انتقال انرژی به سیال که در توربوپمپ ها توسط چرخ انجام می گیرد، موجب تولید یک سری نیروهای هیدرولیکی می گردد که بیشتر در دو جهت شعاعی و محوری به اجزای گردنده پمپ (چرخ و محور) وارد آمده و به وسیله یاتاقان ها به پوسته ثابت پمپ منتقل می شوند. این نیروها ناشی از تغییر جهت و امتداد سرعت و مقدار فشار سیال از ابتدای ورود به چرخ تا خروج آن از پمپ در قسمت های مختلف پمپ هستند و بسته به شرایط کار توربو پمپ (تغییرات دبی و ارتفاع) ممکن است مقادیر و جهات مختلفی داشته باشند که از این لحاظ جز نیروهای متناوب (متغیر) قرار می گیرند و بنابراین در طراحی مکانیکی پمپ اهمیت ویژه ای دارند. از این رو شناخت این دو نیروی شعاعی و محوری و راه های خنثی کردن آن ها می تواند کمک بسیار زیادی به طراحان توربو پمپ ها کند.

نیروی شعاعی

همان طور که گفته شد، در یک توربو پمپ، سیال پس از خروج از چرخ و یا دفیوزر به داخل یک جمع کننده وارد می شود و پس از جمع شدن از دهانه خروجی آن به بیرون هدایت می گردد. در صورتی که فشار استاتیک سیال در طول این مسیر به تدریج تغییر کند، فشار متغیری حول محور به وجود می آید. اختلاف فشار در دو نقطه مقابل نسبت به محور، سبب ایجاد نیرویی می شود که نیروی شعاعی (Radial Thrust) نام دارد همان طور که در شکل زیر مشاهده می کنید.

حتما بخوانید  نکات طراحی سیفون معکوس

نیروی شعاعی

در حالت کلی، طراحی جمع کننده به طریقی صورت می گیرد که در دبی، نقطه طراحی نیروی شعاعی به صفر یا کمترین مقدار خود کاهش می یابد. اما در دبی های غیر نقطه طراحی مقدار این نیرو ممکن است زیاد شود. به طور کلی نیوری شعاعی از نظر مقدار و جهت به شکل ظرف جمع کننده، دبی پمپ و سرعت مخصوص آن بستگی دارد. در جمع کننده های دو تایی (Double Volute) و مختلط (Combined Circular Volute) تقریبا نیروی شعاعی ثابت باقی می ماند و تنها در جمع کننده های دایره ای است که این نیرو با کم شدن دبی کاهش پیدا می کند.

برای تعیین نیروی شعاعی، می توان از منحنی هایی که برای جمع کننده های مختلف ارائه شده است، استفاده کرد. در این منحنی ها مقدار و جهت نیروی شعاعی بر حسب درصد دبی تولیدی به دبی طراحی و سرعت مخصوص بدست می آید. برای بدست آوردن جهت نیرو باید خطی از مرکز مختصات به نقطه مربوط به درصد دبی تولیدی (نسبت به دبی طراحی) بر روی یک منحنی سرعت ثابت مخصوص وصل کرد. خط بدست آمده، جهت وارد کردن نیروی شعاعی FR را نشان می دهد. طول این خط نیز مقدار نیروی شعاعی را معلوم می کند.

در بیشتر موارد در پمپ های معمولی و ارزان مقیمت، از طرف حلزونی ساده استفاده می شود از این رو توصیه می شود که این گونه پمپ ها در دبی های نزدیک به صفر، برای مدت طولانی مورد بهره برداری قرار نگیرد. زیرا نیروهای تولیدی شعاعی که در بعضی مواقع مقدار آن ها نسبت به زمان تغییر می کند، موجب ارتعاش و ساییدگی حلقه های آب بندی داخلی می شود و حتی ممکن است به شکسته شدن محور نیز بیانجامد. در بعضی از طرح های مخصوص پمپ های چند طبقه که دارای دو دهانه خروجی هستند، نصب ظرف های حلزونی به روشی انجام می گیرد که نیروهای وارد شعاعی یکدیگر را خنثی کنند.

حتما بخوانید  پمپ و ایستگاه های پمپاژ

نیروی محوری

برآیند همه نیروهایی که بر روی مجموعه در حال چرخش پمپ، در جهت محور ایجاد می گردد به نیروی محوری (Axial Thrust) معروف است. در پمپ های سانتریفیوژ افقی، به دلیل وجود فاصله خالی بین قطعه ثابت و چرخ، فشار خروجی سیال به صفحه پشتی چرخ منتقل می شود.همان طور که در شکل زیر مشاهده می کنید، به علت آن که فشار در پشت چرخ به مراتب بیشتر از فشار قسمت دهانه مکش است نیروهای وارد به چرخ در راستای محور چرخ یکدیگر را خنثی نمی کنند و نیرویی در راستای محور چرخ و به طرف دهانه مکش به چرخ وارد می شود. این نیرو که نیروی محوری خوانده می شود، مهم ترین بخش نیروهای وارد در راستای محور چرخ را تشکیل می دهد. دیگر نیروهای وارد در راستای محور چرخ عبارتند از:

  • هنگامی که فشار در دو طرف محور پمپ با یکدیگر مساوی نباشند (به عنوان مثال در پمپ هایی که چرخ آن ها در انتهای محور است) نیروی در جهت محور ایجاد می شود که نسبت به نیروی محوری اصلی قابل صرفه نظر است (به علت کوچک بودن قطر محور).
  • همچنین در شروع راه اندازی و تا زمان رسیدن سرعت پمپ به مقدار نامی آن، به ویژه هنگامی که پمپ با شیر بسته راه اندازی می شود، به علت وجود گرداب های سرگردان و احتمال برگشت دبی از داخل چرخ به دهانه ورودی، امکان ایجاد نیروهای محوری تا برقراری شرایط پایدار وجود دارد. این نیروها پس از گذشت زمان راه اندازی از بین می روند.
  • نیروی محوری ناشی از تغییر جهت سیال از امتداد موازی با محور به امتداد عمود بر محور.
حتما بخوانید  ارزیابی مالی و اقتصادی طرح های آب و فاضلاب

نیروی محوری

محاسبه دقیق نیروی محوری باید با توجه به فشارهای وارده بر سطوح مختلف توربو پمپ ها انجام پذیرد. نیروی الترومغناطیسی که در امتداد محور در اثر چرخش موتور ایجاد می شود، توسط سازندگان موتور به روش مناسب گرفته می شود. اما در آن دسته از پمپ های عمودی که موتور و پمپ یک واحد را تشکیل می دهند، این نیروها با سایر نیروهای محوری جمع شده و برآیند آن ها در موتور و یا پمپ به روش مناسب گرفته خواهد شد. به خاطر داشته باشید که در پمپ های عمودی نیروهای وزن قطعات نیز که در جهت محور وارد می آید جز نیروهای محوری محسوب می شوند.

مهتاب محمودزاده
در هر چیزی تفکری است
نظر خود را بنویسید:
ثبت دیدگاه
دیدگاه های کاربران
مهدی مرادی مومجی
19:25 - 1399/05/06
پاسخ دهید

آیا در محاسبات فقط در نظر گرفته میشه یا در عمل هم استفاده میکنیم

لطفا صبر کنید