پمپ های خود پرایمینگ چیست و چگونه می توان پمپ های مناسب را برای سیستم خود انتخاب کرد؟

پمپ های خود پرایمینگ یکی از با ارزش ترین نوآوری های عملی در مهندسی جابجایی سیالات است. برخلاف پمپ‌های گریز از مرکز استاندارد که نیاز دارند محفظه و خط مکش پمپ قبل از راه‌اندازی به طور کامل با مایع پر شود، پمپ‌های خود پرایم‌شونده می‌توانند هوا را از خط مکش خود خارج کرده و به طور خودکار پرایم کنند - حتی زمانی که پمپ بالای منبع سیال نصب شده باشد. این قابلیت نیاز به روش‌های پرایمینگ دستی، شیرهای پایی یا سیستم‌های کمک خلاء خارجی را از بین می‌برد و پیچیدگی نصب، نیازهای تعمیر و نگهداری و خطر آسیب خشک را در برنامه‌هایی که در آن منبع سیال متناوب است یا پمپ پس از دوره‌های طولانی مدت بیکاری کار می‌کند، به‌طور چشمگیری کاهش می‌دهد. از مدیریت فاضلاب شهری و سیستم‌های فرآیند صنعتی گرفته تا پمپاژ آب‌جوش دریایی و آبیاری کشاورزی، پمپ‌های خود پرایمینگ قابلیت اطمینان عملیاتی را در شرایطی ارائه می‌کنند که باعث از کار افتادن پمپ‌های معمولی یا نیاز به مداخله مداوم اپراتور می‌شود.

نحوه عملکرد پمپ های خود پرایمینگ

اصل کارکرد اصلی یک پمپ خود پرایمینگ بر توانایی آن در مخلوط کردن هوا با مایع باقیمانده در محفظه پمپ متمرکز است و محیطی با فشار کاهش یافته در ورودی پروانه ایجاد می کند که سیال را به سمت خط مکش می کشد. هنگامی که یک پمپ خود پرایمینگ با هوا در خط مکش خود شروع به کار می کند، پروانه در مایع باقی مانده از چرخه عملیات قبلی می چرخد. این چرخش یک عمل گریز از مرکز ایجاد می کند که مایع را به بیرون پرتاب می کند و همزمان هوا را از ورودی مکش به چشم پروانه می کشد. هوا و مایع در گذرگاه های پروانه با هم مخلوط می شوند و به یک محفظه جداسازی تخلیه می شوند، جایی که مایع سنگین تر به سمت پروانه می افتد در حالی که هوای سبک تر از طریق تخلیه خارج می شود. این چرخه چرخش ادامه می یابد، به تدریج هوا از خط مکش تخلیه می شود و فشار در ورودی پمپ کاهش می یابد تا زمانی که فشار اتمسفر بر سطح سیال در منبع تغذیه، مایع را به سمت لوله مکش و به پمپ فشار دهد. پس از پر شدن کامل با مایع، پمپ به طور یکپارچه به عملیات پمپاژ گریز از مرکز معمولی تبدیل می شود.

زمان پرایمینگ - مدت زمان مورد نیاز برای تخلیه خط مکش و ایجاد جریان کامل مایع - به عوامل مختلفی از جمله ارتفاع بالابر مکش، طول و قطر لوله مکش، حجم هوای تخلیه شده و کارایی طراحی پمپ در جابجایی هوا بستگی دارد. یک پمپ خود پراینگ با طراحی خوب که در بالابرهای مکش معمولی 4 تا 6 متر کار می کند، در شرایط عادی ظرف 30 تا 90 ثانیه به پرایم کامل می رسد. حداکثر بالابر مکش عملی برای پمپ های گریز از مرکز به طور کلی به 7-8 متر توسط محدودیت های فیزیکی فشار اتمسفر محدود می شود، اگرچه برخی از طرح های خود پرایمینگ با جابجایی مثبت می توانند در بالابرهای مکش بیشتر کار کنند.

انواع اصلی پمپ های خود پرایمینگ

قابلیت خود پرایمینگ در چندین نوع متمایز فناوری پمپ گنجانده شده است که هر کدام از رویکردهای مکانیکی متفاوتی برای تخلیه هوا استفاده می کنند و برای نیازهای کاربردی مختلف از نظر سرعت جریان، فشار، نوع سیال و جابجایی مواد جامد مناسب هستند.

پمپ های گریز از مرکز خود پراینگ

پمپ های سانتریفیوژ خود پراینگ پرکاربردترین نوع در کاربردهای صنعتی، شهری و کشاورزی هستند. آنها دارای یک محفظه پیچشی بزرگ با یک مخزن مایع یکپارچه هستند که حجم مایع پرایمینگ را هنگام خاموش شدن پمپ حفظ می کند. اصل چرخش که در بالا توضیح داده شد از این مایع باقی مانده برای تخلیه تدریجی خط مکش استفاده می کند. بیشتر پمپ‌های گریز از مرکز از پروانه نیمه باز یا بسته استفاده می‌کنند که پروانه‌های نیمه باز تحمل بهتری برای مواد جامد و فیبری دارند. این پمپ ها در طیف گسترده ای از اندازه ها و مواد - از واحدهای فولاد ضد زنگ کوچک برای فرآوری مواد غذایی گرفته تا پمپ های چدن بزرگ برای فاضلاب و پساب صنعتی - در دسترس هستند و بسته به اندازه و پیکربندی، می توانند جریان هایی از چند لیتر در دقیقه تا هزاران متر مکعب در ساعت را مدیریت کنند.

پمپ های زباله خود پراینگ

پمپ‌های زباله زیرمجموعه‌ای تخصصی از پمپ‌های گریز از مرکز خود پرایم‌شونده هستند که به طور خاص برای کنترل سیالات حاوی ذرات جامد بزرگ، زباله‌ها، پارچه‌ها و مواد فیبری طراحی شده‌اند که باعث مسدود شدن پروانه‌های پمپ استاندارد می‌شوند. آنها دارای فاصله پره پروانه گسترده، دهانه های بزرگ پورت، و طراحی های بدنه محکم هستند که به ذرات جامد با قطر 50 تا 75 میلی متر اجازه عبور بدون ایجاد انسداد را می دهد. پمپ های زباله خود پرایم شونده به طور گسترده در آبگیری محل ساخت و ساز، پمپاژ بای پس فاضلاب، پاسخ به سیل، و عملیات معدنکاری استفاده می شود که در آن سیال پمپ شده همواره حاوی بار جامد قابل توجهی است. پروانه ها معمولاً طرح های نیمه باز یا گردابی هستند که در ازای قابلیت عبور مواد جامد که باعث می شود این پمپ ها در شرایط صحرایی واقعاً کاربردی باشند، مقداری راندمان هیدرولیکی را قربانی می کنند.

پمپ های توربین احیا کننده خود پرایمینگ

پمپ‌های توربین احیاکننده - که پمپ‌های محیطی یا پمپ‌های کانال جانبی نیز نامیده می‌شوند - از مکانیزم هیدرولیکی متفاوتی نسبت به پمپ‌های گریز از مرکز استفاده می‌کنند، با یک پروانه دندانه‌دار که در یک کانال حلقوی با تحمل نزدیک می‌چرخد که در هر چرخش، تکانه‌های انرژی متعددی به سیال می‌رساند. این طراحی فشار هد بسیار بالاتری نسبت به پمپ‌های گریز از مرکز با اندازه و سرعت قابل مقایسه ایجاد می‌کند و باعث می‌شود پمپ‌های توربین احیاکننده برای کاربردهای فشار بالا و جریان کم مانند تغذیه دیگ بخار، برگشت میعانات بخار و تزریق مواد شیمیایی مناسب باشند. فاصله‌های باریک در پمپ‌های توربین احیاکننده باعث عدم تحمل جامدات یا مواد ساینده می‌شود، اما به طور طبیعی ویژگی‌های خود پرایم‌شوندگی خوبی به آن‌ها می‌دهد، زیرا فاصله‌های تنگ پروانه به محفظه به حفظ لایه مایع مورد نیاز برای پرایمینگ حتی پس از دوره‌های طولانی مدت بیکاری کمک می‌کند.

پمپ های جابجایی مثبت خود پراینگ

چندین نوع پمپ جابجایی مثبت به دلیل مکانیسم عملکردی خود ذاتاً خود پرایم می شوند. پمپ‌های پروانه‌ای انعطاف‌پذیر، پمپ‌های پریستالتیک (شلنگ)، پمپ‌های دیافراگمی، و پمپ‌های لوب چرخشی، همگی حجم‌های مجزایی ایجاد می‌کنند که در ورودی منبسط می‌شوند و در خروجی منقبض می‌شوند و مکشی ایجاد می‌کنند که می‌تواند هم مایع و هم هوا را بدون نیاز به وجود مایع در ابتدا بکشد. این پمپ ها می توانند به آسانسورهای مکشی بسیار بیشتر از پمپ های خود پرایم گریز از مرکز دست یابند - برخی از پمپ های دیافراگمی برای بالابرهای مکش تا 9 متر یا بیشتر رتبه بندی می شوند - و در مورد پروانه های انعطاف پذیر یا طرح های دیافراگمی می توانند بدون آسیب کار کنند. آنها به ویژه در کاربردهای اندازه گیری، دوز و انتقال که در آن کنترل دقیق جریان و سازگاری شیمیایی در کنار عملکرد خود پرایمینگ اولویت دارند، ارزشمند هستند.

مقایسه عملکرد انواع پمپ های خود پرایمینگ

انتخاب مناسب ترین نوع پمپ خود پرایمینگ مستلزم درک پوشش عملکرد و محدودیت های هر فناوری است. جدول زیر یک نمای کلی مقایسه ای از پارامترهای کلیدی ارائه می دهد که انواع اصلی را متمایز می کند.

کاربردهای کلیدی که در آن پمپ های خود پرایمینگ ضروری هستند

پمپ های خود پراینگ صرفاً جایگزین مناسبی برای پمپ‌های استاندارد نیستند - در بسیاری از کاربردها، قابلیت پرایمینگ آن‌ها به جای یک اولویت، یک ضرورت واقعی عملیاتی است. چندین صنعت به عملکرد خود پرایمینگ به عنوان یک نیاز اساسی وابسته هستند.

آبگیری سایت ساختمانی

حفاری‌های ساختمانی، ترانشه‌ها و گودال‌های فونداسیون، آب زیرزمینی و باران را جمع‌آوری می‌کنند که باید به طور مداوم حذف شوند تا شرایط ایمن و قابل کار حفظ شود. پمپ های آبگیری در سایت های ساختمانی به طور معمول بین مکان ها جابجا می شوند، به سرعت راه اندازی می شوند و توسط پرسنلی که متخصص پمپ نیستند کار می کنند. پمپ های زباله خود پرایمینگ ابزار استاندارد در این زمینه هستند زیرا می توانند در بالای سطح آب قرار گیرند، بدون مراحل پر کردن شروع به کار کنند، زباله ها و گل و لای اجتناب ناپذیر در آب محل را مدیریت کنند و با حداقل تلاش جابه جا شوند. پمپ‌های گریز از مرکز خود پرایم‌شونده موتوری برای مکان‌های دور بدون منبع تغذیه ترجیح داده می‌شوند، در حالی که پمپ‌های خود پراینگ برقی برای مکان‌هایی با برق شبکه یا ژنراتور مناسب هستند.

آبیاری کشاورزی و انتقال آب

سیستم‌های آبیاری که از رودخانه‌ها، حوضچه‌ها یا مخازن باز کشیده می‌شوند، اغلب به پمپ‌های گریز از مرکز نصب شده در بالای سطح آب متکی هستند. نوسانات فصلی سطح آب به این معنی است که بالابر مکش در طول سال متفاوت است و پمپ باید پس از دوره های خاموشی بدون مداخله دستی، به طور خودکار پرتاب شود. پمپ‌های خود پرایم‌شونده نیاز به شیرهای پایی را از بین می‌برند - شیرهای چک فنری که در پایین لوله مکش نصب می‌شوند تا از جریان برگشتی و حفظ پرایم جلوگیری کنند - که مستعد گرفتگی با زباله هستند و نیاز به بازرسی و تعویض منظم در شرایط مزرعه دارند.

پمپاژ دریایی و بیلج

پمپ‌های آب‌گیری روی کشتی‌ها باید قادر به حذف آبی باشند که در پایین‌ترین نقاط بدنه تجمع یافته است، اغلب در حالی که پمپ به خوبی بالاتر از سطح آب آب‌ریز نصب شده است. قابلیت خود پرایمینگ در این زمینه یک الزام مطلق است - یک پمپ آبگیر که نمی تواند به طور خودکار خود را پر کند، در صورت تجمع آب در حالی که کشتی بدون مراقبت است، هیچ محافظتی ایجاد نمی کند. پمپ‌های پروانه‌ای انعطاف‌پذیر و پمپ‌های دیافراگمی به‌طور گسترده در کاربردهای آب‌شکن دریایی مورد استفاده قرار می‌گیرند، زیرا عملکرد خود پرایمینگ آن‌ها ذاتی مکانیزم عملیاتی آن‌ها است، اندازه جمع و جور آن‌ها با محدودیت‌های فضایی تاسیسات دریایی مطابقت دارد، و می‌توانند زباله‌های جامد گاه به گاه موجود در آب‌های آب‌شکن را مدیریت کنند.

فاضلاب شهری و صنعتی

ایستگاه‌های پمپاژ فاضلاب و سیستم‌های انتقال پساب صنعتی اغلب از پمپ‌های خود پرایم شونده در پیکربندی‌های روی زمین به عنوان جایگزینی برای نصب پمپ شناور در چاه‌های مرطوب استفاده می‌کنند. تاسیسات خود پرایمینگ در سطح زمین مزایای نگهداری قابل توجهی را ارائه می دهند - پمپ و موتور برای بازرسی، سرویس و جایگزینی کاملاً در دسترس هستند بدون اینکه روش های ورود به فضای محدود مورد نیاز برای دسترسی به چاه مرطوب باشد. پمپ های فاضلاب خود پرایم شونده به طور خاص با قابلیت عبور مواد جامد با قطر زیاد و هندسه پروانه غیر گرفتگی برای رسیدگی به طیف گسترده ای از مواد موجود در فاضلاب خام، از جمله پارچه های پارچه ای، دستمال مرطوب و جامدات فیبری که باعث ایجاد مشکلات انسداد مزمن در پمپ های با فاصله کم می شوند، طراحی شده اند.

فاکتورهای حیاتی که باید هنگام انتخاب یک پمپ خود پرایمینگ در نظر گرفت

انتخاب پمپ خود پرایمینگ مناسب شامل ارزیابی مجموعه ای از پارامترهای کاربردی وابسته به هم است. نادیده گرفتن هر یک از این عوامل می تواند منجر به پمپی شود که به طور قابل اعتماد پرتاب نمی شود، جریان یا فشار ناکافی ارائه می دهد، دچار خرابی مکانیکی زودرس می شود یا نیاز به مداخله تعمیر و نگهداری بیش از حد دارد.

• بالابر مکش و سر مکش مثبت خالص موجود (NPSHa): بالابر مکش واقعی را در بدترین شرایط عملیاتی -معمولاً پایین ترین سطح سیال مورد انتظار- محاسبه کنید و تأیید کنید که در محدوده توانایی نامی پمپ قرار دارد. بررسی کنید که NPSHa از NPSHr پمپ (الزامی) با یک حاشیه کافی، معمولاً حداقل 0.5 تا 1.0 متر بیشتر است تا از ایجاد حفره در طول کارکرد عادی جلوگیری شود.
• نرخ جریان و هد مورد نیاز: نرخ جریان طراحی و کل هد دینامیکی - مجموع هد استاتیک، تلفات اصطکاک در سیستم لوله‌کشی و هرگونه فشار مورد نیاز در نقطه تحویل - را در شرایط عملیاتی تعریف کنید. پمپی را انتخاب کنید که منحنی عملکرد آن این نقطه کار را در محدوده عملکرد توصیه شده، در نزدیکی بهترین نقطه بازده (BEP) پمپ قطع کند.
• ویژگی های سیال: ویسکوزیته، چگالی، دما، pH، ترکیب شیمیایی، محتوای جامدات و ساینده بودن سیال پمپ شده، همگی بر انتخاب مواد، نوع پروانه، مشخصات مهر و موم و توانایی پمپ در حفظ مایع پرایمینگ تأثیر می‌گذارند. سیالات نزدیک به نقطه جوش خود در ورودی پمپ، به دلیل تشکیل بخار که با مکانیسم پرایمینگ تداخل می کند، شرایط چالش برانگیزی را برای خود پرایمینگ ایجاد می کنند.
• الزامات جابجایی مواد جامد: حداکثر اندازه ذرات و غلظت مورد انتظار را در سیال پمپ شده مشخص کنید و تأیید کنید که قطر عبوری مواد جامد نامی پمپ از این بیشتر است. برای جامدات الیافی یا رشته ای، طراحی پروانه گردابی یا نیمه باز با فاصله های وسیع به پروانه بسته بدون توجه به جریمه کارایی مربوطه ترجیح داده می شود.
• خطر و محافظت در برابر دویدن خشک: اگر احتمال واقعی خشک شدن پمپ وجود دارد - به دلیل قطع منبع، خرابی سیستم کنترل، یا خطای اپراتور - یک نوع پمپ با تحمل خشکی ذاتی مانند پمپ دیافراگمی یا پریستالتیک انتخاب کنید، یا دستگاه‌های حفاظت از کارکرد خشک شامل سنسورهای جریان، سوئیچ‌های سطح یا محافظ موتور مبتنی بر ترمیستور را مشخص کنید.
• منبع تغذیه و محیط نصب: در نظر بگیرید که آیا درایو موتور الکتریکی، درایو موتور دیزل، درایو پنوماتیک یا درایو هیدرولیک به بهترین وجه با در دسترس بودن نیرو، طبقه‌بندی خطر انفجار و الزامات قابل حمل مناسب است. برای نصب در فضای باز، رتبه حفاظت از ورود موتور را مطابق با شرایط محیطی بررسی کنید و نیاز به محافظت در برابر یخ زدگی را در آب و هوای سرد که در آن مایع پرایمینگ باقی مانده در طول دوره های خاموشی منجمد می شود، در نظر بگیرید.

دستورالعمل های نصب برای عملکرد قابل اعتماد پمپ خود پرایمینگ

نصب صحیح به اندازه انتخاب صحیح پمپ برای عملکرد خود پرایمینگ قابل اعتماد مهم است. یک پمپ کاملاً مشخص که با خطاهای طراحی نصب شده باشد، رفتار پرایمینگ دائمی ضعیف و سایش مکانیکی زودرس را نشان می‌دهد، در حالی که پمپی که به درستی نصب شده باشد، با حداقل تعمیر و نگهداری برای طول عمر طراحی کامل خود، به طور قابل اعتماد کار می‌کند.

• لوله مکش را تا حد امکان کوتاه و مستقیم نگه دارید: هر متر اضافی طول لوله مکش و هر زانویی یا اتصالات مقاومت در برابر اصطکاک را افزایش می دهد و حجم هوایی را که باید در طول پرایمینگ تخلیه شود افزایش می دهد. یک لوله مکش کوتاه با قطر زیاد با حداقل خمیدگی زمان پرایمینگ را به حداقل می رساند و خطر شکست پرایمینگ را در حداکثر بالابر مکش کاهش می دهد.
• اطمینان حاصل کنید که لوله مکش به طور مداوم به سمت پمپ شیب دارد: هر نقطه پایینی در لوله مکش که در آن هوا می تواند جمع شود، یک حفره هوا را تشکیل می دهد که پمپ باید به طور مکرر آن را تخلیه کند، به طور قابل توجهی زمان پرایمینگ را افزایش می دهد یا باعث خرابی پرایمینگ می شود. لوله مکش باید به طور مداوم از منبع سیال به سمت ورودی پمپ بدون هیچ نقطه بالا یا پایینی که بتواند هوا را به دام بیندازد بالا رود.
• از بین بردن نشت هوا در سیستم مکش: هرگونه نشتی هوا بین ورودی پمپ و منبع سیال - از طریق اتصال شل، واشر آسیب دیده یا اتصالات ترک خورده - به طور مداوم در طول چرخه پرایمینگ به داخل کشیده می شود و از ایجاد خلاء کافی برای بلند کردن سیال توسط پمپ جلوگیری می کند. تمام اتصالات لوله مکش باید قبل از راه اندازی، از نظر سفتی آزمایش فشار شوند.
• زیر آب ورودی مکش کافی را حفظ کنید: ورودی لوله مکش باید به اندازه کافی زیر آب باشد تا از ورود هوا از طریق تشکیل گرداب در سطح سیال جلوگیری شود. حداقل عمق غوطه وری به سرعت جریان در ورودی بستگی دارد - سرعت های بالاتر مستلزم غرق شدن بیشتر است - و باید از دستورالعمل های منتشر شده برای اندازه لوله و سرعت جریان مورد نظر محاسبه یا گرفته شود.
• هنگام راه اندازی اولیه، محفظه پمپ را با مایع پرایمینگ پر کنید: اگرچه پمپ‌های خود پرایم‌شونده در بین خاموش شدن پس از اولین کار، مایع را حفظ می‌کنند، اما محفظه پمپ باید قبل از اولین راه‌اندازی به صورت دستی با مایع تمیز پر شود. راه اندازی یک پمپ خود پرایمینگ کاملاً خشک از طریق تولید گرمای اصطکاکی به مهر و موم مکانیکی و پروانه آسیب می رساند و همیشه باید از آن اجتناب شود.

مشکلات رایج و عیب یابی مشکلات پمپ خود پرایمینگ

حتی پمپ های خود پراینگ که به درستی انتخاب و نصب شده اند، گاهی اوقات با مشکلات عملیاتی مواجه می شوند. شناخت علائم و علل احتمالی آنها، تشخیص و اصلاح سریع را قبل از تبدیل شدن مسائل جزئی به شکست های پرهزینه امکان پذیر می کند.

پرایم نشدن - جایی که پمپ کار می‌کند اما سیال نمی‌کشد - شایع‌ترین شکایت است و معمولاً به دلیل یکی از دلایل ریشه‌ای کوچک ایجاد می‌شود: نشت هوا در سیستم مکش که از ایجاد خلاء جلوگیری می‌کند، بالابر مکش بیش از حد بیش از توان پمپ، مسدود شدن لوله مکش یا صافی که جریان را کاهش می‌دهد، ناکافی بودن راه‌اندازی پمپ یا احتباس مایع در پمپ راندمان انتقال هوای پمپ را کاهش دهید. بررسی سیستماتیک هر یک از این عوامل به ترتیب، با در دسترس ترین و رایج ترین مقصر شروع می شود، در بیشتر موارد بدون نیاز به تجهیزات تشخیصی تخصصی، علت را شناسایی می کند. از دست دادن پرایم در حین کار - جایی که پمپ در ابتدا پر می‌شود اما سپس جریان را از دست می‌دهد - اغلب به دلیل ورود هوا از طریق نشتی مکش، گردابی که هوا را در ورودی مکش به دلیل غوطه‌وری ناکافی می‌کشد، یا نزدیک شدن دمای سیال به فشار بخار آن در ورودی پمپ، ایجاد حباب‌های بخاری است که ستون مایع را در لوله مکش می‌شکند.