منظور از Pump head و Shut-off Head در پمپ های سانتریفیوژی (گریز از مرکز) چیست؟

یکی از مشخصه های فیزیکی پمپ که بد فهمیده شده است، مفهوم هد پمپ (Pump head) است. هد پمپ مرتبط با فشار است، اما دقیقاً چگونه؟

در این پست قصد داریم در مورد اصطلاح هد پمپ ابهام زدایی کنیم، بنابراین در انتهای این پست هرگز نباید دوباره نگران این باشید که هد چیست، چگونه با فشار ارتباط دارد یا چرا اهمیت دارد.

در ابتدا این نکته را بگویم که هدف ما برای استفاده از پمپ ها، فشار افزایی است. وظیفه اصلی پمپ، تأمین جریان است. فشاری که در خط می بینیم فقط به دلیل کارکردن پمپ ایجاد نمی شود، بلکه فشار به این دلیل است که پمپ جریان را تأمین می کند. هرچه پمپ جریان بیشتری فراهم کند، حجم سیال درون سیستم بیشتر می شود و این باعث افزایش فشار می شود. 

هد پمپ مفهومی است که در واقع تعریف آن فوق‌العاده ساده است، اما زمانی که این مفهوم را در مورد پمپ های واقعی به کار می بریم ممکن است گیج‌کننده باشد. پمپی را تصور کنید که در آن لوله‌ای دارید که مستقیماً از قسمت discharge به طور عمودی به سمت بالا امتداد می‌یابد (شکل زیر).

به عبارت ساده، هد پمپ حداکثر ارتفاعی است که پمپ می تواند در برابر گرانش پمپاژ کند. ب

اگر یک پمپ بتواند فشار بیشتری تولید کند، می تواند آب را به ارتفاع بالاتری پمپاژ کند و هد بالاتری تولید کند.

همچنین توجه داشته باشید که هرچه ارتفاع مایع موجود در مخزن بیشتر باشد، به دلیل هد وارد شده توسط مایع در مخزن مکش، پمپ قادر خواهد بود آب را به ارتفاع بالاتری در لوله عمودی پمپ کند (شکل زیر).

یک معیار بسیار مفیدتر برای اندازه گیری هد، تفاوت بین سطح مایع در مخزن مکش و هد در لوله تخلیه عمودی است. این عدد به عنوان هد کل “Total head” شناخته می شود که پمپ می تواند تولید کند.

افزایش سطح مایع در مخزن مکش باعث افزایش هد و کاهش سطح باعث کاهش هد می شود. سازندگان و تامین کنندگان پمپ اغلب به شما نمی گویند که یک پمپ چقدر می تواند تولید کند، زیرا آنها نمی توانند پیش بینی کنند که ارتفاع مایع در مخزن مکش شما چقدر خواهد بود. در عوض، آنها هد کل پمپ، اختلاف ارتفاع بین سطح مایع در مخزن مکش و ارتفاع یک ستون آبی که پمپ می تواند به آن برسد را گزارش می دهند.

هد کل مستقل از سطح مایع در مخزن مکش است.

توجه داشته باشید که اکنون که هد کل را تعریف کرده ایم، می توانیم این روابط مفید را به معادلات ترجمه کنیم:

Ht = Hd – Hs

Hd: Discharge Head

Hs: Suction Head

توجه داشته باشید که چه هد مکش مثبت باشد (سطح مایع در مخزن مکش بالای پمپ باشد) چه منفی (سطح مایع در مخزن مکش زیر پمپ باشد) این معادله صادق است.

در شکل زیر یک پمپ در حال انتقال مایع از مخزن مکش به یک لوله عمودی است که در آن مایع بالا می رود تا زمانی که نتواند بر نیروی گرانش غلبه کند و از بالا رفتن متوقف شود. در این شرایط دبی پمپ صفر است. پمپ کار می کند، اما نیروی گرانش باعث می شود که آب در لوله تخلیه عمودی متوقف شود و جریان خالص سیال متوقف شود. این به عنوان “Shut-off Head” شناخته می شود. به عبارتی مقدار هدی است که یک پمپ می تواند در جریان صفر تولید کند.

برای انتخاب پمپ مورد نیاز خود، باید دو چیز را بدانید: هد کل و میزان دبی مورد نیاز.

همانطور که ممکن است انتظار داشته باشید، این دو مقدار به هم مرتبط هستند. حداکثر هد (Shut-off head) در دبی صفر به دست می آید. با افزایش دبی جریان، اصطکاک افزایش می یابد؛ زیرا مایع در طول لوله ها از مخزن مکش به پمپ و از پمپ به لوله تخلیه حرکت می کند. این اصطکاک مقدار هد کل را که پمپ می تواند تولید کند کاهش می دهد. در واقع، با افزایش جریان، اصطکاک افزایش می‌یابد و هد کل به کاهش ادامه می‌دهد. 

در سیستمی که جریان وجود دارد، هد کل اختلاف بین هد تخلیه و هد مکش به اضافه هد اصطکاک است و این مجموع کمتر از Shut-off head خواهد بود. نمودار هد در مقابل دبی به عنوان منحنی عملکرد پمپ (pump performance curve) شناخته می شود (شکل زیر).

هر پمپ گریز از مرکز (پمپ سانتریفیوژی) یک منحنی عملکرد مخصوص به خود دارد که سازنده آن را ارائه می دهد و در این منحنی هد در برابر دبی رسم می شود.

در استفاده از منحنی عملکرد پمپ چه سوالی برای ما مطرح می شود؟

• آیا آن پمپ خاص برای ما مناسب خواهد بود. یعنی آیا برای نیازهای ما هد کافی در دبی مورد نیاز تولید می کند؟ 

سوال مهم

چرا از هد به عنوان معیاری برای سنجش توانایی پمپ در پمپاژ مایعات به جای فشار استفاده می شود؟

از لحاظ تاریخی، بسیاری از پمپ ها برای پمپاژ آب در سربالایی به سطح بالاتر استفاده می شدند – به عنوان مثال به مخزن ذخیره در بالای تپه. اگر مجبور هستید آب را تا ارتفاع ۶۰ متر پمپ کنید تا آن را به بالای تپه برسانید، استفاده از هد – که بر حسب متر اندازه گیری می شود – طبیعی است. شما به طور خودکار می دانید که اگر یک پمپ ۶۰ متر هد نداشته باشد، برای برنامه شما مناسب نیست.

یکی دیگر از دلایل استفاده از هد این است که تا زمانی که مایعی که در حال پمپاژ است ویسکوزیته مشابه آب داشته باشد، هد برای مایعات مختلف یکسان خواهد بود. اما ممکن است در هنگام استفاده از فشار به جای هد برای تعیین ویژگی های پمپ صدق کند یا خیر. اگرچه برخی از تولیدکنندگان پمپ از فشار برای مشخص کردن پمپ های خود استفاده می کنند، اما اکثریت قریب به اتفاق پمپ ها هنوز با هد کل تولیدی خود مشخص می شوند.

امیدوارم که این پست وبلاگ برای شما مفید بوده باشد.