حلزونی (Volute) پمپ پمپیران
حلزونی (Volute) پمپ پمپیران: تحلیل منحنی عملکرد و اثرات شکل هندسی
حلزونی یا کیسینگ (Casing) در پمپ سانتریفیوژ پمپیران، محفظهای مارپیچ است که وظیفه اصلی آن جمعآوری سیال خروجی از محیط پروانه و تبدیل انرژی جنبشی با سرعت بالا به انرژی فشاری (فشار استاتیک) است. طراحی هندسی حلزونی تأثیر مستقیمی بر منحنی مشخصه پمپ (
H-Q
H-Q
یا ارتفاع هد در برابر دبی) دارد.
۱. اصل کارکرد حلزونی: تبدیل انرژی
بر اساس اصل برنولی، در حالی که پروانه انرژی را به صورت سرعت (انرژی جنبشی) به سیال میدهد، حلزونی به عنوان یک دیفیوزر (کاهنده سرعت) عمل میکند. این کاهش تدریجی سرعت سیال در مسیر مارپیچ به سمت دهانه خروجی، منجر به افزایش فشار استاتیک میشود.
۲. انواع هندسه حلزونی
طراحی حلزونی باید بر اساس نقطه طراحی بهینه (BEP) پمپ صورت گیرد.
حلزونی ساده (Single Volute): دارای یک دهانه خروجی است. این طراحی ارزانتر است اما در نقاطی از منحنی عملکرد (به خصوص خارج از BEP)، نیروی شعاعی نامتعادلی بر روی شافت ایجاد میکند. این نیروها به یاتاقانها فشار وارد کرده و عمر آنها را کاهش میدهند.
حلزونی دوقلو (Double Volute): دارای دو دهانه خروجی یا یک دیواره میانی است که نیروی شعاعی را در محدوده وسیعتری از دبیها متعادل میسازد. این طراحی پیچیدهتر است اما پایداری بهتری را در عملکرد کلی پمپ، به ویژه در پمپهای بزرگ دبی بالا، تضمین میکند.
دیفیوزر (Diffusers): در پمپهای چند مرحلهای یا پمپهایی که نیاز به بازدهی بسیار بالا در یک نقطه خاص دارند، قبل از حلزونی اصلی، از یک دیفیوزر ثابت با پرههای ثابت استفاده میشود. این پرهها انرژی جنبشی را با تلفات کمتر و کنترلشدهتری به فشار تبدیل میکنند.
۳. اثر تداخل پروانه و حلزونی (Blade Passing Frequency)
مهمترین پارامتر طراحی، فاصله بین نوک پرههای پروانه و دیواره داخلی حلزونی است. این فاصله (Tip Clearance) باید به اندازهای کم باشد که جریان برگشتی (Recirculation) به حداقل برسد، اما به اندازهای زیاد باشد که از برخورد فیزیکی جلوگیری کند.
فرکانس عبور پره (BPF): هر بار که یک پره از کنار دیواره حلزونی عبور میکند، یک موج فشار لحظهای ایجاد میشود. این فرکانس (تعداد پرهها × سرعت چرخش) باید با فرکانسهای طبیعی اجزای پمپ (مانند فرکانس طبیعی یاتاقان یا شافت) همخوانی نداشته باشد. اگر فرکانسها با هم رزونانس کنند، ارتعاشات به شدت تقویت شده و منجر به شکست زودهنگام شافت، یاتاقان یا حتی ترکخوردگی حلزونی میشود. مهندسی پمپیران شامل محاسبه دقیق BPF برای جلوگیری از این پدیدههای مخرب است.
