مبانی پمپ های اسلاری - فصل اول

مقدمه

تعریف اسلاری

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

مشخصه های اسلاری

اسلاری ها را می توان به دو گروه عمومی اشباع شده و اشباع نشده تقسیم کرد.

اسلاری های اشباع نشده شامل ذرات بسیار نرمی می باشند که می توانند مخلوط یکنواخت و پایداری ایجاد کنند و باعث افزایش ویسکوزیته سیال شوند. این اسلاری ها معمولاً خواص سایشی کمی دارند اما به هنگام انتخاب پمپ می بایست توجه ویژه ای به آنها شود چرا که آنها اغلب رفتاری مشابه با سیالات معمولی ندارند. معمولاً وقتی ذرات جامد در سیال به اندازه ای باشد که رفتار سیال مشابه با سیالات معمولی نباشد آنها را سیالات غیر نیوتنی می نامند.

اسلاری های اشباع شده از ذرات زبر و خشنی تشکیل شده اند که تمایل دارند مخلوط غیر یکنواختی ایجاد کنند. بنابراین توجه ویژه ای در محاسبه جریان و توان باید بعمل آید. این ذرات زبر و خشن خواص سایشی زیادی دارند و قسمت اعظم کاربردهای اسلاری را تشکیل می دهند. این نوع اسلاری را بعضی اوقات اسلاری ناهمگن می نامند.

پمپ اسلاری چیست؟

انواع مختلف پمپ برای پمپاژ اسلاری مورد استفاده قرار می گیرد. پمپ های جابجایی مثبت و انواع خاص پمپ ها مانند اژکتورها در کاربردهای اسلاری مورد استفاده قرار می گیرند. اما متداول ترین پمپ اسلاری پمپ های سانتریفوژ می باشند. پمپ اسلاری سانتریفوژ به مانند پمپ های سانتریفوژ مایعات تمیز از نیروی گریز از مرکز که توسط پروانه ایجاد می شود برای ایجاد انرژی حرکتی به اسلاری استفاده می کند. اما تشابه پمپ اسلاری سانتریفوژ با پمپ های سانتریفوژ مایعات تمیز در همین جا خاتمه می یابد.

برای انتخاب پمپ های اسلاری سانتریفوژ ملاحظات مربوط به اندازه و سایز پروانه و نوع طراحی گذرگاه پروانه برای عبور ذرات جامد، آببندی مناسب محور و انتخاب بهینه متریال برای عمر طولانی می بایست توسط مهندسی که قطعات در تماس با سیال پمپ را انتخاب می کند مورد توجه قرار گیرد. قطعات در تماس با سیال می توانند در معرض سایش و یا خوردگی شیمیایی قرار گیرند.

برای دستیابی به سرعتهای پایین کاری، پمپ های اسلاری سایز بزرگتری نسبت به پمپ های آب تمیز دارند. این کار باعث می شود سرعت سیال در پمپ کاهش یابد و نرخ سایش مینیمم گردد. یاتاقان ها و محور نیز در پمپ های اسلاری بسیار قوی تر و صلب تر می باشند و معمولاً برای کاربردهای کار سنگین طراحی می گردند.

اجزا پمپ اسلاری

پروانه ها

پروانه اصلی ترین قطعه دورانی می باشد که به طور معمول دارای پره هایی است نیروی گریز از مرکز را به سیال اعمال و سیال را هدایت می کند. معمولاً پروانه پمپ های اسلاری از نوع ساده (تک خمشه و تخت) و یا نوع فرانسیس (لبه های ورودی تا اندازه ای به سمت چشم پروانه کشیده شده اند) می باشند (شکل 1-1).

از مزایای پروفیل پره فرانسیس می توان به راندمان بالا، عملکرد مکشی بهتر و در بعضی از پمپ های اسلاری تا اندازه ای طول عمر سایشی بیشتر اشاره نمود. دلیل طول عمر سایشی بیشتر در پره های فرانسیس را می توان اینطور توجیه نمود که زاویه حمله سیال در ورودی تا اندازه ای بهبود می یابد.

پروانه با پره های ساده در بسیاری از کاربردهای اسلاری خصوصیات عمر سایشی بهتری را نشان داده اند. همچنین در مواقعی که پروانه های الاستومری مورد نیاز است این پروانه ها مشخصه های مناسبتری دارند.

تعداد پره های پروانه معمولاً بین سه تا شش بسته به اندازه ذرات در اسلاری تغییر می کند.

پروانه پمپ های اسلاری عموماً از نوع بسته می باشند اما پروانه های نیمه باز نیز گاهی اوقات در کاربردهای ویژه مورد استفاده قرار می گیرند.

پروانه ها عموماً از نوع بسته می باشند چرا که این پروانه ها راندمان بالاتری دارند و در محدوده لاینر جلویی کمتر دچار سایش می شوند. پروانه های نیمه باز در پمپ های کوچک متداولتر می باشد. در پمپ های کوچک ممکن است انسداد ذرات جامد مشکل ساز شود. همچنین یک پروانه باز می تواند به ایجاد نیروی برشی به پمپاژ کف کمک کند.

مشخصه دیگر پروانه پمپ های اسلاری پره های کمکی در پشت و جلو صفحات پروانه می باشد. این پره ها سه وظیفه دارند یکی کاهش فشار در محفظه آببند، دیگری جلوگیری از بازچرخش سیال به سمت چشم پروانه و سوم ممانعت از ته نشین شدن و رسوب ذرات جامد بین فضای پروانه و پوسته می باشد.

توجه به الگوهای جریان و نرخ سایش داخل پمپ از مهمترین معیارهای طراحی پروانه در پمپ های اسلاری می باشد.

بعضی از پروانه های استاندارد و غیر استاندارد (ویژه) در شکل 1- 3 نشان داده شده است.

پروانه های غیر استاندارد (ویژه) در کاربردهای زیر ممکن است مورد استفاده قرار گیرند:

پمپاژ ذغال سنگ خشن و زبر

ذرات بزرگ ممکن است باعث انسداد یک پروانه بسته 5 پره شود. یک پروانه ویژه با تعداد 4 پره ممکن است مورد نیاز باشد.

پمپاژ مواد فیبری و الیافی

الیاف بلند ممکن است باعث انسداد ورودی پروانه های استاندارد شود. یک پروانه ویژه Chokeless می تواند برای این منظور مورد استفاده قرار گیرد.

هد ورودی بالا

در مواقعی که هد ورودی به قدری بالا است که آببندهای گریز از مرکز قادر به کار نمی باشند یک پروانه دیفرانسیلی (شکل 1- 4) ممکن است مورد نیاز باشد.

سایش های بسیار بالا

در بعضی کاربردهای سایشی بسیار بالا مانند خروجی های آسیاب، یک پروانه ویژه با چشم کوچک شده می تواند عمر سایشی پروانه را افزایش دهد.

پوسته

بیشتر پوسته های پمپ های اسلاری " آهسته تر" از پمپ های آب می باشند. در واقع کاهش سرعت در پوسته باعث کاهش نرخ سایش در پوسته می شود.

عموماً شکل پوسته به صورت نیمه حلزونی یا دایروی با لقی زیاد در نقطه آب شکن می باشد. این اختلافات در شکل 1- 5 نشان داده شده است. راندمان در این پوسته ها نسبت به پوسته های حلزونی پایین تر می باشد اما این موضوع در مقابل افزایش عمر سایشی پوسته قابل پذیرش می باشد.

محدوده کاربرد پمپ های اسلاری

پمپ های اسلاری به طور وسیعی در صنایع معدنی استفاده می شود جایی که بیشتر کارخانجات از سیستم های جدایش خیس استفاده می کنند. این سیستم ها معمولاً حجم عظیم اسلاری را در فرآیندهای خود جابجا می کنند.

همچنین پمپ های اسلاری به طور گسترده ای برای دفع بقایای سوخت های فسیلی نیروگاه ها مورد استفاده قرار می گیرد. از کاربردهای دیگر پمپ های اسلاری می توان به کارخانجات تولید کود، اصلاح و آبادانی زمین ها و اراضی، لایروبی کردن و انتقال ذغال سنگ و مواد معدنی در فواصل طولانی اشاره کرد.

افزایش توجه عمومی به محیط زیست و مصرف انرژی کاربرد پمپ های اسلاری را وسیع تر می کند.

مفاهیم انتخاب متریال

انتخاب نوع موادی که باید در ساخت پمپ های اسلاری مورد استفاده قرار گیرد فرآیند مشخص و دقیقی نیست. این فرآیند باید تمام مشخصه های قابل تغییر در اسلاری مورد نظر را در بر گیرد و همچنین محدودیت هایی که عواملی مانند نوع پمپ، سرعت چرخش و انواع آپشن های موجود در مدل پمپ ایجاد می کند شامل شود.

اطلاعات اولیه که برای انتخاب نوع متریال مورد نیاز است شامل موارد زیر می باشد:

* اندازه ذرات جامد

* شکل و سختی ذرات جامد، و

* خواص خوردگی سیال پمپ شونده که اجزا اسلاری را پمپاژ می کند.

انتخاب متریال برای لاینر پمپ و پروانه به دو رده کلی زیر تقسیم می شوند:

* الاستومرها، و

* آلیاژهای ریختگی مقاوم در برابر خوردگی و سایش

الاستومرها

سه نوع الاستومر به طور وسیعی مورد استفاده قرار می گیرند. معیارهای انتخاب این مواد به شرح ذیل می باشد:

لاستیک های طبیعی

* مقاومت سایشی عالی برای لاینرهای پوسته تا سایز ذرات جامد 2/1 اینچ و لاینرهای پروانه تا سایز 4/1 اینچ

* برای ذرات جامد خیلی تیز ممکن است مناسب نباشد.

* ممکن است توسط ذرات جامد بزرگتر و یا ناخالصی های دیگر آسیب ببیند.

* سرعت محیطی پروانه باید کمتر از 5400 فوت بر دقیقه باشد. این موضوع به خاطر اجتناب از خرابی لاینر ناشی از افزایش دما در نزدیکی لبه خارجی پروانه می باشد

* نامناسب برای روغن ها، حلال ها و اسیدهای قوی

* نامناسب برای دماهای بالای 170 درجه فارنهایت و یا 77 درجه سانتیگراد

پلی یورتان

* در مواقعی که سرعت محیطی پروانه بیش از 5400 فوت بر دقیقه باشد ( و یا استفاده از پروانه های لاستیکی استاندارد غیر ممکن است) از این مواد استفاده می شود.

* در مواقعی که سایش از نوع "بستر لغزنده" می باشد مقاومت به سایش بالاتری دارند.

* در مواقعی که ذرات جامد لبه های تیزی دارند مقاومت به سایش پایین تری نسبت به لاستیک های طبیعی دارند. در حالاتی که ذرات جامد نرم می باشند در بعضی مواقع مقاومت به سایش بالاتری نسبت به لاستیک های طبیعی دارند.

* برای دماهای بالای 158 درجه فارنهایت و یا 70 درجه سانتیگراد نامناسب می باشند. همچنین برای محلول های اسیدی و آلکالین ها، کتون ها، استرها و نیترو هیدروکربن ها نیز نامناسب می باشند. در صورتی که با تغییر فرمولاسیون، مقاومت دمایی این مواد افزایش یابد، مقاومت به سایش آنها به تناسب کاهش خواهد یافت.

الاستومرهای مصنوعی

الاستومرهای مصنوعی مانند نئوپرن، بوتیل، هیپالون، وایتون نوع A و غیره.

این مواد در کاربردهای شیمیایی مخصوص در شرایط زیر استفاده می شوند:

* مقاومت به سایش پایین تری نسبت به لاستیک های طبیعی دارد.

* مقاومت شیمیایی بالاتری نسبت به لاستیک های طبیعی و پلی یورتان دارد.

* عموماً دماهای کاری مجاز بالاتری نسبت لاستیک های طبیعی و پلی یورتان دارد.

آلیاژهای ریختگی مقاوم در برابر خوردگی و سایش

آلیاژهای ریختگی مقاوم در برابر سایش در پمپ های اسلاری وقتی مورد استفاده قرار می گیرند که شرایط برای استفاده از رابرها مناسب نباشد. به عنوان مثال وجود ذرات جامد زبر و یا لبه تیز و یا حالاتی که سرعت های محیطی پروانه و دماهای کاری بالا می باشد.

مطالب مرتبط

کاربرد و محدودیت های پمپ های اسلاری - فصل دوم

انتخاب پمپ سانتریفیوژ اسلاری - فصل سوم

انواع پمپ سانتریفیوژ اسلاری - فصل چهارم

انتخاب متریال برای پمپ های سانتریفیوژ اسلاری - فصل پنجم

مسئله اصطکاک در پمپ های سانتریفیوژ اسلاری - فصل ششم

موضوع سرعت سیال در پمپ های سانتریفیوژ اسلاری - فصل هفتم