پروانه(IMPELLER)

حرکت از موتور محرک بوسيله شافت به پروانه منتقل می شود. سیال از چشمه پروانه به سمت پره ها حرکت کرده و در امتداد پره ها به طرف محيط پروانه جریان می یابد. پروانه پمپ وظیفه انتقال انرژی به سیال را به عهده دارد.
یک پروانه از قسمت های زیر تشکیل شده است:
1-توپی پروانه (hub)  با محور پمپ در تماس است و خار یا کلید جهت اتصال پروانه به شافت روی آن قرار دارد.
2- پره های پروانه (vane) سيال بعد از ورود به چشمه پروانه، در امتداد پره ها به طرف محیط پروانه جریان می یابد. در حین حرکت سیال بر انرژی جنبشی آن افزوده می شود.

3-لفافه (shroud) دیواره جانبی پروانه را تشکیل می دهد. امکان دارد دو طرف پره ها لفافه داشته باشد یا یک طرف و یا اصلا نداشته باشد.
۴- چشمه پروانه (eye) سیال از طریق چشمه پروانه وارد پره های پروانه می شود.

تقسیم بندی پروانه از لحاظ ساختمان مکانیکی:

1- پروانه بسته (Enclosed Impeller)

در این نوع پروانه، نیروی گریز از مرکز برای تولید فشار دخالتی ندارد. قطر پروانه در ورودی و خروجی با هم یکسان است. جریان در جهت محور وارد و در همان جهت خارج می شود. در مواردی که نیاز به دبی بالا و هد پایین باشداز این نوع پروانه استفاده می شود. یک نمونه از پره های جریان محوری inducer ها هستند. ایندیوسر قبل از پروانه قرار گرفته و هر دو بر روی یک شافت سوار می شوند، بنابراین سرعت دورانی هر دو یکی است. هدف اصلی به کارگیری ایندیوسر، افزایش فشار ورودی پروانه اصلی و جلوگیری از وقوع کاویتاسیون بر روی آن می باشد. پره های پروانه بین دو صفحه به نام لفافه پروانه (shroud) قرار می گیرد. از آنجا که در صورت وجود مواد جامد امكان انسداد پروانه وجود دارد. مواد جامد ما بين صفحات گیر می کنند. این نوع پره ها برای پمپاژ سیالی که حاوی مواد جامد باشند (slurry) استفاده نمیشود.

2- پروانه نیمه باز (semi open impeller)

پروانه از یک طرف بوسيله لفافه (shroud) بسته شده است. به منظور حداقل رساندن انسداد پره ها، تعداد پره ها کم و طول آنها بلند انتخاب می شود.

3- پروانه باز (open impeller)

پره ها بدون لفافه (shroud) بوده بنابراین از آنجا که در این پره ها مشكل انسداد وجود ندارد به عنوان لجن کش می توان از آنها استفاده کرد.

تقسیم بندی پروانه از لحاظ جهت جریان سیال:

1-جریان شعاعی( radial flow)

سیال در جهت محور وارد پروانه می شود و در جهت شعاعی (عمود بر محور) از آن خارج می شود در این نوع پروانه، سیال در طول پره ها به علت گریز از مرکز حرکت کرده و انرژی سیال (سرعت سیال) افزایش می یابد. در مواردی که نیاز به هد بالا و دبی کم باشد، از این نوع پروانه ها استفاده می شود. پروانه های استفاده شده در پتروشیمی بیشتر از این نوعاست.

2- جریان محوری ( axial flow)

در این نوع پروانه، نیروی گریز از مرکز برای تولید فشار دخالتی ندارد. قطر پروانه در ورودی و خروجی با هم یکسان است. جریان در جهت محور وارد و در همان جهت خارج می شود. در مواردی که نیاز به دبی بالا و هد پایین باشداز این نوع پروانه استفاده می شود. یک نمونه از پره های جریان محوری inducer ها هستند. ایندیوسر قبل از پروانه قرار گرفته و هر دو بر روی یک شافت سوار می شوند، بنابراین سرعت دورانی هر دو یکی است. هدف اصلی به کارگیری ایندیوسر، افزایش فشار ورودی پروانه اصلی و جلوگیری از وقوع کاویتاسیون بر روی آن می باشد.

1- جریان شعاعی – محوری(axial – radial flow)

در این نوع پروانه ها، hub مخروطی شکل است. جریان در جهت محور وارد پروانه می شود و در جهتی که زاویه ای با محور می سازد از آن خارج می شود. در حقیقت این پروانه ها حالتی مابین پروانه های جریان شعاعی و جریان محوری خواهند داشت. تقسیم بندی پروانه از لحاظ ساختمان مکانیکی:
1- مكش يكطرفه (single suction ) :
تنها در یک طرف پروانه، دهانه مکش وجود دارد و سیال از آنجا وارد پروانه می شود. 2- مکش دو طرفه (double suction) :
در هر دو طرف پروانه، دهانه مکش وجود دارد و سیال از هر دو دهانه وارد پمپ می شود. ظرفیت آبدهی پمپ double suction دو برابر پمپ single suction خواهد بود.

شافت (Shaft)

انتقال گشتاور در حین راه اندازی و در طول کار پمپ و ایجاد تكيه گاهی برای پروانه و دیگر اجزاء دوار پمپ از وظایف اصلی محور می باشد.

شافت پمپ تحت تاثیر ۵ عامل مخرب قرار دارد:

1- تنش پیچشی (torsion stress)
2- تنش خمشی (bending stress)
3- تنش محوری (axial stress)
4- ارتعاش ( vibration)
5- سرعت بحرانی (critical speed)
برای مقابله با عومل مخرب ذکر شده، روشهای مختلف اتخاذ می شود. به طور مثال نیروی محوری وارد بر شافت با استفاده از سوراخ های متعادل کننده در پروانه، استفاده از پره هایی در پشت پروانه، صفحه موازنه، پیستون موازنه و… حذف می شود. علاوه بر روشهای ذکر شده، جهت حذف نیروی محوری در پمپ های سانتریفوژ همیشه از یاتاقانهای کف گرد یا همان trust bearing ها استفاده می شود که هدف اصلی به کارگیری این یاتاقانها محافظت از شافت در برابر بارهای محوری می باشد.

پوسته(Shell)

پوسته پمپ، محفظه ای است که سیال را از محیط پروانه جمع آوری می کند. پروانه در داخل پوسته قرار گرفته و برای این که سوار کردن آن امکان پذیر باشد معمولا دو طرف پوسته به صورت باز ساخته شده و توسط درپوش های جلو و عقب بوسیله پیچ و مهره بسته می شود.
الف) تقسیم بندی پوسته از لحاظ شکل هندسی:
پوسته حلزونی شکل( volute):
این نوع پوسته، حلزونی شکل بوده بطوریکه سطح مقطع آن از زبانه تا لوله خروجی افزایش می یابد. سیال پس از خروج از پروانه به داخل پوسته تخلیه می شود. سطح مقطع حلزونی از نقطه شروع تا انتهای آن طی ۳۶۰ درجه دوران به دور پروانه زیاد می شود تا این که در انتها، سطح مقطع حلزونی به اندازه سطح مقطع دهانه discharge می رسد. همانطور که در قسمت اساس و عملکرد نیز اشاره شد پوسته به نحوی طراحی می شود که افزایش دبی قادر به جبران کاهش سرعت ناشی از افزایش سطح مقطع شده و سرعت در پوسته ثابت باقی بماند. هدف از ثابت نگه داشتن سرعت در پوسته، ثابت نگه داشتن فشار استاتیکی در پوسته و جلوگیری از ایجاد نیروی شعاعی بر پروانه می باشد که به علت توزیع غیر یکنواخت فشار در اطراف پروانه ایجاد می شود. در عمل باز هم در پوسته حلزونی شکل، سرعت تا حدودی کاهش می یابد و توزیع فشار حتی در راندمان بهینه در اطراف پروانه يكنواخت نخواهد بود. بنابراین می توان گفت که در صدی از فشار ایجاد شده در پمپ های سانتریفوژ حلزونی شكل توسط پوسته ایجاد می شود.نیروی شعاعی که به علت توزیع غیر یکنواخت فشار در اطراف پروانه بوجود می آید radial force نامیده می شود. وجود radial force ممكن است منجر به فرسایش پروانه و پوسته، خرابی یاتاقانها و مکانیکال سیل و پاره ای مشکلات دیگر در پمپ شود. در پاره ای از موارد برای خنثی کردن نیروی شعاعی یا همان radial force از یاتاقانهای بزرگتر که تحمل بار شعاعی بیشتری را داشته باشند، استفاده می کنند. روش دیگر برای خنثی کردن radial force استفاده از پوسته دو جداره یاdouble volute می باشد.
double volute از دو حلزون با قوس ۱۸۰ درجه تشکیل شده که نقطه شروع حلزونی دوم، ۱۸۰ درجه بعد از نقطه شروع حلزون اصلی است.
پوسته افشان:
پوسته از لحاظ شکلی دایره ای می باشد و در داخل آن پره های ثابتی وجود دارد که به آنها دیفیوزر یا افشاننده می گویند.سیال عبوری از پروانه وارد پره های راهنما شده و چون مقطع جريان بتدریج بازتر می شود سرعت افت می یابد و فشار افزایش پیدا می کند. پره های افشان به ندرت در پمپ های جریان شعاعی یک طبقه استفاده می شود و بیشترین کاربرد آنها در پمپ های چند طبقه فشار قوی و پمپ های توربینی قائم است.

ب) تقسیم بندی پوسته از لحاظ تعداد برش ها:
پوسته یک پارچه:
بدنه اصلی اغلب پمپ های سانتریفوژ یک طبقه به صورت یکپارچه ریخته می شود. به منظور سوار کردن پروانه و قطعات داخلی پمپ، معمولا دو طرف و یا حداقل یک طرف پوسته باز است و بوسیله در پوش های جلو و عقب ،بوسیله پیچ و مهره بسته می شود. پوسته چند تکه پوسته در جهت های مختلفی می تواند برش داشته باشد. اگر صفحه برش در امتداد محور باشد پوسته را با برش افقی می گویند چون هر دو دهانه ورودی و خروجی پمپ در یک نیمه پوسته واقع هستند نیمه دیگر را برای بازرسی و تعمیرات داخلی پمپ بدون بر هم زدن یاتاقانها و لوله ها می توان برداشت. اگر صفحه برش، در امتداد قائم باشد، پوسته را با برش قائم گویند. اگر پوسته بوسیله دو صفحه متقاطع در امتداد شعاعهای پوسته برش بخورد به آن، برش اریب گویند.

بوش شافت (Shaft sleeve)

شافت یکی از اجزاء گران قیمت پمپ می باشد و بنابراین باید از خرابی آن جلوگیری به عمل آورد. برای محافظت شافت در مقابل ساییدگی، زنگ زدگی و خوردگی در قسمت های کاسه نمد و یاتاقانها از بوش شافت که قابل تعویض می باشد، استفاده می کنند. بنابراین شافت سالم باقی می ماند و خرابی ایجاد شده تنها تاثیر خود را بر روی بوش شافت خواهد گذاشت.

رینگهای سایشی پروانه و پوسته (wear ring)

از رینگ های سایشی در نواحی که امکان تماس مستقیم پروانه و پوسته با هم وجود دارد استفاده می شود. در صورت فرسایش سطوح تماس، با تعویض رینگ ها می توان مشکل را حل کرد و نیاز به تعویض پروانه و پوسته نخواهد بود. مهمترین کاربرد رینگ های سایشی پروانه و پوسته، جلوگیری از فرسایش مستقیم این دو قطعه است. رینگ های سایشی استفاده شده در جلوی پروانه امکان بازگشت سیال را از دهانه discharge به دهانه suction به حداقل می رساند. به پدیده برگشت سیال از دهانه dischargeبه دهانه recirculation , suction گویند.چون فشار discharge از فشار  suction بیشتر است، سیال تمایل دارد که از فاصله مابين پروانه و پوسته عبور نموده به دهانه suction وارد شود. لقي مابین پروانه و پوسته در پشت پروانه باعث جریان یافتن سیال از discharge به پشت پروانه می شود. با تجمع سیال در پشت پروانه، فشار وارد به پشت پروانه فشار discharge) از فشار وارد به جلوی پروانه (فشار suction) بیشتر شده و بنابراین نیروی محوری بر آن وارد خواهد شد. هر چه این gap كمتر باشد، میزان تجمع سیال کمتر خواهد بود. برای این منظور در پاره ای از موارد در پشت پروانه از رینگهای سایشی استفاده می شود. بنابراین دلیل دیگر استفاده از رینگ های سایشی، حداقل رساندن gap بین پشت پروانه و پوسته می باشد.

رینگهای سایشی پروانه و پوسته (wear ring)

رینگ های سایشی از نظر شکل ظاهری به سه دسته تقسیم می شوند:

1-رینگهای سایشی ساده:این رینگها برای پمپ هایی با فشار کاری پایین استفاده می شود.
2- رینگهای سایشی L شكل: برای پمپ هایی با فشار کاری متوسط استفاده می شود.
3-رینگهای سایشی پله ای برای پمپ هایی با فشار کاری بالا استفاده می شود.

سیستم آب بندی(sealing)

در نقاط عبوری شافت از داخل پوسته، امکان خروج سیالات و یا ورود هوا به داخل پمپ وجود دارد. برای جلوگیری از خارج شدن سیالات و یا وارد شدن هوا به داخل پمپ،شافت را در این نقاط آب بندی می کنند. دو نوع سیستم آب بندی وجود دارد:
1- آب بندی از نوع packing
2- آب بندی مکانیکال سیل

آب بندی از نوع packing سیستم آب بندی از نوع packing از کاسه نمد یا stuffing box ، لایی یا packing و کلاهک آب بندی یا gland تشکیل می شود.لایی ها انواع مختلفی دارند. لایی پنبه نسوز (asbestos Packing) و لایی آزبست آغشته به گرافیت (thistle packing) متداول ترین انواع لایی می باشند. این لایی ها قابلیت نرمی و انعطاف خوبی داشته، بطوری که بخوبی منافذ را پر کرده و مانع چرخیدن و حرکت شافت نمی شوند. برای جلوگیری از نشتی، شافت پمپ را از داخل جعبه آب بندی که از لائی های حلقوی شکل پر شده است عبور می دهند. توسط کلاهک آب بندی (gland این لائی های حلقوی شکل را به هم می فشارند بطوری که لائی، شافت پمپ را به طور نسبتا محکم در بر گیرد و مانع از نشت کردن شود. در موقع چرخیدن شافت، لائی ها گرم می شوند. جهت خنک کردن آنها، در داخل لائی ها یک حلقه به نام حلقه فانوسی یا lantern ring نصب می کنند. مایع خنک کننده از یک طرف واردlantern ring می شود و از طرف دیگر خارج شده و حرارت را به خارج منتقل می کند. جهت نصب لایی در stuffing box ابتدا طول مناسبی از لایی بریده می شود. لایی به دور میله ای هم قطر شافت پیچیده شده و سپس با چاقو به طور عمودی یا با زاویه ۴۵ درجه بریده می شود. پس از بریدن لایی دو سر حلقه باید کاملا به هم مماس باشند و هیچگونه فاصله (gap) بین آنها وجود نداشته باشد. آب بندی از نوع مکانیکال سیل اجزای اصلی مکانیکال سیل عبارت هستند از:stationary face ، Rotating face ، فنر، O – ringو drive collar.علارغم تنوع مکانیکال سیلها، اصول کاری آنها یکسان است. rotating face روی شافت نصب می شود و با آن می چرخد. stationary face ثابت است و به پوسته متصل می باشد. این دو سطح کاملا صیقلی بوده و به موازات هم و عمود بر شافت پمپ نصب می شوند. در مکانیکال سیل امکان نشتی از سه محل وجود دارد:

1- فضای بین سطوح صیقلی
2- فضای بین شافت و قسمت متحرک
3- فضای بین پوسته و قسمت ثابت
جهت جلوگیری از نشتی بین شافت و rotating face وهم چنین پوسته و stationary face از o – ringاستفاده می شود. o – ring ها به افزایش دما بسیار حساس هستند. در صورت افزایش دمای مکانیکال سیل، ring-0 ها خواهند سوخت و مکانیکال سیل نشتی خواهد داشت. همانطور که قبلا گفته شد سومین محلی که امکان نشتی از آن وجود دارد، فضای بین rotating face و stationary face می باشد. این سطوح باید به هم چسبیده باشند و تنها با لایه ای از سیال، از هم جدا شوند. برای این منظور از فنر استفاده می شود. فنر بر روی drive collar قرار گرفته و فشار مایع و فنر سطوح دوار و ثابت را به هم چسبیده نگه می دارد و از نشتی جلوگیری می کند. لقي محوری بین سطوح بوسیله لایه ای از سیال پمپ شونده پر می شود که کار روانکاری سطوح را انجام می دهد. اگر بنا به دلایلی لایه روانکار مابين سطوح از بین برود، به طور مثال در صورت وجود نیروی axial ،نیروی فنرها روی سطوح افزایش یافته، لایه روانکار از بین سطوح خارج شده، rotating face وstationary face مستقیما با هم در تماس خواهند بود. تماس سطوح دوار و ثابت مکانیکال سیل باعث فرسایش آنها شده و نشتی خواهیم داشت. از طرفی به علت تماس مستقیم سطوح، دمای مکانیکال سیل افزایش خواهد یافت که این خود می تواند باعث خرابی o – ring و نشتی از محل قرار گرفتن آنها گردد.تفاوت آب بندی از نوع packing و mechanical seal 1- آب بندی مکانیکی برای شافت هایی که حرکت چرخشی دارند به کار می رود و برای شافت های رفت و برگشتی نمی توان از آن استفاده کرد در حاليكه نوع packing برای هر دو حرکت استفاده می شود.

ياتاقانها (Bearing)

وظیفه یاتاقان ها نگهداری راستای صحیح شافت در برابر بارهای شعاعی و محوری وارد بر آن می باشد. یاتاقانها در حقیقت تكيه گاه شافت هستند. به یاتاقان هایی که موقعیت شعاعی شافت را حفظ می کنند یاتاقان های شعاعی یا Radial Bearing گفته می شود. به یاتاقان هایی که موقعیت محوری شافت را حفظ می کنند یاتاقان های کف گرد یا Thrust Bearing گفته می شود. یاتاقانهای شعاعی محوری ،یاتاقانهایی هستند که تحمل بار را در هر دو جهت شعاعی و محوری دارا هستند. بار وارد بر شافت از راه اجزایی از یاتاقان که دارای تماس لغزشی و یا تماس غلتشی في هستند، انتقال می یابد. بنابراین از لحاظ نحوه تماس اجزاء تحمل کننده بار می توان یاتاقانها را به دو دسته rolling bearingها يا ياتاقانهای غلتشی و sliding bearingها یا همان یاتاقانهای لغزشی تقسیم بندی نمود. در تماس لغزشی اصطکاک وجود دارد و در تماس غلتشی اصطکاک وجود ندارد. از این رو rolling bearing ها یاتاقانهای بدون اصطکاک یا anti friction bearing و sliding bearing ها یاتاقانهای بااصطکاک یا friction bearing نامیده می شوند. ژورنال بیرینگ ها یکی از انواع یاتاقانهای شعاعی می باشند که از ژورنال و آستين تشكيل می شوند. ژورنال بخشی از شافت است که در داخل بیرینگ قرار می گیرد. آستین بر روی ژورنال سوار می شود و ثابت است. آستین استوانه ای شکل بوده و به صورت یک تکه یا چند تکه ساخته می شود. ژورنال بیرینگها انواع مختلفی دارند. در یک نمونه از آن، داخل آستین را با برنز یا بابیت روکش می کنند که به آن بیرینگهای بابیتی گفته می شود. یاتاقانهای بوشی دسته ای دیگر از یاتاقانای ژورنال می باشند. در این دسته آستین فاقد لایه ای از بابیت بوده و ظاهری شبیه یک بوش را دارد. یاتاقانهای غلتشی یاrolling bearing ها یاتاقانهایی بدون اصطکاک یا anti friction bearing نامیده می شوند. عضو غلتان و تحمل کننده بار شعاعی یا محوری در این دو بیرینگ ساچمه و غلتک می باشند. این دو نوع یاتاقان از حلقه بیرونی یا outer cones،حلقه درونی یا inner cones ساچمه یا غلتک و محفظه نگهدارنده تشكيل شده است. محفظه نگهدارنده باعث می شود که ساچمه ها بهم نچسبند و در یک محل تجمع نکنند. در بیشتر موارد حلقه بیرونی در محل نصب خود محکم است و نمی چرخد. حلقه درونی به محور محکم می شود و با حرکت شافت می چرخد. تمام ياتاقانهای ضد اصطکاک یا از نوع ساچمه ای می باشند و یا غلتکی هستند. سطح تماس غلتک از سطح تماس ساچمه بیشتر است. از این رو یاتاقانهای غلتکی به لحاظ سطح تماس بزرگتر بار بیشتری را می توانند تحمل کنند. در پمپ های افقی که در هردو سمت محور یاتاقان قرار می گیرد، یاتاقان ها معمولا با نام های یاتاقان داخلی (inboard) و یاتاقان خارجی (out board) شناخته می شوند. یاتاقان داخلی بین پوسته و کوپلینگ قرار می گیرد.در پمپ های over hang یاتاقان بندی محور، در یک سمت پروانه قرار می گیرد.در این حالت به نزدیکترین یاتاقان به پروانه یاتاقان داخلی (inboard bearing) و به ياتاقانی که دورتر از پروانه است یاتاقان خارجی ( (out board bearing) گفته می شود.در پمپ هائی که در هر دو سمت محور یاتاقان وجود دارد، یاتاقان كف گرد در انتهای خارجی و یاتاقان شعاعی در سمت داخلی قرار داده می شود.
یاتاقان ها درون محفظه ياتاقان (housing) نصب می شوند. این محفظه ممكن است به پوسته متصل شود و یا به طور یکپارچه با آن ریخته گری شود. نگهداری و ذخیره روانکار لازم برای عملکرد بی نقص یاتاقان ها، یکی از وظایف محفظه ياتاقان ها است. ياتاقان ها نیاز به وسیله ای خنک کننده دارند تا گرمای تولید شده در آنها و یا گرمای ناشی از سیال پمپ شونده به خارج از محفظه یاتاقان منتقل شود تا به این ترتیب دمای روانکار و یاتاقان ها در حد مناسب قرار گیرد. برای این منظور از water jacket استفاده می شود. jacket در دور housing بیرینگ قرار می گیرد.

 Flushing seal system

Flushing به شش روش آوردن سیال به محفظه آب بندی یک پمپ سانتریفوژ جهت خنک کاری گفته می شود.

این شش روش عبارتند از:

•discharge recirculation line
• suction recirculation line
• clean liquid from out side source
• barrier or buffer fluid
• jacketing
• quenching
محفظه ای که آب بندی مکانیکی در آن قرار دارد کوچک است . با چرخش شافت ، قسمتهای دوار مکانیکال سیل به چرخش در آمده ، گرما در محفظه مکانیکال سیل ایجاد خواهد شد.دو سطح rotating face & stationary face با لایه ای نازک از روانساز که معمولا مایع پمپ شونده می باشد از هم جدا می شوند. اگر به نحوی لایه روانساز از بین سطوح خارج شود، در این صورت rotating face & stationary face مستقیما با هم در تماس بوده و گرما در سطوح دوار ایجاد خواهد شد. در صورتی که حرارت ایجاد شده به نحوی از مکانیکال سیل خارج نشود، مکانیکال سیل گرم خواهد شد. از قسمتهای بسیار حساس به گرما، O – ring ها می باشند. O – ring ها خراب شده و درست عمل نمی کنند، بنابراین مکانیکال سیل نشتی خواهد داشت. برای جلوگیری از گرم شدن مکانیکال سیل از سیستم flushing استفاده میشود. روشهای flushing مکانیکال سیل به طور مفصل درAPI شرح داده شده است.

discharge recirculation line -1

در این روش یک line جهت انتقال مایع خنک کننده و شستشو دهنده مکانیکال سیل از دهانه discharge گرفته می شود.سیال پس از شستشو و خنک کاری یا از طریق یک line به دهانه suction فرستاده می شود و یا از سوراخهای متعادل کننده پروانه (Impeller) به دهانه suction برگشت داده می شود. سیال flushing فشاری به اندازه فشارdischarge خواهد داشت. امتیاز این روش در همین موضوع است. یعنی از آنجا که خط شسشتشو از discharge گرفته شده فشار مکانیکال سیل زیاد می شود. با افزایش فشار مکانیکال سیل ،از بخار شدن سیال در بین سطوح جلوگیری شود.بخار شدن سیال موجود در بین سطوح دوار و ثابت ، باعث باز شدن سطوح و عدم عملکرد مکانیکال سیل خواهد شد.اما این روش زمانی توصیه می شود که در داخل سیال مواد جامد وجود نداشته باشد چون در صورتی که در سیال ذرات جامد باشد ، مواد جامد می تواند در بین سطوح مکانیکال سیل وارد شده ، باعث خرابی آن شود. مواد جامد می تواند باعث خراشیدگی سطوح دوار و ثابت و فرسایش سریع آنها و خرابی مکانیکال سیل شود.در این صورت استفاده از cyclone separator در flushing line جهت جداسازی مواد جامد توصیه می شود.

suction recirculation line – 2

فشار محفظه آب بندی به پروانه پمپ و روشهای اتخاد شده جهت حذف نیروی محوری بستگی دارد. در جدول مقابل فشار محفظه آب بندی را برای حالتهای مختلف مشاهده می کنید:

پمپ دو مکشه (double suction ):

فشار محفظه آب بندی = فشار suction

در پمپهایی با پره هایی در پشت پروانه:

فشار محفظه آب بندی = 0/25 (فشار Suction – فشارdischarge) + فشار suction

پروانه با سوراخهای متعادل کننده:

فشار محفظه آب بندی =10% (فشار suction – فشار discharge) + فشار suction

پمپهای عمودی:

فشار محفظه آب بندی = فشار discharge

Suction recirculation lineبرای پمپهای عمودی استفاده می شود.

در پمپها سیال از دهانه discharge از فضای مابین پشت پروانه و پوسته به پشت پروانه وارد می شود. از آنجا که پروانه های پمپهای عمودی فاقد سوراخهای متعادل کننده می باشند، فشار در پشت پروانه فشار discharge خواهد بود. بنابراین محفظه آب بندی فشاری به اندازه discharge خواهد داشت. باقی ماندن سیال در محفظه آب بندی باعث افزایش دمای سیال خواهد شد و در صورتی که سیال پمپ شونده هیدروکربن باشد ، افزایش دمای سیال موجب شکستن پیوندهای کربن هیدو ژن و در نهایت تشکیل کک خواهد شد. کک تشکیل شده در بین سطوح دوار و ثابت مکانیکال سیل قرار گرفته ، باعث خراشیدگی hard face ، فرسایش سطوح و در نهایت نشتی مکانیکال سیل خواهد شد. با توجه به فشار محفظه آب بندی که فشار discharge می باشد، استفاده از discharge recirculation line با توجه به عدم اختلاف فشار محفظه آب بندی و discharge عملی نمی باشد. برای این منظور یک لاین از محفظه آب بندی خارج شده و به دهانه uction فرستاده می شود. از این رو سیال نشت کننده به پشت پروانه پس از عبور از مکانیکال سیل و شستشو وخنک کاری آن به دهانه suction فرستاده می شود.

3- clean liquid from out side source

اگر سیال پمپ شونده حاوی مواد جامد زیادی باشد ، نمی توان از خود سیال برای flushing استفاده نمود. از این رو از یک سیال خارجی و تمیز جهت flushing استفاده می شود.سیالی که جهت شستشو استفاده می شود می تواند آب تمیز ، یکی از مشتقات محصول پمپ شونده ، سیالی سازگار با سیال پمپ شونده و یک حلال باشد.

barrier or buffer fluid -4

در پمپهایی که سیالات سمی را پمپاژ می کنند جهت جلوگیری از نشتی و اطمینان ازعملکرد مکانیکال سیل ، بجای استفاده از یک سیل ، از سیلهای دو گانه یا Double mechanical seal استفاده می شود. در حقیقت سیل خارجی به عنوان پشتیبان سیل داخلی عمل می کند. در بین دو سیل باید سیالی وجود داشته باشد. روانکاری سیل اول توسط سیال پمپ شونده و روانکاری سیل دوم توسط این سیال صورت می گیرد.سیال مابین سیلها ، از مخزن سیال آب بندی یا seal pot تامین می شود. اگر فشار سیال مابین سیلها از فشار مکانیکال سیل بیشتر باشد به آن barrier flow گفته می شود. در صورتی که فشار سیال مابین سیلها از فشار مکانیکال سیل کمتر باشد به آن buffer flow گفته می شود.

jacketing -5

برای پمپهایی که سیال با دمای بالا را پمپاژ می کنند ، معمولا از jacket جهت خنک کاری مکانیکال سیل استفاده می شود که jacket به دور محفظه آب بندی قرار می گیرد. سیالی که جهت خنک کاری در jacket استفاده می شود بایستی فاقد مواد رسوب دهنده باشد زیرا تشکیل رسوب در jacket میزان انتقال حرارت بین سیال خنک کننده و مکانیکال سیل را کاهش می دهد.

quenching-6

برخی از مواد در دمای محیط به سرعت کریستاله می شوند. کریستاله شدن سیال بر سطوح مکانیکال سیل و شافت، مانع حرکت و کار منظم اجزاء آب بندی می شود.درپمپهایی که سیال با دمای پایین را پمپاژ می کنند ، امکان یخ زدن سیال در مکانیکال سیل وجود دارد.جهت مقابله با مشکلات ذکر شده از سیستم quenching استفاده می شود.درسیستم quenching یک line وارد seal plate و یا به عبارتی همان قسمت از مکانیکال سیل که با هوای بیرون در تماس است شده و از داخل این line معمولا بخار یا آب جهت گرم کردن  مکانیکال سیل عبور داده می شود.

کوپلینگ ها(Coupling)

پمپ های سانتریفوژبجز پمپ های یکسره (closed pump) که شافت پمپ و موتور درآنها یکی است به موتور محرک خود بوسیله کوپلینگ متصل می شوند. کوپلینگها در حقیقت حرکت دورانی موتور را به شافت پمپ منتقل کرده و باعث چرخش شافت و پروانه می شوند. قبل از اتصال کوپلینگ پمپ و موتور باید از هم محوری شافت پمپ و موتوراطمینان حاصل کرد.

کوپلینگها به دو دسته کوپلینگهای صلب یا rigid coupling و کوپلینگهای انعطاف پذیر یا flexible coupling تقسیم می شوند. در حالتی که نیاز به همراستایی دقیق محورها باشد از کوپلینگ صلب استفاده می شود. کوپلینگهای انعطاف پذیر، تا اندازه ای قادر هستند درصورت ایجاد نا همراستایی مابین شافت پمپ و موتور آن را جبران کنند.

هم راستا نبودن محورها به ۳ طریق اتفاق می افتد:

1- عدم هم راستایی به صورت جابه جایی محوری (offset misalignment)این حالت وقتی اتفاق می افتد که صفحات کوپلینگ پمپ و موتور موازی باشند ولی محورشافت ها در یک ارتفاع نباشند.

2- عدم هم راستایی زاویه ای (angular misalignment): این حالت زمانی اتفاق می افتد که محور هر دو شافت دریک ارتفاع و موقعیت است ولی فاصله بین دو صفحه کوپلینگ از بالا به پایین تفاوت دارد.

3 – ترکیب دو حالت او ۲: در این حالت هر دو حالت ۲ و ۱با هم وجود دارد.

الف) کوپلینگ صلب (Rigid Coupling)

در حالتی که نیاز به همراستایی دقیق محورها باشد از کوپلینگ صلب استفاده می شود. کوپلینگ صلب، ناهمراستایی بین محورها را هر چند کم نمی پذیرد. برای اتصال شافت پمپ و موتور باید به دقت هم راستا شوند. دونوع کوپلینگ صلب وجود دارد. یک نوع از آن از دو فلنج تشکیل شده که یکی روی شافت محرک (موتور) و دیگری روی شافت پمپ نصب می شود و بوسیله پیچ و مهره به هم بسته می شوند. نوع دیگر، از دو نیم استوانه تشکیل شده که روی هم قرار گرفته و بوسیله پیچ و مهره بهم اتصال می یابند، انتقال گشتاور از شافت موتور به شافت پمپ بوسیله خارهای معمولی صورت می گیرد.

ب) کوپلینگ انعطاف پذیر(Flexible Coupling)

کوپلینگ انعطاف پذیر علاوه بر انتقال گشتاور، وظیفه ساز گار کردن ناهمراستایی محورها را به عهده دارند.نا همراستایی شافت ها به علت تغییر بار تغییر دما،استارت ناگهانی یا توقف سریع به وجود می آید. کوپلینگ های انعطاف پذیر خود به دو دسته تقسیم میشوند.

الف ) کوپلینگ های انعطاف پذیر مکانیکی

به کوپلینگ هایی گفته می شود که انعطاف پذیری آنها به خاطر ساختمان مکانیکی آنها می باشد.

1- کوپلینگ انعطاف پذیر دنده ای (gear coupling)

بر روی شافت پمپ و موتور ۲ توپی نصب شده است که لبه های آن دندانه دار است.این دنده ها بوسیله یک بوش که می تواند ۲ تکه یا یک تکه باشد و دارای دندانه های داخلی است، پوشانده می شود.دندانه های چرخ دنده ها با دندانه های داخلی بوش درگیر شده و انتقال گشتاور صورت می گیرد.اتصال این دو بوش بوسیله spacer صورت می گیرد.

برای پمپ های متوسط و بزرگ با توجه به نوع استفاده و کیفیت روانکاری بعد از ۲ سال نیاز به روغنکاری مجدد دارد. این نوع کوپلینگ بین ۳ تا ۵ سال و گاهی اوقات ۱۰-۵ سال می تواند بودن نیاز به تعمیرات کار کند. در صورتی که بوش از جنس پلاستیک باشد، احتیاج به روغنکاری ندارد.در پمپ های کوچک که نیاز به گشتاور کمی دارد از آن استفاده می شود.

2- کوپلینگ انعطاف پذیر فنری (grid coupling)

از دو توپی تشکیل شده که بر روی آنها شیارهای افقی وجود دارد و یکی بر روی شافت پمپ و دیگری بر روی شافت الكتروموتور نصب می شود.این دو hub بوسیله فنر به هم متصل می شوند که فنر بر روی شیارها قرار می گیرد. کوپل بوسیله همین فنر (Spring) از شافت موتور به شافت پمپ منتقل می شود.یک در پوش فنر را در بر گرفته و آنرا در داخل شیارها نگاه می دارد و به عنوان مخزن ذخیره گریس عمل می کند.

grid coupling برای پمپ های متوسط و کوچک استفاده می شود.علی رغم ارزان بودن این نوع کوپلینگ، موارد استفاده از آنها بسیار کم می باشد که علت آن را می توان درخرابی سریع در صورت فقدان روغنکاری ذکر کرد.

3- کوپلینگ زنجیری

از دو hub با لبه های دندانه دار (محل قرار گرفتن زنجیرها) تشکیل شده است که روی شافت پمپ و الکتروموتور نصب می شود.اتصال بوسیله زنجیری که روی دندانه ها می افتد حاصل می شود و کوپل بوسیله میله ها و مهره های زنجیر منتقل می شود.

ب) کوپلینگ انعطاف پذیر متریالی

کوپلینگ هایی هستند که انعطاف پذیری آنها به خاطر موادی است که در ساختمان آنها به کار رفته است. قطعه انعطاف پذیر در این کوپلینگها ممکن است از فلز یا پلاستیک باشد.

jaw coupling- 1

از دو hub تشکیل شده که بر روی آن زائده هایی وجود دارد که این زائده ها توسط یک ماده انعطاف پذیر پر می شود. قسمت انعطاف پذیر می تواند یک پارچه باشد یا دوتکه. جنس این ماده انعطاف پذیر می تواند از مواد مختلفی از قبیل لاستیک و urethane باشد. jaw coupling برای پمپ های کوچک و متوسط استفاده می شود.

rubber coupling-2

قسمت انعطاف پذیر استفاده شده در این نوع کوپلینگها rubber می باشد. بر روی hub سمت پمپ یا موتور حفره هایی وجو دارد که rubber ها در داخل آن قرار می گیرند.با بستن پیچهای متصل به rubber . rubber انبساط حجمی پیدا می کند و کاملا حفره را پر می کند.اگر ماده انعطاف پذیر خراب شود کوپلینگ روی تیغه های فلزی کار می کند.در پمپهای بزرگ از این نوع کوپلینگ استفاده میشود. گاهی اوقات در پمپهای کوچک و متوسط هم از آنها استفاده می شود.

metallic disk coupling -3

این نوع کوپلینگ گشتاور را بوسیله نیروی کششی بین پیچ های شافت پمپ و موتور منتقل می کند. با استفاده از خاصیت انعطاف پذیری که از تغییر طول مواد بین پیچ ها بدست می آید.هم محوری صورت می گیرد. این کوپلینگها می توانند کاملا از فلز باشند و احتیاج به روغنکاری ندارند. دیسکها معمولا پیوسته و یکپارچه هستند اما می توانند چند تکه باشند.در بیشتر موارد به جای استفاده از یک دیسک ضخیم از چند دیسک نازک استفاده می شود.

سیکلون (Cyclone separator)

جهت خنک کردن و تمیز کردن مکانیکال سیل، عمل flushing را انجام می دهند. یکی از روش های flushing ، گرفتن یک line از discharge وانتقال سیال جهت شستشو وخنک کاری به مکانیکال سیل می باشد.درصورتی که سیال تمیز بوده و فاقد ذرات جامد باشد. این نحوه شستشو مفید خواهد بود و ایجاد مشکلی در مکانیکال سیل نخواهد کرد،درصورتی که ذرات جامد در داخل سیال وجود داشته باشد امکان گیر کردن ذرات ما بين سطوح مکانیکال سیل وجود دارد. ذرات جامد می تواند با عث خراشیدگیstationary face و rotating face فرسایش سریع آنها ونشتی مکانیکال سیل و خرابی آن شود و یا مابین سطوح مکانیکال سیل و شافت گیر کرده و باعث خراشیدگی شافت شود. بنابراین زمانی که سیال شستشو دهنده حاوی ذرات جامد است، باید به نحوی آنها را حذف نمود. برای این منظور از cyclone استفاده میشود. مثلا در استاندارد plan 31 , API جهت شستشو یک line از discharge گرفته شده است.سیال شستشو دهنده قبل از ورود به مکانیکال سیل وارد یک سیکلون شده،ذرات جامد آن حذف شده و سیال تمیز جهت شستشو از سر سیکلون خارج می شود. ذرات جامداز یک line که از انتهای سیکلون گرفته شده به دهانه suction فرستاده میشود. نحوه کار کرد سیکلون بدین صورت است که سیال حاوی ذرات از قسمت بالای آن وارد سیکلون شده و به علت مخروطی بودن آن و چرخش گردابی سیال، ذرات سنگین تر به سمت پایین و چسبیده به بدنه حرکت می کند و سیال تمیز و سبک تر از وسط این جریان

سیکلون (cyclone separator) گردابی به طرف بالا حرکت کرده و از بالای سیکلون خارج شده و به داخل مکانیکال سیل فرستاده می شود. برای این که سیکلون بتواند ذرات جامد را حذف کند، ذرات جامد باید چگالی معادل 2برابرسیال را داشته باشند. برای بیشتر پمپهایی که سیال هیدروکربنی را پمپاژ می کنند بجز درشرایط راه اندازی اولیه که مواد جامد متعددی در لوله ها وجود دارد، در بقیه موارد بیشترین ماده جامد موجود در سیال، کک می باشد.از مقایسه چگالی coke با سیالات هیدروکربنی مشخص است که سیکلون جهت حذف کک، مفید نخواهد بود ولی برای پمپ هایی که از دریاچه و یا چاه پمپاژ را انجام می دهند استفاده از سیکلون با توجه به چگالی شن و ماسه و سنگ مفید خواهد بود.

فیلتر (Strainer)

وجود مواد جامد در داخل سیال عمر کاری پمپهای دنده ای را به شدت کاهش می دهد. بنابراین بایستی فیلتر یا strainer در لوله مکش (Suction Valve) نصب شود تا از پمپ محافظت کند. فیلتر یا استرینر بایستی مرتبا از نظر انسداد بررسی شده و در صورت نیاز تمیز و یا تعویض شود. مواد جامد حتی در اندازه های نسبتا کوچک می تواند در فواصل لقی های بسیار کم بین قطعات بچسبد و باعث فرسایش آنها ، افزایش نشتی داخلی و افزایش توان مصرفی پمپ شود. مواد جامد در اندازه های بزرگتر می تواند مابین دنده ها قرار گرفته باعث شکستگی و یا قفل شدن دنده ها و خرابی پمپ شود. در سیالات abrasiveکه خاصیت سایندگی سیال به علت مواد جامد زیاد موجود در آن بالا می باشد ، امکان دارد با وجود استفاده از فیلتر یا استرینر باز هم مواد جامد به طور کامل از سیال حذف نشود ، در این صورت با كاهش سرعت پمپ ، عمرکاری پمپ را افزایش می دهند. بین فیلترها و استرینرهای استفاده شده برای پمپهای gear و سانتریفوژ تفاوتی وجود ندارد.

در انتخاب فیلتر یا strainer برای پمپها بایستی دو پارامتر اندازه مش و جنس فیلتر یا استرینر در نظر گرفته شود. به طور مثال در صورتی که از پمپهای دنده ای برای پمپاژ سیالات با ویسکوزیته بالا استفاده شود چون این سیالات در دمای پایین به صورت جامد هستند بنابراین آنها را گرم کرده و سپس پمپاژ می کنند. در این صورت بایستی جنس فیلتر یا استرینر سازگار با دمای بالا انتخاب شود. معمولا از سرامیک یا فلز برای این منظوراستفاده می شود. از نظر اندازه مش نیز با توجه به سایز ذرات موجود در سیال و همچنین افت فشار مجاز در فیلتر یا استرینر ، انتخاب مش صورت میگیرد. افت فشار موجود در فیلتر یا استرینر باید به اندازه ای باشد که موجب کاهش شدید فشار در لوله مکش نشود.

منابع

• پمپ و پمپاژ – دکتر سید احمد نوربخش
• پمپ های سانتریفوژ – مهندس عبدالعلی فرزاد
• پمپ ها – وزارت نیرو (مهندس قلی پور،پرتونیا،رفیعی،سخایی)
• عملکرد و نگهداری پمپ های سانتریفوژ – مهندس ابوالفضل منفرد شادقلی
• تئوری طراحی ماشین های آبی – دکتر احمد عظیمیان
• آشنایی با انواع پمپ و کاربرد آن ها – شرکت ملی صنایع پتروشیمی
• صنعت پمپ (فصلنامه تخصصی) – مهندس محمد تقی رحیمیان
• اصول و چگونگی کار تلمبه ها – شرکت ملی نفت ایران
• سیستم آب بندی – اصغر بیات