هد پمپ چیست

یکی از مشخصه های عملکردی پمپ ها در انواع مختلف از جمله پمپ جابجایی مثبت و یا پمپ گریز از مرکز، هد پمپ می باشد و برای اینکه به زبان ساده بیان نماییم که هد پمپ چیست می بایست از تعریف این مشخصه و الزامات آن در سیستم پمپاژ و عوامل موثر بر هد تولید شده توسط پمپ صحبت نماییم. به بیان ساده می توان هد را انرژی لازم برای جابجا کردن یک پوند از سیال از یک سطح انرژی به سطح انرژی دیگر تعریف کرد. این انرژی لازم بر حسب فوت پوند، نیرو بر پوند جرم یا گرما بر پوند بیان می شود این در حالی است که در صنعت هد پمپ به صورت فوت (متر) بیان می گردد.

توجه شود که سیال می تواند با توجه به زمان بررسی و یا در واقع یک زمان معین به صورت مایع یا گاز باشد. یکی از انواع ترکیباتی که می تواند به صورت گاز و یا مایع در دسترس باشد اتیلن است. در صورت مایع بودن سیال می توان از پمپ برای پمپاژ آن به کار برد. در واقع انرژی که نیاز است تا فشار مایع از P1 به P2 افزایش یابد را هد پمپ بر حس پوند نیرو بر پوند جرم تعریف می کنند. البته اگر سیال به صورت گاز ارائه شود می بایست از کمپرسور برای جابجایی آن استفاده نماییم.

هد پمپ چیست؟

در واقع اگر بخواهیم به صورت دقیق درباره هد پمپ که یکی از مشخصه های سیستم پمپاژ سخن بگوییم می بایست بیان نماییم برای ارسال مایع با یک نرخ مشخص از نقطه ای به نقطه دیگر نیاز است در داخل سیستم به مایع فشار وارد شود و این فشار می بایست آنقدر باشد که بتواند در خلاف جهت مقاومت سیستم سیال را به سمت بیرون و به نقطه ای که مد نظر مصرف کننده است پمپاژ نماید. به این فشار یا انرژی لازم برای انتقال سیال هد گفته می شود. هد کل در مجموعه پمپاژ برابر با مجموع هدهای استاتیکی به علاوه فشاری و هد های مقاومت سیستم شامل هد اصطحاکی و البته سرعتی می گردد.

انواع هد پمپ

انواع هد پمپ به طور کلی همانطور که اشاره شد شامل هد استاتیکی و هد فشاری می شود. هد استاتیکی در واقع معادل اختلاف ارتفاع مبدا یعنی جایی که مایع قرار است از آن نقطه پمپاژ شود و مقصد جایی که سیال به آنجا ارسال می گردد می باشد. از مشخصه های هد استاتیکی ثابت بودن و مستقل از دبی مایع بودن است. اما هد استاتیکی با این حال در دو بخش مکش و رانش مورد بررسی قرار می گیرد.

هد استاتیکی در بخش مکش پمپ: هد پمپ در بخش مکش دستگاه ناشی به داخل کشیدن مایع به دلیل اختلاف فشار بین محور مرکزی پمپ و منبعی که سیال در آن قرار دارد رخ می دهد. در واقع ناشی از مکش نمودن مایع نسبت به خط مرکزی پمپ می باشد و برابر فاصله عمودی است که بین سطح مایع منبع و مرکز پمپ وجود دارد. در صورتی که سطح مایع در منبع بالاتر از مرکز باشد هد استاتیکی مثبت و در صورتی که پایین تر باشد هد استاتیکی منفی خواهد بود.

هد استاتیکی در بخش رانش پمپ: هد پمپ در بخش رانش پمپ اختلاف بین فاصله عمودی بین مرکز پمپ و سطح مایع در مقصد می باشد.

هد فشاری در پمپ: در صورتی که در نقطه مقصد سیال پمپاژ شده تحت فشار باشد، پمپ آب می بایست با فشار آن قسمت نیز مقابله نماید و از این رو به آن هد فشاری گفته می شود. برای مثال دیگ بخار که در آن پمپ باید بر فشار داخل بویلر غلبه نماید.

انواع هد سیستم

هد های مربوط به مقاومت در سیستم را همانطور که اشاره شد می توان به دو دسته هد سرعت و هد اصطکاک تقسیم کرد. هد سرعت و هد اصطکاک با هم ارتباط نزدیکی داشته و لازم به ذکر است که در صورت عدم وجود سرعت در سیال، اصطکاکی نیز وجود نخواهد داشت. سیال در حین جریان از لوله کشی عبور می نماید و جریان سیال می تواند آرام یا مغشوش باشد. هد اصطکاکی در همین راستا در اثر تماس سیال با جدار داخلی لوله ها، شیرآلات، اتصالات و غیره به وجود می آید که با افزایش سرعت سیال مقدار آن افزایش می یابد.  البته توجه داشته باشید که هد اصطکاکی با نام افت هد دینامیکی نیز شناخته می شوند که مقدار آن به اندازه لوله، جنس آن، طبیعت سیال، تعداد اتصالات و شیرآلات بستگی دارد. مصرف کنندگان می بایست توجه داشته باشند که در یک سیستم بسته که با اتمسفر هیچ تماسی ندارد، تنها هد مقاومت در سیستم وجود دارد و هد های استاتیکی و فشاری وجود ندارند.

محاسبه هد پمپ

برای محاسبه هد پمپ می بایست ابتدا به هد سیال در سیستم اشاره نماییم و سپس هد به وجود آمده توسط پمپ را شناسایی نماییم. همانطور که پیشتر اشاره نمودیم هد انرژی لازم را برای انجام فعالیتی خاص فرآهم می آورد و در یک سیستم پمپاژ یا به عبارت دقیق تر در یک سیستم فرآیندی مقدار مشخصی می باشد. می بایست اشاره نماییم که مقدار هد یا انرژی برای جابجایی سیال مایع از یک سطح فشار به سطح دیگر وابستگی مستقیم به سرعت و رابطه غیر مستقیم با چگالی نسبی دارد. می بایست توجه شود که با افزایش سرعت، تلفات اصطکاکی در سیستم افزایشم می یابد. در این تعریف می توان هد را از طریق اختلاف فشار (تلفات اصطکاکی سیستم)، جرم مخصوص سیال به دست آورد.

H=(2.31×∆P)/S.G.

برای مثال برای آب اختلاف فشار (ΔP) برابر با 100 پوند بر اینچ مربع (psi)، جرم مخصوص (S.G.) برابر با 1، فشار اولیه 14.7 پوند بر اینچ مربع مطلق (psia) و فشار ثانویه 114.7 پوند بر اینچ مربع مطلق (psia) می باشد. در این صورت H یا هد پمپ برابر با 231 فوت پوند نیرو بر پوند جرم (ft.lbf/lbm) است.

روش دیگری که برای محاسبه هد پمپ استفاده می گردد شامل مقایسه ستون حاوی سیالهایی مثل آب، اسید و نفت با هم است. در واقع با توجه به این روش می توان به رابطه بین هد و ترکیب سیال رسید. لازم به ذکر است که هد با جرم یا چگالی نسبی سیال رابطه عکس دارد و در شکل زیر به آن اشاره شده است.

حال برای غلبه بر هد سیال در سیستم پمپاژ نیاز است که پمپ هدی را ایجاد نماید که ممکن است برابر یا بیشتر از هد سیال باشد که سیستم ایجاد می نماید. از آنجایی که تغییر سیال روی هد تولیدی پمپ تاثیری ندارد، به همین دلیل در عملکرد پمپ از نمایش هد بر حسب دبی استفاده می گردد. در واقع عواملی که روی هد پمپ اثر می گذارند شامل انواع پروانه پمپ و نوع طراحی آنها، سرعت نوک پره پروانه، قطر پروانه، سرعت دورانی پمپ و دبی می گردد. با افزایش موارد گفته شده به جز دبی، هد پمپ افزایش می یاید. در صورتی که دبی کاهش یابد، هد افزایش می یابد. توجه شود حرکت دورانی در پروانه منجر به ایجاد دو بردار برای سرعت در سیال می شود. یکی از مولفه های سرعت دارای حرکت شعاعی از مرکز پروانه به بیرون دارد و مولفه دیگر سرعت حرکت مماسی است که مماس بر قطر بیرون پروانه می باشد و از برآیند این دو حرکت شعاعی و مماسی بردار سرعت به وجود می آید.

رابطه هد و دبی بر اساس منحنی عملکرد پمپ

توجه شود که دبی و هد پمپ با هم رابطه منفی دارند، یعنی هر چقدر هد بیشتر شود، دبی کمتر خواهد بود و برعکس. این نکته را می توان از روی منحنی عملکرد پمپ مشاهده نمایید. منحنی عملکرد پمپ بیانگر رابطه بین هد، توان مصرفی، راندمان و ارتفاع مکش خالص مثبت (NPSH) بر حسب تغییرات دبی می باشد که در واقع مکان هندسی نقاطی است که پمپ در آن شرایط کار می کند. منحنی عملکرد پمپ می تواند به شکل صعودی، نزولی، تیز، تخت، پایدار و ناپایدار باشد که در هر یک رابطه بین هد و دبی می تواند حائز اهمیت باشد. در منحنی صعودی با افزایش هد پمپ، دبی کاهش می یابد. در منحنی نزولی هد پمپ در نقطه دبی صفر حداکثر نمی شود. در پمپ هایی که دارای منحنی تیز هستند، تغییرات هد بین نقطه دبی برابر صفر و نقطه حداکثر راندمان زیاد است. در صورتی که پمپ دارای منحنی تخت باشد تغییرات هد نسبت به تغییرات دبی ناچیز می شود و گاهی در قسمتی از منحنی هد تقریبا ثابت باقی می ماند. در منحنی های پایدار در هر شرایطی به ازای هد پمپاژ یک دبی وجود خواهد داشت. در منحنی ناپایدار اما همیشه این اتفاق نخواهد افتاد.

سوالات متداول پیرامون هد پمپ چیست

1. هد پمپ چیست؟ انرژی هیدرولیکی که منجر به انتقال سیال از نقطه ای با فشار کمتر به نقطه ای با فشار بیشتر می گردد را هد پمپ می نامند.
2. تفاوت بین هد سیستم و هد پمپ چیست؟ جریان در سیال با حرکت از سطح یا وضعیتی بالاتر به سطح یا وضعیت پایین تر اتفاق می افتد که به آن هد سیستم گفته می شود. عکس این فرآیند یعنی رفتن از سطح انرژی کم به بیتشر ناشی از عملکرد پمپ است که بیانگر انرژی است که صرف می گردد تا این انتقل انجام شود و هد پمپ نامیده می شود. هد پمپ به طور معمول یا بیشتر یا برابر با هد سیستم است.
3. افت هد پمپ چیست؟ کل تلفات فشاری که سیال در جریان از نقطه مکش به نقطه تخلیه تحمل می نماید را افت هد پمپ می گویند. افت هد پمپ در یک سیستم اهمیت زیادی دارد چرا که تشخیص افت هد می تواند به تعیین بهتر فشار برای پمپ و کارکرد موثر آن کمک نماید.
4. چطور هد پمپ را افزایش دهیم؟ روش های زیادی برای افزایش هد در پمپ وجود دارد و اولین روش تغییر پروانه به کار رفته در پمپ می باشد. تغییر پروانه زاویه دوران سیال را تغییر می دهد و برآیند سرعت دوران سیال ناشی از مولفه های شعاعی و مماسی که در مقاله گفته شد را افزایش می دهد. از طرفی با نصب پمپ بیشتر در مسیر پمپاژ سیال نیز می توان هد را افزایش دهید. علاوه بر موارد گفته شده با افزایش قطر پروانه می تواند افزایش یابد.
5. چرا هد پمپ با افزایش دبی رابطه عکس دارد؟ با افزایش دبی در پمپ، استهلاک سیستم با جریان یافتن سیال در لوله های از محفظه مکش یا تخلیه افزایش می یابد. با افزایش استهلاک نیز هد پمپ کاهش می یابد چرا که هد پمپ با استهلاک رابطه عکس دارد.