارج از این محدوده کار کنند . در نتیجه، طراحان تمام تلاش خود را می کنند تا اطمینان حاصل کنند که حباب های کاویتاسیون در پمپ فرو نمی ریزند، بلکه در سیستم لوله کشی اصلی، بسیار دور از پره  فرو می ریزند.

دلایل متعددی برای ایجاد کاویتاسیون در یک پمپ و سیستم لوله کشی وجود دارد، مانند: جریان حجمی زیاد. کاهش زیادی در مقدار سیال در سیستم که منجر به افزایش غیر طبیعی دمای سیال می شود. کاهش فشار مکش به دلیل تغییر شرایط در سمت مکش پمپ؛ گرم شدن سیال در سیستم مکش، که منجر به افزایش فشار بخار سیال در ورودی پمپ می شود. ناپایداری جریان در پمپ، که معمولاً در نرخ‌های جریان بسیار پایین‌تر از نرخ جریان بهترین نقطه بازده پمپ (BEP) رخ می‌دهد. جریان نزدیک به صفر که منجر به گرم شدن سریع سیال در محفظه پمپ می شود و به سرعت منجر به قفل شدن بخار در سیستم می شود. توزیع ضعیف سیال در پمپ هایی که به صورت موازی کار می کنند. پمپ های بزرگ که با ظرفیت بالا کار می کنند. پمپاژ آب گرم با فشار بخار بالا؛ همچنین فرض می شود که حفره هایی بین سیال و قسمت های ارتعاشی پمپ که با سیال در تماس هستند تشکیل شده است.

فرسایش

فرسایش حفره ها می تواند فشارهای موضعی زیادی را روی سطوحی که در برابر آنها فرو می ریزد وارد کند و باعث آسیب به سطوح پمپ می شود .آسیب به این دلیل رخ می دهد که وقتی حفره ها فرو می ریزند مایع با سرعت بالا به سطح پمپ برخورد می کند .

نویز

صدای فروریختن حفره های تحت فشار بیشتر، صدای ترق تیز است. برخی به آن اشاره می کنند که گویی سنگ را پمپاژ می کند. سطح نویز ناشی از کاویتاسیون معیاری برای سنجش شدت کاویتاسیون است. نویز را می توان در داخل و اطراف مکش پمپ پیدا کرد. اگر صدای ترق ترق تصادفی به نظر می رسد و با ضربه های شدید همراه است، این نشان دهنده کاویتاسیون در چرخش مکش است. در واقع سه نوع اصلی کاویتاسیون وجود دارد که بر اساس محل ایجاد حفره ها و محل انفجار حباب های بخار طبقه بندی می شوند و هر کدام با طیف  صوتی خاص خود همراه است. کاویتاسیون ورق که اولین نوع است، هنگامی که پمپ ها نزدیک به جریان طراحی خود با فشار مکش کم کار می کنند، حفره هایی را در سراسر سطح پره ایجاد می کند. این یک نویز  وسیع، با دامنه کم، در محدوده 2 کیلوهرتز تا 40 کیلوهرتز ایجاد می کند. کاویتاسیون ابری، نوع دوم، حفره هایی در پایین دست ورق  ایجاد می کند که پمپ به دور از جریان طراحی خود در فشار مکش کم کار می کند. این بلندترین نوع از سه نوع کاویتاسیون است. معمولاً در فرکانس‌های بالا مانند 20 کیلوهرتز تا 40 کیلوهرتز ظاهر می‌شود و صدای آشنای “پمپ کردن سنگریزه” را می‌دهد. کاویتاسیون گردابی، نوع سوم، یک نوع کاویتاسیون بسیار ناپایدار است که پمپ ها در جریان های بسیار کم و در جریان برگشتی ورودی کار می کنند. اگرچه این پدیده یک پدیده فروپاشی حباب است، اما مانند دو مورد قبلی، آسیب کمتری دارد زیرا فروپاشی حباب های بخار دور از سطوح جامد رخ می دهد. این نوع کاویتاسیون با انفجارهای تصادفی نویز همراه با صدای معمولی کاویتاسیون مشخص می شود.

مصرف برق

طبق براوردهای صورت گرفته در کشورهای اروپایی سیستمهای پمپاژ بطور متوسط بیش از 20% برق تولیدی را مصرف می کنند و در بسیاری از صنایع بین 25 تا 50% از کل مصرف انرژی مربوط به پمپ ها می باشد. مطالعات مختلف نشان داده است که با بهینه سازی خطوط لوله، پمپ ها و سیستم های کنترل آنها می توان بین 30 تا 50% در مصرف انرژی آنها صرفه جویی نمود. درکشور ما با توجه به فرسوده بودن بسیاری از خطوط انتقال و عدم توجه کافی در انتخاب پمپ و سیستم کنترل این اعداد بالاتر از نرم اروپا خواهد بود.

معمولا از پمپ های سانترفیوژ  سه فاز برای مصارف صنعتی یا کشاورزی با سایز دهانه خروجی 2، 3، 4 و 6 اینچ طراحی شده اند استفاده می شود . محدوه توان این پمپ های کف کش می تواند از 1 تا 15 اسب بخار باشد.

چرا مهندسان به جای پمپ های گریز از مرکز، پمپ های پیچی ارشمیدس (پمپ اسکرو) را انتخاب می کنند؟

• سرعت آهسته و طراحی ساده

احتمالاً مزیت اصلی و کلی اسکرو پمپ قابلیت اطمینان فوق العاده آن است. طراحی ساده، ساختار باز و سرعت چرخش آهسته، آن را به پمپی سنگین با حداقل سایش تبدیل می کند که سال ها بدون مشکل کار می کند.
 

• آب خام را با مواد جامد سنگین و زباله های شناور پمپ می کند.

به دلیل ساختار باز و فضای کافی بین پره ها یک پمپ پیچی می تواند فاضلاب خام را بدون نیاز به  آشغال گیر دانه ریز قبل از خود پمپ  کند. هم زباله های شناور و هم جامدات سنگین به سادگی بلند می شوند. این باعث صرفه جویی قابل توجهی در هزینه های تجهیزات  می شود .

• می تواند بدون آب کار کند.

یک پمپ پیچ می تواند حتی زمانی که آب در ورودی وجود ندارد کار کند. بنابراین نیازی به نصب تدابیر گران قیمت (کنترل سطح و غیره) برای جلوگیری از کار کردن خشک نیست. همچنین بلبرینگ پایینی نیازی به خنک شدن ندارد.

• بدون نیاز به مخزن جمع آوری = حداقل هد

یک پمپ پیچی آب را مستقیماً از سطح “اسکوپ” می کند و نیازی به مخزن جمع آوری نیست . این باعث می شود که هد پمپ به حداقل برسد.

• راندمان  ثابت با ظرفیت متغیر

منحنی راندمان یک پمپ پیچ در بالا صاف است. با توجه به این ویژگی راندمان، پمپ پیچ زمانی که با 50 درصد ظرفیت خودکار می کند هم راندمان بالایی دارد.

• تنظیم ظرفیت پمپ با سطح ورودی

هنگامی که سطح آب ورودی پایین می آید، در جریان هوای خشک، پمپ پیچ به طور خودکار آب کمتری پمپاژ  می کند. هیچ سیستم کنترلی برای تطبیق عملکرد پمپ مورد نیاز نیست.

•    “حرکت ملایم” با گله بیولوژیکی

لجن برگشت فعال در STP یک ماده بیولوژیکی ظریف است. به دلیل سرعت چرخش پایین و باز بودن بین پره ها ، پمپ های پیچی به این دسته بیولوژیکی آسیب نمی رسانند، در حالی که پمپ های گریز از مرکز چرخشی با سرعت بالا گله بیولوژیکی را کاملاً خرد می کنند.

• تعمیر و نگهداری آسان (بدون نیاز به نیروی ماهر بالا)

پمپ پیچی نیاز به تعمیر و نگهداری بسیار کمی دارد. در مقایسه با پمپ های گریز از مرکز (غرق) تقریباً چیزی نیست. علاوه بر این، به کارکنان تعمیر و نگهداری “با مهارت بالا” نیاز نیست که این نوع پمپ را برای مکان های دور بسیار مناسب می کند. 

• عمر طولانی بین 20 تا 40 سال

پمپ های اسکرو با طول عمر معمولی بین 20 تا 40 سال غیرعادی نیستند.

معایب پمپ های پروانه ای / سانتریفیوژ

نظرات زیر به طور مستقل از مشتریان/مهندسان مختلف دریافت شد که هم پمپ های پیچی و هم سیستم گریز از مرکز پروانه (غرق آبی) را کار می کنند.
 

• سرعت بالا = افزایش سایش

سرعت عملیاتی نسبتاً بالا (450 – 950 دور در دقیقه) باعث سایش و آسیب در محفظه پمپ می شود، این امر به ویژه در هنگام پمپاژ فاضلاب حاوی ماسه و سنگ بسیار زیاد است. این سایش منجر به تعمیرات منظم و گران قیمت بدنه پمپ می شود.
 

• انسدادهای احتمالی در هنگام کاهش ظرفیت

در هنگامی که ظرفیت کاهش پیدا می کند  سرعت در لوله عمودی به حدی کاهش می یابد که مواد جامد از حالت تعلیق به پایین لوله می افتند و باعث انسداد می شوند و در نهایت پمپ را متوقف می کند.
 

• جامدات سنگین را نمی توان پمپ کرد

جامدات سنگین را نمی توان پمپ کرد. در نهایت حوضچه با مواد جامد پر می شود که باید با دست توسط کارکنان تعمیر و نگهداری خارج شوند. از طرف دیگر یک صفحه نمایش درشت باید نصب شود که هزینه کل تجهیزات را افزایش می دهد!
 

• زباله های شناور پمپاژ نمی شود

زباله های شناور حذف نمی شوند. بلکه در حوضچه جمع می شود و باید با دست برداشته شود. علاوه بر این، زباله‌های شناور (چوبی) می‌توانند وارد مارپیچ مخروطی شوند و باعث مسدود شدن پمپ شوند. تعمیر مشکل است و گاهی باید پمپ را کامل با پمپ جدید تعویض کرد.
 

• کارکردن به صورت خشک آسیب دهنده است

پمپ گریز از مرکز در هنگام خشک شدن به شدت آسیب می بیند. بنابراین لازم است که اقدامات گران قیمت (کنترل سطح و غیره) برای جلوگیری از “جریان خشک” نصب شود.
 

• تلفات اصطکاک بالا در لوله ها

سرعت بالا در لوله تخلیه عمودی برای بلند کردن مواد جامد با فاضلاب مورد نیاز است که به دست آوردن این سرعت بالا مستلزم استفاده از لوله‌کشی با قطر کم است. استفاده از لوله کشی با قطر کم باعث تلفات اصطکاک زیاد در لوله می شود که مصرف انرژی را افزایش می دهد.
 

• آب بندی مکانیکی نیاز به تنظیم منظم دارند

آب بندی مکانیکی بین پمپ و موتور نیاز به تنظیم یا تعویض منظم دارد که زمان بر است (ایزولاسیون و شستشو لازم است) و از این رو گران است.
 

• امکانات بالابر مورد نیاز برای هر تعمیر و نگهداری

حتی پمپ‌های با ظرفیت کم (100 لیتردرثانیه) برای بلند کردن با دست بسیار سنگین هستند، بنابراین هر زمان که نیاز به تعمیر است باید از جرثقیل متحرک استفاده شود یا امکانات بالابر دائمی نصب شود، هر دو گزینه گران است.
 

• نیاز به نیروی متخصص تعمیر و نگهداری

پمپ ها و موتورهای غوطه ور نیاز به مهارت تحصیلی بالای  اپراتورها و هم کارکنان تعمیر و نگهداری دارند.
 

• موتورهای مستغرق بیشتر از موتورهای خشک دردسر ایجاد می کنند.

مشکلات ناشی از نشتی و اتصال کوتاه است.