بخشی از مقاله
چکیده:
تحقیق حاضر به نحوه برآورد منحنی عملکرد پمپ با استفاده از منحنی مشخصه پمپهای همخانواده میپردازد. هدف از برآورد منحنی عملکرد پمپ یا سیستم پمپاژ تشخیص مشخصات سیستم پمپاژ در شرایط مختلف هیدرولیکی می باشد. از مسائل مهم در انتخاب و تشخیص نوع پمپها و طراحی سیستم پمپاژ، عملکرد سیستم پمپاژ در نقطه کار میباشد. تعیین مناسب منحنی عملکرد پمپ در حالت ماندگار تأثیر به سزایی در نتایج دارد.
برای تعیین منحنی عملکرد پمپ در حالت ماندگار باید معادله تعادل هد و منحنی مشخصه پمپهای همخانواده را با یکدیگر ترکیب نمود و سپس با استفاده از روش عددی نیوتون- رافسون در سیستمهای مختلف برآورد گردد. این مهم با استفاده از مدل عددی در نرمافزار متلب برای سیستم پمپاژ موازی در 420 و سیستم پمپاژ سری در 380 حالت، مورد بررسی قرار گرفت. با توجه نتایج حاصل شده نشان داده شد که با استفاده از این روش منحنی عملکرد سیستمهای پمپاژ با دقت بالایی قابل محاسبه خواهد بود.
-1 مقدمه
پمپ به ماشینی - توربو ماشین - گفته میشود که انرژی مکانیکی را از یک منبع خارجی گرفته و به سیالی که از آن عبور میکند، انتقال دهد. در نتیجه، انرژی سیال پس از خروج از این دستگاه - پمپ - افزایش می یابد. در پمپها تغییرات انرژی سیال همواره به صورت تغییر فشار سیال مشاهده میگردد. با پیشرفت پمپهای گریز از مرکز یا سانتریفیوژ امروزه این دسته از پمپها بیشتر مورد توجه قرار گرفته است.
اصول کار این پمپها بر استفاده از نیروی گریز از مرکز ناشی از دوران پرههای متحرک پایهگذاری شده است. موتور محرک، پروانه پمپ را با سرعتی برابر سرعت شاخص چرخش موتور میچرخاند. چرخش پروانه، باعث افزایش انرژی سیال وارد شده به پمپ می شود. در این وضعیت دو نیروی گریز از مرکز و نیروی چرخشی وارد میشود و باعث افزایش سرعت سیال میگردد. بدنه پمپ به گونهای طراحی شده است که انرژی سرعتی سیال را به انرژی فشاری تبدیل نماید.
منحنی مشخصه پمپ در واقع رابطه بین دبی عبوری و هد تولیدی پمپ می باشد. شرکتهای سازنده پمپ، با توجه به مشخصات پمپ از جهت تأمین فشار و دبی و راندمان کارکرد پمپ، منحنی مشخصه پمپ را ارائه میکنند تا مصرفکنندگان با در نظر گرفتن مشخصات فشار و دبی مورد نیاز خود و منحنی مشخصه پمپها، پمپ مورد نظر را انتخاب نمایند. شکل 1 نمونهای از منحنی مشخصه یک پمپ را نشان میدهد. در این شکل محو عمودی هد - فشار به وجود آمده در خروجی پمپ - و محور افقی میزان آبدهی پمپ - دبی - را نشان میدهد. با توجه به قطرهای مختلف پروانه 8 - ، 9 و 10 اینچ - منحنی آبدهی- فشار رسم شده است. منحنی راندمان نیز در هد و دبی مختلف رسم شده است. همانطور که مشاهده میشود با ازدیاد دبی، فشار به وجود آمده از طریق پمپ کاسته میشود
منحنی مشخصه پمپ [1] ETANORM 40-200
این منحنیها در انتخاب پمپ برای هر پروژه نقش اصلی را ایفا می کنند. در این پژوهش یک روش نوین برای ایجاد این منحنیها برای گروه پمپ سری و موازی با استفاده از حل معادلات عددی جریان ماندگار و درونیابی از منحنیهای پمپ همخانواده، منحنی مشخصه پمپ تولید گردد. این منحنیها در واقع رابطه بین چهار پارامتر دبی، گشتاور، هد و سرعت دورانی پره پمپ در حالت غیرماندگار میباشد. این اطلاعات برای اولین بار توسط آزمایشهای انجام شده در کشور هلند تولید گردید
چادری در سال 2014 و وایلی و استریتر در سال 1987 با استفاده از روابط پمپهای همخانواده روش مدلسازی عملکرد پمپ را در جریان غیرماندگار ناشی از توقف ناگهانی و شروع به کار آن به خوبی بیان کردند 3] و .[4 همچنین تورلی در سال 1969 به بررسی عملکرد ایمن سیستمها پرداخت
سوارز و همکاران در سال 2012 با استفاده از این منحنی پمپهای همخانواده و روابط پمپهای همسان جریان غیردائمی ناشی از روشن شدن پمپ در سیستم لولهکشی را بررسی نمود
پارساصدر و همکاران در سال 2015 با استفاده از منحنی پمپهای همخانواده به بررسی جریان غیرماندگار ناشی از توقف گروه پمپ سری [7] و در سال 2016 به بررسی رفتار جریان غیرماندگار در گروه پمپ سری پرداختند .[8] کرامت و همکاران در سال 2009 با استفاده از مدلسازی جریان غیرماندگار ناشی از خاموشی یک پمپ به بررسی جدایی در سیستم لولهکشی پرداختند
-2 مواد و روشها
برای تعیین منحنی مشخصه پمپ یا سیستم پمپاژ در حالت ماندگار روابط همولوگ مربوط به پمپ همواره صادق هستند .[3] دو پمپ را زمانی همولوگ مینامند که از لحاظ هندسی و الگوی جریان مشابه یکدیگر باشند.
دبی پمپهای سانتریفیوژ وابسته به سرعت دورانی - N - و هد پمپاژ - H - میباشد. تغییرات سرعت دورانی وابسته به گشتاور خالص - T - و ممان اینرسی قسمت چرخنده و سیال در حال گردش میباشد. جهت نمایش ریاضی رفتار یک پمپ در حالت غیرماندگار باید چهار پارامتر T,N,H,Q در هر لحظه مشخص باشند. منحنیهایی که نشان دهندهی رابطهی میان این متغیرها میباشند، منحنی مشخصه پمپ - pump characteristics or pump performances curves - نامیده میشوند. به زمانی که مقادیر T,N,H,Q دارای بیشترین راندمان می باشند، حالت شاخص گفته میشود . - Stepanoff 1948 - با استفاده از این مقادیر، چهار پارامتر بی بعد-همولوگ زیر معرفی می شود :
زیرنویس R نشان دهندهی این کمیتها در حالت شاخص - rated - می باشد. منحنیهای مشخصه یا عملکرد پمپ را با توجه به علامت دو پارامتر و - جهت چرخش پره پمپ و جهت جریان - به چهار ناحیه معکوس، نرمال، استهلاک و توربینی مطابق جدول 1 دسته بندی میکنند.
منحنی های مشخصه فشار و گشتاور خالص به ترتیب با استفاده از پارامترهای W H و W B در مقابل زاویهی x برای مقادیر مختلف سرعتهای خاص - - specific speeds - - N S رسم میشوند:
