نقش پروانه پمپ پمپیران در افزایش راندمان پمپ
نقش پروانه پمپ پمپیران در افزایش راندمان پمپ (با تمرکز بر تحلیل هیدرولیکی)
پروانه (Impeller) بدون شک مهمترین قطعه در تعیین عملکرد و راندمان یک پمپ گریز از مرکز، بهویژه در محصولات صنعتی و تخصصی مانند پمپهای پمپیران است. راندمان کلی پمپ (Overall Efficiency) حاصل ضرب راندمان هیدرولیکی، حجمی و مکانیکی است؛ پروانه مستقیماً بر دو مورد اول تأثیر میگذارد.
۱. مبانی تبدیل انرژی توسط پروانه
وظیفه پروانه، انتقال انرژی مکانیکی دورانی از شافت به سیال است. این انتقال از طریق سه مرحله اصلی صورت میگیرد:
افزایش سرعت (انرژی جنبشی): پروانه با چرخش پرههای خود، سیال ورودی از مرکز (Eye) را جذب کرده و به دلیل نیروهای گریز از مرکز، سرعت آن را به شدت افزایش میدهد.
فشارسازی اولیه: این افزایش سرعت، انرژی را به شکل انرژی جنبشی در سیال ذخیره میکند.
تغییر شکل جریان در حلزونی: پس از خروج از پروانه، این انرژی جنبشی توسط محفظه حلزونی به انرژی فشاری (هد) تبدیل میشود.
راندمان هیدرولیکی پروانه به این بستگی دارد که چه مقدار از انرژی ورودی به پروانه به درستی به انرژی هد تبدیل شود و چه مقدار در قالب تلفات هیدرولیکی (تلاطم، اصطکاک و نشتی) هدر رود.
۲. طراحی پرهها و اثرات آنها بر راندمان
انتخاب ساختار پروانه تعیینکننده پروفایل عملکرد پمپ است:
الف) زاویه پرههای عقبخم (Backwardly Inclined Blades)
بیشتر پمپهای صنعتی پمپیران از این نوع استفاده میکنند. در این طراحی، لبه خروجی پرهها نسبت به جهت چرخش زاویه منفی دارد.
مزیت راندمان: این طراحی باعث میشود که منحنی هد-دبی (H-Q) پمپ شیب ملایمی داشته باشد. این امر پایداری عملکردی بسیار بالایی را فراهم میکند؛ یعنی حتی اگر دبی کمی تغییر کند، فشار خروجی ثبات نسبی خود را حفظ میکند و احتمال کار کردن پمپ در شرایط کاویتاسیون یا بیشباری کاهش مییابد. این پایداری، راندمان را در بارهای جزئی حفظ میکند.
تلفات داخلی: به دلیل شکل هندسی، این پروانهها اجازه میدهند تا سیال خروجی با سرعتی کمتر از محیط پروانه خارج شود که این امر تبادل انرژی با محفظه حلزونی را بهینه میسازد.
ب) تلرانسهای دقیق ساخت
در پمپهای با راندمان بالا، فاصله بین نوک پرهها (Tip Clearance) و دیواره داخلی حلزونی باید در حداقل ممکن و در عین حال از تماس جلوگیری شود.
تأثیر تلرانس: هر افزایش در این فاصله، مسیر جدیدی برای سیال پرفشار ایجاد میکند که از خروجی به ورودی (Eye) پمپ بازگردد (Recirculation یا Leakage). این جریان برگشتی مستقیماً راندمان حجمی را کاهش میدهد. در پمپهای پمپیران که برای مصارف دقیق طراحی شدهاند، تلرانسها بر حسب میکرومتر تنظیم میشوند تا این نشتی به حداقل برسد.
۳. اثرات زبری سطح و کاویتاسیون
زبری سطح (Surface Finish): در جریان سیالات، زبری بیش از حد سطح پرهها منجر به افزایش لایههای مرزی و در نتیجه افزایش تلفات اصطکاکی (Friction Losses) میشود. پولیش کاری مناسب پروانه، به ویژه در پمپهای آب تمیز، میتواند راندمان هیدرولیکی را تا چند درصد بهبود بخشد.
کاویتاسیون (Cavitation): زمانی که فشار استاتیک سیال در نقطه ورودی (Eye) پروانه به فشار بخار آن سیال برسد، حبابهای بخار تشکیل میشوند. وقتی این حبابها به مناطق پرفشارتر روی پره منتقل میشوند، منفجر میشوند.
آسیب و راندمان: این انفجارها علاوه بر آسیب مکانیکی شدید به سطح پروانه (فرسایش)، تلاطمهای شدیدی ایجاد کرده و انرژی مفیدی را هدر میدهند. لذا، یک پروانه طراحیشده با ارتفاع مکش مثبت خالص مناسب (NPSH) و پرههایی که به خوبی سیال را هدایت میکنند، از کاویتاسیون جلوگیری کرده و راندمان را در طول عمر پمپ حفظ میکند.\
