پمپ، قلب فرآیندهای انتقال سیال

پمپ ها بیش از 90% از نیاز صنایع مختلف شامل نیروگاهی، نفت و گاز، پالایش، صنایع معدنی، آب و فاضلاب، صنایع فلزی و ... را در بخش انتقال سیالات پوشش می دهد و بخش بزرگی از هزینه های بهره برداری در واحدهای صنعتی مربوط به هزینه انرژی مصرفی در فرآیندهای انتقال سیالات می باشد. از این رو شناخت و بررسی و دانش کار با آن ها از اهمیت بالایی برای مهندسین شیمی، مکانیک و .... برخوردار است.

تعریف پمپ

توربوماشین ها تجهیزاتی هستند که انرژی را بین یک روتور و یک سیال منتقل می کنند. از مهمترین توربوماشین ‌ها می ‌توان به پمپ ها اشاره کرد که وظیفه انتقال مایعات را با اهداف مختلف فرآیندی برعهده دارند.
پمپ در ساده ترین تعریف وسیله ای برای جا به جایی سیالات از است. پمپ این کار را از طریق گرفتن انرژی از منبعی خارجی و دادن آن انرژی به سیال انجام می دهد. به این ترتیب انرژی سیال خروجی از پمپ بیشتر از انرژی سیال ورودی به آن است.

انواع پمپ

پمپ ها را از جهت های گوناگونی می توان دسته بندی کرد. بر اساس یکی رایج ترین تقسیم بندی ها، که به نوع انتقال انرژی از پمپ به سیال وابسته است، پمپ ها در 2 دسته پمپ های دینامیکی و پمپ های جا به جایی مثبت قرار می گیرند.

پمپ های دینامیکی

در پمپ های دینامیکی حرکت سیال از طریق افزایش سرعت اتفاق می افتد. در واقع روند عملکرد این پمپ ها به این صورت است که به وسیله یک پروانه یا عاملی مشابه این، سرعت سیال افزایش پیدا می کند، پس از آن، این افزایش سرعت به تغییر فشار تبدیل می شود و باعث حرکت سیال می شود. ویژگی مهم پمپ های دینامیکی انتقال انرژی پیوسته و دائمی به سیال است. این پمپ ها می توان به دسته کلی پمپ های سانترفیوژ پمپ های محیطی، پمپ های خاص تقسیم بندی کرد.

مهمترین عضو این گروه، پمپ های سانترفیوژ یا گریز از مرکز هستند. پمپ های سانترفیوژ به دلیل سادگی ساختار عملکردی و قیمت پایین تر رایج ترین نوع پمپ ها در جهان هستند. این پمپ ها بر اساس اصل برنولی کار می کنند و در آن ها انرژی جنبشی سیال به فشار استاتیکی تبدیل می شود.
پمپ های گریز از مرکز را از نظر ساختار پروانه به انواع شعاعی (radial) و محوری (axial) تقسیم بندی می شوند. 

پمپ های جابه جایی مثبت

پمپ های جا به جایی مثبت بر خلاف پمپ های دینامیکی انتقال انرژی را به صورت تناوبی (غیر پیوسته) انجام می دهند. یکی از ویژگی های مهم این نوع پمپ این است که برای سیالات با لزجت (ویسکوزیته) بالا نیز کاربرد دارد، در حالی که پمپ های دینامیکی فقط توانایی کار با سیالات با ویسکوزیته پایین را دارند.

پمپ های رفت و برگشتی

در پمپ های رفت و برگشتی فرآیندی مانند عملکرد یک سیلندر و پیستون است. در واقع حرکت چرخشی شفت به حرکت انتقالی (رفت و برگشتی) پیستون در سیلندر تبدیل می شود. مکش ایجاد شده در هنگام حرکت پیستون منجر به ورود سیال شده و سپس با برگشت پیستون راه ورود بسته شده و مایع به بخش خروجی پمپ حرکت می کند.

پمپ های چرخشی

پمپ های چرخشی یا دوار همانطور که از اسم شان پیداست از یک مکانیزم چرخش برای حرکت سیال استفاده می کنند و به این ترتیب مایع به دام افتاده بین چرخ دنده ها را به بخش تخلیه منتقل می کند.

منحنی های مشخصه

شرکت های سازنده پمپ ها (مانند سایر توربوماشین ها)، برای تعیین کردن شرایط عملکردی پمپ های مختلف تولید شده و ارائه آن به سفارش دهنده ها، تست های مشخصی را (معمولا با سیال آب) انجام می دهند و نتایج استخراج شده از این آزمایش ها را به صورت نمودارها و منحنی هایی ترسیم می کنند که به منحنی های مشخصه پمپ معروف است. معمولا این منحنی ها به همراه پمپ به سفارش دهنده تحویل داده می شود.

استاندارد API610

استاندارد API610 مهمترین استاندارد مرتبط با پمپ های سانتریفیوژ مورد استفاده در صنایع مختلف مانند پالایشگاه ها و شرکت های پتروشیمی است. 
در این استاندارد به 3 نوع از پمپ های گریز از مرکز پرداخته شده است:
پمپ های OverHung که به اختصار سری OH نامیده می شوند.
پمپ های  Between Bearingکه به اختصار سری BB نامیده می شوند.
پمپ های  Vertically Suspendedکه به اختصار سری VS نامیده می شوند.
به طور کامل تر می توان طبقه بندی پمپ های این استاندارد را به صورت زیر بیان کرد:

انتخاب صحیح پمپ

همانطور که گفته شد پمپ های سانترفیوژ رایج ترین نوع پمپ ها هستند و عناصر موثری در صنایع مختلف قمداد می شوند، از این رو انتخاب بهینه آن ها در هر صنعت نقشی قابل توجه در افزایش بهره وری انرژی دارد. از سوی دیگر، انتخاب ماشین مناسب در کاربری ها و موقعیت های نصب مختلف علاوه بر کاهش هزینههای تامین تجهیزات، در افزایش عمر و کاهش هزینههای نگهداری و تعمیرات تاثیر بسزایی دارد.

مولفه های انتخاب پمپ های گریز از مرکز

اطلاعات طراحی (مانند دبی Q، هدH، سرعت دورانی محورn و NPSH)
خواص سیال پمپ شونده
کاربرد
محل نصب
قوانین و استانداردهایی که در حوزه مورد نظر باید برآورده شود
به این ترتیب فرآیند انتخاب پمپ از شناخت نیاز شروع می شود و تا تعیین کامل و دقیق تمام مشخصه های مکانیکی و هیدرولیکی و مکانیکی بر اساس استاندارد پیش می رود.

طراحی پمپ به کمک نرم افزارها

طراحی توربوماشین ها نیز مانند همه حوزه های دیگر مهندسی، با بهره گرفتن از ابزارهای رایانه ای تحول و رشد بزرگی را تجربه کردند. در دنیا، نرم افزارهای مختلفی برای طراحی توربوماشین ها وجود دارد که برخی از آن ها در ایران قابل دسترسی و کاربری نیستند. از نرم افزارهای طراحی پمپ رایج و با قدرت قابل استفاده در ایران، می توان به CFturo اشاره کرد که تقریبا در اکثر شرکت ها به کمک مهندسین این حوزه آمده است.
اساس طراحی این نرم افزار برای ماشین های جریان شعاعی، مخلوط و محوری می باشد. هم چنین این نرم افزار قابلیت این را دارد که علاوه بر طراحی، نمودارهای منحنی مشخصه ماشین های دوار را نیز تهیه کند و همچنین امکان اصلاح و بهبود طرح های موجود به سادگی امکان پذیر است.