پمپ انتقال مواد (Slurry Pump)

اسلاری می تواند مخلوطی از هر نوع سیال به همراه مقداری ذرات جامد باشد. ترکیبی از نوع، اندازه، شکل و مقدار ذرات جامد به همراه طبیعت انتقال سیال، مشخصه های دقیق و خواص جریان اسلاری را مشخص می کنند.

مشخصات اسلاری

به طور گسترده اسلاری ها را می توان به دو گروه عمومی اشباع شده و اشباع نشده تقسیم کرد. اسلاری های اشباع نشده شامل ذرات بسیار نرمی هستند که می توانند مخلوط پایدار و یکنواختی ایجاد نموده که باعث افزایش ویسکوزیته سیال می شوند. این اسلاری ها معمولا دارای خواص سایشی کمی هستند اما با توجه به این نکته که آنها معمولا رفتاری مشابه با سیالات معمولی ندارند در هنگام انتخاب پمپ باید توجه ویژه ای لحاظ شود. زمانی که ذرات جامد موجود در اسلاری به اندازه ای باشند که باعث شوند رفتار سیال از رفتار سیال معمولی فاصله بگیرد، آنها را سیالات غیر نیوتنی می نامند.

اسلاری های اشباع شده از ذرات زبر و خنثی تشکیل شده اند که تمایل دارند مخلوط غیر یکنواختی ایجاد کنند، بنابراین باید در محاسبات جریان و توان توجه ویژه ای به عمل آورد. این ذرات زبر و خشن دارای خواص سایشی زیادی هستند و بخش عمده از کاربردهای اسلاری را تشکیل می دهند. به این نوع اسلاری، اسلاری ناهمگن نیز گفته می شود.

پمپ اسلاری چیست؟

پمپ های جابجایی مثبت و انواع خاصی از پمپ ها مورد استفاده قرار می گیرند اما متداول ترین نوع پمپ ها ی اسلاری، پمپ سانتریوفیوژ است.پمپ سانتریفیوژ اسلاری مانند پمپ های سانتریفیوژ مایعات تمیز، با بهره گیری از نیروی گریز از مرکزی که با چرخش پروانه پمپ به دست می آورد نیروی جنبشی به اسلاری وارد می کند. با این وجود، تشابه پمپ های سانتریوفیوژ اسلاری با پمپ های سانتریفیوژ مایعات تمیز همین جا پایان می پذیرد.

در فرایند انتخاب پمپ های سانتریفیوژ اسلاری باید ملاحظاتی از قبیل اندازه پروانه ی پمپ، گذرگاه عبور مواد جامد، آب بندی مناسب حور و انتخاب بهینه جنس قطعات برای رسیدن به عمری طولانی لحاظ شود. این ها ملاحظاتی مقدماتی برای مهندسانی هستند که وظیفه انتخاب جنس متریال برای اجزایی از پمپ را دارند که می بایست نسبت به سایش، فرسایش و خوردگی قطعات در تماس با سیال از خود مقاومت نشان دهند.

برای دستیابی به سرعت های کاری پایین، پمپ های اسلاری اندازه بزرگتری نسبت به پمپ های آب تمیز دارند که این امر باعث کاهش سرعت سیال و کمتر شدن نرخ سایش می شود. یاتاقان ها و محورها نیز بسیار قوتر و صلب تر می باشند.

 اجزاء پمپ اسلاری

پروانه ها

پروانه پمپ ها اصلی ترین قطعه دورانی بوده که معمولاً دارای پره های هستند که نیروی گریز از مرکز را به سیال اعمال کرده و سیال را هدایت می نمایند.

پروانه پمپ های اسلاری معمولاً از نوع ساده و یا از نوع فرانسیس می باشند.

پره های ساده تک خمشه و تخت بوده در حالی که در پره های فرانسیس لبه های ورودی به سمت چشم پروانه امتداد بافته اند.

بعضی از مزایای پره های فرانسیس را می توان به راندمان بالاتر، بهبود مکش و در بعضی از پمپ های اسلاری تا اندازه ای باعث افزایش طول عمر قطعات تحت سایش می شود، که دلیل آن را می توان تا اندازه ای به بهبود زاویه حمله سیال در ورودی دانست.

پره های ساده، در بسیاری از کاربردهای اسلاری، خصوصیات عمر سایشی بهتری نسبت به پره های فرانسیس از خود نشان می دهد و همچنین مواقعی که پروانه های الاستومری مورد نیاز باشد این پروانه ها مشخصه مناسب تری دارند.

تعداد پره های پروانه های پمپ های اسلاری بسته به اندازه ذرات اسلاری معمولاً بین 3 تا 6 عدد متغیر هستند.

پروانه های پمپ های اسلاری معمولاً از نوع بسته می باشند، اما نوع نیمه باز و باز آن در بعضی مواقع برای استفاده در کاربردهای خاص مورد استفاده قرار می گیرند.

در این مواقع پروانه ها عموماً از نوع بسته هستند زیرا این پروانه دارای راندمان بالاتری بوده و در محدوده ی لاینر جلویی دارای سایش کمتری هستند. پروانه های نیمه باز معمولاً در پمپ های کوچک مورد استفاده قرار می گیرند زمانی که انسداد به وسیله ذرات جامد مشکل ساز باشد و از پروانه های باز برای ایجاد نیروی برشی برای پمپاژ کف استفاده می شود.

مشخصه دیگر پروانه پمپ های اسلاری، پره های کمکی در پشت و جلو صفحات پروانه می باشد. این پره ها دارای دو وظیفه اصلی هستند اول کاهش فشار (که باعث مهار آب از برگشت به سمت چشمه پروانه شده و همچنین باعث کاهش فشار در محفظه آب بندی می شود) و دوم با حرکت چرخشی پره ها باعث جلوگیری از رسوب مواد جامد در بین فضای پوسته و پروانه می شوند.

از مهمترین معیار های طراحی پروانه می توان به الگوهای جریان و نرخ سایش داخل پمپ اشاره کرد.

طیف وسیعی از پروانه های استاندارد اکثر کاربردهای نظیر پمپاژ مواد اسلاری را جواب گو هستند اما پروانه هایی با طراحی های غیر استاندارد هم در دسترس هستند.

در ادامه به مواردی از کاربردهای پروانه های غیر استاندارد اشاره می شود.

پمپاژ زغال سنگ: ذرات بزرگ ممکن است باعث بسته شدن پروانه های 5 پره بسته شوند؛ بنابراین یک پروانه ویژه با 4 پره، می تواند مناسب باشد.

پمپاژ مواد فیبری و الیافی: الیاف بلند، می توانند باعث انسداد ورودی پروانه استاندارد پمپ ها شوند؛ بنابراین یک پروانه با محدود کننده کمتر می تواند برای این امر مناسب باشد.

ورودی هد بالا: زمانی که هد ورودی خیلی زیاد باشد و از ظرفیت مقاومت آب بندی های گریز از مرکز بیشتر باشد؛ بنابراین یک پروانه دیفرانسیلی می تواند مناسب باشد.

کاهش قطر پروانه: در بعضی از کاربردهای خاص کاهش قطر پروانه مورد نیاز است و این در صورتی است که سایش بیشتری نسبت به پروانه های با قطر زیاد رخ دهد؛ بنابراین می بایست RPM پروانه کاهش یابد.

کاهش چشمی پروانه: در بعضی از کاربردها با سایش بسیار بالا مانند خروجی آسیاب، یک پروانه ویژه با چشم کوچک می تواند عمر سایشی پروانه را افزایش دهد.

پوسته ها

برای کاهش نرخ سایش در پمپ های اسلاری سرعت سیال در اکثر پوسته های پمپ های اسلاری (( آهسته تر )) از پمپ های آب هستند و درنتیجه باعث کاهش سرعت در ورودی پمپ می شود.

شکل پوسته پمپ های اسلاری، عموماً به صورت حلزونی یا دایره ای شکل با لقی زیاد در نقطه آب شکن می باشد.

راندمان در این نوع از پوسته ها نسبت به پوسته های حلزونی پایین تر بوده ولی در مقابل آن عمر سایشی پوسته افزایش چشمگیری می یابد.

محورها ( شافت ها)

شافت ها در پمپ ها عضو چرخنده ایست که برای انتقال توان و حرکت به پروانه پمپ به کار می رود. شکل هندسی شافت معمولاً به صورت یک استوانه پلکانی است. استفاده از شانه، رزوه و جا خارها بر روی شافت روش بسیار خوبی برای نصب اجزایی مانند پروانه ها، یاتاقان ها و پولی تسمه ها و تحمل بارهای محوری ناشی از آنهاست.

تغییر شکل شافت ها متأثر از استحکام آنها نیست، بلکه تابع سفتی آنهاست که شاخص آن، مدول الاستیسیته ماده است و برای تمامی فولاد ها اصولاً مقدار ثابتی است. به همین علت، مقاومت شافت در مقابل تغییر شکل را نمی توان با انتخاب نوع ماده کنترل کرد، بلکه تنها راه کنترل آن تغییر ابعاد هندسی شافت است. برای به حداقل رساندن تغییر مکان سر شافت، طول بخش پیش آمده آن حتی الامکان بایستی کوتاه باشد.

تحمل بارهای محوری: در مواردی که بارهای محوری قابل ملاحظه باشند، لازم است که به نحوی این بارهای محوری را به شافت و سپس از طریق یاتاقان ها به تکیه گاه منتقل کرد.

انتقال گشتاور پیچشی: بسیاری از شافت ها برای انتقال گشتاور پیچشی به کار می روند. این گشتاور معمولاً توسط یک تسمه ورودی به شافت منتقل می شود، و خود شافت نیز بایستی قادر به تحمل تنش ها و تغییر شکل های پیچشی باشد. اجزاء متداول برای انتقال گشتاور پیچشی بین شافت و اجزاء نصب شده بر روی آن عبارتند از:

• خارها
• هزار خارها
• پیچ های تنظیم
• رزوه ها
• پینها
• انطباق های انقباضی یا فشاری
• انطباق های گوه ای

برای اطلاعات بیشتر در ارتباط با طراحی و محاسبه نیروهای وارده بر شافت ها و دیگر اطلاعات می توان به منابع ذکر شده در انتهای کتاب مراجعه کرد.

یاتاقان ها

یاتاقان ها را برای تحمل بارهای شعاعی خالص، بارهای محوری خالص و یا ترکیبی از این دو نوع بار می سازند.

در این بخش، گزیده ای از انواع یاتاقان های استانداردی که در پمپ های اسلاری ممکن است کاربرد داشته باشد را معرفی می کنیم. بسیاری از شرکت های سازنده یاتاقان، توضیحات فراوانی در مورد انواع مختلف یاتاقان ها در قالب کتابچه های مهندسی و کاتالوگ ها به مشتریان خود ارائه می کنند و می توان اطلاعات مفید و کاربردی فراوانی از این منابع به دست آوردید.

محدوده کاربرد پمپ های اسلاری

پمپ های اسلاری به طور وسعی در واحد های معدنی استفاده می شوند به خصوص در واحدهای که از سیستم های جدایش خیس استفاده می کنند. در این سیستم ها معمولاً حجم زیادی از اسلاری را در حین فرآیند می بایست جا به جا کنند.

همچنین پمپ های اسلاری به طور گسترده ای برای دفع ضایعات و خاکسترهای ناشی از سوخت های فسیلی در نیروگاه ها استفاده می شود. از کاربردهای دیگر پمپ های اسلاری می توان به کارخانجات تولید کود، پروژه های احیاء زمین های بایر، استخراج به وسیله لایروبی و انتقال ذغال سنگ و مواد معدنی در فواصل طولانی اشاره کرد.

افزایش تمرکز جهانی به محیط زیست و مصرف انرژی مطمئناً استفاده از پمپ های اسلاری را در سال های آینده بسیار وسیع تر خواهد کرد.

مفاهیم انتخاب مواد

انتخاب موادی که برای ساخت پمپ های اسلاری مورد استفاده قرار می گیرند فرآیند مشخص و دقیقی ندارند. این فرآیند می بایست تمامی پارامترهای قابل تغییر در مواد اسلاری را در نظر بگیرد و محدودیت های تحمیل شده را در نظر بگیرد. این محدودیت ها می تواند شامل:

• نوع پمپ
• سرعت چرخش پروانه در پمپ
• گزینه های موجود از طیف وسیعی از مدل های قابل دسترسی پمپ ها

اطلاعات اولیه که برای انتخاب مواد مورد نیاز است شامل:

• اندازه ذرات جامدی که می بایست پمپاژ شوند.
• شکل و میزان سختی این ذرات جامد
• خواص خورندگی مایعاتی که توسط پمپ اسلاری منتقل می شوند.

موارد مورد استفاده برای لاینر پمپ و پروانه از دو گروه اصلی تشکیل می شوند

• الاستومرها
• آلیاژ های ریخته گری شده مقاوم به خوردگی و فرسایش

الاستومرها

سه نوع الاستومری که به طور معمول مورد استفاده قرار می گیرد شامل:

لاستیک طبیعی

• مقاومت سایشی عالی برای لاینرها (در برار ذرات جامد تا سایز 2/1 اینچ)، اما برای ذرات جامد 4/1 اینچ دارای محدودیت در پروانه پمپ می باشد.
• برای گوشه های بسیار تیز در اجزاء پمپ ممکن است مناسب نباشد.
• توسط اجزاء جامد بزرگتر و ناخالصی ها ممکن است آسیب ببینند.
• برای اجتناب از خرابی لاینر در گوشه های خارجی پروانه، سرعت محیطی پروانه پمپ از ft/min5400 m/s 27،5 می بایست تجاوز نکند. ( برای کاربردهای مشخص، فرمولاسیون خاص لاستیک در دسترس هستند که اجازه داشتن سرعت محیطی پروانه پمپ را تا ft/min5900  m/s 30  می دهند.)
• برای روغن ها، حلال ها و اسیدهای قوی مناسب نیستند.
• برای دماهای بالاتر از f 170°)  c77°) مناسب نیستند.

 پلی یورتان

• برای لاینر پمپ هایی استفاده می شوند که می خواهند سرعت محیطی بیشتر از ft/min5400  m/s 27،5 را داشته باشند. ( محدودیت استفاده از لاستیک های طبیعی وجود داشته باشد)، و در مواقعی استفاده می شوند که ضربات گاه و بیگاه به پروانه پمپ ها باعث ایجاد خرابی در لاستیک های استاندارد می شود.
• در مواقعی که سایش از نوع بستر لغزنده باشد مقاومت به سایش بیشتری نسبت به حالت ضربات جهت دار دارد.
• نسبت به لاستیک طبیعی، در مقابله با ذرات جامدی که لبه های تیز دارند مقاومت به سایش بیشتری دارند، و در بعضی مواقع در مقابل ذرات جامد نرم نیز مقاومت به سایش بیشتری نسبت به لاستیک های طبیعی دارند.
• برای دماهای بالایf 158° c 70° و محلول های اسیدی و آلکالین ها، اکتون ها، استرها، کلرها و نیتروهیدروکربن ها نامناسب هستند. با تغییر فرمولاسیون، مقاومت دمایی این مواد افزایش می یابد و به تناسب مقاومت سایشی آنها کاهش می یابد.

الاستومرهای مصنوعی

مانند نئوپرن، بوتیل، هیپالون، وایتون نوع A، و غیره دانست. این مواد در کاربردهای شیمیایی مخصوص در شرایط زیر استفاده می شوند.

• مقاومت به سایش پایین تری نسبت به لاستیک های طبیعی دارند.
• مقاومت شیمیایی بالاتری نسبت به لاستیک های طبیعی و پلی یورتان دارند.
• دماهای کاری بالاتری نسبت به لاستیک های طبیعی و پلی یورتان دارند.

آلیاژهای ریخته گری شده مقاوم به خوردگی و سایش

در مواقعی که شرایط برای استفاده از لاستیک ها مناسب نباشد؛ مثل وجود ذرات جامد زبر و یا ذراتی با لبه ای تیز و در حالاتی که پروانه پمپ دارای سرعت های محیطی بالا و یا دمای کاری بالا باشند آلیاژهای ریخته گری شده مقاوم به خوردگی و سایش در قطعات پمپ های اسلاری و پروانه ها مورد استفاده قرار می گیرند.

توجه: پمپ های بدون لاینر عموما تنها در حالت آلیاژی در دسترس هستند.

کاربردها و محدودیت ها

خواص اسلاری

سایش:

سایش، زمانی رخ می دهد که ذرات سخت، تحت فشار و حرکت نسبی در مقابل یک سطح جامد قرار گیرند.

کنده شدن، خرد شدن تحت فشار بالا و خرد شدن تحت فشار پایین

در پمپ های اسلاری سانتریفیوژ سایش در دو منطقه رخ می دهد:

• بین پروانه پمپ در حال دوران و تروت بوش ثابت
• بین بوش محور در حال دوران و پکینگ ثابت

ساییدگی اگرچه تمامی انواع فرسایش و خوردگی را در بر می گیرد ولی با خوردگی فیزیکی کاملاً متفاوت است.

خوردگی فیزیکی

در پمپ های اسلاری نوع فرسایش غالب از نوع خوردگی فیزیکی است. خوردگی فیزیکی شکلی از سایش است که در آن، سطح قطعات پمپ که در تماس با سیال اسلاری هستند توسط ذرات معلق موجود در سیال تخریب می شوند.

در خوردگی فیزیکی انرژی جنبشی از ذرات به سطح منتقل می شود. که این پدیده در سایش رخ نمی دهد.

انتقال انرژی جنبشی از ذرات به سطح باعث ایجاد تنش تماسی زیادی می شود. که این پدیده در سایش رخ نمی دهد.

انتقال انرژی جنبشی از ذرات به سطح باعث ایجاد تنش تماسی زیادی می شود. با وجود اینکه فشار تماسی ناشی از برخورد هر یک از اجزاء ناچیز است، فشاری تماسی کل به دلیل بی قاعدگی اشکال ذرات، زیاد است.

خوردگی فیزیکی به سه نوع تقسیم می شود: بستر لغزان، برخورد تصادفی و برخورد جهت دار

در فرآیند پمپاژ پروانه ها، لاینر ها، پوسته ها با مکانیسم های مختلفی به شرح زیر دچار فرسایش می شوند.

الف) پروانه پمپ ها تحت ترکیبی از برخورد جهت دار ذرات (در لبه ورودی پره ها و پایه پره ها در جایی که به شرود پشتی متصل می شوند)، بستر لغزان و برخورد با زاویه کم ( در طول پره ها و داخل گذرگاه در بین شرود) همواره در معرض فرسایش قرار دارند.

ب) لاینرهای کناری عموماً تحت فرسایش به صورت بستر لغزان و برخورد تحت زاویه کم قرار دارند.

ج) حلزونی ها تحت برخورد مستقیم ذرات در آب شکن و تحت خوردگی فیزیکی به صورت بستر لغزان در سطح هستند.

خوردگی شیمیایی

خوردگی شیمیایی انواع مختلفی دارد بعضی از آنها شامل: خوردگی یکنواخت، گالوانیک، ترک، ایجاد حفره، دانه ای، لیچینگ انتخابی، خوردگی فیزیکی همراه با خوردگی شیمیایی می باشد. که خوردگی فیزیکی همراه با خوردگی شیمیایی در کاربردهای اسلاری مهمترین دلیل تخریب می باشدزیرا دو اثر (خوردگی فیزیکی و شیمیایی) با یکدیگر اثر می کنند و معمولاً شناسایی آنها از یکدیگر سخت می باشد.

در اثر سایش لایه اکسید تشکیل شده بر روی سطوح داخلی پمپ که در تماس با سیال هستند خوردگی شیمیایی و فیزیکی رخ می دهد. (این لایه اکسید محافظ، از اجزاء فلزی پمپ که در تماس با سلاری در حال انتقال در مقابل واکنش های شیمیایی محافظت می کند و در نتیجه از قطعات پمپ در برابر خوردگی شیمیایی محافظت می کند، با این وجود زمانی که سایش به طور مداوم وجود دارد، باعث می شود لایه های زیرین در معرض ذرات ساینده قرار گیرند و خوردگی شیمیایی/فیزیکی افزایش می یابد و باعث از بین بردن فلز می شوند.

بسیاری از محیط های گازی و مایعی باعث تنزل الاستومرها می شوند.

تنوع الاستومرها در توانایی جذب گاز یا سیال و گرایش آنها برای حل شدن در یک سیال متفاوت است. زمانی که جذب و یا انحلال جزئی اتفاق می افتد، در مدول الاستیسیته و استحکام الاستومرها تاثیر زیادی می گذارد.

مقاومت شیمیایی یک اصطلاح عام برای بیان کردن زوال در فلزات است، زمانی که در جریان های پویا و یا ساکن غوطه ور باشند.

در زمینه الاستومرها، مقاومت شیمیایی به مقاومت در برابر سایش و یا مقاومت در برابر اتساع و متعاقب آن از دست دادن استحکام ارجا داده می شود.

غلظت ذرات جامد

وجود ذرات جامد در اسلاری نسبت به آب تمیز به مراتب تأثیر معکوس بیشتری در عملکرد پمپ ها می گذارد. و عمدتاً  به دلایل زیر است:

• لغزش بین ذرات جامد و سیال در هنگام سرعت گرفتن اسلاری در ورودی پروانه پمپ و کاهش سرعت در هنگام ترک کردن پروانه پمپ. این لغزش ذرات جامد و اتلاف انرژی، سرعت ته نشینی ذرات جامد را بیشتر می کند.
• افزایش اتلاف اصطکاکی. این اتلافات با افزایش چگالی (ویسکوزیته) اسلاری افزایش می یابد.

توجه: در ادامه متن منظور از (H) “هد” کلی تولید شده توسط پمپ است، که بر حسب فوت برای سیال واقعی (اسلاری) بیان می شود. برای بیان هد کلی پمپاژ آب از H_w (بر حسب فوت آب) و برای پمپاژ اسلاری از H_m  (بر حسب فوت اسلاری) استفاده می شود.

نسبت هد (HR) زمانی بیان می شود که نسبت بین H_m/H_w  در هنگامی که پمپ، آب ( H_w) و یا مخلوط اسلاری (H_m) را پمپاژ می کند، و پمپ دارای دبی و سرعت ثابتی باشد.

در ابتدا نسبت HR  معادل یک (1) است اما با افزایش غلظت ذرات جامد در مخلوط اسلاری کاهش می یابد. نسبت HR در سیالات اسلاری با اندازه ی ذرات، جرم آنها و البته سرعت غلظت ذرات در اسلاری بستگی دارد.

HR به صورت تئوری قابل محاسبه نیست، اما فرمول تجربی با استفاده از شمار زیادی آزمایشات و سعی و خطاها به دست آمده است و برای بیشتر حالات معتبر است.

 طول لوله کشی

یکی دیگر از موضوعاتی که در تأسیسات انتقال اسلاری باید در نظر گرفت تعیین طول لوله کشی مورد نیاز است. با عبور اسلاری از داخل لوله ها، ایجاد اصطکاک (نیروی پسا) در دیواره لوله ها می کند. پمپ اسلاری در تأسیساتی با طول لوله کشی طولانی تر، باید بر نیروی اصطکاک بیشتری غلبه کنند. قبل از انتخاب هر نوع پمپی می بایست طول لوله کشی ها، جزئیات زانویی ها و اتصالات و انواع لوله ها به درستی تعیین گردد.

قبل از انتخاب پمپ، ارتفاع عمودی حقیقی (هد استاتیکی) که اسلاری باید بر آن غلبه کند باید تعیین شود. که این ارتفاع به راحتی با مراجعه به تأسیسات و اندازه گیری ارتفاعات عمودی درگیر و یا از روی نقشه ها به دست می آید. در ارتباط با لوله کشی ها، به دست آوردن و نقشه برداری این اطلاعات امری حیاتی است. تغییرات و عدم محاسبات دقیق بر ارتفاع عمودی حقیقی (محاسبه آن معمولاً از خط تراز سیال در قسمت مکش پمپ تا نقطه ی  خروجی و یا بالاترین نقطه در خط است)

تأثیرات عمده ای بر خروجی پمپ های سانتریفیوژ می گذارد. بنابراین ارتفاعات واقعی عمودی باید با دقت زیادی تعیین شوند (تلرانس cm 50). برای اطلاعات بیشتر برای این عناصر مهم در پمپاژ اسلاری به فصل 7 مراجعه شود.

سایز لوله

انتخاب قطر بهینه لوله ها در سیستم های پمپاژ اسلاری امری مهم است. استفاده از لوله های با قطر کوچک، می تواند منجر به کاهش نرخ جریان و یا افزایش توان مصرفی شود. به عنوان مثال یک جریان اسلاری نمونه با نرخ جریان liter/min 6000 و به ارتفاع m100 پمپاژ می شود. در صورت استفاده از لوله 4 اینچی اصطکاکی معادل m 1194 را ایجاد می کند حال اگر از یک لوله 6 اینچی استفاده شود اصطکاکی معادل m  163 ایجاد می کند. و در صورت استفاده از لوله 4 اینچی توان تئوری مورد نیاز حدودا kw 2013 خواهد بود در حالی که در لوله 6 اینچی این توان kw266 می باشد.

سرعت اسلاری در لوله ها ( به وسیله دبی جریان و قطر لوله تعیین می شود – به جداول و ضمائم مراجعه شود) باید محاسبه شود و این سرعت باید به اندازه کافی باشد تا بتواند ذرات جامد موجود در سیال در طی پمپاژ به صورت معلق باقی بماند. در صورتی که سرعت کافی نباشد منجر به ته نشینی تدریجی ذرات معلق درون لوله ها شده و به دنبال آن انسداد لوله ها را به همراه دارد.

منحنی های عملکرد پمپ

برای درک عملکرد پمپ های سانتریفیوژ، درک نحوه و چگونگی تعیین و نمایش عملکرد پمپ ها ضروری است.

عملکرد پمپ اسلاری معمولاً به شکل منحنی عملکرد هد تولیدی بر حسب دبی در سرعت ثابت رسم می شود. هر پمپ منحصراً با آب (معمولاً از آب تمیز استفاده می شود) و در سرعت های مختلف تست می شود تا محدوده عملکرد پمپ به دست آید.

منحنی های مقاومت سیستم

ویژگی های پمپ سانتریفیوژ اجازه داشتن ظرفیت خروجی ثابتی (همانند پمپ های جا بجایی مثبت) نمی دهد بلکه فشار پشت سیستم لوله کشی را متعادل می کند. اصطکاک در هر سیستم لوله کشی با افزایش نرخ دبی، افزایش می یابد که می توان آن را رسم کرد و با عنوان منحنی مقاومت سیستم شناخته می شود.

پمپ های سانتریفیوژ اسلاری برای موفق شدن در رساندن اسلاری به خروجی سیستم لوله کشی می بایست بر هد استاتیکی و مقاومت سیستم غلبه کنند.

منحنی مقاومت سیستم برای هر سیستم لوله کشی منحصر به فرد و غیر قابل تغییر است مگر اینکه تغییر و تعویضی در سیستم لوله کشی انجام شود به عنوان مثال:

• افزایش و یا کاهش طول لوله کش
• تعویض اتصالات
• تغییر قطر لوله ها
• تغییر هد استاتیکی

این اصطکاک ها معمولاً برای آب تمیز محاسبه می شوند و برای استفاده از اسلاری ها با غلظت های متنوع اصلاح می شوند.

تعیین منحنی مقاومت سیستم زمانی مهم است که بخواهیم ارزیابی درستی از کارکرد پمپ اسلاری و سنجش نقطه کاری و تاثیر آن بر روی تغییرات نرخ دبی واقعی داشته باشیم.

منحنی های سیستم  برای مشخص کردن تغییر سرعت های پمپ و یا تغییرات به وجود آمده در سیستم لوله کشی مفید هستند.

 دیگر محدودیت های طراحی

آب بندی محور

آب بندی محور یکی از مهم ترین اجزای مکانیکی هر پمپ اسلاری سانتریفیوژ است و با توجه به هر یک از سیستم های منحصر به فرد پمپ ها، نوع مناسب آب بندی با دقت می بایست انتخاب شود. سه نوع متداول از آب بندی ها به شرح زیر می باشد.

آب بندی گریز از مرکز (دینامیکی)

یک آب بندی دینامیکی و خشک زمانی که پروانه پمپ در حال چرخش است، عمل می کند و در زمانی که پمپ ساکن و خاموش باشد عمل نمی کند و آب بندی ثانویه زمانی که پمپ ساکن است، آب بندی را انجام می دهد. آب بندی ثانویه می تواند یک زبانه آب بندی لاستیکی و یا یک پکینگ روانکاری شده با گریس باشد.

آب بندی گریز از مرکز از پره هایی در پشت پروانه پمپ به همراه اکسپلری چرخان و هم جهت با پروانه که در یک محفظه جداگانه در پشت پروانه قرار دارد، تشکیل شده است. اکسپلر همانند یک توربین، فشار ناشی از اسلاری که در پشت پروانه تلاش می کنند تا خارج شوند را کاهش می دهد.

اکسپلر با ایجاد فشار در محفظه آن مانع عبور اسلاری از آب بندی ثانویه می شود.

آب بندی گریز از مرکز، به خاطر سادگی و موثر بودنشان همواره به عنوان متداول ترین روش آب بندی در پمپ های اسلاری کاربرد دارند، اما محدودیت های با توجه به فشار ورودی پمپ و سرعت پمپ (rpm) دارند. اطلاعات مربوط به محدودیت های اجرا آب بندی یک پمپ سانتریفیوژ با یک سایز مشخص آورده شده است.

آب بندی با نوار گرافیکی (آب بندی گلند)

آب بندی نرم گلند پکینگ، دومین روش آب بندی متداول در کاربردهای اسلاری می باشد. آب بندی نوار گرافیکی شامل تعدادی رینگ نرم فشرده در داخل محفظه ی ( stuffing box) و یک بوش محافظ بر روی محور پمپ می باشد در این نوع آب بندی برای پیشگیری از تولید گرمای بیش از حد ناشی از اصطکاک نیازمند روغن کاری و خنک کاری پیوسته به وسیله ی سیال تمیز مابین بوش محور مدور و پکینگ فشرده می باشد.

کیفیت و فشردگی آب بندی گلند از اهمیت زیادی برخوردار است و می بایست مناسب با شرایط کاری تطبیق داده شود.

از این چیدمان آب بندی گلند نیز با جایگزینی کردن محدود لنترهای از جنس فولاد ضد زنگ با تلرانسی بسته برای آب بندی جریان های کم مورد استفاده قرار می گیرند. این اقدام باعث کاهش مصرف آب در بخش گلند به نصف می شود.

آب بندی مکانیکی

آب بندی مکانیکی به طور گسترده در کاربردهای مکانیکی مورد استفاده قرار نمی گیرند ولی استفاده آنها در مواقع خاص در حال افزایش است. آب بندی مکانیکی از دو صفحه ثابت و متحرک تشکیل شده است که به وسیله نیروی مکانیکی و هیدرولیکی به یکدیگر فشرده می شوند و از نشتی جلوگیری می کنند.

برای تولید این صفحات آب بندی معمولاً از گرید آلفا سیلیکون کارباید و یا تنگستن کارباید استفاده می شود.

استفاده از آب بندی مکانیکی نیازمند توجه ویژه به محدودیت ها و ضریب اطمینان این نوع از آب بندی های در حال توسعه می باشد. قیمت این نوع آب بندی معمولاً بالا می باشد.

متخصصان به صورت مستمر در حال گسترش این نوع از آب بندی ها هستند که قابلیت اطمینان بیشتر و هزینه ساخت پایین تری داشته باشند که سبب افزایش استفاده از این نوع آب بندی ها می شوند. استفاده از آب بندی های مکانیکی زمانی که استفاده از آب بندی های گریز از مرکز امکان پذیر نباشد و بهترین زمینه برای استفاده از آب بندی های مکانیکی را مهیا می کند.

یکی از مزایای زیرکانه در برخی از طراحی های پمپ ها آن است که یک یاتاقان ضد سایشی بر روی محور، به صورت ثابت قرار می دهند، زمانی که سایر تولیدکنندگان اجازه حرکت یاتاقان های شعاعی به داخل هوزینگ را می دهند. در این نوع طراحی یاتاقان در محل خود ثابت می شود. این ویژگی در اتصال پایه کوتاه پروانه و عرض روتور نقش داشته و باعث مقاومت به خوردگی و سایش می شود. علاوه بر این فاصله ی کوتاه تر محور بین یاتاقان شعاعی ثابت با صفحات آب بندی مکانیکی احتمال مواجه با مشکل افزایش حرارت و در نتیجه افزایش فشار در صفحات آب بندی را کاهش می دهد. این یکی از بهترین راه ها برای ایجاد یک محیط مکانیکی است که بیشترین طول عمر کارکرد برای آب بندی های مکانیکی را ایجاد می کند.

مخازن پمپ (پمپ مخزنی)

معمولاً برای کاربردهای با هد کم الی متوسط پمپ مورد استفاده قرار می گیرد، در مواقعی که می بایست هد و دبی پمپ ثابت باشد (و یا تقریباً ثابت)، برای به کار انداختن پمپ با سرعتی ثابت که اجازه می دهد سطح سیال در سمت مکش پمپ به صورت یکنواخت کاهش یابد.

تغییرات یکنواخت در سطح سیال معمولاً با استفاده از مخزن پمپ و یا مخازن مختلف تغذیه امکان پذیر است.

 ویژگی های مهم طراحی در زیر آمده است.

الف) ارتفاع مخزن برای ذخیره مناسب، کافی باشد.

ب) کف مخزن باید حداقل 30 درجه شیب داشته باشد تا مانع تجمع و ته نشینی ذرات جامد شود.

ج) سطح آزاد سیال باید کافی باشد تا با الگوی منظم باعث انتشار مداوم هوا و کف در سطح آزاد سیال شود.

د) لوله خروجی از کف مخزن باید حداقل دارای 30 درجه شیب باشد تا هوای داخل لوله بتواند به راحتی خارج شود ( به خصوص در زمان راه اندازی )

ه ) لوله مکش باید تا حد امکان کوتاه باشد، برای تسهیل در خروج هوای داخل لوله در زمان شروع به کار کردن پمپ در زمانی که پمپ از مدار خارج شده و یا در زمانی که پمپ قدرت مکش خود را از دست داده باشد.

و ) لوله مکش باید با کوپلینگ انعطاف پذیر مناسبی تا فلنچ پمپ داشته و قابل جدا شدن باشد، تا دسترسی به پمپ را برای نگهداری و تعمیر فراهم کند. سیستم لوله کشی می بایست مستقل از پمپ باشد.

ز ) زمانی که پمپ مواد فوم و یا اسلاری های کف آلود با ویسکوزیته بالا را جا به جا می کند استفاده از یک لوله تنفسی توصیه می شود.

ح ) لوله مکش باید دارای خط تخلیه باشند تا در صورت نیاز، پمپ و مخزن توسط آن تخلیه شوند.

قفل هوا ( گرفتگی هوا )

پمپ های افقی که به صورت ثقلی از مخزن با اسلاری های کف آلود تغذیه می شوند، ممکن است عملکرد (سیکل)  ناپایداری داشته باشند. خروجی پمپ، بین دبی صفر تا حداکثر نوسان پیدا می کند.

گرفتگی هوا به صورت مقطعی باعث این عملکرد سیکلی می شود. حرکت گریز از مرکز پروانه پمپ، مواد اسلاری را از چشم پروانه دور می کند، و حباب های در حال رشد در چشم پروانه به دام می افتند. این تجمع هوا مانع از حرکت مواد اسلاری و کف از مخزن به پمپ می شودکه نهایتاً دبی پمپ را به صفر کاهش می دهد. به تبع آن سطح آزاد سیال بر روی ورودی پمپ افزایش می یابد تا زمانی که برای فشرده سازی حباب ها مناسب باشد و باعث شود کف و مواد اسلاری به پروانه پمپ برسند و دبی دوباره احیا شود. پس از مدتی هوا دوباره در چشمه تجمع می کند و این سیکل تکرار می شود.

اگر سطح و ارتفاع سیال در مخزن مکش کافی نباشد تا حباب های هوا به دام افتاده را فشرده کنند، دبی جریان دوباره برقرار نخواهد شد مگر آنکه پمپ برای مدت طولانی خاموش شود و حباب های هوا اجازه خارج شدن پیدا کنند.

با استفاده از لوله هواگیری که اجازه می دهد هوای محبوس شده به صورت مستمر خارج شوند می توان قفل هوا (گرفتگی هوا) را از بین برد و یا آن را به حداقل رساند.

این چیدمان همانند چیدمان در لوله های هواگیری معمولی است با این تفاوت که سر لوله های هواگیری تا چشم پروانه امتداد پیدا می کند. (برای رسیدن به حباب هوای محبوس شده توسط عمل گریز از مرکز). مخزن نیز عموماً بزرگتر از حد معمول است تا فشار بر روی حباب های به دام افتاده افزایش یابد.

بعضی مواقع یک بافل مورب در مخزن نصب می شود تا احیا و تشکیل کف به حداقل برسد و به هوا اجازه خارج شدن بدهد. لوله تغذیه از مخزن باید به صورت مخلوطی شکل و یا حرمی شکل باشد تا سطح ورودی کف افزایش یافته و تا حد ممکن به پمپ نزدیک باشد.

راه حل دیگر دادن زاویه 315 و یا 270 به حلزونی پمپ است که از محبوس شدن حباب هوا در قسمت فوقانی پوسته به وسیله آب شکن جلوگیری می کند. این حباب های محبوس شده هنگامی که پمپ روشن می شود از مقابل چشم پروانه جا به جا می شوند.

پمپ هایی که قطر دهانه مکش آنها بزرگتر طراحی می شوند در کاهش مشکلات ناشی از پمپاژ اسلاری های کف آلود موفق تر هستند.

اتلاف هد در خروجی تجهیزات تحت فشار

هد سرعت خروجی H_ve باید به عنوان اتلاف هد در نظر گرفته شود زمانی که اسلاری تحت فشار در داخل تجهیزات تحت فشار، تخلیه می شود. (شکل 3-16)

H_d=Z_d+H_fd+ H_ve+H_pf

=H_gd+H_vd

در جایی که H_ve تقریباً با H_vd برابر بوده و با هد سرعت در لوله در نقطه ای که H_pf به وسیله گیج اندازه گیری می شود برابرند.

خطر ترکیدن پمپ

در زمانی که لوله های مکش و تخلیه در پمپ های گریز از مرکز، به طور همزمان بسته شوند خطر بالقوه ترکیدگی در هر نوع از پمپ های گریز از مرکز وجود دارد. این گرفتگی ممکن است باعث تبخیر سیال به دام افتاده در پمپ شده و باعث ترکیدگی شدید پوسته پمپ شود.

وقتی پمپ های سانتریفیوژ در کاربردهای اسلاری مورد استفاده قرار می گیرند به خاطر طبیعت مواد پمپ شونده این خطر بالقوه بیشتر می شود. این خطر به دلیل ته نشینی ذرات در مخلوط اسلاری در لوله تخلیه و انسداد آن غیر قابل تشخیص می باشد. همین وضعیت نیز باعث انسداد در لوله مکش می شود. ادامه کارکرد پمپ در این شرایط بسیار خطرناک است.

زمانی که موقعیت نصب پمپ، مستعد بروز این اتفاقات است باید اپراتورها تمهیدات پیشگیرانه ای برای این وضعیت بگیرند.