این مقاله توسط جناب آقای مهندس رضا شهزادی تهیه و تدوین شده است.

معرفی پمپ های سانتریفیوژ

1 - مقدمه

2 - معرفی کلی پمپ های سانتریفیوژ

3 - اجزای تشکیل دهنده

3.1 - پروانه

3.2 - پوسته

3.3 - یاتاقان

3.4 - کوپلینگ

3.5 - آببند

3.6 - آلکتروموتور

4 - پارامترهای مشخصه پمپ ها

4.1 - دبی سیال عبوری

4.2 - هد پمپ

4.3- راندمان

4.4 - سرعت مخصوص

4.5- هد مکش خالص مثبت و پدیده کاویتاسیون

5 - منحنی عملکرد پمپ ها

5.1 - منحنی ارتفاع-دبی

5.2 - منحنی توان مصرفی-دبی

5.3 - منحنی راندمان-دبی

5.4 - منحنی NPSHr-دبی

5.5 - عوامل موثر بر تغییرات منحنی مشخصه پمپ ها

6 - انواع پمپ های سانتریفیوژ API 610

6.1 - پمپ های Overhung

6.2 - پمپ های Between Bearing

6.3 - پمپ های vertically Suspended

7 - جمع بندی

پمپ و پمپاژ

1 - مقدمه

طبق قوانین فیزیکی و به منظور قرار گرفتن در پایین ترین سطح انرژی و حفظ تعادل، همواره جریان از پتانسیل بالاتر به سمت پتانسیل پایین تر جاری خواهد شد. ناگفته پیداست که انتقال مواد و انرژی، بدون مصرف توان و به صورت خود به خود از پتانسیل پایین تر به پتانسیل بالاتر صورت نخواهد گرفت. مطابق تعریف پمپ وسیله ای است که با مصرف توان، انتقال سیال (مایعات و گازها) و همچنین Slurries به نقطه ای مرتفع تر و یا نقطه ای با فشار بیشتر را میسر می سازد. همچنین از این وسیله می توان به منظور افزایش سرعت جریان در خطوط انتقال و غلبه بر تلفات هیدرولیکی در این سیستم ها استفاده کرد. در واقع پمپ مکانیزمی است که انرژی مکانیکی مصرف شده توسط محرک را به منظور انتقال سیال، افزایش فشار آن و در حالت کلی افزایش انرژی پتانسیل سیال (هد هیدرودینامیکی) به آن منتقل می کند.

پمپ ها جزء لاینفک صنایع مختلف از جمله صنایع نفت و گاز، نیروگاهی، آب و فاضلاب، کشاورزی، ساختمان، خودروسازی، پزشکی و ... به شمار می روند و با توجه به نوع کاربرد، نحوه عملکرد، سیال عامل، محرک مورد استفاده، ابعاد و سایر استانداردهای مرتبط با هر بخش، از تنوع گسترده و بی شماری برخوردار هستند. بر اساس یک تقسیم بندی کلی و بر اساس مکانیزم اعمال انرژی مکانیکی به سیال، پمپ ها به دو دسته پمپهای جابجایی مثبت و پمپ های دینامیکی طبقه بندی می شوند.

پمپ های جابجایی مثبت در اصطلاح به صورت منقطع و با به دام انداختن مقدار مشخص و ثابتی از سیال در هر سیکل و تحویل آن به نقطه ای با پتانسیل بالاتر در سیستم انتقال، ایفای نقش می کنند. اگر چه سرعت انتقال سیال در این پمپ ها به مرتب کمتر از پمپ های دینامیکی می باشد، به عنوان بهترین و بعضا تنها گزینه به منظور دسترسی به فشارهای بسیار بالا و همین طور جهت انتقال سیالات با ویسکوزیته بالا به شمار می روند. از این رو وجود یک شیر Safety و یا Relief در خروجی این پمپ ها به منظور جلوگیری از افزایش فشار و آسیب احتمالی به تجهیزات پایین دستی الزامی است و همواره در طی عملکرد آنها از جمله در حین راه اندازی، خروجی پمپ می بایست باز بماند. از جمله این پمپ ها می توان به پمپ های دنده ای مثل پمپ روغن در خودروها، پمپ های مارپیچ جهت انتقال سیالات با ویسکوزیته بالا و همچنین پمپ های پیستونی و پلانجری به منظور دستیابی به فشارهای خروجی بسیار زیاد اشاره کرد که در تصاویر قابل ملاحظه می باشند.

با توجه به اینکه تمرکز این مقاله بر معرفی پمپ های سانتریفیوژ و اجزاء داخلی آن قرار دارد، به همین حد از معرفی پمپ های جابجایی مثبت اکتفا کرده و در مقاله ای دیگر به آن پرداخته خواهد شد.

معرفی کلی پمپ های سانتریفیوژ

این دسته از پمپ ها به طور کلی با انتقال انرژی مکانیکی پروانه متصل به محرک (الکتروموتور یا توربین) به سیال در تماس، موجب ایجاد و تسریع جریان در خطوط انتقال، جابجایی سیال به نقطه ای مرتفع تر و یا افزایش فشار خروجی سیال خواهد شد. با توجه به سرعت دوران بسیار زیاد الکتروموتور یا توربین در مقایسه با پمپ های جابجایی مثبت، این از پمپ ها در دسته توربو ماشین ها قرار می گیرند. بر خلاف پمپ های جابجایی مثبت که عملکردی منقطع و سیکلیک دارند، این پمپ ها به صورت پیوسته و یکنواخت، افزایش انرژی هیدرودینامیکی سیال را موجب می شوند.

از مزایای این پمپ ها نسبت به پمپ های جابجایی مثبت می توان به دامنه وسیع کاربرد آن ها و قابلیت به کارگیری به منظور انتقال ظرفیت های بالای جریان اشاره کرد. ابعاد کوچکتر این پمپ ها در مقایسه با پمپ های جابجایی مثبت با مشخصات خروجی مشابه، از دیگر مزایای نسبی این پمپ ها به شمار می رود. از طرف دیگر، قدرت کمتر مکش و احتمال وقوع پدیده کاویتاسیون در این پمپ ها، یکی از نقاط ضعف این پمپ ها نسبت به پمپ های جابجایی مثبت به شمار می رود. از دیگر مشخصه های این پمپ ها می توان به وابستگی شدید فشار خروجی، راندمان و مصرف توان آنها به میزان جریان عبوری از آن ها اشاره کرد که این موضوع در پمپهای جابجایی مثبت دیده نمی شود.

اجزاء تشکیل دهنده پمپ

از جمله مهمترین اجزاء تشکیل دهنده پمپ های سانتریفیوژ می توان به محرک (الکتروموتور یا توربین)، پوسته (Casing)، پروانه (Impeller)، آب بند (Mechanical Seal)، یاتاقان (Bearing) و کوپلینگ اشاره کرد که در ادامه به توضیح تفصیلی هر جزء پرداخته خواهد شد. این اجزاء در شکل زیر قابل مشاهده می باشند.

1-3. پروانه (Impeller)

این جزء به عنوان یکی از اصلی ترین اجزاء دوار پمپ ها، وظیفه انتقال انرژی مکانیکی محرک (الکتروموتور یا توربین) به سیال در تماس به منظور افزایش انرژی جنبشی آن را دارا می باشد. دلیل اهمیت بسیار زیاد این جزء این است که عملکرد کلی پمپ و پارامترهای خروجی آن از جمله هد، دبی عبوری، راندمان و توان مصرفی به طور مستقیم تحت تاثیر مشخصات هندسی پروانه پمپ قرار دارد. پمپ های سانتریفیوژ با توجه به مسیرحرکت سیال قبل و بعد از پروانه، همان طور که اشاره شد به سه دسته پمپ های جریان شعاعی، جریان محوری و جریان مختلط (به صورت ترکیبی از جریان محوری و شعاعی) تقسیم بندی می شوند. پمپ های محوری قابلیت انتقال نرخ بالایی از سیال عبوری از پمپ را دارا می باشند و از پمپ های جریان شعاعی به منظور تحویل فشارهای خروجی بالا استفاده می شود.

در حالت کلی و با توجه به ویسکوزیته سیال عبوری از پمپ و همچنین وجود ناخالصی ها و ذرات جامد نامحلول در مایعات، استفاده از سه نوع پروانه باز، نیمه باز و بسته در پمپ های سانتریفیوژ متداول است که در تصاویر زیر قابل مشاهده می باشد.

پروانه های بسته عمدتا برای انتقال مایعات با ویسکوزیته پایین و تک فازی و خالی از وجود ذرات جامد معلق کاربرد دارند. این پروانه ها نسبت به دو نوع دیگر نیروی محوری کمتری را به محور پمپ منتقل می کنند و این موضوع با توجه به انتخاب نوع یاتاقان ها یک مزیت محسوب می شود. از طرفی با توجه به پیچیدگی ساخت نسبت به دو نوع دیگر، هزینه تمام شده بیشتری را تحمیل می کنند. پروانه های باز عمدتا برای انتقال مایعات حاوی ذرات معلق جامد نامحلول و پروانه های نیمه باز بری انتقال مایعات رسوب زا مورد استفاده قرار می گیرند. از پروانه های بسته برای ایجاد جریان شعاعی و پروانه های باز عمدتا به منظور ایجاد جریان محوری در پمپ ها استفاده می شود.

تعداد پره ها در هر پروانه و همین طور زاویه و انحنای قرارگیری آن ها بر روی پروانه، بسته به ویسکوزیته سیال و میزان و ابعاد ناخالصی های نامحلول در سیال و همچنین نرخ و سرعت جریان عبوری از پمپ ها با توجه به مثلث سرعت در پمپ ها تعیین می شود.

علاوه بر نیروهای شعاعی ناشی از دوران پروانه، به دلیل اختلاف فشار سیال در دو سمت پروانه، نیروی محوری زیادی به شفت پمپ اعمال خواهد شد. هرچه ظرفیت انتقال سیال در پمپ افزایش یابد، این نیرو متناسب با آن افزایش خواهد داشت که برای غلبه بر این نیرو نیاز به استفاده از یاتاقان های محوری بر روی شفت این پمپ ها می باشد. پروانه های دومکشه که از کنار هم قرار دادن دو پروانه تک مکشه به صورت متقارن و پشت به پشت، ایجاد شده اند، کمک شایانی در جهت کاهش نیروی محوری منتقل شده به پمپ می کنند که در نتیجه امکان دسترسی به ظرفیت های بالا جهت انتقال سیالات را فراهم آورده اند. در این پمپ ها همان طور که در شکل زیر مشاهده می شود، سیال از دوطرف پروانه و به طور همزمان وارد چشمی های آن شده و علاوه بر افزایش عمر یاتاقان های پمپ، هد مکش خالص مورد نیاز پمپ را کاهش داده که این موضوع احتمال ایجاد پدیده کاویتاسیون و حفره زدایی در سطح پوسته و پروانه پمپ را تا حد زیادی کاهش خواهد داد.

2-3. پوسته (Casing)

پوسته، به عنوان مهمترین و اساسی ترین جزء ثابت پمپ، مطابق شکل به صورت مجرای مارپیچی در اطراف پروانه است که سطح مقطع آن در طول مسیر عبور سیال افزایش می یابد و به منظور هدایت سیال به سمت تجهیزات پایین دستی تعبیه شده است. هدف از ایجاد و به کارگیری این جزء در پمپ ها عبارت اند از :

تبدیل هد سرعت (انرژی جنبشی) سیال خروجی از پروانه به هد فشار با استفاده از قانون برنولی.

ایجاد مرز فشاری برای سیال و ایزوله کردن آن از محیط اتمسفر.

پوسته پمپ با توجه به نوع سیال عبوری از نظر وجود ذرات جامد نامحلول (TDS)، ظرفیت انتقال سیال و همچنین شرایط کارکرد پمپ در اطراف نقطه بهینه در سه نوع رایج Single Volute، Double Volute وVanned Diffuser وجود دارند. انتخاب نوع پوسته با در نظر گرفتن شرایط مذکور تاثیر بسزایی در عملکرد پمپ، کاهش تعداد دفعات دوره ای تعمیرات آن و همچنین افزایش کارایی و راندمان پمپ خواهد داشت.

ساده ترین نوع پوسته، همان طور که در شکل قابل ملاحظه می باشد، Single Volute می باشد که در آن پروانه به صورت خارج از مرکز در داخل پوسته قرار گرفته و جریان سیال خروجی از پروانه را از Cutwater (جدا کننده سیال به سمت خروجی) تا خروجی پوسته هدایت می کند. از مزایای این نوع پوسته می توان به سادگی انجام فرآیند ریخته گری و در نتیجه هزینه پایین ساخت اشاره کرد. ضمن اینکه این نوع پوسته با توجه به فضای زیادی که جهت عبور سیال در اختیار دارد، مناسب ترین گزینه برای انتقال سیالات حاوی مواد نامحلول جامد می باشد.

از طرفی قرار گرفتن پروانه به صورت خارج از مرکز در داخل پوسته، مطابق شکل زیر، باعث ایجاد توزیع فشار غیر یکنواخت و اعمال نیروی شعاعی زیاد بر روی شفت پمپ خواهد شد که می تواند موجب انحراف شفت در نتیجه ایجاد اختلال در عملکرد سایر اجزاء پمپ از جمله آب بند (مکانیکال سیل) گردد. این موضوع به خصوص زمانی که پمپ در خارج از نقطه بهینه خود کار می کند و همچنین در پمپ های با ظرفیت انتقال بالا، استفاده از این نوع پوسته ها را با مشکل جدی روبرو خواهد کرد.

پوسته های Double Volute مطابق شکل زیر، با قرار دادن یک Rib و ایجاد Cutwater دوم در موقعیت 180 درجه نسبت به cutwater اول و کاهش فشار در قسمت داخلی cutwater دوم، جریان خروجی پمپ را به دو قسمت تقسیم می کند. تیغه جدا کننده (Rib) در این پمپ ها در قسمت خروجی پمپ ها قابل مشاهده می باشد که از بارزترین ویژگی های ظاهری این نوع پوسته ها می باشد.

استفاده از این نوع پوسته ها، کمک شایانی به کاهش چشمگیر نیروی شعاعی وارد شده به شفت و در نتیجه یاتاقان ها می کند. با در نظر گرفتن این موضوع که از کار افتادن یاتاقان ها یکی از عمده دلایل تعمیرات پمپ ها می باشد، این پوسته ها تاثیر بسزایی بر عملکرد پمپ، افزایش چشمگیر عمر مفید آن و در نتیجه کاهش هزینه های تعمیرات آن ها خواهد داشت. استفاده از این پمپ ها با توجه به فضای محدود عبور سیال، برای انتقال سیالات حاوی ذرات جامد نامحلول مناسب نیست. همچنین تجربه نشان داده، راندمان پمپ های با پوسته Single volute در اطراف نقطه بهینه بیشتر از Double Volute می باشد. اما با فاصله گرفتن از نقطه بهینه و با توجه به افزایش ارتعاشات سیستم و همچنین در مورد پمپ های با ظرفیت های بالا، استفاده از پوسته های Double Volute اجتناب ناپذیر می باشد.

بر خلاف پوسته های نوع Volute که هر دو وظیفه ایجاد مرز فشاری و تبدیل سرعت سیال به فشار از طریق پوسته انجام می گیرد، در پوسته های نوع Vaned Diffuser، پوسته مرز فشار را ایجاد خواهد کرد و تبدیل سرعت به فشار از طریق دیفیوزر که پروانه را احاطه می کند، صورت می پذیرد. دیفیوزر مطابق شکل حلقه ای است که از تعدادی کانال واگرا تشکیل می شود که مرز این کانال ها با تعدادی پره که در اصطلاح Vane نامیده می شوند، احاطه می شود.

این نوع پوسته ها نسبت به نوع Volute، با راندمان بالاتری سرعت را به فشار تبدیل می کنند. در ضمن با توجه به هندسه کاملا متقارن این پوسته ها، نیروی شعاعی در کمترین میزان ممکن خود حفظ می شود که این موضوع ارتعاشات پمپ را به شدت کاهش داده و عمر اجزاء آن از جمله یاتاقان ها را به طور قابل ملاحظه ای افزایش خواهد داد. استفاده از این نوع پوسته ها علاوه بر موارد اشاره شده، تاثیر بسزایی در کاهش میزان هد مثبت مکش خالص پمپ و در نتیجه کاهش احتمال کاویتاسیون و ایجاد حفره در سطح پره و پوسته پمپ خواهد داشت. این نوع پوسته ها عمدتا برای عمودی توربینی و پمپ های با هد خروجی بسیار زیاد از جمله پمپ های چند طبقه مورد استفاده بیشتری دارد.

3-3. یاتاقان

پیش از معرفی انواع یاتاقان ها، نیاز به شناسایی نیروهای وارده به پروانه و شفت اصلی پمپ در حین عملکرد آن، احساس می شود. شکل زیر پروفایل توزیع فشار در دو طرف پروانه یک پمپ سانتریفیوژ تک مرحله ای را به تصویر می کشد. مقدار و جهت برآیند نیروی محوری وارد شده به شفت، بسته به هندسه پروانه و نوع باز، بسته و یا نیمه بسته آن تعیین می شود. در مورد پمپ های سانتریفیوژ عمدتا برآیند این نیروها به سمت مکش پمپ می باشد.

علاوه بر نیروی محوری ایجاد شده بر روی شفت، سرعت غیریکنواخت سیال در داخل پوسته پمپ، سبب ایجاد توزیع غیر یکنواخت فشار در داخل آن و در نتیجه اعمال نیروی شعاعی به پروانه و شفت اصلی پمپ می گردد. بدیهی است هرچه عملکرد پمپ از نقطه کاری بهینه طراحی شده برای آن فاصله بگیرد، ارتعاشات پمپ افزایش یافته و باعث افزایش شدید نیروی شعاعی مذکور می گردد.

ها به عنوان یکی از اساسی ترین اجزای دوار پمپ ها، وظیفه تحمل وزن شفت و پروانه، تحمل نیروهای شعاعی و محوری هیدرولیکی اعمال شده به پروانه از سیال، تحمل بارهای شعاعی منتقل شده از طرف کوپلینگ و محرک پمپ و همچنین تنظیم فاصله محوری و شعاعی به منظور قرارگیری مناسب اجزاء و به خصوص پروانه و آببندها در محل مجاز را بر عهده دارند.

یاتاقان ها در یک تقسیم بندی کلی به دو دسته یاتاقان های هیدرودینامیکی (ژورنال) و یاتاقان های غلتشی تقسیم بندی می شوند. یاتاقان های ژورنال با توجه به قابلیت ضعیف تحمل بارهای محوری، تلفات زیاد انرژی ناشی از اصطکاک، نیاز به وجود تجهیزات جانبی از جمله پمپ روغن به جهت حفظ فشار روغن در داخل یاتاقان غلتشی و همچنین عدم وجود بارهای شعاعی بسیار زیاد بر روی شفت پمپ، نسبت به یاتاقان های غلتشی دامنه کاربرد کمتری دارند. از طرفی دیگر یاتاقان های غلتشی با توجه به به قابلیت کارکرد در سرعت های بسیار زیاد و همچنین اصطکاک ناچیز به عنوان مناسب ترین انواع یاتاقان های مورد استفاده در صنعت پمپ مورد استفاده قرار می گیرند. دو دسته کلی از یاتاقان های غلتشی، بلبرینگ ها و رولر بیرنگ ها هستند که نقطه قوت بلبرینگ ها در قابلیت کارکرد در سرعت های بالا و رولربیرینگ ها در تحمل بارهای شعاعی زیاد می باشد.

جدول زیر که از کاتالوگ شرکت SKF استخراج شده است، پرکاربردترین یاتاقان های غلتشی مورد استفاده در صنعت پمپ سازی را معرفی کرده و به مقایسه کیفی چهار پارامتر قابلیت تحمل بار شعاعی، قابلیت تحمل بار محوری، سرعت کاری و میزان انعطاف پذیری در این یاتاقان ها پرداخته است. از پرکاربردترین یاتاقان های مورد استفاده در پمپ های سانتریفیوژ، می توان به یاتاقان های تک ردیفه شیار عمیق اشاره کرد که به منظور تحمل بارهای شعاعی و محوری بسیار کم در سرعت های کاری بسیار بالا مورد استفاده قرار می گیرند. دیگر یاتاقان پرکاربرد در این صنعت، یاتاقان های تک ردیفه با زاویه تماس 40 درجه می باشند که به صورت جفت و پشت به پشت بر روی شفت قرار می گیرند. این یاتاقان ها در سرعت های متوسط به کار گرفته می شود و علاوه بر قابلیت تحمل بالای نیروی محوری در دو جهت، به خوبی وزن شفت و نیروهای شعاعی وارد شده به آن را تحمل می کنند که این موضوع باعث افزایش کارایی و عمر مفید آببندها خواهد شد.

متداول ترین نحوه قرارگیری و جانمایی یاتاقان ها در پمپ های افقی و عمودی و در حالت بار کم، متوسط و سنگین در اشکال زیر به تصویر در آمده است.

4-3. کوپلینگ

کوپلینگ در حالت کلی وسیله ای جهت ایجاد ارتباط و انتقال قدرت از شفت محرک به شفت متحرک می باشد. نقطه تمایز کاربرد کوپلینگ نسبت به چرخدنده در کاربردهایی است که هر دو شفت محرک و متحرک بر روی یک خط و در امتداد یکدیگر قرار می گیرند. از دیگر وظایف کوپلینگ می توان به جذب شوک های مکانیکی و ناخواسته وارد شده به محرک و همچنین افزایش انعطاف پذیری سیستم در کاربردهایی که با محدودیت فضا مواجه هستند، اشاره کرد.

در پمپ های کوچک و با نرخ انتقال توان پایین، شفت پمپ و محرک به صورت یکپارچه و صلب مطابق شکل زیر، وظیفه انتقال قدرت را بر عهده می گیرند. در این نوع پمپ ها پوسته پمپ به موتور متصل می باشد، که این موضوع پروسه نصب این پمپ ها در سیستم انتقال سیال را تسهیل بخشیده است. در این پمپ ها با توجه به عدم وجود کوپلینگ، بارهای منتقل شده توسط خط لوله، مستقیما به بدنه موتور اعمال می شود. این موضوع، استفاده از این نوع پمپ ها را در سیستم های بزرگتر و ظرفیت های بالاتر، با مشکل روبرو خواهد کرد.

استفاده از کوپلینگ های صلب نوع دیگری از روش های اتصال شفت محرک و پمپ می باشد. این نوع کوپلینگ ها برای اتصال دو شفت کاملا هم راستا تعبیه شده اند و حتی کمترین میزان انحراف شفت ها از مسیر مستقیم، منجر به ایجاد تنش های بسیار زیاد روی کوپلینگ و انتهای شفت می شود. شکل زیر انواع مختلف کوپلینگ های صلب را به تصویر می کشد.

دسته سوم از این تجهیز، کوپلینگ های انعطاف پذیر می باشند که در ساختار آن ها از یک عنصر الاستیک به این منظور استفاده شده است. این دسته از کوپلینگ ها، بسته به نوع آن ها، تا حدود کمی بارهای ناشی از انحرافات محوری، شعاعی و همچنین زاویه ای را تحمل می کنند. استفاده از این نوع کوپلینگ ها همچنین قابلیت جذب شوک های مکانیکی وارد شده به بخش های مختلف سیستم پمپاژ را فراهم آورده است. عمر کارکرد و عملکرد این کوپلینگ ها، ارتباط مستقیمی با میزان انحراف دو شفت محرک و متحرک و همچنین نوع دمپر مورد استفاده دارد. شکل زیر چند نمونه از پر کاربرد ترین کوپلینگ های این دسته را به نمایش می کشد.

5-3. آببند

کلیه تجهیزات دواری که به منظور انتقال سیال مورد استفاده قرار می گیرند از جمله پمپ و کمپرسور، به منظور جلوگیری از نشت سیال به بیرون از سیستم که باعث هدر رفت سیال عامل، ایجاد آلودگی های محیطی و همچنین آسیب رساندن به سایر تجهیزات جانبی می شود، از قطعه ای به نام آب بند استفاده می کنند. استفاده از حلقه های پکینگ که بسته به نوع سیال عبوری و دامنه کاربرد با استفاده از موادی همچون گرافیت، نایلون، تفلون و سایر مواد ایجاد می شوند، در سال های گذشته تا حدود زیادی از نشت سیال جلوگیری به عمل آورده است. امروزه نیز با توجه به هزینه بسیار کم پکینگ ها، استفاده از آن ها در فشار های پایین و کاربرد های خاص رایج است. اگر چه استفاده از آن ها به دلیل محدودیت های موجود کمتر با استقبال روبرو شده و مکانیکال سیل ها به مرور زمان جایگزین آن ها شده اند.

آب بندی بهتر پمپ ها، تعمیرات و نگهداری کمتر، قابلیت تحمل فشار های بالا و همچنین اصطکاک کمتر آن ها با شفت پمپ و در نتیجه افزایش راندمان موتور و کاهش احتمال سایش شفت، همگی از مزایای جایگزینی کوپلینگ با مکانیکال سیل ها به شمار می روند.

مکانیکال سیل ها مطابق شکل از دو بخش اصلی ثابت بر روی پوسته و دوار بر روی شفت اصلی پمپ تشکیل می شوند و طراحی آن ها باید به گونه ای باشد که بدون ایجاد اختلال در حرکت شفت دوار، مانع از نشت سیال به خارج از سیستم شود. برای این منظور، طراحی آن ها باید با دقت های بسیار بالا و در ابعاد بسیار کوچک صورت پذیرد.

در کلیه مکانیکال سیل ها، امکان نشت سیال از بخش های زیر وجود دارد:

حد فاصل بین بخش ثابت مکانیکال سیل و پوسته

حل فاصل بین بخش دوار مکانیکال سیل با شفت اصلی پمپ

فاصیه بسیار ناچیز بین بخش ثابت و بخش دوار

برای رفع مشکل نشتی، دو قسمت 1 و 2 با gasket و O-ring پوشش داده می شوند و ناحیه سوم که از نظر ابعادی در حد میکرومتر می باشد توسط سیال عامل و یا از طریق سیال دیگری به غیر از سیال کاری، اشغال می شود. تماس بین دو سطح ثابت و دوار باعث صدمه دیدن بین دو سطح شده و عملکرد سیل را مختل می کند. از این رو همواره باید بین این دو سطح لایه نازکی از سیال قرار گیرد. به منظور افزایش عمر مکانیکال سیل عمدتا جنس به کار گرفته شده برای سطح دوار و ثابت باید متفاوت باشد. همواره در میزان لقی به کار گرفته شده بین بخش دوار و ثابت باید توجه شود. لقی کمتر از میزان مجاز باعث سایش دو سطح شده و لقی بیش از اندازه باعث نشتی سیال می شود. تنظیم این لقی تحت تاثیر برآیند دو پارامتر نیروی هیدرولیکی سیال بین دو صفحه و همچنین فنر موجود در انتهای مکانیکال سیل که به شفت متصل می باشد، عمل می کند. مکانیکال سیل ها انواع بسیار متنوعی دارند. شکل زیر رایج ترین مکانیکال سیل های موجود و قابل استفاده به منظور پمپاژ سیالات با مشخصات مختلف را به تصویر می کشد.

6-3. الکترو موتور

الکترو موتور ها به عنوان محرک و راه انداز پمپ ها، یکی از مهمترین و غیر قابل انکار ترین اجزاء سازنده پمپ ها به حساب می آیند. از طرفی دیگر کلیه پارامترهای هیدرولیکی پمپ از جمله ارتفاع سیال، دبی سیال عبوری و سایر پارامترها به طور مستقیم بر الکتروموتور تاثیر خواهند داشت ویکی از اجزاء محدود کننده در تعیین مشخصات هیدرولیکی سیال به شمار می روند.

از جمله مهمترین مشخصات الکترو موتورها می توان به دور آن ها که تابعی از فرکانس برق شهری و همچنین تعداد قطب های الکترموتور می باشد اشاره کرد. این پارامتر به طور مستقیم بر ارتفاع، دبی و به خصوص بر هد مکش خالص مثبت پمپ تاثیر می گذارد. عامل موثر دیگر توان الکتریکی پمپ می باشد مه از حاصلضرب گشتاور خروجی الکتروموتور در دور آن به دست می آید. این پارامتر تاثیر مستقیمی بر میزان راندمان پمپ خواهد داشت.

همانطور که گفته شد انتخاب نوع الکتروموتور بسته به مشخصات هیدرولیکی پمپ تعیین می شود و در بسیاری از مواقع از جمله تعیین نقطه بهینه، شرایط راه اندازی پمپ، تعیین میزان هد مکش خالص مثبت مجاز و بسیاری از پارامترهای هیدرولیکی دیگر، الکتروموتور به عنوان حساس ترین موضوع و عامل محدود کننده انتخاب در نظر گرفته می شود.

پس از شناسایی اجزای مختلف پمپ های سانتریفیوژ، نیازمند شناسایی پارامترها و مشخصات عملکردی پمپ ها هستیم که در بخش بعد به آن پرداخته خواهد شد.

پارامترهای مشخصه پمپ ها

از جمله مهمترین مشخصه های توربو پمپ ها می توان به میزان دبی سیال عبوری، ارتفاع تحمیل شده به پمپ، توان مصرفی الکتروموتور، توان منتقل شده به سیال و راندمان اشاره کرد.

1-4. دبی سیال عبوری

با توجه به اینکه گاها مقادیری از سیال ورودی به محفظه مکش پمپ صرف خنک کاری تجهیزات جانبی آن خواهد شد و همچنین به دلیل وجود جریان های برگشتی از حد فاصل بین پروانه و پوسته، دبی ورودی و خروجی از پمپ، متفاوت از یکدیگر است، دبی پمپ حجم سیالی در نظر گرفته می شود که در واحد زمان از قسمت خروجی پمپ خارج می شود. این مقدار برای یک پمپ ثابت نیست و با تغییر ارتفاع (هد) اعمال شده به پمپ تغییر خواهد کرد. از جمله مقادیری از دبی که اهمیت ویژه ای در طراحی و کارکرد پمپ ها دارند، می توان به دبی بهینه (دبی عبوری در نقطه طراحی)، دبی نرمال (دبی واقعی پمپ در حالت عملکرد عادی)، دبی بیشینه (دبی که در آن هیچ هدی به قسمت خروجی پمپ اعمال نمی شود) و کمینه اشاره کرد.

2-4. ارتفاع (هد) پمپ

ارتفاع پمپ، پارامتری است که از سیستم پایپینگ به خروجی پمپ اعمال می شود. این پارامتر به نوعی پارامتر بی بعد شده فشار محسوب می شود؛ از این رو مستقل از نوع سیال مورد استفاده می باشد و مقدار آن برای کلیه سیالات و با هر دانسیته یکسان می باشد. ارتفاع بهینه، نرمال و ارتفاع تحمیلی در حالتی که خروجی پمپ کاملا بسته می باشد، از جمله مهمترین پارامترهای موثر در طراحی پمپ ها به شمار می رود.

3-4. راندمان

تلفات هیدرولیکی و مکانیکی پمپ ها، همواره مانع از تحویل کامل توان مصرفی الکتروموتور به سیال عامل می گردد و این موضوع همواره به عنوان یکی از مهم ترین مسائل در طراحی پمپ ها مد نظر قرار می گیرد. راندمان یک پمپ عبارت است از نسبت توان دریافت شده توسط سیال بر توان مصرفی الکتروموتور. به طبع، هرچه تلفات مکانیکی و هیدرولیکی در پمپ کمتر باشد، راندمان آن بالاتر خواهد بود. هرچند راندمان یک پمپ همواره تنها عامل موثر در طراحی پمپ ها نیست و عوامل محدود کننده دیگری در طراحی پمپ ها وجود دارند که در نظر گرفتن آن ها به ناچار باعث کاهش راندمان پمپ خواهد شد.

4-4. سرعت مخصوص

علاوه بر عوامل موثر فوق پارامتر دیگری به نام سرعت مخصوص در پمپ ها تعریف می شود. این پارامتر که سرعت گذر سیالی با دبی یک متر مکعب در ثانیه به میزان 1 متر را نشان می دهد، جهت مقایسه شکل پروانه پمپ ها تعریف می شود. پمپ های سانتریفیوژ مقادیر پایینی از سرعت مخصوص را به خود اختصاص می دهند و هرچه پروانه پمپ به سمت جریان محوری سوق پیدا کند، سرعت مخصوص آن افزایش خواهد داشت.

5-4. هد مکش مثبت خالص و پدیده کاویتاسیون

آخرین و یکی از مهمترین پارامترهای مشخصه سازی پمپ های سانتریفیوژ، هد خالص مکش مثبت در آن ها می باشد. این پارامتر به منظور جلوگیری از ایجاد تشکیل حباب در قسمت مکش پمپ و متعاقبا ایجاد حفره در پوسته و پروانه پمپ که در اصطلاح کاویتاسیون نامیده می شود، مورد بررسی قرار می گیرد.

در حالت عادی و در جو زمین فشار سیالاتی همچون آب در دمای اتاق، از فشار اتمسفر پایین تر است. هم فشار شدن سیال با اتمسفر اطراف آن دلیل تبخیر آن ها می باشد. این کار میتواند هم از طریق افزایش دما و متعاقبا فشار سیال صورت پذیرد و هم می تواند از طریق کاهش فشار اتمسفر اطراف سیال به وقوع بپیوندد.

تلفات هیدرولیکی سیال در درون لوله، ارتفاع مکش پمپ از منبع اصلی و سایر تلفات ناشی از انتقال سیال به چشمی پمپ، باعث کاهش فشار سیال ورودی به آن خواهد شد. در صورتی که فشار سیال در دهانه ورودی پمپ به فشار بخار سیال در آن دما برسد، سیال تبخیر شده و حباب های هوا در داخل سیال شروع به تشکیل می کنند. این حباب ها به همراه سیال حرکت کرده و با توجه به دریافت انرژی از پروانه در تماس، بر روی سطح پوسته تقطیر شده و با سرعت بسیار زیاد به پوسته برخورد می کنند که این موضوع باعث کنده شدن سطح پوسته شده و باعث ایجاد تخلخل در سطح آن می شوند. این پدیده، علاوه بر تخریب سطح پوسته و پروانه، عملکرد پمپ را نیز با اختلال مواجه خواهد کرد؛ به طوریکه باعث کاهش دبی سیال عبوری و همچنین اعمال بار اضافی و آسیب رسیدن به الکتروموتور خواهد شد.

هد مکش مثبت خالص در دسترس (NPSHa) که توسط سیستم پمپاژ معین می شود و هد مکش مثبت مورد نیاز به منظور برای پمپ (NPSHr) که توسط کارخانه سازنده پمپ در اختیار قرار می گیرد، دو متغیر مهم در انتخاب بهینه پمپ و سیستم پمپاژ به منظور جلوگیری از وقوع پدیده کاویتاسیون بر شمرده می شوند. همواره در انتخاب پمپ و طراحی سیستم پمپاژ باید توجه شود که NPSHa > NPSHr.

انتخاب پمپی با سرعت دورانی کمتر، استفاده از پروانه های دو مکشه و تقسیم جریان بین چند پمپ می تواند به کاهش NPSHr منجر شود. همچنین تحت فشار قرار دادن منبع مکش، کاهش سرعت سیال در ورود به پمپ و به طور کلی هر عملی که کاهش تلفات در سمت ورودی پمپ را به همراه دارد، باعث افزایش NPSHa خواهد شد که هردو این عوامل کاهش احتمال وقوع پدیده کاویتاسیون را به همراه خواه داشت.

منحنی های عملکرد پمپ ها

به طور کلی پارامترهای مشخصه پمپ ها را می توان به دو دسته متغیرهای هیدرولیکی و متغیر های مکانیکی طبقه بندی کرد. هد، دبی و NPSH جزء متغیر های هیدرولیکی و سرعت دورانی الکتروموتور و توام مصرفی آن در دسته متغیرهای مکانیکی قرار می گیرند. توجه به این نکته ضروری است که در هر پمپ، تنها یک متغیر هیدرولیکی مستقل و یک متغیر مکانیکی مستقل وجود دارد و سایر پارامتر ها وابسته به این دو می باشند. با انتخاب سیستم پمپاژ، معمولا دبی و دور الکتروموتور به عنوان متغیر های مستقل در نظر گرفته می شوند و سایر پارامتر ها با توجه به منحنی های مشخصه پمپ حاصل می شوند.

برای شناسایی کامل مشخصه پمپ ها، نیازمند دریافت چهار منحنی ارتفاع کل، توان مصرفی، راندمان و NPSH هستیم که هریک در یک دور مشخص و بر حسب دبی های مجاز در اختیار مصرف کننده قرار خواهد گرفت.

1-5. منحنی ارتفاع-دبی

منحنی ارتفاع بر حسب دبی در شکل زیر برای دو پمپ سانتریفیوژ و محوری نمایش داده شده است. همانطور که مشاهده می شود، با افزایش دبی در پمپ های سانتریفیوژ، هد آن ها به صورت یکنواخت کاهش خواهد داشت؛ اما این موضوع در مورد پمپ های محوری صادق نیست. در انتخاب محدوده مجاز کارکرد این پمپ ها همواره باید توجه شود که به منظور جلوگیری از اعمال بار اضافی بر روی الکتروموتور، همواره نقطه کارکرد پمپ از محدوده شیب منفی منحنی زیر انتخاب شود. نقطه بیشینه دبی در این منحنی، مشخص کننده شروع پدیده کاویتاسیون بوده که از این نظر یک نقطه مهم و محدود کنند در طراحی به شمار می رود.

2-5. منحنی توان مصرفی-دبی

مصرف توان در پمپ ها نیزمطابق شکل زیر متاثر از سرعت مخصوص پمپ یا به عبارت دیگر شکل پروانه می باشد. در مورد پمپ های سانتریفیوژ این مقدار با افزایش میزان دبی با شیب ملایمی افزایش خواهد داشت؛ اما در پمپ های محوری این مقدار در حالت بسته شیر در حالت بیشینه قرار دارد و به مرور زمان کاهش می یابد. این موضوع یکی از دلایل اساسی راه اندازی پمپ های سانتریفیوژ با خروجی بسته و پمپ های محوری با خروجی باز می باشد.

با توجه به اینکه پمپ ها همواره در نقطه بهینه طراحی شده برای آن ها کار نمی کنند و خارج شدن از این نقطه بار اضافی به الکتروموتور وارد می کند، انتخاب الکتروموتور همواره بر اساس نقاط ماکزیمم منحنی توان تعیین می شود.

3-5. منحنی راندمان-دبی

این منحنی مطابق شکل به صورت سهمی است که معمولا از دبی صفر تا بیشینه مجاز دبی پمپ ها ترسیم می شود. پیک این منحنی به عنوان نقطه بهینه طراحی شده برای پمپ در نظر گرفته می شود که در حوالی این نقطه بهترین عملکرد پمپ را شاهد خواهیم بود.

4-5. منحنی دبی- NPSHr

این منحنی در مورد پمپ های سانتریفیوژ به صورت صعودی بوده، یعنی با افزایش دبی احتمال وقوع کاویتاسیون افزایش می یابد؛ اما این موضوع در مورد پمپ های محوری دارای یک نقطه کمینه هست. تفسیر این موضوع این است که احتمال کاویتاسیون هم در دبی های کم و هم در دبی های بالا وجود دارد و تا حد امکان باید در اطراف نقطه کمینه دبی پمپ را تنظیم کرد.

5-5. عوامل موثر در تغییرات منحنی مشخصه پمپ

دور الکتروموتور و قطر پروانه همواره به عنوان اساسی ترین عوامل در اختیار به منظور ایجاد تغییرات در منحنی مشخصه پمپ ها بر شمرده می شود. معمولا کارخانه سازنده منحنی های مشخصه را دردور ها و قطر های مجاز پروانه در اختیار مصرف کننده قرار داده تا با انتخای الکتروموتور مناسب و همچنین امکان تراشکاری سطح پروانه، تا حد امکان به نقطه دلخواه طراحی نزدیک شود. اشکال زیر منحنی های ارتفاع بر حسب دبی را در دور های مختلف الکتروموتور و همچنین قطر های مختلف پروانه نشان می دهد.

در شکل فوق خطوط هم راندمان، با رنگ بنفش بر روی منحنی ارتفاع- دبی به نمایش در آمده که عمدتا به این صورت قابل بیان و نمایش می باشد.

انواع پمپ های سانتریفیوژ API 610

پمپ های سانتریفیوژی که مطابق استاندارد API 610 طراحی و تولید می شوند را از لحاظ مختلف مورد مقایسه و دسته بندی قرار داد. از منظر حالت قرار گیری، پمپ های افقی و عمودی بسته به کاربرد مورد نظر طراحی و ساخته می شوند. تعداد مراحل پمپ، از دیگر پارامترهای موثر در دستیابی به فشار های بالا می باشد که پمپ ها را به دو دسته تک مرحله ای و چند مرحله ای تقسیم بندی می کند. به منظور حفظ پمپ در برابر پدیده کاویتاسیون و کاهش نیروی محوری بر روی شفت، پروانه های دو مکشه به بازار عرضه شدند و دسته بندی دیگری را به همراه پروانه های تک مکشه ایجاد کردند. اتصال پوسته به صورت شعاعی و محوری طبقه بندی بندی دیگری است که بر روی انواع پمپ صورت می گیرد. نوع کوپلینگ مورد استفاده اعم از کوپلینگ صلب، انعطاف پذیر و یا پمپ های با شفت یک پارچه و همچنین انتخاب نوع پوسته اعم از دیفیوزر و Volute همه و همه پارامترهایی هستند که باعث می شوند از لحاظ مختلف پمپ ها را به دسته های بی شماری طبقه بندی کرد.

در دسته بندی صورت گرفته در استاندارد API 610 پمپ های سانتریفیوژ به سه دسته پمپ های یک سر درگیر (Overhung)، پمپ های بین یاتاقان (Between Bearing) و پمپ های کف کش (Vertically Suspended) طبقه بندی می شوند و در یک تقسیم بندی کوچکتر هریک از این دسته ها خود شامل تعدادی پمپ با مشخصات متفاوت می باشند.

1-6. پمپ های Overhung (OH)

در این پمپ ها که در اصطلاح End suction نامیده می شوند، پروانه در قسمت انتهایی شفت قرار گرفته و شفت به صورت یک تیر یک سر گیر دار توسط یاتاقان های شعاعی و محوری مهار می شود. تمامی پمپ های این دسته از نوع تک مرحله ای هستند و در مقایسه با سایر پمپ ها از ظرفیت های پایین تری برخوردار هستند. در ادامه به توضیح هریک از آن ها پرداخته می شود.

پمپ های OH1

پمپ های این دسته، همانطور که در شکل زیر قابل مشاهده می باشند، تک مرحله ای و افقی هستند، کوپلینگ آنها از نوع انعطاف پذیر می باشد و از قسمت پایه به base plate متصل می شوند که این موضوع از نظر ظاهری، نقطه تمایز آن ها با پمپ های OH2 می باشد. مطابق استاندارد API 610، این پمپ ها با توجه به نوع طراحی و ساپورت گذاری، در فشار های خروجی بالا و همچنین دماهای بیش از ˚C150 به دلیل اعمال تنش های حرارتی بالا به بدنه، با محدودیت کاربرد مواجه هستند.

پمپ های OH2

پمپ های OH2 از نظر ظاهری بسیار شبیه پمپ های OH1 هستند؛ تک مرحله ای و افقی هستند.کوپلینگ آن ها به الکتروموتور از نوع انعطاف پذیر است. با این تفاوت که پمپ های OH2، مطابق شکل زیر از مرکزشان (Center line) به base plate متصل هستند. این موضوع با توجه به درجه آزادی نسبتا خوبی که به منظور انبساط در اختیار پمپ قرار می دهد، قابلیت کارکرد در دماهای بالا و فشار های بالا را برای آن ها فراهم آورده و یکی از مناسب ترین پمپ های معرفی شده در استاندارد API 610، به منظور پمپاژ سیالات سنگین و شیمیایی به شمار می رود.

پمپ های OH3

این پمپ ها که در شکل زیر به نمایش درآمده، تک مرحله ای و عمودی هستند و کوپلینگ آن ها به الکتروموتور از نوع انعطاف پذیر است که میزان محدودی غیر هم راستا بودن زاویه ای، محوری و شعاعی را بدون اعمال تنش اضافی به الکتروموتور و سایر تجهیزات تحمل می کند و تا حدودی جاذب ارتعاش و کاهش دهنده سر و صدا هستند. این پمپ ها از یک محفظه یاتاقان (Bearing Housing) متصل به بدنه پمپ (در شکل زیر با رنگ آبی به نمایش در آمده) تشکیل شده که به منظور جذب بار های محوری و شعاعی وارده به الکتروموتور و سایر تجهیزات پمپ به کار گرفته می شود.

پمپ های OH4

این پمپ ها همانند پمپ های OH3 تک مرحله ای و عمودی هستند، اما کوپلینگ آن ها به الکترو موتور از نوع صلب بوده که این موضوع باعث می شود حتی کوچکترین میزان غیر همراستا بودن محورها و نیز ارتعاشات و شوک های مکانیکی، تنش خیلی زیادی را به هر دو شفت و الکتروموتور منتقل کند. نیروهای محوری و شعاعی در این پمپ ها توسط یاتاقان های درون موتور مهار می شود و به طور کلی استفاده از این پمپ ها در صنایع نفت و گاز، به دلیل شرایط عملکردی، با محدودیت های زیادی مواجه است.

پمپ های OH5

در این پمپ ها که همانند پمپ های OH3 و OH4 تک مرحله ای و عمودی هستند، پروانه بر روی شفت الکتروموتور سوار است و بر خلاف سایر پمپ ها، دور الکتروموتور بدون کوپلینگ واسطه، مستقیما به پروانه و در نتیجه سیال منتقل می شود. در این پمپ ها نیز همانند OH4، تمامی بار شفت از طریق یاتاقان های موجود در موتور کنترل می شود و به همین جهت استفاده آن ها در صنعت نفت و گاز با محدودیت هایی روبروست.

پمپ های OH6

در این پمپ ها محور الکتروموتور از طریق یک کوپلینک انعطاف پذیر به محور گیربکس متصل می شود و پروانه این پمپ بر روی محور گیربکس قرار می گیرد. گیربکس به کار رفته در این پمپ ها یک گیربکس افزاینده می باشد که سرعت گردش پروانه را به میزان چشمگیری افزایش می دهد. از این رو به این دسته از پمپ ها در اصطلاح، پمپ سرعت بالا (High Speed) گفته می شود. این پمپ ها همانند کلیه پمپ های این دسته تک مرحله ای است و بسته به کاربرد آن ها می تواند به هر دو صورت افقی و عمودی در سیستم قرار گیرد.

2-6. پمپ های Between Bearing (BB)

بر خلاف پمپ های OH که مکش از انتهای شفت صورت می پذیرد (End Suction)، پمپ های BB در اصلاح split Case یا پوسته چند تکه نامیده می شوند و در آن ها پروانه پمپ در بین دو یاتاقان و در مرکز شفت پمپ قرار می گیرد. عمده این پمپ ها چند مرحله ای هستند، همگی به صورت افقی در سیستم پمپاژ قرار خواهند گرفت و وجود تقارن در طراحی این نوع پمپ ها، کمک چشمگیری در کاهش و بالانس نیروی محوری وارد شده به شفت و در نتیجه یاتاقان ها می کند. این موضوع امکان دستیابی به فشار ها و ظرفیت های بسیار بالا را جهت النتقال سیالات فراهم آورده است. در ادامه به توضیح تفصیلی هر یک از پمپ های این دسته پرداخته خواهد شد.

پمپ BB1

پمپ BB1، با توجه به اینکه بیشترین ظرفیت انتقال سیال در بین تمامی پمپ های API 610 موجود را دارا می باشد، یکی از پر کاربردترین پمپ های مورد استفاده در صنایع به شمار می رود. این پمپ ها به صورت تک و یا دو مرحله ای مورد استفاده قرار می گیرند و استفاده از پروانه دو مکشه در آن ها که مطابق آنچه پیشتر گفته شد، به صورت دو پروانه متقارن پشت به پشت بر روی شفت سوار می شود، تاثیر قابل ملاحظه ای در کاهش نیروی محوری بر روی شفت و یاتاقان ها و همچنین بهبود عملکرد هیدرولیکی پمپ خواهد داشت. پوسته این پمپ ها در اصطلاح axially Split نامیده می شود و این بدین معنی است که مطابق شکل زیر صفحه فلنج جدا کننده پوسته و صفحه ای که شفت بر روی آن قرار می گیرد، در یک راستا هستند. از مزایای این نوع طراحی، دسترسی آسان به کلیه تجهیزات جهت انجام تعمیرات دوره ای و عمل تعمیرات و نگهداری آن ها می باشد.

پمپ BB2

این نوع پمپ، همانند BB1، به صورت تک یا دو مرحله طراحی و عرضه می گردد، اما پوسته آن ها به صورت Radially Split می باشد که در آن صفحه جدا کننده فلنج های پوسته عمود بر صفحه ای است که محور شفت بر روی آن قرار می گیرد. همچنین محل ساپورت گذاری و نشیمنگاه این پمپ ها بر روی Base plate نیز از خط مرکزی پمپ Center line می باشد. با توجه به نوع طراحی، این نوع پمپ ها مناسب ترین انواع پمپ جهت انتقال سیالات پروسسی در پالایشگاه و پتروشیمی به حساب می آید.

پمپ های BB3

همانطور که در شکل زیر ملاحظه می شود به صورت چند مرحله ای و axially Split و به منظور ایجاد فشار های خروجی بسیار زیاد طراحی و تولید می شوند. به دلیل طراحی کاملا متقارن این پمپ ها و همچنین مسیر تعبیه شده برای سیال، علی رغم کارکرد در فشار های بسیار بالا، نیروی محوری در این پمپ کاملا بالانس شده که این موضوع باعث افزایش عمر یاتاقان ها می گردد. این دسته مناسب ترین نوع پمپ ها به منظور انتقال سیالات سبک و عاری از هرگونه ذرات جامد ناخالص موجود تا فشار های بسیار زیاد می باشند.

پمپ BB4

پمپ های BB4 بر خلاف پمپ های BB3، Radially split هستند و جهت حرکت سیال در داخل این پمپ ها بر خلاف BB3، کاملا منظم و از یک سو به سمت دیگر می باشد. از این رو نیروی محوری زیادی را به شفت وارد خواهند کرد که این نیرو توسط یک دیسک متعادل کننده که در شکل زیر نمایش داده می شود، تقلیل می یابد و به همین جهت در محدوده فشاری کمتری نسبت به پمپ های BB3 به عملکرد خود ادامه خواهند داد. نقطه قوت این پمپ ها نسبت به BB3، در طیف های دمایی بسیار بالا می باشد که بهترین عملکرد را در بین پمپ ها چند مرحله ای از خود نشان می دهد.

پمپ BB5

این پمپ ها را می توان از لحاظ مختلف با پمپ های BB4 و BB3 مورد مقایسه قرار داد. پمپ های BB5 همانند BB3 و BB4 چند مرحله ای هستند. همانند BB4 و بر خلاف BB3 به صورت Radially split طراحی می شوند. پوسته این پمپ ها بر خلاف سایر پمپ های API 610 دو لایه یا در اصطلاح Barrel type هستند. همانند پمپ های BB3، مسیر حرکت سیال در آن ها به گونه ای است که کمترین میزان نیروی محوری به شفت وارد شود و به این صورت که سیال از وسط پوسته وارد پروانه دو مکشه شده و سیال خروجی از پروانه دو مکشه به یک سمت پمپ حرکت کرده و پس از گذر از تمامی مراحل آن سمت، از طریق پوسته دوم وارد سمت دیگر پمپ خواهد شد و تا آخرین مرحله تحت فشار قرار می گیرد و در نهایت از قسمت خروجی پمپ خارج می شود. از مزیت پمپ های BB5 نسبت به پمپ های BB3، می توان به قابلیت بالای نفوذ ناپذیری سیال و نشت آن به خارج از سیستم اشاره کرد. از این رو برای انتقال سیالات سبک تر که احتکال نشت آن ها به خارج از پمپ بیشتر است، مزایای نسبی بیشتری نسبت به پمپ BB3 خواهند داشت.

3-6. پمپ های Vertically Suspended

در این نوع پمپ ها با توجه به اینکه پروانه پمپ در حوضچه بالا دستی پمپ فرو می رود، مقدار NPSHa افزایش و احتمال وقوع پدیده کاویتاسیون کاهش می یابد. از این رو، این دسته از پمپ ها مناسب ترین نوع جهت انتقال سیال از عمق می باشند. در کلیه پمپ های کفکش API 610، الکتروموتور در خارج از سیال قرار می گیرد و پروانه ای را که داخل سیال قرار دارد را به ارتفاع منتقل می کند. در ادامه به توضیح انواع پمپ های کفکش پرداخته خواهد شد.

پمپ VS1

این نوع پمپ، مطابق شکل زیر تک پوسته (Single Casing) می باشد، پوسته آن از نوع دیفیوزر می باشد که با پره های شعاعی محصور شده است. تعداد مراحل پمپ بسته به نوع کاربرد، تک یا چند مرحله ای می باشد و خروجی این پمپ ها از طریق ستون مربوط به خود پمپ انجام می گیرد. استفاده از دیفیوزر در این پمپ ها همان طور که پیش تر به آن اشاره شد، کمک شایانی به کاهش نیروی شعاعی در پمپ و در نتیجه یاتاقان ها خواهد داشت.

پمپ VS2

تفاوت این پمپ با VS1 تنها در نوع پوسته به کار گرفته شده است که در این پمپ پوسته از نوع Volute می باشد که به تبع این موضوع باعث ایجاد تغییرات عمده در عملکرد پمپ و محدوده کاربرد آن خواهد شد. این نوع پمپ ها عمدتا در صنایع فرا ساحلی، پمپ های آتش نشانی و پمپ های حامل آب دریا به وفور مورد استفاده قرار می گیرند.

پمپ VS3

در این نوع پمپ ها پروانه از نوع محوری بوده و همانند دو نوع قبلی سیال از طریق ستون پمپ خارج می گردد. مطابق آنچه در بخش های قبل اشاره شد، راه اندازی این پمپ ها با خروجی باز صورت می گیرد.

پمپ VS4

این نوع پمپ ها که به منظور پمپاژ سیال از حوضچه های عمیق تر مورد استفاده قرار می گیرد، از یک شفت بلند که توسط یک یا چند فلنج تقویت می شود، تشکیل می شود. در این نوع پمپ ها بر خلاف پمپ های VS1، VS2 و VS3، یک لوله رابط مجزا به غیر از ستون اصلی پمپ جهت خروج سیال تعبیه شده است که از طریق این لوله، سیال از عمق به سمت بالا هدایت می شود.

پمپ VS5

این پمپ شباهت زیادی با پمپ های VS4 دارد؛ با این تفاوت که در پمپ های VS5 شفت به صورت یک سر درگیر بوده، طول آن کوتاهتر است و برخلاف VS4، فاقد فلنج می باشد. این نوع پمپ ها به منظور انتقال سیالات از عمق های کمتر مورد استفاده قرار می گیرد. این پمپ ها برای انتقال سیالات حاوی ذرات جامد نامحلول کارایی خوبی دارند و در جاهایی که نشت سیال به قابل قبون نیست، به عنوان یکی از مناسب ترین گزینه ها انتخاب می شوند.

پمپ VS6

ساختمان پمپ های VS6، مشابه پمپ های VS1 می باشد؛ با این تفاوت که این پمپ ها از نوع Double casing می باشند و فلنج های محل ورود و خروج سیال در یک ارتفاع قرار می گیرند. این نوع پمپ ها به دلیل نوع خاص طرحی، مناسب ترین نوع پمپ های عمودی برای حالت هایی است که NPSHa پمپ بسیار کم می باشد. انتخاب این نوع پمپ ها که از نظر هزینه جزء گران قیمت ترین پمپ های افقی محسوب می شوند، کمک شایانی به جلوگیری از پدیده کاویتاسیون و بهبود عملکرد هیدرولیکی پمپ خواهد داشت.

جمع بندی

در نهایت به منظور تکمیل مطالب فوق و در اختیار داشتن حدود تقریبی نقاط و حدوده های کارکرد هریک از پمپ های API 610، می توان به شکل زیر که محدوده عملکرد پمپ های شرکت Danai Pump چین را نشان می دهد، اشاره کرد.

Body in white