محفظه حلزونی پمپ گریز از مرکز

محفظه حلزونی پمپ گریز از مرکز و اتا بزرگ، یک بدنۀ مارپیچ مانند است که به عنوان پوششی برای بخش‌های داخلی پمپ طراحی و در نظر گرفته شده است. محفظه حلزونی پمپ ‌ها می‌تواند به صورت تک پیچه و دو پیچه باشد. بیشتر پمپ های گریز از مرکز، با پوشش حلزونی تک پیچه تولید می‌شوند. در محفظه های تک پیچه، فضای اطراف محیط پروانه بازتر است. در محفظه دو پیچه، جریان آب به دو جریان مساوی تقسیم می‌شود؛ این دو جریان با فاصله 180 درجه از هم جدا می‌شوند. در صنعت آب و فاضلاب نباید از پمپ‌هایی که محفظۀ حلزونی دو پیچه دارند استفاده کرد. از پمپ‌های حلزونی در پالایشگاه های نفت و گاز، تزریق آب، آبگیری (آبکشی) از معادن و در خطوط لوله استفاده می‌شود. محفظه حلزونی پمپ شکل هندسی مارپیچ مانند دارد. این هندسه مارپیچ مانند، سطح جریان عبوری را افزایش داده و باعث کاهش سرعت سیال و افزایش فشار استاتیک می شود. سیال خارج شده از پروانه سپس به سمت نازل تخلیه بدنه پخش می شود.

وظایف محفظه حلزونی پمپ گریز از مرکز

محفظه حلزونی با کارکرد پمپ های گریز از مرکز بسیار هماهنگ است. این محفظه به صورت زیر عمل می‌کند:

تحت تأثیر فشار و بارهای مناسب لوله، پمپ و روتور آن را در یک راستا نگه می دارد.

از ساختار پمپ پشتیبانی می‌کند.

فشار سیال را کنترل می‌کند.

دسترسی برای نصب و حذف روتورها را آسان می‌کند.

کلکتور را به عنوان یک جزء جداگانه یا به عنوان یک عنصر ذاتی پوشش قرار دهید.

عملکرد محفظه حلزونی پمپ چگونه است؟

در همۀ پمپ ها، پروانه و پوشش پمپ (محفظه) نقش پایه و اصلی را در عملکرد پمپ بازی می‌کنند. پروانه سرعت ایجاد می‌کند و پوشش سرعت را به فشار تبدیل می‌کند. محفظه، اصلی ترین عضو ثابت پمپ است و دو عملکرد اصلی را بر عهده دارد:

1. تبدیل هد سرعت از پروانه به هد فشار.
2. هدایت جریان به اتصال تخلیه ایجاد مرز فشار برای مایع پمپ شده.

محفظه حلزونی یک هندسه مارپیچ مانند دارد. این هندسه با افزایش سطح جریا عبوری، باعث کاهش سرعت سیال و افزایش فشار استاتیک می‌گردد. سیال خارج شده از پروانه سپس به سمت نازل تخلیه بدنه پخش می‌شود.

محفظۀ پمپ های گریز از مرکز نیز معمولاً از نوع حلزونی، یعنی مارپیچی شکل است. محفظه حلزونی یک جزء ساده و در عین حال ظریف است و نقش اساسی در عملکرد پمپ دارد. طراحی این محفظه ها طوریست که سرعت مایع را هنگام ورود به بیرونی‌ترین قطر پروانه گرفته و آن را (سرعت مایع را) به فشار تبدیل می‌کنند.

نقش cutwater در محفظه حلزونی پمپ

یکی از اجزای مهم در محفظه حلزونی پمپ ها cutwater است. cutwater حکم پره‌ها را در محفظه های دیفیوزر دارد. با توجه به شکل زیر، با شروع cutwater و حرکت در جهت خلاف جهت عقربه‌های ساعت، فاصله بین پیچ محفظه حلزونی و پروانه به تدریج افزایش می‌یابد. این افزایش فاصله باعث ایجاد فشار در داخل حلزونی می‌شود. هنگامی که سیال به بزرگترین نقطه جدایی رسید – مستقیماً در کنار cutwater که در جهت عقربه‌های ساعت حرکت می‌کند – فشار نیز به بالاترین حد خود می‌رسد و هنگامی که با آب برش (cutwater) برخورد کند، آب از بدنه پمپ خارج می‌گردد. در محفظه های تک پیچه، یک کات واتر وجود دارد. محفظه های حلزونی دو پیچه، دو کات واتر ایجاد می‌شود؛ به تصویر زیر نگاه کنید.

در محفظه های حلزونی، لبه محفظه (casing) فقط در یک یا دو نقطه به لبۀ پروانه نزدیک می‌شود تا فشار در ساختمان محفظه ایجاد شود. شکل مارپیچی محفظه حلزونی پمپ، انبساط تدریجی و هم افزایی آن با پره های پمپ را در پی دار و این ویژگی، آن را به شاهکاری در مکانیک سیالات تبدیل کرده است!

1. هدایت و سوق دادن سیال به pump wheel: شکل زبانه و ساختار منحنی داخل چرخ دنده مارپیچ، به طور موثری سیال را به سمت پره های چرخ پمپ هدایت می‌کند.
2. افزایش سرعت سیال: طراحی چرخ دنده حلزونی طوری است که به سیال اجازه می‌دهد تا قبل از ورود به چرخ پمپ، سرعت بیشتری به دست آورد. این ویژگی به افزایش انرژی جنبشی چرخشی چرخ پمپ و بهبود راندمان پمپ کمک می‌کند.
3. کاهش تلفات چرخشی: از طریق طراحی مناسب چرخ دنده حلزونی می‌توان تلفات چرخشی را کاهش داد و به افزایش راندمان پمپ کمک کرد.

انواع محفظه حلزونی پمپ

تا اینجا توضیحاتی در رابطه با محفظه حلزونی پمپ، وظایف و عملکرد آن ارائه شد. خوب است بدانید این محصول در دو نوع طراحی و تولید می‌شود که عبارتند از:

1. محفظه های حلزونی تک پیچ.
2. محفظه های حلزونی دو پیچ.

نوع محفظه به لحاظ تک پیچ یا دو پیچ بودن، بر قیمت پمپ گریز از مرکز مؤثر است. هر یک از این دو نوع در ادامه توضیح داده شده است.

1- محفظه حلزونی تک پیچه پمپ

بیشتر پمپ های گریز از مرکز، با محفظه های حلزونی تک پیچه تولید می‌شوند. در محفظه های تک پیچه، فضای اطراف محیط پروانه باز است. مزیت اصلی این محفظه ها، سادگی شان است. این سادگی، فرایند ریخته‌گری آن‌ها را نیز آسان‌تر کرده و از این رو هزینه ساخت را کمتر می‌کند. علاوه بر این، در محفظه های تک پیچه، فضای ناحیۀ گلو بازتر و بزرگتر است. از این رو، پمپ های حلزونی گریز از مرکز تک پیچه، می توانند ذرات سنگین تری مانند ذرات موجود در فاضلاب را مدیریت کنند و کاربرد خوبی در صنعت آب و فاضلاب دارند.

اسکرول یا پیچش حلزونی طوری طراحی شده است که در نزدیکی نرخ جریان بازده، سرعت ثابتی را حفظ کند؛ در نتیجه، فشار استاتیکی یکنواختی در سراسر حاشیه پروانه در BEP ایجاد می‌شود. با این حال، هنگامی که پمپ با نرخ جریان کمتر یا بالاتر از BEP کار می‌کند، این تعادل فشار از بین می‌رود.

در محفظه های حلزونی تک پیچه، توزیع فشار در اطراف پروانه در طرح زیر نشان داده شده است. در این طرح،A  یک واکنش کلی را نشان می‌دهد.B  نشان دهنده واکنش در لایه های جانبی و C نشان دهنده واکنش در محیط پروانه است. حرکت غیریکنواخت سیال نیز با حرف D  نشان داده شده است.

افزایش بار، محور (شفت) پمپ را منحرف می‌کند و باعث سایش بیش از حد رینگ ها می‌گردد. همچنین اثر نامناسبی بر مهر و موم ها و یاتاقان ها دارد. در شرایط شدید، در اثر فرسودگی شکستن شفت نیز ممکن است رخ دهد. این عدم تعادل فشار در اطراف پروانه (حداقل در یک پیچ) اغلب بار غالب بر یاتاقان‌های پمپ است.

یک راه برای افزایش عمر یاتاقان پمپ‌های محفظه حلزونی تک پیچه، این است که آن‌ها را تا جایی که ممکن است نزدیک به پمپ BEP راه‌اندازی کنید؛ مثلاً با افزودن یک خط بای پس از هدر تخلیه به لوله مکش. با این حال، این کار می تواند بازده کل پمپ را برای دبی خالص حاصل کاهش دهد.

2- محفظه حلزونی دو پیچی پمپ

در محفظه های دو پیچی پمپ ها، دو کات واتر با فاصله 180 درجه از هم قرار گرفته‌اند. یک مشکلی که در محفظه های تک پیچه وجود داشت، رانش شعاعی مرتبط با طراحی بود. از این رو، محفظه‌های حلزونی دو پیچه طراحی و ساخته شد تا این رانش شعاعی از بین برود. با این حال، نتایج آزمایش ها نشان می‌دهد که نیروهای شعاعی در یک پیچ دوتایی به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد، اما به طور کامل حذف نمی‌شود.

طراحی در محفظه های دو پیچی به گونه ای است که بار شعاعی روی پروانه را متعادل می‌کند. زیرا فشار در پیچ به طور یکنواخت توزیع می شود. این امر، مزیت محفظه حلزونی دو پیچی نسبت به انواع تک پیچه است. خرابی یاتاقان ها دومین علت شایع خرابی پمپ است؛ بنابراین، کاهش تنش شعاعی بر یاتاقان‌ها در کل محدوده عملیاتی می‌تواند تأثیر عمده‌ای بر طول عمر پمپ داشته باشد. از طرف دیگر، وجود دو پیچ، مقاومت هیدرولیکی را به میزان بیشتری افزایش می‌دهد.

در محفظه های حلزونی دو پیچه، جریان آب به دو جریان مساوی که با فاصله 180 درجه از هم جدا می‌شود، تقسیم می‌گردد. محفظه های حلزونی تک پیچ و دو پیچ به لحاظ عملکرد هیدرولیکی، مشابه هم هستند.

استفاده از پمپ های گریز از مرکز با محفظه حلزونی دو پیچی، در برخی کاربردها محدودیت دارد. به عنوان مثال، در حوزه آب و فاضلاب نمی‌توان از این محفظه ها استفاده کرد؛ زیرا خطر انسداد در ناحیۀ بین دو پیچ وجود دارد. همچنین، استفاده از محفظه حلزونی دو پیچی در پمپ های کوچک با محدودیت همراه است. در مقابل، محفظه های دو پیچی در طراحی و کارکرد پمپ ‌های گریز از مرکز با جریان شعاعی با فشار بالا اهمیت دارد.

شباهت و تفاوت محفظه حلزونی پمپ با محفظه دیفیوزر

دو نوع اصلی از محفظه پمپ وجود دارد: حلزونی و دیفیوزر.

چه محفظه های حلزونی و چه در محفظه های نوع دیفیوزر، وجه مشترک این است که هر دو محفظه، برای گرفتن انرژی به شکل سرعت و تبدیل آن به فشار طراحی شده اند. این ها هر دو طرح اولیه پوشش پمپ هستند. ترکیب انواع مختلف پروانه ها و محفظه ها طیف گسترده ای از پمپ های گریز از مرکز را تولید می‌کند. عملکرد اصلی محفظه حلزونی با محفظه های دیفیوزر شبیه به هم است. در هر دو محفظه، پره های پخش کننده به گونه‌ای قرار می‌گیرند که نزدیک به لبه بیرونی پروانه شروع می‌شوند و سپس به تدریج از حاشیه پروانه دور می‌شوند. اما تفاوت هایی نیز وجود دارد:

1. محفظه های حلزونی که فقط یک پره دارند اما در محفظه های دیفیوزر (diffuser) 10 پره وجود دارد.
2. در محفظه حلزونی پمپ، پروانه در داخل محفظه پیچشی و در مرکز حلزون قرار دارد. اما در محفظه های دیفیوزر، پروانه بطور مستقیم در مجاورت دیفیوزر قرار دارد و سیال را به سمت پره های پخش کننده هُل می‌دهد.