عنوان :

پایان نامه طراحی پمپ های سانتریفوژ

تعداد صفحات :۷۹

نوع فایل : ورد و قابل ویرایش

چکیده :

بحث طراحی و ساخت پمپ از اهمیت ویژه ای برخوردار است به طوریکه همواره ساخت پمپ های با راندمان بالا (سرعت، دبی، جنس و سایر خواص مناسب) مدنظر بوده است. اصولاً طراحی مکانیکی پمپ به دو بخش عمده تقسیم می شود.

 الف ) طراحی سازه ای یا اصطلاحاً «طراحی جامداتی» که بیشتر به مسئله شکل و جنس قطعات مختلف پمپ می پردازد.

 ب ) طراحی هیدرولیکی پمپ، که مبنای اصلی در این نوع طراحی وضعیت سیال تحت پمپاژ می باشد. در این طراحی به بررسی همچون توان، تلفات، راندمان، سرعت و دبی سیال در مقاطع مختلف، شکل پروفیل سیال در ورود و خروج شکل پروفیل پره ها و تعداد آنها کاویتاسیون، خوردگی و … پرداخته می شود.

 یکی از گروههای پرمصرف پمپ ها، پمپ های سانتریفوژ (گریز از مرکز) می باشند که از زیر مجموعۀ پمپ های دینامیکی محسوب می شوند. اصول کار این پمپ ها براساس استفاده از نیروی گریز از مرکز پایه گذاری شده است.

 پمپ های سانتریفوژ کاربرد وسیعی در صنایع مختلف از جمله پتروشیمی، نیروگاههای حرارتی، صنایع نظامی و در مجموع هر جا نیاز به بالابردن فشار جریان سیالات باشند دارند. با توجه به کاربرد گستردۀ این پمپ نیاز به یک الگوریتم مناسب برای طراحی پمپ های سانتریفوژ احساس می شود. در پروژه حاضر یک الگوریتم برای طراحی این نوع پمپ ها ارائه شده است.

 ابتدا به معرفی و محاسبات پایه ای پمپ های سانتریفوژ پرداخته شده است. سپس به طراحی پمپ های سانتریفوژ و در نهایت به نکات نصب و راه اندازی و تعمیر و نگهداری این پمپ ها پرداخته شده است.

واژه های کلیدی: پمپ های سانتریفوژ، طراحی پمپ ها، نصب، راه اندازی

فهرست مطالب

 مقدمه                            ۱
فصل اول : انواع پمپ ها و آشنایی مختصر با آنها          ۳
مقدمه                            ۴
۱ . ۱ ) تقسیم بندی پمپ ها                   ۴
۱ . ۱ . ۱ ) پمپ های جابجایی مثبت                ۵
۱ . ۱ . ۲ ) پمپ های دینامیکی                   ۷
۱ . ۲ ) مقایسه ای بین پمپ های جابجایی مثبت و پمپ های دینامیکی       ۹
فصل دوم : معرفی پمپ های سانتریفوژ اصول کار و محاسبات پایه آنها    ۱۱
۲ . ۱ ) پمپ های سانتریفوژ (گریز از مرکز)             ۱۲
۲ . ۲ . ۱ ) اصول کلی و تئوری حاکم بر پمپ های سانتریفوژ          ۱۳
۲ . ۲ . ۱ ) تبدیل انرژی در پمپ های سانتریفوژ             ۱۳
۲ . ۲ . ۲ ) توان، تلفات و بازده                   ۱۵
۲ . ۲ . ۳ ) مجموع هد پمپ                   ۱۸
۲ . ۲ . ۴ ) مجموع هد تولید شده به وسیله سیستم پمپاژ          ۱۹
۲ . ۲ . ۵ ) اصول فیزیکی کاویتاسیون و رفتار مکش             ۲۰
۲ . ۲ . ۶ ) ارتفاع خالص مکش ثبت (NPSH)             ۲۲
۲ . ۲ . ۷ ) NPSH در دسترس مجموعه پمپاژ (Available plant NPSH)    ۲۴
۲ . ۲ . ۸ ) روشهای افزایش کارایی مکش                ۲۴
۲ . ۲ . ۹ ) خوردگی کاویتاسیون                  ۲۵
فصل سوم : طراحی هیدرولیکی پمپ های سانتریفوژ       ۲۶
مقدمه                           ۲۷
۳ . ۱ ) روش های مختلف طراحی پمپ های سانتریفوژ          ۲۸
۳ . ۱ . ۱ ) روش مدل سازی                   ۲۸
۳ . ۱ . ۲ ) روش طرح ورودی                   ۲۸
۳ . ۱ . ۳ ) روش گردابی آزاد                   ۲۸
۳ . ۱ . ۴ ) روش جریان گذران                   ۲۹
۳ . ۱ . ۵) روش استپانوف با ضریب طرح               ۲۹
۳ . ۲ ) تئوری طراحی پمپ سانتریفوژ                ۲۹
۳ . ۲ . ۱ ) معادله اویلر                      ۳۰
۳ . ۲ . ۲ ) معادله برنولی برای یک پروانه                ۳۱
۳ . ۲ . ۳ ) راندمان کلی                      ۳۲
۳ . ۳ . ۴ ) ضریب لغزش (Slip Factor)                ۳۲
۳ . ۳ ) مراحل طراحی یک پمپ سانتریفوژ                ۳۵
۳ . ۳ . ۱ ) ورودی پروانه                      ۳۷
۳ . ۳ . ۲ ) طرح پره پروانه                   ۳۹
۳ . ۳ . ۲ . ۱ ) روش قوس دایره                   ۳۹
۳ . ۳ . ۲ . ۲ ) روش نقطه به نقطه                   ۴۱
۳ . ۴ ) حل پروژه عددی از طراحی پمپ سانتریفوژ             ۴۳
فصل چهارم : نصب و راه اندازی، نگهداری و عیب یابی پمپ های سانتریفوژ    ۵۸
۱ . ۴ ) گشتاور راه اندازی در پمپ های سانتریفوژ             ۵۹
۱ . ۱ . ۴ ) راه اندازی پمپ های سانتریفوژ (Start up)          ۶۲
الف ) راه اندازی پمپ در حالت شیر فلکه بسته             ۶۲
ب ) راه اندازی پمپ در حالن شیر فلکه یک طرفه بسته و ..         ۶۳٫
ج ) راه اندازی پمپ در حالت شیر فلکه باز و …             ۶۴
د ) راه اندازی پمپ با شیر فلکه خروجی باز و …             ۶۵
۲ . ۱ . ۴ ) زمان راه اندازی در پمپ های سانتریفوژ             ۶۶
۳ . ۱ . ۴ ) زمان خاموش شدن یک پمپ سانتریفوژ             ۶۷
۲ . ۴ ) راهنمای عیب یابی و تعمیر پمپ های سانتریفوژ          ۶۸
فهرست منابع و مآخذ                     ۷۲

منابع و مآخذ :

 ۱ ) «مبانی و کاربرد انواع پمپ ها» نوشته : STEWART  H . L .  ترجمه : حسین خوش کیش ؛

 ۲ ) نشریات فنی و آموزشی شرکت صنایع پمپ سازی ایران (پمپیران) ؛

 ۳ ) مکانیک سیالات تألیف : Frank M.White ترجمه دکتر کریم موسوی نسب.

 ۴ ) PUMP HAND BOOK THIRD EDITION , Igor J . KARRASSIK , … MC Graw HILL 2001 ,

 ۵ ) “Centrifugal and Axial flow pumps ” , stepanoff , Wiley 1957 ,

 ۶ ) ” Fluid Mechanics of Turbomachinery ” , S . L . Dixon , Pergamon , oxford 1978 .

۷)Fundamental of Fluid Mechanics ,Fourth Edition,Bruce R.Munson,…,John Wiley & sons ,2002

مقدمه :

 امروزه پمپ ها چه در زمینه کشاورزی و چه در زمینه صنعتی، یکی از ارقام بزرگ و پرمصرف دستگاههای صنعتی را تشکیل می دهند. هم اکنون شاید بیش از  دستگاههای صنعتی به یکی از ده ها نوع پمپ که در بازار وجود دارند مجهز می باشند. کاربرد و موارد استفاده گوناگون پمپ ها باعث شده که دستگاههای یاد شده، پس از موتورها، در بالاترین درجه اهمیت قرار گیرند. پمپ های متنوعی که در ابعاد و اندازه های گوناگون طراحی و به بازار عرضه می شوند، کاربرد بسیار وسیعی دارند. از پمپ های چاه عمیق که در واقع رابطی بین منابع و ذخایر آب های زیرزمینی و کشتزارها و مزارع هستند گرفته تا انواع و اقسام پمپ هایی که در صنایع شیمیایی، کاغذ سازی و غیره و به کار می روند همه و همه دستگاههایی هستند که در صنایع مزبور نقش مهمی به آنان واگذار گردیده است.

 بنا به علل فوق بحث طراحی و ساخت پمپ از اهمیت ویژه ای برخوردار است به طوریکه همواره ساخت پمپ های با راندمان بالا (سرعت، دبی، جنس و سایر خواص مناسب) مدنظر بوده است. اصولاً طراحی مکانیکی پمپ به دو بخش عمده تقسیم می شود.

 الف ) طراحی سازه ای یا اصطلاحاً «طراحی جامداتی» که بیشتر به مسئله شکل و جنس قطعات مختلف پمپ می پردازد.

 ب ) طراحی هیدرولیکی پمپ، که مبنای اصلی در این نوع طراحی وضعیت سیال تحت پمپاژ می باشد. در این طراحی به بررسی همچون توان، تلفات، راندمان، سرعت و دبی سیال در مقاطع مختلف، شکل پروفیل سیال در ورود و خروج شکل پروفیل پره ها و تعداد آنها کاویتاسیون، خوردگی و … پرداخته می شود.

 یکی از گروههای پرمصرف پمپ ها، پمپ های سانتریفوژ (گریز از مرکز) می باشند که از زیر مجموعۀ پمپ های دینامیکی محسوب می شوند. اصول کار این پمپ ها براساس استفاده از نیروی گریز از مرکز پایه گذاری شده است.

 در این پروژه بیشتر به مسئله «طراحی هیدرولیکی پمپ گریز» پرداخته می شود.

 در فصل اول به تقسیم بندی انواع پمپ ها و معرفی هر کدام به طور خلاصه پرداخته شده است.

 فصل دوم مشتمل بر تعاریف اصلی، بررسی اصول حاکم بر پمپ های سانتریفوژ و محاسبات پایه و اولیه مربوط به آنها می باشد.

 در فصل سوم که قسمت اصلی پروژه را تشکیل می دهد به مسئله طراحی هیدرولیکی پمپ گریز از مرکز همراه با یک مثال عددی پرداخته شده است.

 در نهایت در فصل چهارم مباحثی تکمیلی شامل نصب و راه اندازی، نگهداری و عیب یابی پمپ های گریز از مرکز آورده شده است.

 مقدمه :

 امروزه با توجه به توسعه همه جانبه فن آوری و صنعت در زمینه های مختلف و لزوم به کارگیری انواع و اقسام پمپ ها با کاربردهای متفاوت در سطح وسیعی از صنایع از قبیل کشاورزی، پتروشیمی، پالایشگاه، صنایع نظامی شبکه های انتقال و توزیع آب و صدها و شاید هزاران شاخه دیگر از صنعت باید به نقش اساسی و حساس پمپ ها در این راستا اذعان کرد.

 این امر موجب توسعه فن آوری تولید پمپ و عرضه انواع و اقسام مختلف آنها (از لحاظ نحوه کار، جنس مواد، اندازه، کاربرد و حتی از نظر سیالی که می تواند پمپ نمایند) به بازار شده است.

 در این فصل ضمن طبقه بندی پمپ ها به گروههای مجزا (براساس نحوه کار) معرفی و مروری راجع به هر کدام خواهیم داشت.

 ۱ . ۱ ) تقسیم بندی پمپ ها

 ماشین های که به سیال مایع انرژی می دهند پمپ نامیده می شوند. پمپ ها را می توان به دو گروه پمپ های با جابجایی مثبت و پمپ های دینامیکی (تغییر دهنده اندازه حرکت) تقسیم بندی کرد.

 ۱ . ۱ . ۱ ) پمپ های جابجایی مثبت

 پمپ های جابجایی مثبت مرز متحرک داشته وسیال را با تغییرات حجمی جابجایی می کنند. به این صورت که حفره ای باز شده و سیال از میان دریچه ورودی مکیده شده بعد حفره بسته شده و سیال از طریق یک دریچه خروجی رانده می شود.

 مثال رایج برای این نوع پمپ ها قلب پستانداران است. انواع مکانیکی این پمپ ها استفاده وسیعی دارند. تمام پمپ های جابه جایی مثبت سیال را به صورت دوره ای یا منقطع جابجا می کنند. زیرا پس از ورد سیال به داخل خود دریچه بسته شده سیال فشرده و رانده می شود. مزیت عمده این نوع پمپ ها این است که سیال با هر درجه از جهت را جا به جا می کنند. پمپ های جابجایی مثبت را می توان مطابق شکل زیر تقسیم بندی کرد.

۱٫ ۱ . ۲ ) پمپ های دینامیکی :

 پمپ های دینامیکی اندازه حرکت سیال را به وسیله پره ها یا تیغه های خود افزایش می دهند. در اینجا هیچ گونه حجم بسته وجود ندارد سیال در حین عبور از منافذ و گذرگاهها افزایش اندازه حرکت داده و سپس سرعت زیاد با گذرا از یک مقطع واگرا به افزایش فشار تبدیل می شود. پمپ های دینامیکی را می توان به صورت زیر تقسیم بندی کرد.

 ۱ . ۲ ) مقایسه ای بین پمپ های جابجایی مثبت و پمپ های دینامیکی

 دبی جریان پمپ های دینامیکی عموماً بیش از پمپ های جابجایی مثبت بوده و حرکت سیال از میان آنها یکنواخت تر است ولی می توان جابجایی مایعات خیلی لزج را ندارد. قبل از استفاده از پمپ های دینامیکی باید آنها را با مایع پر کرد. در غیر این صورت نمی توانند مایع را از یک منبع پایین تر از خود بمکند. در عوض پمپ های جابجایی مثبت تقریباً برای تمام مایعات خود مکنده هستند. یک پمپ جابجایی مثبت جابجایی مثبت برای دبی کم و فشار زیاد مناسب است. در حالی که یک پمپ دینامیکی می تواند جریان با فشار کم و دبی زیاد تولید کند. شکل زیر تفاوت جالبی را در چگونگی عملکرد این دو نوع پمپ نشان می دهد. پمپ های جابجایی مثبت جریانی تقریباً ثابت را در طیف وسیعی از افزایش فشار فراهم می کنند. حال آنکه پمپ های دینامیکی برعکس افزایش فشار یکنواختی را در طیف گسترده ای از حجم های جابجایی به وجود می آورند. تاثیر لزجت بر عملکرد این دو نوع پمپ نیز از شکل قابل مشاهده است.

فصل دوم :

ô معرفی پمپ های سانتریفوژ، اصول کار، محاسبات پایه آنها

 ۲ . ۱ ) پمپ سانتریفوژ (گریز از مرکز) :

 مطابق شکل ۲ . ۱ این پمپ شامل پروانه دواری است که در داخل یک محفظه جای گرفته است. سال از طریق چشم بدنه به صورت محوری وارد پمپ شده از لابه لای پروانه ها لغزیده به طریق مماسی و شعاعی به سمت پیرامون پروانه می چرخد؛ تمام قسمت های محیطی پروانه را پشت سر گذاشته و به داخل قسمت واگرای محفظه پمپ رانده می شود.

 سیال با عبور از پروانه فشار و سرعت پیدا می کند. شکل حلزونی محفظه باعث کاهش سرعت جریان و در نتیجه افزایش فشار می گردد. پروانه ها معمولاً با انحنای رو به پشت طراحی شده اند ولی پروانه های دارای انحنای رو به جلو نیز وجود دارند که فشار خروجی را اندکی تغییر می دهند. پره ها می توانند باز باشند یعنی تنها به وسیله یک لقی (فاصله باریک) از محفظه جلویی پمپ جدا شوند. یا بسته باشند یعنی به کمک دیواره خود پروانه از دو طرف محفظۀ پمپ جدا شوند.

 قسمت های مختلف پمپ سانتریفوژ عبارتند از : پروانه، پره ها، حلزونی و چشم پمپ

۲ . ۲ ) اصول کلی و تئوری پمپ های سانتریفوژ :

 دراین بخش اصول حاکم بر پمپ های سانتریفوژ را با استفاده از معادلات اویلر و کاربرد قضیه اندازه حرکت و تبدیل انرژی در پمپ های سانتریفوژ را بررسی می کنیم. همچنین به بررسی روابط توان، تلفات، بازده و هدپمپ می پردازیم.

 ۲ . ۲ . ۱ ) تبدیل انرژی در پمپ های سانتریفوژ :