گردش مجدد جریان در پمپ های گریز از مرکز، معکوس شدن جریان سیال در چشمی پروانه است. بخشی از جریان چشمی پمپ خارج شده و با سرعت چرخش پروانه به سمت بالادست حرکت می کند. در نتیجه این گردش مجدد ، گردابه ها ی سیال در دهانه تشکیل می شوند.

گردش مجدد جریان در پمپ های گریز از مرکز

گردش مجدد جریان به مکش پمپ (Suction Recirculation) می تواند عملکرد پمپ گریز از مرکز را در دبی های پایین سیال تضعیف کند. بررسی سرعت ویژه ( suction specific speed) و انرژی مکش پمپ می تواند درک درستی در مورد مشکلات احتمالی ایجاد کند. استفاده از تغییر دور پمپ با فرکانس برق (VFD) در بیشتر مواقع می تواند راه حلی برای رفع این معضل باشد.

رفع مشکلات بازگشت سیال به مکش پمپ اغلب هزینه در بر دارد. به طور معمول، دریافت بودجه برای جلوگیری از بوجود آمدن آن، نیازمند متقاعد کردن سرمایه گذار پروژه در مورد علت واقعی این مشکل است.

بسیاری از افراد در درک این پدیده که جریان سیال می تواند درون یک پمپ گریز از مرکز به عقب برگردد، مشکل دارند. در طول سال ها، تلاش بسیاری برای یافتن یک توضیح کاملاً درست اما ساده برای آن انجام شده است.

ابتدا باید بدانیم که آنچه برای یک مهندس مکانیک ساده است، ممکن است برای یک مهندس شیمی پیچیده به نظر برسد. بنابراین، بیایید پدیده را به روشی که هر دو گروه می توانند درک کنند، توضیح دهیم.

گردش مجدد جریان در پمپ های گریز از مرکز چیست؟

از منظر مهندسان مکانیک

برای مهندسان مکانیک، پمپ گریز از مرکز، فشار جریان مایع را افزایش می دهد. جهت طبیعی جریان سیال از فشار زیاد به فشار کم است. جریان مایع درون پمپ به این دلیل اتفاق می افتد که پروانه چرخان، تولید سرعت نموده که این سرعت باعث بوجود آمدن فشار در سیال میشود. گرادیان سرعت، موجب ایجاد فشار در قسمت تخلیه پمپ می شود.

در پمپ گریز از مرکز، مایع وارد چشمی مکش در مرکز دیسک پروانه می شود. سرعت مایع قبل از خروج از پمپ، در محیط پروانه تغییر می یابد. با توجه به ساختار هندسی جریان از مرکز به لبه پروانه و تغییرات سرعت آن، شکل عبور جریان تغییر می کند. شکل (1) نمای انتهایی پروانه را نشان می دهد که درخلاف جهت عقربه های ساعت در حال چرخش است و شکل (2) نمای جانبی را نشان می دهد.

شکل 1. برش انتهایی پروانه

جریان ورودی با زاویه خاصی با لبه جلوی پروانه تماس پیدا میکند (شکل 1). تجزیه و تحلیل جهت جریان مایع نشان می دهد که زاویه برخورد سیال بر تشکیل جریان های گردابی تأثیر می گذارد. با کاهش سرعت جریان، گردابه های تشکیل شده بزرگتر شده و در نهایت، گردابها می توانند جریان جزئی سیال از قسمت تخلیه پمپ به قسمت مکش آن را ایجاد کنند. الگوی جریان از طرح کلی نشان داده شده در شکل (1) پیروی می کند.

شکل 2. برش کناری پروانه

از منظر مهندسان شیمی

برای مهندسان شیمی بهتر است تا اثر متقابل الگوهای جریان سیال پمپ شونده را با موازنه جرم در سطح مقطع های مختلف درون پمپ مورد توجه قرار دهد. در یک سری از مقاطع، موازنه جرم سیال همیشه جریان خالص یکسانی با جریان مکش پمپ دارند. اگر جریان مکش پمپ افت کند، جریان خالصی که از هر سطح مقطع آن میگذرد نیز افت می کند. از آنجا که معمولا مایعات در بیشتر شرایط تراکم ناپذیر هستند، این امر باعث میشود که سرعت متوسط سیال در هر سطح مقطع به طور خطی با دبی جریان متفاوت باشد.

به هر حال، نزدیک به لبه فشار پروانه (همان سطح اصلی تماس)، سرعت مایع به سرعت پروانه می رسد . اگر به هر دلیل سرعت متوسط مایع افت کند اما سرعت در ناحیه عبور جریان تقریبا ثابت باشد، سرعت در سطح مقطع های دیگر باید حتی بیشتر از میانگین کاهش یابد. هرگاه سرعت متوسط بیش از حد کاهش یابد، جهت جریان در مناطقی که از لبه پروانه دور هستند، جهت تأمین نیاز به سرعت متوسط باید معکوس شود. شکل(2) شماتیک جریان خالص درون پمپ را در بهترین نقطه کارایی (BEP) و در شرایط جریان کم (0.25 BEP) نشان می دهد. در دبی های کم، از آنجا که سطح مقطع عبور جریان در بعضی نقاط خیلی بزرگ است و از طرف دیگر این سطح باید با مایع پر شود، لذا این امر باعث چرخش دوباره جریان سیال درون پمپ میشود.

عوارض گردش مجدد جریان در پمپ ها

گردش مجدد جریان در پمپ های گریز از مرکز به دلیل ایجاد حفره ناشی از بخار شدن سیال در مناطق کم فشاری که در اثر گردش مجدد سیال بوجود می آید، می تواند به پروانه آسیب برساند. گردش مجدد جریان در پمپ به دلیل بوجود آمدن نیروهای نامتعادل و لرزش، باعث فشار بر اجزای پمپ می شود.

راه حل های جلوگیری از پدیده گردش مجدد جریان در پمپ های گریز از مرکز

با تغییرات مکانیکی و فرآیندی می توان عواقب و آثار چرخش مجدد جریان را کاهش داد.

راه حل های مکانیکی بر روی خود پمپ تمرکز دارند. به عنوان مثال ، تطابق هندسه گلویی پروانه و زاویه پره ها، اصلاح لبه هادی پروانه و چشمه ورودی آن همراه با تغییرات سرعت پمپ همه می تواند انعطاف پذیری یک پمپ را بهبود بخشند. با این حال، هر یک به طور متفاوتی بر کارایی ، سرعت تخلیه و ظرفیت تأثیر می گذارند.

در اصلاحات فرآیندی، یک حلقه چرخش به پمپ اضافه می شود تا پمپ از منطقه کم جریان خارج نشود. سیستم های گردش مجدد سیال به تجهیزات اضافی (لوله کشی ، اوریفیس های محدود کننده ، شیرهای کنترل و غیره) نیاز دارند. تجربه نشان داده که به مرور، بسیاری از حلقه های کنترل جریان به دلیل هزینه های نگهداری یا ناآگاهی از اهمیت آنها کنار گذاشته می شوند.

یک اصلاح فرآیند دیگر، افزودن هد اضافی به مکش پمپ می باشد. این امر کمک می کند تا از آسیبهای حفره مانند جلوگیری شود. با این کار حتی مناطق کم فشار درون پمپ نیز هد کافی برای نگه داشتن مایع در بالای نقطه حباب خود را دارند. با این حال، هد اضافی در مکش، مشکلات استرس و لرزش پمپ را حل نمی کند. در برخی مواقع، ارتعاش پمپ ممکن است از مقدار پیش بینی شده فراتر رود. استرس و لرزش اضافی باعث کاهش زمان تعمیر و میانگین زمان بین خرابی می شود. هزینه های نگهداری با لرزش و تنش زیاد افزایش می یابد. کاهش سرعت کارکرد پمپ باعث کاهش لرزش و بار پمپ می شود.

استفاده از سیستمهای VFD اگرچه ممکن است یک راه حل ایده آل نباشد اما می تواند برای هر پمپ گریز از مرکز که از چرخش مجدد در ورودی رنج می برد سودمند باشد.

انتخاب گزینه مناسب نیاز به تجزیه و تحلیل دقیق از محدودیت ها و هزینه های مکانیکی و فرآیندی دارد.

برای مشاوره در خرید و تعمیر انواع پمپ، الکتروموتور و لوازم جانبی آنها با فروشگاه و تعمیرگاه ابراهیم پورعرب به شماره 09151115091 و 09153113642 تماس حاصل فرمایید.