محاسبات پمپ (فرمول انتخاب پمپ + محاسبه هد و دبی پمپ)
این پست از سِودا، اختصاص داده شده به محاسبات پمپ سانتریفیوژ، محاسبه هد و دبی پمپ، فرمول دبی پمپ و مشخصه پمپ‌های سانتریفیوژ و محاسبه توان مفید، توان مصرفی، توان الکتروموتور. این پست ویژه برای مهندسین و فنی کاران به ویژه مهندسین تاسیسات ساختمان نیز تولید شده است. از آنجایی که پمپ، عضو اصلی سیستم های تاسیساتی است، به همین دلیل نیاز است با فرمول های محاسبانی پمپ آشنا شوید.
مقدمه ای در مورد پمپ
پمپ دستگاهی است که انرژی مکانیکی را از یک منبع خارجی گرفته و به سیالی که از آن عبور می‌کند، انتقال دهد. در نتیجه، انرژی سیال پس از خروج از پمپ افزایش می‌یابد. در پمپ‌ها تغییرات انرژی سیال همواره به صورت تغییر فشار سیال مشاهده می‌گردد. از پمپ‌ها برای انتقال سیال به یک ارتفاع معین و یا جابجایی آن در یک سیستم لوله‌کشی و یا هیدرولیک استفاده می‌نمایند. به عبارت کلی‌تر، پمپ دستگاهی است که سیالات غیرقابل تراکم را از یک نقطه به نقطه‌ای دیگر جابجا می‌نماید.
پمپ ها عضو جدا نشدنی تاسیسات مکانیکی ساختمان هستند. برای مثال انتخاب و محاسبه هد و دبی پمپ برای تاسیسات استخر، برای راه اندازی و محاسبات سیستم های تهویه مطبوع بر پایه آب مثل کولر آبی و… بسیار مهم است.
برای ارسال مایع با نرخ مشخص از نقطه‌ای به نقطه دیگر به اختلاف فشار نیاز است. این اختلاف فشار باید بتواند بر مقاومت سیستم غلبه کند که به آن هد گویند. هد کل برابر مجموع هد استاتیکی و اصطکاکی است. برای انتخاب پمپ نیاز است تا دبی و هد پمپ را محاسبه کرد. محاسبه این دو فاکتور، برای انتخاب بهترین پمپ جهت راه اندازی و طراحی سیستم هایی که بر پایه انرژی مکانیکی هستند، بسیار مهم است.
دوره های ویژه با قیمت استثنایی برای علاقه مندان، دانشجویان و مهندسین
دوره امادگی آزمون نظام مهندسی تاسیسات
دوره طراحی تاسیسات مکانیکی ساختمان
منحنی مشخصه پمپ‌های سانتریفیوژ
منحنی‌های عملکرد شامل منحنی هد بر حسب دبی، NPSH بر حسب دبی، توان جذبی بر حسب دبی است. مهم‌ترین منحنی رابطه بین هد و دبی پمپ را نشان می‌دهد و در اصل مکان هندسی نقاطی است که پمپ می‌تواند در آن شرایط کار کند. با دقت در این منحنی متوجه می‌شویم که با افزایش دبی مقدار هد کاهش می‌یابد و برعکس. بنابراین حداکثر مقدار هد پمپ در حالتی که شیر خروجی پمپ بسته است اتفاق می‌افتد. این نقطه را Shut-Off Point می‌گویند.
نکته: با تراشیدن پروانه پمپ‌های سانتریفیوژ بازده آنها کاهش می‌یابد.
نکته: در محاسبه هد و دبی پمپ نباید ضریب اطمینان در نظر گرفت.
نقطه عملکرد پمپ
نقطه خاصی از نظر دبی و هد که توان الکتروموتور، بازده و مقدار ارتفاع مکش مثبت خالص (NPSH) را تعیین می‌کند. این نقطه از تقاطع منحنی سیستم با منحنی عملکرد پمپ بدست می‌آید.
نقطه عملکرد پمپ
فرمول دبی پمپ
دبی پمپ به میزان آبی که توسط پمپ در واحد زمان جابجا می‌شود گفته می‌شود. به عبارت دیگر، دبی پمپ بیانگر میزان حجم آبی است که پمپ به واحد زمان قادر به جابجایی آن است. واحد اندازه‌گیری دبی پمپ، لیتر بر دقیقه (L/min)، گالن بر دقیقه (GPM) یا متر مکعب بر ساعت (m³/h) است.
فرمول دبی پمپ به صورت زیر است:
Q = V/t
در این فرمول، Q دبی پمپ (به واحد حجم بر واحد زمان)، V حجم آبی است که پمپ در واحد زمان جابجا می‌کند و t زمان مورد نیاز برای جابجایی آن حجم آبی است.
معمولاً دبی پمپ به واحدهای متر مکعب بر ساعت (m³/h)، لیتر بر دقیقه (L/min) و گالن بر دقیقه (GPM) بیان می‌شود. برای تبدیل واحدها به یکدیگر، از روابط زیر استفاده می‌شود:
1 m³/h = 1000 L/min = 15.85 GPM
1 L/min = 0.06 m³/h = 0.26 GPM
1 GPM = 0.063 m³/h = 0.45 L/min
به هم بستن پمپ‌ها
مجموعه‌ای از پمپ‌ها هستند که به صورت سری و موازی با یکدیگر ترکیب می‌شوند. به طور کلی اگر پمپ‌ها به صورت سری با یکدیگر ترکیب شوند باعث افزایش هد، و اگر پمپ‌ها به صورت موازی با یکدیگر ترکیب شوند باعث افزایش دبی می‌شوند. پمپ ها را برای افزایش دبی و یا هد میتوان به صورت سری و موازی ترکیب کرد و ظرفیت جریان را مدیریت کرد.
پمپ‌های سری
به منظور افزایش هد، دو یا چند پمپ را میتوان به صورت سری متصل کرد. هنگامی که دو یا چند پمپ را به صورت سری با یکدیگر ترکیب می‌کنیم منحنی عملکرد مجموعه از جمع شدن هد هر کدام از پمپ‌ها بدست می‌آید و هدهای آنها در دبی یکسان با یکدیگر جمع می‌شوند.
به هم بستن پمپ‌ها به صورت سری
از پمپ‌های سری زمانی استفاده می‌شود که هد تولیدی یک پمپ برای سیستم کافی نباشد. پمپ‌های سری بایستی دبی‌های برابری داشته باشند اما ممکن است هدهای آنها متفاوت باشند. در صورتی که از پمپ‌های سری تنها برای افزایش هد پمپ به صورت دائمی استفاده شود، جایگزین بهتر، استفاده از یک پمپ چندمرحله‌ای با هد کافی خواهد بود.
به هم بستن پمپ‌ها به صورت موازی
به منظور افزایش دبی، دو یا چند پمپ مشابه یا غیرمشابه را میتوان به صورت موازی متصل کرد. هنگامی که دو یا تعداد بیشتری پمپ به صورت موازی در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند منحنی عملکرد آنها نتیجه جمع شدن دبی هر کدام از پمپ‌ها است. پمپ های گریز از مرکز به صورت موازی مورد استفاده قرار می‌گیرند تا بر دبی حجمی بزرگ به تنهایی غلبه کنند. برای دو یا چند پمپ مشابه که به صورت موازی در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند هد آنها ثابت می‌ماند و دبی آنها با یکدیگر جمع می‌شود.
به هم بستن پمپ‌ها به صورت موازی
نکته: در به هم بستن پمپ‌ها به صورت سری یا موازی، منحنی مشخصه سیستم بدون تغییر است. زیرا این منحنی به شرایط سیستم از قبیل هد استاتیکی و اصطکاکی وابسته است و در هر حالت نقطه عملکرد پمپ از تقاطع منحنی عملکرد پمپ و منحنی سیستم بدست می‌آید.
فرمول محاسبه هد پمپ آب
فرمول محاسبه هد پمپ آب (به واحد متر) به صورت زیر است:H = (P2 – P1) / (ρ * g) + (V2^2 – V1^2) / (2 * g)
در این فرمول، H هد پمپ (به واحد متر)، P2 فشار خروجی پمپ (به واحد پاسکال)، P1 فشار ورودی پمپ (به واحد پاسکال)، ρ چگالی آب (به واحد کیلوگرم بر متر مکعب)، g شتاب گرانش (به واحد متر بر ثانیه مربع)، V2 سرعت خروجی آب از پمپ (به واحد متر بر ثانیه) و V1 سرعت ورودی آب به پمپ (به واحد متر بر ثانیه) هستند.
این فرمول به شما اجازه می‌دهد تا با داشتن اطلاعاتی مانند فشار ورودی و خروجی پمپ، سرعت ورودی و خروجی آب و چگالی آب، هد پمپ را محاسبه کنید. برای مثال، در طراحی سیستم‌های آبیاری، باید هد پمپ را به دقت محاسبه کرد تا بتوانید پمپ مناسب را برای سیستم خود انتخاب کنید.
ارتفاع مکش مثبت خالص
در پمپ‌های گریز از مرکز پدیده کاویتاسیون هنگامی اتفاق می‌افتد که ارتفاع مکش مثبت خالص از آنچه کارخانه سازنده توصیه نموده کمتر باشد. برای جلوگیری از پدیده کاویتاسیون، (Available) NPSHA سیستم باید از (Required) NPSHR بیشتر باشد.
ارتفاع مکش مثبت خالص (NPSH) پمپ
پدیده کاویتاسیون در پمپ چیست؟
پدیده کاویتاسیون از جمله پدیده‌های مخرب در پمپ‌ها است. این پدیده موقعی به وجود می‌آید که فشار مطلق در ورودی پمپ کمتر یا مساوی فشار بخار مایع گردد. در این حالت مایع بخار می‌شود و حبابهای بخار همراه جریان سیال با عبور از پروانه پمپ و قرار گرفتن در فشار بالا، در اثر چرخش پروانه و فشار بالای پمپ منفجر می‌شوند. انفجار حباب‌ها علاوه بر ایجاد ارتعاشات و صدای زیادی باعث کاهش بازدهی و آسیب رساندن جدی به پمپ و ایجاد خوردگی در قسمت بدنه پمپ و پروانه می‌شود.
کاویتاسیون در پمپ
مواردی که باعث بروز پدیده کاویتاسیون در پمپ می‌شوند عبارت است از:
- زیاد شدن ارتفاع مکش پمپ‌ها در شرایطی که مخزن ورودی پمپ پایین‌تر از پمپ قرار گیرد.
- کار کردن پمپ در شرایط غیر طراحی (دبی بیش از حد) به دلیل بالا رفتن دور پمپ و یا افزایش بیش از حد قطر پروانه که باعث افزایش دبی و زیاد شدن سرعت مایع در قسمت ورودی پمپ و نهاتاًی کاهش فشار در ورودی آن می‌شود.
- افت فشار بیش از حد در قسمت ورودی پمپ به دلیل گرفتگی صافی، لوله‌ها و … که باعث تبخیر مایع در این ناحیه می شود و شرایط را برای تبخیر و تشکیل حباب زیاد می‌کند.
- بالا رفتن دمای مایع پمپ که باعث بالا رفتن فشار بخار مایع می‌شود و شرایط را برای کاویتاسیون به وجود می‌آورد.
روش‌های جلوگیری از کاویتاسیون
١- کاهش سرعت سیال در ورودی پمپ با افزایش قطر لوله ورودی.
٢- اطمینان از باز بودن کامل شیر اصلی ورودی پمپ.
٣- افزایش سطح مایع در مخزن ورودی پمپ که مقدار هد استاتیکی را افزایش می‌دهد.
٤- خودداری از بکار بردن شیرها، زانوها و مسیرهای طولانی که باعث افت فشار در ورودی پمپ می‌شوند.
٥- پایین نگه‌داشتن درجه حرارت سیال درون پمپ (با افزایش دما فشار بخار مایع نیز افزایش پیدا می‌کند و افزایش فشار بخار مایع باعث ایجاد شرایط مساعد برای وقوع کاویتاسیون می‌شود).
٦- انجام محاسبات دقیق برای پمپ و بکار بردن پمپ در شرایط کارکرد آن.
محاسبه NPSH پمپ
NPSHR به مشخصه‌های رفتاری و طراحی، دبی جریان، سرعت دورانی پروانه و … بستگی دارد و از سوی کارخانه سازنده اعلام می‌گردد. NPSHA جز مشخصه‌های سیستم پمپاژ بوده و به عوامل متعددی از قبیل فشار محیط، خواص ترمودینامیکی سیال، قطر لوله مکش و … بستگی دارد. بنابر توصیه سازندگان پمپ‌های سانتریفیوژ جهت اطمینان از عدم بروز پدیده کاویتاسیون، بهتر است NPSHA حداقل ٥/٠ متر از NPSHR بیشتر باشد.
- Patm فشار اتمسفر
- Pv فشار بخار سیال
- Zs هد استاتیکی مکش
- hf افت هد اصطکاکی مسیر در قسمت مکش
ارتفاع مکش در پمپ
مثال: ماکزیمم ارتفاع مکش (Zs) را برای یک پمپ سانتریفیوژ به NPSHR برابر ٣ متر و افت هد اصطکاکی مسیر لوله‌کشی در قسمت مکش ٥/١ متر با دمای آب منبع ٩٠ درجه سلسیوس محاسبه نمایید.
با توجه به اینکه برای شرایط فوق مقدار ماکزیمم ارتفاع مکش برابر ٢/٢- متر بدست آمده است، بنابراین به منظور جلوگیری از پدیده کاویتاسیون سطح آب موجود در منبع باید ٢/٢ متر بالاتر از پمپ باشد.
روابط تشابهی پمپ‌ها
رابطه بین دبی جرمی، دبی حجمی، قطر پروانه و چگالی سیال
( ٨-٣)
رابطه بین فشار (هد)، قطر پروانه و چگالی سیال
رابطه بین توان مصرفی، قطر پروانه و چگالی سیال
محاسبه توان مفید، توان مصرفی، توان الکتروموتور
با جایگذاری چگالی برای آب، روابط زیر بدست می‌آید:
نرم افزار محاسبه هد و دبی پمپ
برای محاسبه هد و دبی پمپ، می‌توانید از نرم‌افزارهای مختلف استفاده کنید که برای این منظور طراحی شده‌اند. در ادامه، چند نرم‌افزار محاسبه هد و دبی پمپ را برای شما معرفی می‌کنیم:
1. EES: این نرم افزار، یکی از قدرتمندترین نرم افزارهای مهندسی برای محاسبه هد و دبی پمپ است. EES شامل کتابخانه‌های گسترده‌ای از مواد و محیط‌های مختلف است که به شما کمک می‌کند تا به راحتی و با دقت بالا محاسبات لازم را انجام دهید.
2. PIPE-FLO: این نرم افزار به شما کمک می‌کند تا به راحتی هد و دبی پمپ را محاسبه کنید. PIPE-FLO با استفاده از روش‌های عددی، قابلیت شبیه‌سازی جریان آب در لوله‌ها را دارد و به شما امکان می‌دهد تا از مدل‌سازی دقیقی برای طراحی شبکه آبیاری استفاده کنید.
برای محاسبه آنلاین هد و دبی پمپ میتوان از سایت https://ventcal.com/fa/ استفاده کرد.
سخن آخر در مورد محاسبات پمپ
تا ابنجا، با نحوه محاسبات پمپ، محاسبه دبی و پمپ و روش های بستن پمپ نیز آشنا شدید. اگر سوالی در این باره دارید سِودا در خدمت شماست. در ضمن باید بگوییم که برای اینکه با طراحی و راه اندازی تاسیسات مکانیکی صفر تا صدش را بدانید، جایت همینجاست. دوره های ویژه برای شما تولید کرده ایم. کافیست گشت و گذاری در سایت بزنید و دوره های مربوط به رشته تاسیسات مکانیکی را مشاهده کنید.
مطالب مربوط به طراحی تاسیسات مکانیکی، فصل به فصل
فصل دوم: مباحث مربوط به انتقال حرارت
فصل سوم : انواع سیستم تهویه مطبوع
فصل چهارم: بررسی سیستم تهویه تبخیری
فصل پنجم : بررسی سیکل تبرید
فصل ششم: مفاهیم حرارت مرکزی
فصل هفتم :مباحث و محاسبات لوله کشی
فصل نهم : مباحث مربوط به فن و هوارسان
فصل دهم :مباحث مربوط به فشار
اصول طراحی و محاسبات بانک خازنی (بررسی و تحلیل جامع پیوست ۵ مبحث ۱۳)
