محاسبات ایستگاه پمپاژ

سیستمهای پمپاژ آب :

در صورت قرار گرفتن نقاط مصرف در تراز بالاتر یا مساوی نسبت به منبع تأمین آب یا تصفیه‌ خانه، ضروری است از تلمبه خانه‌ها برای انتقال آب استفاده شود. مبانی طراحی تلمبه‌خانه‌ها عبارت است از: تعیین ظرفیت پمپاژ در دوره طرح بر مبنای تأمین حداکثر نیاز آبی ماهانه یا میزان تخصیص، نوع الکتروپمپ‌ها، تعداد الکتروپمپ جهت سرویس‌دهی در دوره‌های مختلف طرح، زمان پمپاژ، ظرفیت پمپاژ و ارتفاع پمپاژ هر الکتروپمپ، نقطه کارکرد الکتروپمپ‌ها در حالت ارتباط داشتن بین الکتروپمپ‌ها در مجموع و به صورت انفرادی (کوپلاژ) و کنترل راندمان آن در ظرفیت‌های مختلف، محاسبات و تحلیل شرایط وقوع جریان ناپایدار و تأثیر آن در انتخاب سیستم حفاظتی آن، نوع و مشخصات و ظرفیت سیستم حفاظتی ایستگاه پمپاژ، نوع و مشخصات فنی تجهیزات الکترومکانیکال و سیستم کنترل آن، نوع سازه تلمبه‌خانه با توجه به توپوگرافی منطقه، شرایط و مقاومت خاک، زلزله خیز بودن، رانش و لغزنده بودن زمین. برای آشنایی با مبانی و ضوابط طراحی این تأسیسات به استانداردهای مربوطه مراجعه شود.

پمپ :

مهمترین بخش در طراحی ایستگاه پمپاژ، انتخاب پمپ(های) مناسب می‌باشد. در انتخاب پمپ باید نوع پمپ، کارخانه سازنده، مدل پمپ، قطر تراش پروانه، تعداد طبقات پمپ و تعداد پمپ تعیین گردد. پمپ مناسب، بسته به دبی و فشار مورد نیاز و شرایط پمپاژ انتخاب می‌شود. در این طرح نوعا از پمپ‌های شناور با نصب افقی استفاده ‌می‌شود که در فصل پنجم به تفصیل در مورد آنها شرح داده خواهد شد. در انتخاب پمپ باید مناسب بودن پمپ با توجه به کیفیت آب مورد توجه باشد. پمپ‌های گریز از مرکز فشار قوی معمولاً در مقابل ذرات ماسه‌ای حساس‌تر هستند و بنابراین بایستی تمهیدات لازم جهت کاهش و به حداقل رساندن ورود ذرات ماسه‌ای به داخل این پمپ‌ها به عمل آید.

روش‌های مختلفی برای طبقه بندی پمپ‌ها وجود دارد. متداولترین روش طبقه‌بندی پمپ‌ها بر مبنای نحوه انتقال انرژی از پمپ به سیال ‌می‌باشد. که بر این اساس به دو دسته پمپهای دینامیکی و جابجایی تقسیم می‌شوند. پمپ‌های دینامیکی بطور گسترده در صنعت آب مورد استفاده قرار می‌گیرند و مهمترین آنها پمپ‌های چرخشی یا توربو پمپ‌ها می‌باشند.

جهت شناخت پمپ‌های چرخشی، آنها را به سه نوع به شرح زیر تقسیم بندی ‌می‌کنند:

الف- پمپ‌های با جریان محوری (AXIAL FLOW PUNPS) برای ایجاد دبی بالا و فشار کمتر

ب- پمپ‌های با جریان مختلط (MIXED FLOW PUMPS) برای ایجاد فشار و دبی متوسط

ج- پمپ‌های با جریان شعاعی (RADIAL FLOW PUMPS) برای ایجاد فشار بالا و دبی کمتر

نوع اول: پمپ‌های با جریان محوری با پروانه یک طبقه نوع ملخی با نصب عمودی مستغرق ‌می‌باشد که توسط بسیاری از کارخانجات خارجی و داخلی تولید ‌می‌گردد. این تلمبه‌ها قادر به تأمین آبدهی حدود یک متر مکعب در ثانیه و بالاتر ‌می‌باشند ولی فشار تولیدی بالا نمی‌باشند.

نوع دوم: تلمبه‌های با جریان مختلط مستغرق (Submersible) ‌می‌باشند. این نوع پمپ‌ها معمولا دبی زیاد را با هد کم و یا دبی کم را با هد زیاد منتقل ‌می‌کنند. پمپ‌های مستغرق چون در داخل مایع قرار ‌می‌گیرند، نیاز به حداقل فضا و زیربنای ساختمان دارند و هزینه ساختمان آنها به پمپ‌های سانتریفوژ شعاعی کمتر است. در پمپ‌های شناور به لحاظ تماس دائمی ‌با آب از ولتاژ پایین (حداکثر 600 ولت) استفاده ‌می‌شود که در نتیجه برای موتورهای با توان بالا جریان راه اندازی بالا بوده و برای شبکه تا حدودی مشکل ایجاد خواهد کرد.

نوع سوم: تلمبه‌های سانتریفوژ با جریان شعاعی با نصب حالت خشک افقی و یا عمودی توسط بسیاری از کارخانه‌های معتبر خارجی و داخلی تولید ‌می‌گردد. این تلمبه‌ها قادر به تأمین آبدهی حدود یک متر مکعب در ثانیه و ارتفاع پمپاژ بالاتر از 11 بار ‌می‌باشند.

انتخاب پمپ بطور کلی بر اساس دبی و فشار مورد نیاز پمپاژ صورت ‌می‌گیرد. بدین ترتیب که دبی طراحی بر روی منحنی مشخصه پمپ که از طرف کارخانجات سازنده ارائه ‌می‌گردد، انتقال یافته و با توجه به بار دینامیکی کل مورد نیاز، پمپ مورد نظر انتخاب ‌می‌شود. فشار مورد نیاز به دو جزء تقسیم ‌می‌شود که عبارتند از: فشار استاتیک و فشار دینامیک. فشار استاتیک سیستم، مستقل از مقدار دبی بوده و عبارت است از اختلاف سطح استاتیکی آب و نقطه‌ای که آب از لوله خارج ‌می‌شود. اما فشار دینامیک تابع مقدار دبی بوده و عبارت است از افت سطح آب، افت ناشی از اصطحکاک در لوله‌ها و اتصالات، بار سرعت و فشار در محل خروج آب.

به طور معمول به فشار مورد نیاز (محاسباتی) سیستم، 10 تا 20 درصد افزوده ‌می‌گردد تا موارد ذیل در طراحی منظور شده باشند:

1. عدم تطابق منحنی مشخصه واقعی پمپ با منحنی ارائه شده در کاتالوگ.

2. استهلاک پمپ.

3. استهلاک لوله.

4. ضریب اطمینان طراحی.

در انتخاب پمپ‌ها رعایت موارد زیر مناسب است:

1. فشار تولیدی پمپ در دبی طراحی باید برابر فشار مورد نیاز و یا کمی‌ بیشتر باشد.

2. حتی‌الامکان از پمپ‌هایی که تراش پروانه نیاز دارند کمتر استفاده شود.

3. در انتخاب پمپ باید راندمان کارکرد پمپ مورد توجه باشد و سعی شود راندمان نزدیک به راندمان حداکثر پمپ باشد.

4. دبی انتخابی دارای حداکثر راندمان باشد.

پمپ و الکتروموتور از حساس‌ترین قسمت‌های سیستم هستند که خرابی و مسائل پیش‌بینی نشده ممکن است سبب از کار افتادن آنها شود. در صورت وقوع این مسئله خصوصاً در ماه‌های پیک مصرف ممکن است سبب آسیب دیدن محصولات شود. همچنین چناچه ساعات کار پمپ‌ها زیاد در نظر گرفته شده باشد، وجود پمپ رزرو می‌تواند در کار نوبتی پمپ‌ها، سبب کاهش استهلاک و ایجاد فرصت سرویس کردن آنها گردد. در این خصوص استفاده از پمپ رزرو مفید بوده و توصیه می‌شود.

نقطه کار پمپ‌ها:

منحنی مشخصه پمپ‌ که منحنی کارآیی پمپ‌ها نیز نامیده می‌شود، عبارت است از یکسری منحنی که روابط بین دبی و ارتفاع کل و قدرت ناخالص و راندمان پمپ مورد نظر را مشخص می‌کند. به کمک این منحنی‌ها می‌توان با دردست داشتن شرایط پمپاژ از نظر مقدار دبی و ارتفاع پمپاژ، پمپ مورد نظر را انتخاب نمود. به عبارت دیگر منحنی سیستم نشان دهنده تغییرات فشار مورد نیاز به ازاء آبدهی‌های مختلف سیستم می‌باشد.

منحنی سیستم از دو بخش تشکیل شده است. یک بخش آن ارتفاع استاتیک نامیده ‌می‌شود که با افزایش آبدهی تغییر نمی‌کند. این ارتفاع در خطوط انتقال برابر با اختلاف رقوم سطح آب در حوضچه پمپاژ با رقوم سطح آب در خروجی انتهای خط لوله می‌باشد. بخش دیگری از منحنی سیستم، ارتفاع دینامیک می‌باشد که با افزایش آبدهی در خطوط لوله افزایش می‌یابد و ناشی از افت فشار در طول خطوط لوله و خطوط لوله مکش و رانش پمپ و ناشی از اصطحکاک لوله‌ها و افت اتصالات می‌باشد.

پس از انتخاب اولیه پمپ‌های مناسب طرح و قبل از هرگونه اقدامی، باید منحنی سیستم خط انتقال ترسیم گردد و انتخاب نهایی پمپ باید بطور کامل با این منحنی سیستم تطابق داشته باشد.

با رسم مقادیر دبی در مقابل ارتفاع کل پمپاژ مورد نیاز (ارتفاع استاتیک+ افت فشار در مسیر)، منحنی سیستم (مدار) خط انتقال حاصل می‌شود.

معمولاً نقطه تلاقی منحنی مشخصه پمپ (منحنی Q-H) با منحنی سیستم را نقطه کار پمپ می‌گویند.

ولی با توجه به اینکه فشار طراحی با توجه به مسائل استهلاک و ... کمی بیشتر از فشار حداکثر در نظر گرفته می‌شود و همچنین ممکن است پمپ انتخابی دقیقاً با نقطه دبی و فشار طراحی با منحنی تطابق نداشته باشد در نتیجه فشار ایجاد شده کمی بیشتر خواهد بود. بنابراین نقطه کار پمپ، محل تقاطع دبی طراحی با منحنی مشخصه پمپ خواهد بود و در تعیین راندمان یا توان و NPSH پمپ باید این دبی در نظر گرفته شود. تنها راه عملی برای تغییر دادن نقطه کار پمپ در سرعت دورانی مشخص، تغییر دادن مشخصات سیستم است که این کار توسط باز و بسته کردن شیر قابل انجام است.

در حالتی که نقطه کار پمپ از نقطه بهترین راندمان فاصله بگیرد عوارض مختلفی برای پمپ بوجود می‌آید که باعث کاهش عمر پمپ یا اختلال در امر پمپاژ خواهد شد. لازم است نقطه کارکرد پمپ‌ها نسبت به زمان متغیر است بدین معنی که با افزایش عمر خط لوله و افزایش زبری لوله، شیب منحنی سیستم نیز افزایش یافته و نقطه کارکرد پمپ‌ها بطرف چپ منحنی متمایل شده و در نتیجه کارایی راندمان پمپ کاهش می‌یابد.

نیرو محرکه پمپ:

پمپ، توان مورد نیاز خود را جهت پمپاژ نمودن بایستی از نیروی محرکه مناسب تأمین نماید. نیروی محرکه پمپ‌های گریز از مرکز افقی یک طبقه و چند طبقه، الکتروموتورها یا موتورهای احتراقی هستند. الکتروموتورها و موتورها در توان‌ها و دورهای مختلف تولید می‌شوند که بسته به نیاز می‌تواند مورد استفاده قرارگیرد.

انواع موتورهای الکتریکی:

انواع موتورهای الکتریکی مورد استفاده برای پمپ‌ها، به دو دسته تک فاز و سه فاز تقسیم می‌شوند. موتورهای تک فاز برای مواردی که توان کلی مورد نیاز کم باشد (تا 5 کیلووات) قابل استفاده می‌باشند ولی موتورهای سه فاز برای مواردی که توان‌های بیشتری مورد نیاز باشد (5 کیلووات و بیشتر) قابل استفاده هستند. موتورهای الکتریکی جریان متناوب (آسنکرون) از لحاظ خصوصیات راه‌اندازی به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند:

الف- موتورهای آسنکرون با روتور سیم پیچی شده : در این نوع موتورها شدت جریان روتور با استفاده از رئوستا کنترل می‌شود و در حین راه‌اندازی امکان ایجاد گشتاور متناسب با دور وجود دارد.

ب- موتورهای آسنکرون با روتور قفس سنجابی : در این نوع موتورها گشتاور بستگی به طرح اولیه روتور دارد و باید با گشتاور پمپ مطابقت داشته باشد.

متداولترین نوع الکتروموتورهای مورد استفاده در ایستگاه‌های پمپاژ، موتورهای آسنکرون با روتور قفس سنجابی می‌باشند و با توجه به عدم قابلیت کنترل گشتاور در این نوع موتورها اتصال آنها به شبکه برق سه فاز باید به روش خاصی انجام پذیرد که در ادامه توضیح داده خواهد شد.

در این نوع موتورها گشتاور بستگی به طرح اولیه روتور دارد و باید با گشتاور پمپ مطابقت داشته باشد. متداولترین نوع الکتروموتورهای مورد استفاده در ایستگاه‌های پمپاژ، موتورهای آسنکرون با روتور قفس سنجابی می‌باشند و با توجه به عدم قابلیت کنترل گشتاور در این نوع موتورها اتصال آنها به شبکه برق سه فاز باید به روش خاصی انجام پذیرد که در جای خود توضیح داده خواهد شد.

موتورهایی که امروزه برای به‌کار انداختن پمپ‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند، عموماً موتورهای الکتریکی می‌باشند. راندمان این موتورها معمولاً بین80 تا 90 درصد بوده و در طول مدت بهره‌برداری، نیروی اولیه خود را حفظ می‌کنند وهزینه اولیه و هزینه نگهداری و تعمیر کمی نیز دارند.

این موتورها ساختمان ساده‌ای داشته و دارای بازدهی حدود 80 تا 90 درصد می‌باشند و در صورتی که درست انتخاب شوند و درست بهره‌برداری شوند، بازده اولیه خود را حفظ کرده و عمر مفیدی حدود 20 تا 30 سال خواهند داشت. موتورهای الکتریکی دارای انواع و اقسام گوناگونی بوده ولی نوعی که بیشتر در ایستگاه‌های پمپاژ کاربرد دارد، الکتروموتورهای جریان متناوب آسنکرون (القایی) سه فاز می‌باشد. در خصوص انتخاب مدل الکتروموتور مناسب که با شرایط ایستگاه پمپاژ بیشترین تطابق را داشته باشد رعایت نکات زیر الزامی است:

• دور الکتروموتور با دور پمپ تطابق داشته باشد. دور الکتروموتور توسط کارخانه سازنده اعلام می‌شود و از رابطه زیر قابل محاسبه می‌باشد، سرعت دوران موتور اندکی کمتر از سرعت دوران سنکرون می‌باشد (در شرایط عادی 2% کمتر می‌باشد).

• نحوه نصب الکتروموتور با توجه به نوع پمپ انتخاب شود. بر اساس استاندارد IEC-34 نحوه نصب اگر افقی باشد با حرف B و اگر عمودی باشد با حرف Vمشخص می‌شود. یک اندیس عدد نیز نوع اتصال را با توجه به آنکه روی پایه و یا روی فلنچ باشد نشان می‌دهد. رایج‌ترین نحوه نصب الکتروموتور برای پمپ‌های گریز از مرکز افقی روش B3 (افقی بر روی پایه) و برای پمپ‌های گریز از مرکز از مرکز قائم روش V8 می‌باشد.

• الکتروموتور انتخاب شده باید از لحاظ پوشش محافظ نسبت به رطوبت و همچنین ذرات جامد معلق در هوا مناسب باشد. درجه حفاظت موتورها نسبت به ذرات خارجی و رطوبت بر اساس استاندارد IEC-529 با علامت **IP نشان داده می‌شود. رقم اول مقادیر عددی ** بیانگر درجه محافظت در برابر اجسام خارجی و رقم دوم درجه حفاظت در برابر آب را نشان می‌دهد.

برای دیدن ادامه مقاله به لینک زیر مراجعه فرمائید.