فرآیند تراش یا برش پروانه پمپ های گریز از مرکز (سانتریفیوژ) چیست ؟

تراش پروانه فرآیند ماشینکاری قطر پروانه (تیغه ها) برای کاهش مقدار انرژی اضافه شده به سیال سیستم است. برش پروانه می تواند اصلاح مفیدی برای عملکرد پمپ باشد، زمانی که یک پمپ به دلیل شیوه های طراحی پمپ بیش از حد محافظه کارانه یا تغییر در بارهای سیستم، اندازه بیش از حد شده است.

عملکرد پمپ گریز از مرکز را می توان با تغییر قطر پروانه، یعنی با تراش پروانه تغییر داد.

استاندارد API610 تصریح می کند که هنگام تعویض پروانه با قطر بزرگتر یا طراحی هیدرولیکی متفاوت، با قابلیت تنظیم سرعت یا استفاده از مرحله خالی، هد پمپ باید حداقل 5 درصد افزایش یابد. به عبارت دیگر، برای پمپ های گریز از مرکز با سرعت ثابت و تعداد مراحل ثابت، اجازه استفاده از پروانه حداکثر قطر را ندارد، یعنی نیاز است با برش پروانه، عملکرد مورد نیاز تامین شود.

هر پمپ گریز از مرکز استاندارد دارای یک پروانه حداکثر قطر است که در محفظه/پره راهنما نصب شده است، که معمولاً یک پروانه طراحی استاندارد (با الزامات عملکرد خاص) است. البته هر پمپ گریز از مرکز استاندارد یک پروانه حداقل قطر نسبی نیز دارد. پروانه حداقل قطر نسبی نامیده می شود زیرا (پس از برش پروانه) عملکردی که تولید می کند هم برای خریدار و هم برای فروشنده قابل قبول است.

با افزایش یا کاهش قطر پروانه می توان خروجی پمپ را کم یا زیاد کرد. پروانه‌های با قطر بزرگ‌تر نسبت به پروانه‌های با قطر کمتر، سر و جریان بیشتری تولید می‌کنند. تغییر قطر پروانه نیز بر راندمان پمپ تاثیر می گذارد. وقتی مقدار برش کم است، اثر کارایی آشکار نیست. با این حال، زمانی که مقدار برش از مقدار معینی بیشتر شود، راندمان پمپ به طور قابل توجهی کاهش می یابد. بنابراین، سازندگان پمپ حداقل قطر پروانه توصیه شده را برای هر پمپ گریز از مرکز ارائه می دهند.

عملکرد پمپ گریز از مرکز می تواند با تغییر قطر پروانه تغییر کند. برش پروانه با توجه به انتهای قطر پروانه مشخص می شود . اکثر پمپ های سانتریفیوژ با طیف وسیعی از اندازه های برش پروانه دردسترس هستند . حداکثر برش بزرگترین قطر پروانه است که می تواند در داخل یک پمپ خاص نصب شود . حداقل برش حداقل قطر پروانه ای است که هنوز عملکرد قابل قبولی را ایجاد می کند. با افزایش یا کاهش قطر یک پروانه ، کارآیی یک پمپ را می توان افزایش یا کاهش داد . پروانه های با قطر بزرگتر ، هد و جریان بیشتری را به نسبت پروانه های با قطر کوچکتر دارند.

چه زمانی باید برش یا تراش پروانه پمپ را در نظر بگیریم ؟

کاربران نهایی باید در صورت بروز هر یک از شرایط زیر، پروانه را برش دهند :

1. بسیاری از شیرهای بای پس سیستم باز هستند، که نشان می دهد جریان اضافی برای تجهیزات سیستم در دسترس است.
2. برای کنترل جریان از طریق سیستم یا فرآیند، فشار بیش از حد لازم است.
3. سطوح بالای سر و صدا یا ارتعاش نشان دهنده جریان بیش از حد است.
4. پمپ دور از نقطه طراحی کار می کند (با دبی کم کار می کند)

انواع روش های تراش یا برش پروانه پمپ :

سه راه برای بریدن پروانه وجود دارد :

1. برش قطر برابر: این متداول ترین روش برش است.
2. برش اریب : معمولاً روی پروانه های تک مکش با سرعت خاص کم استفاده می شود.
3. برش V شکل : معمولا در پروانه های مکش دوبل استفاده می شود.

برای پمپ های گریز از مرکز، صرف نظر از اینکه از کدام روش برش استفاده می شود، معمولاً فقط تیغه های پروانه بریده می شوند و صفحه پوشش حفظ می شود.

مزایای برش یا تراش پروانه ها :

مزیت اصلی کاهش اندازه پروانه کاهش هزینه های عملیاتی و نگهداری است. پروانه های برش علاوه بر صرفه جویی در انرژی، سایش لوله های سیستم، شیرها و تکیه گاه های لوله را کاهش می دهد. ارتعاشات لوله کشی ناشی از جریان باعث خستگی جوش لوله و اتصالات مکانیکی می شود. با گذشت زمان، ترک خوردگی جوش و شل شدن اتصالات ممکن است رخ دهد که منجر به نشتی و توقف تعمیرات می شود. انرژی بیش از حد سیال نیز از دیدگاه طراحی نامطلوب است. ساپورت‌های لوله معمولاً برای تحمل بارهای استاتیک ناشی از وزن لوله‌کشی و سیال، بارهای فشار ناشی از فشار داخلی سیستم و انبساط ناشی از تغییرات دما در کاربردهای ترمودینامیکی با فاصله و اندازه قرار دارند. ارتعاشات ناشی از انرژی بیش از حد سیال، بارهای غیرقابل قبولی را بر روی سیستم وارد می کند و منجر به نشتی، خرابی و نگهداری اضافی می شود.

چند عامل وجود دارد که حداکثر اندازه پروانه را که می تواند در یک پمپ نصب شود محدود می کند ؟

1- محدودیت فضای فیزیکی: پروانه نمیتواند بزرگتر از فضای موجود در محفظه پمپ باشد .

2- محدودیت های مکانیکی: شفت پمپ و بلبرینگ ها بر اساس حداکثر توان و بارهای محوری مشخصی طراحی شده اند . پروانه نمی تواند آنقدر بزرگ باشد که اندازه آن از قابلیت های اداره کردن توان و بار دیگر اجزای مکانیکی بیشتر شود .

بسته به روش تولیدی که برای ساختن یک پمپ سانتریفیوژ بخصوص استفاده می شود ، تعداد برش های پروانه ای موجود می تواند محدود به تعداد کمی از افزایش های از پیش تعریف شده باشد که با رتبه بندی های خاص موتور همخوانی داشته باشد ، یا برش پروانه می تواند سفارشی ساخته شود تا نیازهای یک پروژه را برآورده سازد .

تاثیر تغییر در قطر پروانه با استفاده از قوانین وابستگی محاسبه می شود .

پمپ های سانتریفیوژ :

از میان تکنولوژی های پمپاژ، پمپ های سانتریفیوژی معروف ترین و گسترده ترین نوع آن هستند و همه این ها به دلیل عملکرد مناسبشان در ارتباط با انواع مایعات است. با این حال، مشخصات پمپ سانتریفیوژی مناسب برای یک کاربری خاص به عوامل مختلفی بستگی دارد که یکی از مهمترین عوامل، انتخاب پروانه مناسب است.

پمپ‌های وظیفه انتقال سیال از یک نقطه به نقطه دیگر را دارند. هر کدام از انواع پمپ با توجه به ساختار و طراحی که دارند برای جابجایی سیال از مکانیزمی استفاده می‌کنند. پمپ سانتریفیوژ که پرکاربردترین پمپ در جهان می‌باشد، از پروانه به منظور به جریان‌انداختن سیال استفاده می‌کند.

پمپ‌های سانتریفیوژ شامل چند نوع می‌شوند و آنها را می‌توان از لحاظ نوع پروانه دسته‌بندی کرد که شامل پمپ سانتریفیوژ پروانه بسته، پروانه باز و پروانه نیمه باز می‌شود. هر کدام از انواع پروانه با توجه به شکل و طراحی که دارد برای جابجایی سیالات خاصی مناسب هستند؛ مثلا برای انتقال آب‌های تمیز و بدون ذرات جامد بهتر است از پمپ سانتریفیوژ با پروانه بسته یا نیمه باز استفاده شود.

پروانه پمپ چیست ؟

پروانه، یکی از قطعات دوار (چرخنده) داخل پمپ های سانتریفیوژی است که انرژی را از موتور پمپ به مایع مورد نظر منقل می کند. پروانه پمپ متشکل از پره های است که از ورودی باز آن در مرکز پروانه (که به آن چشم پروانه می گویند) به سمت بیرون می آیند که هنگام چرخش با ایجاد یک نیروی گریز از مرکز، مایع مورد نظر را از محفظه به سمت محل تخلیه هدایت می کند.

پروانه ها انواع مختلفی دارند که هر کدام از آنها خصوصیات منحصر به فرد خودشان را دارند که باعث می شود هر کدام از این پروانه ها برای کاربری خاصی مناسب باشند. با توجه به نقش حیاتی آن در عملکرد پمپ گریز از مرکز ، می توانید ببینید که چرا نوع و اندازه پروانه عامل مهمی در مشخصات پمپ است.

اهمیت قطر پروانه پمپ گریز از مرکز :

علاوه بر نوع پروانه، در نظر گرفتن قطر پروانه هنگام تعیین پمپ گریز از مرکز نیز حائز اهمیت می باشد زیرا این امر می تواند بر عملکرد آن تاثیر گذار باشد. همانطور که مشاهده می کنید ، نمودار زیر چندین منحنی پمپ را نشان می دهد که نشان دهنده اندازه پروانه های مختلف و تاثیری است که اینها بر دبی و هد مدل پمپ مورد نظر دارند.

هرچه پروانه بزرگتر باشد سرعت محیطی در خروجی پروانه بیشتر خواهد بود و بنابراین هد و جریان تولید شده توسط پمپ بیشتر خواهد بود و بالعکس. با این تفاسیر پروانه ها را با توجه به وظیفه خاصی که در یک اپلیکیشن دارند میتوان درست کرد. بیشتر منحنی های عملکرد پمپ های سانتریفیوژی طیف وسیعی از اندازه های پروانه را نشان می دهد که در آن پمپ می تواند به اندازه کافی کار کند.سپس از این اطلاعات برای تعیین قطر پروانه مورد نیاز برای دستیابی به نیازهای عملکردی استفاده می شود.

تریم کردن پروانه بسیار ارزان تر از استفاده از درایو فرکانس متغیر (اینورتر) برای دستیابی به نقطه کار مورد نیاز است. با این حال هرچه بیشتر سایز پروانه را با تراش دادن کم کنیم فاصله بین پروانه و پوشش پمپ بیشتر می شود که منجر به افت کارایی پمپ خواهد شد. به همین دلیل محدودیتی برای کاهش پروانه وجود دارد.

عملکرد پروانه در پمپ سانتریفیوژ :

در پمپ سانتریفیوژ سیال توسط نیروی گریز از مرکز به گردش در آمده و عامل به جریان انداختن سیال در داخل محفظه، پروانه پمپ است. در واقع پروانه پمپ سانتریفیوژ به گونه‌ای طراحی می‌شود که سیال بعد از مکش به سمت ورودی پمپ و واردشدن به چشمی پروانه، با چرخش روتور و در ادامه پروانه متصل به آن، به سیال نیروی گریز از مرکز وارد شده و در انتها از مجرای خروجی به بیرون هدایت می‌شود.

انواع پروانه پمپ گریز از مرکز (سانتریفیوژ) :

انواع پروانه پمپ سانتریفیوژ از لحاظ ساختار :

بطور کلی پروانه پمپ سانتریفیوژ دارای 3 نوع اصلی پروانه بسته، پروانه نیمه باز و پروانه باز تقسیم می‌شود که در زیر به تفکیک درباره هر یک توضیح داده شده است :

پروانه باز :

همانطور که از نام آن پیداست یک پروانه باز دارای پره هایی هستند که از دو طرف آزاد و بدون پوشش هستند. از آنجایی که هیچ محافظی اطراف پره ها نیست ضعیف تر هستند و در پمپ های کوچک تر و ارزان تر که تحت فشار قابل توجهی کار نمی کنند استفاده می شوند. این نوع پروانه ها بر خلاف پروانه های بسته می توانند مقداری جامدات را هم پمپاژ کنند و برای عملکرد بدون کاویتاسیون و آسیب نیاز به NPSH بالاتری دارند.

پره‌های نوع پروانه باز از هر دو طرف باز بوده و به جهت امکان در تماس بودن سیال در بین پره‌ها علاوه بر کلگی پره‌ها به نسبت دو نوع پروانه بسته و نیمه باز می‌تواند سیالات با ویسکوزیته بالاتر و همچنین حاوی ذرات جامد بیشتر را به جریان اندازد. پمپ لجن کش نمونه‌ای از پمپ‌ هاست که از پروانه باز بهره می ‌برد.

ویژگی‌های پروانه باز :

پره‌ها از هر دو طرف باز هستند.

مناسب برای جابجایی سیالات حاوی ذرات جامد بزرگتر و بیشتر

احتیاج به NPSH بالا

تعمیر آسان و بازدید دوره‌ای راحت جهت تمیزکاری

پروانه نیمه باز :

پروانه های نیمه باز در یک طرف پره ها یک صفحه محافظ وجود دارد که استحکام مکانیکی آن را افزایش می دهد و طرف دیگر آن همچنان باز است. این نوع پروانه از نظر کارکرد و NPSH تقریبا چیزی ما بین پروانه باز و بسته هستند از این رو برای پمپ هایی با اندازه متوسط و مقدار کمی جامدات نرم مناسب هستند. لازم به ذکر است در این نوع پروانه فاصله بین پره ها و محفظه پمپ باید کم باشد.

ساختار پروانه نیمه باز بصورتی طراحی شده است که یک طرف پره‌های آن با صفحه دیسک‌مانند احاطه شده و طرف دیگر آن باز می‌باشد. پروانه نیمه باز برای سیالاتی با ویسکوزیته بالاتر می‌توانند بکار روند. همچنین پروانه نیمه باز در کاربردهای دیگری مانند پمپاژ آب‌های حاوی کمی گل و لای در پمپ‌های آب کشاورزی و پمپ کف کش مورد استفاده قرار می‌گیرند.

ویژگی ‌های پروانه نیمه باز :

فقط یک سمت پره‌ها بسته می‌باشد.

کاربردی جهت جابجایی سیالات حاوی جامدات از مقدار کم تا متوسط

از لحاظ بازدهی و NPSH بین دو نوع پروانه باز و بسته

پروانه بسته :

حالا که در مورد پروانه های باز و نیمه باز صحبت کردیم احتمالا می توانید حدس بزنید که پروانه های بسته از هر دو طرف بسته هستند و بالاترین استحکام را دارند. این نوع پروانه دارای NPHS کمتر و جریان (فلو) بیشتری هستند.  آنها پیچیدگی بیشتری دارند و به همین دلیل قیمت بالاتری هم دارند. این نوع پره ها معروفترین نوع برای استفاده در پمپ های بزرگ که مایعات تمیز منتقل می کنند می باشد. به دلیل بسته بودن از هر دو طرف در بر خورد با مایعات آلوده و جامدات مستعد گرفتگی هستند.

در پروانه بسته پره‌های پروانه از دو طرف توسط صفحه‌ای دیسک ‌مانند بسته شده است. این نوع پروانه به دلیل ساختاری که دارد برای سیالات با ناخالصی مناسب نیست چون امکان گرفتگی دارد و به همین دلیل در کاربردهای انتقال و پمپاژ سیالات تمیز و با ویسکوزیته پایین مانند آب بکار می‌رود. پمپ‌های با پروانه بسته قابلیت جابجایی حجم وسیعی از سیال تمیز با فشار بالا را دارد، از جمله پمپ‌های با پروانه بسته می‌توان به پمپ آب خانگی و پمپ طبقاتی اشاره کرد.

ویژگی‌های پروانه بسته :

پره‌ها از هر دو طرف بسته می‌باشند.

مناسب برای انتقال و جابجایی مایعات تمیز، بدون ناخالصی و ذرات جامد

دارای بازدهی جریان بالا و NPSH پایین

انواع پروانه پمپ سانتریفیوژ از لحاظ شکل پره‌ها :

پروانه ورتکس یا گردابی :

پروانه گردابی از لحاظ ظاهری مشابه پروانه نیمه باز است که یک طرف پره‌های آن بسته است و البته شکل پره‌های آن متفاوت است. به دلیل اینکه در پروانه ورتکس فضای بیشتری بین محیط بیرونی آن با بدنه پمپ وجود دارد، جریان گردابی در این فضا برقرار شده و از تماس ذرات جامد موجود در سیال با خود پروانه جلوگیری می‌شود. پروانه ورتکس معمولا برای کاربردهای جابجایی سیالات حاوی جامد به مقدار کم و با ویسکوزیته کمتر مانند فاضلاب‌ها استفاده می‌شود.

پروانه های گردابی پروانه کانالی نیستند. در ظاهر بسیار شبیه به پروانه های نیمه باز هستند ولی بین پره ها فضای بیشتری در اختیار می گذارند و عملکردشان متفاوت می باشد. طراحی آن برای مایعات آلوده حاوی مقداری جامدات مناسب می باشد چرا که همزمان با کشیدن مایع به داخل یک گرداب خلائی ایجاد می کند که مواد جامد را از پره ها دور می کند و بدین ترتیب از آسیب رسیدن به قطعات داخلی جلوگیری می کند. اگر چه در این مدل پروانه بازدهی کمتر است ولی قابلیت هایی نظیر احتمال بسیار کم گرفتگی و حمل جامدات در برخی موارد عالی به نظر می رسند. با این همه پروانه های گردابی فقط در مواقعی که واقعا به آنها نیاز داریم باید انتخاب شوند.

پروانه اسکرو یا پیچی :

همانطور که از نام این نوع پروانه مشخص است، پروانه اسکرو به شکل پیچی بوده و به دلیل ساختار پیچشی که دارد می‌تواند جهت انتقال سیالات با ویسکوزیته بالا بکار رود.

پروانه کاتر یا برش دهنده :

در پروانه کاتر در انتهای پره‌های آن حالت تیز و برندگی وجود دارد و به همین دلیل برای سیالات با ذرات جامد بیشتر بکار می‌رود. این نوع پروانه، سیال حاوی الیاف و قطعات جامد را در ورودی پمپ برش داده و با خردکردن آنها به ذرات ریزتر از گرفتگی پمپ جلوگیری و عمل پمپاژ را نیز راحت‌تر می‌کند.

مثل پروانه های گردابی، پروانه های برشی هم متناسب با مایعات آلود حاوی جامدات طراحی شده اند. تفاوت آنها در این است که پره های پروانه برشی مثل قیچی تیز هستند و مواد جامد را قبل از ورود به پمپ خرد کرده و از بین می برند. اگرچه بازدهی این نوع پروانه ها نیز پایین است اما انتخاب خوبی برای فاضلاب ها و موادی هستند که باعث گرفتگی خط می شوند.