قسمت اعظم آب مورد نیاز کشاورزی در مناطق خشک و نیمه خشک از منابع زیرزمینی تامین می شود که به جز قنوات و چشمه ها استخراج آنها بدون پمپ ها امکان پذیر نیست. علاوه بر این در اکثر سیستم های تحت فشار کاربرد پمپ اجتناب ناپذیر است.

انواع پمپ ها

پمپ ها انواع و اقسام مختلف دارند. آنچه از پمپ انتظار می رود این است که مقدار آب را با فشار از نقطه ای به نقطه دیگر انتقال دهد. در این رابطه بین دبی پمپ و فشار، رابطه عکس وجود دارد. یعنی پمپ هایی که دبی زیادی را انتقال می دهند، فشار کمتری تولید می کنند و برعکس آن دسته از پمپ ها که دبی کمی دارند فشار زیادی تولید می نمایند. پمپ ها به سه گروه مهم تقسیم می شوند:

  • پمپ های سانترفیوژ یا گریز از مرکز
  • پمپ های توربینی
  • پمپ های پره ای

پمپ های سانترفیوژ برای مواردی به کار می رود که بخواهیم دبی نسبتا کمی را به ارتفاع زیادی بالا ببریم. در این پمپ ها جهت جریان آب در داخلپمپ شعاعی است. در پمپ های توربینی دبی جریان متوسط و ارتفاعی که  آب بالا داده می شود نیز متوسط است. حال آنکه در پمپ های پره ای مقدار دبی زیاد و ارتفاعی که آب بالا برده می شود کم است. در این پمپ ها جهت جریان آب به صورت محوری است. در پمپ های توربینی جریان نه شعاعی و نه محوری است، بلکه حالت بینابینی را دارد. یکی از روش هایی که بتوان خصوصیات پمپ ها را به صورت عددی توصیف نمود سرعت مخصوص پمپ است که مقدار آن برابر است با:

پمپ ها

که در آن، NS برابر سرعت مخصوص، N برابر سرعت چرخش پمپ، Q برابر دبی پمپ و H برابر بار فشار جریان می باشد.

سرعت مخصوص در پمپ ها از ۵۰۰ برای پمپ های سانترفیوژ تا ۱۰۰۰۰ برای پمپ های پره ای متغیر است. در پمپ های توربینی سرعت مخصوص حدود ۳۰۰۰ تا ۶۰۰۰ است. سرعت مخصوص در پمپ های سانترفیوژ بین ۵۰۰ تا ۳۰۰۰ و در پمپ های پروانه ای بیشتر از ۶۰۰۰ می باشد.

اصول هیدرولیکی پمپ ها

در پمپ ها دبی حجمی جریان، بار فشار و قدرت مورد لزوم برای چرخش پمپ تابعی از قطر پره های پمپ و سرعت چرخش شافت است. این روابط را می توان با فرمول های زیر نشان داد.

  • رابطه دبی (Q) با سرعت چرخش (N)

پمپ ها

  • رابطه دبی (Q) با قطر پره ها (D)

پمپ ها

  • رابطه بار فشار (H) و سرعت چرخش (N)

پمپ ها

قدرت: قدرتی که برای کار کردن پمپ مورد لزوم است تابع مستقیمی از دبی جریان، فشار آب و وزن مخصوص آب است و با راندمان پمپ نسبت عکس دارد. چنین قدرتی می بایست توسط یک موتور به پمپ داده شود تا پره های پمپ نیز به نوبه خود قدرت را با توجه به راندمان پمپ به آب منتقل نماید.

حتما بخوانید  تبخير تعرق گياهان در دوره های غيررشد

فرمول زیر نمایش ریاضی توصیف فوق است:

پمپ ها

که در آن P برابر قدرت (اسب بخار متریک)، Q برابر دبی پمپ (لیتر بر دقیقه)، H برابر بار فشار (متر)، Sg برابر وزن مخصوص نسبی مایع (بدون بعد اگر مقدار آن یک در نظر گرفته شود) و E برابر راندمان پمپ (اعشار) می باشد.

بار مکش خالص مثبت: در اکثر طرح های آبیاری آب از یک سطح پایین مانند رودخانه، کانال یا چاه توسط پمپ های سانترفیوژ مکیده شده و سپس با بار فشار در سیستم آبیاری توزیع می شود. ارتفاعی که آب می تواند به داخل پمپ مکیده شود تابعی از فشار اتمسفر است. مفهوم NPSH که در واقع رابطه ای است بین فشار اتمسفر (در روی سطح آب در قسمت مکش پمپ) و فشار بخار آب، از نظر تشخیص چگونگی عملکرد پمپ بسیار مفید است.

هر کارخانه سازنده برای پمپ های ساخت خود یک NPSH مورد نیاز را مشخص می کند که با علامت NPSHr نشان داده می شود. اگر در شرایطی که می خواهیم پمپ را مورد استفاده قرار دهیم با توجه به فشار اتمسفر NPSH موجود در آن محل بیشتر از NPSHr باشد، پمپ خواهد توانست با عملکردی که کارخانه مشخص کرده است کار کند. در غیر این صورت در قسمت مکش پمپ آب تبخیر شده و بخار آب حاصله باعث خوردگی پره های پمپ می شود.

ارتفاع مکش استاتیکی: عبارت است از ارتفاعی که آب توسط پمپ بالا کشیده می شود، یعنی اختلاف سطح محور پمپ تا سطح آب در منبع. چنانچه پمپ در بالای سطح آب باشد این ارتفاع مثبت و اگر پمپ در رقومی زیر سطح آب باشد بار مکش استاتیکی منفی در نظر گرفته می شود. افت اصطکاک در قسمت مکش لوله به دلیل پایین بودن سرعت که معمولا کمتر از ۱ m/s است و کوچک بودن طول لوله ناچیز و معمولا می توان از آن صرف نظر کرد.

فشار اتمسفر تابعی از ارتفاع محل از سطح دریا است. در شرایط معمولی مقادیر آن برای ارتفاعات مختلف بر اساس استانداردهای امریکایی در جدول زیر داده شده است.

پمپ ها

انتخاب پمپ

منحنی های عملکرد

کارخانه های سازنده، برای هر نوع پمپ منحنی هایی را ارائه می دهند که به صورت گرافیکی روابط بین دبی – ارتفاع، دبی – راندمان و دبی – قدرت مورد نیاز پمپ را نشان می دهد. نمونه ای از این منحنی ها در شکل زیر برای پمپی که فقط یک نوع قطر پره را دارا می باشد، دیده می شود.

پمپ ها

چنانچه به این شکل توجه کنید مشاهده می شود که سه نوع منحنی وجود دارد. ابتدا منحنی بین دبی پمپ و ارتفاع یا باری است که پمپ تولید می کند. شافت قدرت موتور را به پمپ منتقل می کند و پره های پمپ به نوبه خود این قدرت را به آب منتقل می کند که بخشی از آن صرف جریان آب و بخشی صرف افزایش بار فشار می شود. چگونگی توزیع قدرت بین این دو بستگی به هیدرولیک پمپ دارد. این شکل نشان می دهد که اگر دبی پمپ صفر باشد یعنی شیر فلکه لوله آبده را ببندیم در این صورت تمام قدرت صرف افزایش بار فشار می شود. این مقدار بالاترین باری است که پمپ می تواند تولید کند که به آن بار مرده یا بار در حالت بسته بودن لوله نامیده می شود. توصیه می شود که هیچ وقت پمپ در این حالت کار نکند مگر زمان آزمایش پمپ از نظر آب بندی. در این شکل بار مرده ۲۷ متر نشان داده شده است. منحنی دوم رابطه راندمان و دبی است. راندمان عبارت است از نسبت قدرت خروجی پمپ به قدرتی که توسط شافت به پمپ داده می شود.

حتما بخوانید  سیستم های آبیاری سطحی

شکل منحنی راندمان و نیز مقدار آن تا اندازه ریادی بستگی به طراحی پمپ و قطر پره های آن دارد. فقط در ترکیب خاصی از بار و دبی است که راندمان پمپ به حداکثر خود می رسد. سپس در صورتی که دبی افزایش یابد مقدار راندمان کاهش پیدا می کند.

قدرت لازم برای چرخاندن پمپ (قدرت ورودی به پمپ) متناسب با بالا رفتن راندمان به تدریج افزایش پیدا می کند. وظیفه مهندس طراح این است که در طرح آبیاری پمپی را انتخاب کند که به ازاء دبی و بار مورد نیاز بالاترین راندمان ممکن را داشته باشد.

شکل زیر نمونه ای از منحنی عملکرد پمپ است که توسط کارخانه سازنده در نتیجه آزمایش پمپ بدست آمده است. در این منحنی اطلاعات دیگری نیز ملحوظ است که برای مهندسان طراح مفید می باشد. مهمترین اطلاعاتی که در این منحنی وجود دارد این است که عملکرد پمپ باری قطرهای مختلف پره داده شده است. تمتمی انواع این پره ها را می توان در داخل همان پوسته پمپ نصب کرد.

پمپ ها

همانطور که در شکل بالا هم دیده می شود با کاهش قطر پره ها حداکثر پتانسیل پمپ از نظر بار فشار کاهش پیدا می کند. در این شکل منحنی های راندمان نیز کشیده شده است که می توان برای هر قطر پره تشخیص داد که پمپ با چه راندمانی کار خواهد کرد.

در این شکل منحنی های NPSHr و قدرت مورد نیاز نیز رسم شده اند که NPSHr بار مکش خالص مثبت مورد نیاز برای پمپ است. در استفاده از این منحنی ها هر نقطه که بین منحنی ها واقع شود برای مشخص کردن راندمان، قدرت و NPSHr می توان از روش اینترپولاسیون استفاده کرد.

دبی و فشار مورد نیاز سیستم های آبیاری

در سیستم های آبیاری پمپ را طوری انتخاب می کنیم که با توجه به شرایط کاری از نظر دبی و فشار، بالاترین راندمان را داشته باشد. بنابراین اولین قدم این است که برای طراح مشخص شود چه مقدار دبی و با چه فشاری مورد نیاز است. در واقع می بایست اول رابطه دبی و بار کل سیستم را تعیین نمود. بار کل سیستم به دو جزء تقسیم می شود که عبارتند از: بار ثابت و بار متغیر

حتما بخوانید  زهکشی اراضی در کشاورزی

بار ثابت سیستم ربطی به مقدار دبی نداشته و عبارت است از اختلاف سطح استاتیکی آب و نقطه ای که آب از لوله خارج می شود. در شکل زیر بار ثابت برابر است با:

پمپ ها

که در آن hfix برابر بار ثابت سیستم (متر)، hzs برابر بار استاتیکی در قسمت مکش پمپ (متر) و hza برابر بار استاتیکی در قسمت آبده پمپ (متر) می باشد.

پمپ ها

بار متغیر سیستم تابع مقدار دبی است و عبارت است از افت سطح آب – اگر منبع آب چاه باشد – افت اصطکاک در لوله و اتصالات، فشار در محل خروجی صفر در نظر گرفته می شود. در سیستم آبیاری بارانی فشار آب ثابت نیست. در این حالت فشار در نقطه خروجی متغیر است زیرا نازل های آبپاش یک روزنه بوده و دبی خروجی از آن تابعی از فشار در نازل است. بار متغیر سیستم عبارت است از:

پمپ ها

که در آن hvar برابر بار متغیر سیستم (متر)، swell برابر افت سطح آب در چاه (متر)، hf افت اصطکاک در لوله اصلی و اتصالات آن (متر)، hp بار فشار در بحرانی ترین نقطه سیستم توزیع (متر)، v برابر سرعت در بحرانی ترین نقطه سیستم (متر بر ثانیه) و g برابر شتاب ثقل زمین (متر بر مجذور ثانیه) می باشد.

وظیفه مهندس طراح این است که طرح خود را طوری ارائه نماید که با توجه به مطابقت منحنی های عملکرد پمپ و سیستم نقطه تقاطع آنها همان نقطه ای باشد که او از نظر فشار و دبی در نظر گرفته است. پس از اینکه نقطه کار پمپ به دست آمد باید به دقت کنترل شود که آیا در این نقطه، پمپ با راندمان بالایی کار نکند هزینه های راهبری آن در طول کار زیاد بوده و عمر مفید آن نیز کاهش پیدا می کند.

شکل زیر نمونه دیگری از تطبیق منحنی های عملکرد پمپ و سیستم برای دو گزینه از طراحی سیستم آبیاری که در اولی یک لاترال و در دیگری دو لاترال همزمان به کار گرفته شده است را نشان می دهد. مشاهده می شود که در هر دو گزینه راندمان بالا خواهد بود اما راندمان در گزینه ای که دو لاترال همزمان کار کنند بیشتر از گزینه دیگر است.

پمپ ها

منبع: طراحی سیستم های آبیاری (جلد دوم) ـ پرفسور امین علیزاده

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *