مطالعه عملكرد Inducer
ایندیوسر يك پمپ كمكي بسيار كوچك مي باشد كه بصورت Booster عمل كرده و فشار مكش را تا يك اندازه مطلوب براي Impeller اصلي پمپ بالا مي برد. با اضافه كردن Inducer به پمپهاي دوراني با سرعت بالا، NPSHr (Net Positive Suction Head required) مي تواند تا اندازه ممكن كاهش يابد. سيالات محلولي كه احتمال دو فازي شدن (تبخير) آنها زياد مي باشد مي توانند بوسيله اين پمپها انتقال يابند، مانند آب آمونياكي 13% كه در واحد كريستال ملامين مجتمع پتروشيمي خراسان موجود مي باشد و براي قسمت Ammonia Stripping پمپ مي شود. از طرفي NPSHr پائين باعث مي شود بتوانيم با مصرف انرژي كمتر، دور بيشتري را داشته باشيم.
يك فاكتور اساسي كه بايستي براي انتخاب پمپهايي براي انتقال سيالاتي كه داراي مايعي هستند كه در دماي كاري پمپ، فشار تبخير آنها به فشار Suction نزديك است اين است كه NPSHr به اندازه كافي پائين طراحي گردد.
NPSHr مقدار مورد نياز Head و Suction پمپ است كه از Cavitation جلوگيري مي كند كه با طراحي پمپ در ارتباط است.
NPSHa مقدار موجود Head در Suction پمپ مي باشد كه با شرايط سيستم دما و دبي و… در ارتباط است.
در نقطه اي كه سيال وارد پره هاي اصلي (eye) پمپ دوراني مي شود، فشار سيال كاهش پيدا مي كند. اگر فشار مطلق سيال در اين نقطه تا اندازه فشار تبخير مايع (vapor pressure) كاهش پيدا كند، حبابهاي گاز يا بخار شروع به شكل گرفتن مي كنند.
با حركت اين حبابها توسط سيال داخلي پره هاي اصلي پمپ، فشار افزايش يافته و اين حبابها در هم فرو ريخته و پديده اي به نام cavitation اتفاق مي افتد. اين پديده تنها اثر noisy نداشته بلكه مي توانند به پره هاي پمپ آسيب برسانند كه به مرور زمان اين آسيب بر روي شافت، بيرينگها، مكانيكال سيلها و اجزاي ديگر پمپ اثر منفي و مخرب گذاشته و باعث بالا رفتن ارتعاشات و پايين آمدن راندمان پمپ مي شود و عمر مفيد پمپ را پايين مي آورد.
ميزان و درجه افت كارآيي (افت head پمپ) به نسبت حجم بخار به مايع (Vg/Vf) در suction پمپ بستگي دارد. سيالي كه در آن اين نسبت زياد باشد، افيت كارآيي بيشتري نسبت به سيالي كه اين نسبت در آن كمتر است را دارد. بنابراين براي يك ميزان ثابت و مشخص افت كارآيي، NPSHr با نسبت Vg/Vf كاهش پيدا مي كند.
طبق تعريف مؤسسه استاندارد هيدروليك، NPSHr يك پمپ همان NPSHa آن پمپ است كه باعث شود head كلي پمپ به ميزان 3% از جريان كاسته شود و از ايجاد بخار در ورودي پره ها جلوگيري كند.
مشخصه NPSH پمپهاي مختلف مي تواند با سرعت سيال در suction پمپ مي تواند مقايسه شود. در يك پمپ با سرعت سيال ورودي بيشتر، پره ها (eye) يا چشمه پره ها بزرگتر خواهد بود. مي دانيم كه سرعت بيشتر سيال سبب كاهش فشار استاتيكي كه مي تواند به اندازه فشار تبخير سيال رسيده و دچار cavitation گردد.
بنابراين سرعت كمتر سيال باعث فشار استاتيكي بيشتر سيال در آن نقطه مي شود و اين يعني يك شرايط ايمن از به وجود آمدن cavitation.
مي دانيم كه سرعت برابر است با دبي جريان تقسيم بر سطح مقطع آن، يك سطح بزرگتر (براي يك دبي خاص) سرعت را كاهش مي دهد و اين همان دليل استفاده از لوله بزرگتر در suction پمپ مي باشد.
بنابراين هرچه چشمه پره ها بزرگتر باشد، NPSHr كمتر خواهد بود. اما جريان سيال در منطقه چشمه پره ها (eye) به سادگي و يكدستي جريان در مسير مستقيم نمي باشد. چشمه پره ها داراي يك شكل منحني وار مي باشد كه سيال را راهنمايي به چرخش مي كند.
در اين نقطه يعني impeller eye جريان سيال به نوعي مغشوش گشته و هرچه از نظر ابعادي بزرگتر باشد، با اغتشاش بيشتر در جريان مي شود.
در هر حال به اين نتيجه مي رسيم كه هر چه چشمه پره ها بزرگتر باشد، NPSHr كاسته مي شود كه اين خوب است اما باعث اغتشاش در جريان شده و راندمان پائين مي آيد كه همان HEAD كلي پمپ ميباشد.
براي غلبه بر مشكل ذكر شده يك قطعه به نام inducer بر روي همان شافتي كه impeller اصلي قرار دارد جلوتر از آن نصب مي شود كه باعث كار كرد بدون دردسر cavitation براي پمپهاي با سرعت بالا تحت شرايط محدود فشار ورودي ما مي گردد.
حال مي دانيم كه Inducer قطعه اي است كه در ورودي پمپهاي با دور بالا، باعث افزايش head ورودي مي شود كه جلوي ايجاد cavitation در impeller اصلي را مي گيرد. تصوير صفحه بعد، وضعيت و شكل جريان در ورودي و خروجي inducer را نشان مي دهد.
همانطور كه ذكر شد، استفاده از inducer به مانند استفاده از يك پمپ كمكي مي باشد كه فشار مكش را افزايش داده، بنابراين سيال هنگام برخورد به impeller كه بايستي شاهد افت آن باشيم، داراي فشار بالاتري بوده و اين از بخار شدن آن جلوگيري مي كند همانطور كه در نمودار تغييرات فشار (شكل زير) نشان داده شده است، فشار سيال در طول inducer كه باعث افزايش NPSH در قسمت ورودي (eye impeller)، و اين افزايش باعث مي شود علي رغم افت فشار سيال در برخورد با impeller بازهم يك حاشيه امنيت (safety margin) بين فشار در اين نقطه و فشار تبخير سيال وجود داشته باشد.
نمودار فشار در inducer
مطلبي كه در اينجا قابل ذكر است اينست كه cavitation ممكن است براي خود inducer اتفاق بيافتد. زماني كه تبخير در ورودي inducer اتفاق مي افتد سيال به تعداد بسيار زياد و ريز حبابهاي بخار تبديل مي شود ولي از آنجائيكه inducer براي افزايش فشار بسيار كمي در طول پره هاي آن با يك جريان ثابت طراحي شده است، به همين دليل ضربه حاصل از تركيدن حبابها زياد نخواهد بود و هيچ تأثيري در كاركرد دستگاه نخواهد داشت.
اصلي ترين مورد كاربرد inducer در سيستمهايي است كه NPSH خيلي كمي دارند طراحي و بهينه سازي هر چه بيشتر در پمپهاي داراي inducer باعث اتلاف انرژي كمتر و هزينه كمتر مي شود. در زمينه بهبود هرچه بيشتر performance suction در يك پمپ دوراني، inducer نقش بسيار مهمي در انتقال سيالات دوفازي ايفا مي كند. همانطور كه در نمودار زير مشاهده مي كنيد، تفاوت ميان ظرفيت انتقال سيال دو فازي با استفاده از inducer و بدون استفاده از آن مقايسه شده است.
ایندیوسر يك پمپ كمكي بسيار كوچك مي باشد كه بصورت Booster عمل كرده و فشار مكش را تا يك اندازه مطلوب براي Impeller اصلي پمپ بالا مي برد. با اضافه كردن Inducer به پمپهاي دوراني با سرعت بالا، NPSHr (Net Positive Suction Head required) مي تواند تا اندازه ممكن كاهش يابد. سيالات محلولي كه احتمال دو فازي شدن (تبخير) آنها زياد مي باشد مي توانند بوسيله اين پمپها انتقال يابند، مانند آب آمونياكي 13% كه در واحد كريستال ملامين مجتمع پتروشيمي خراسان موجود مي باشد و براي قسمت Ammonia Stripping پمپ مي شود. از طرفي NPSHr پائين باعث مي شود بتوانيم با مصرف انرژي كمتر، دور بيشتري را داشته باشيم.
يك فاكتور اساسي كه بايستي براي انتخاب پمپهايي براي انتقال سيالاتي كه داراي مايعي هستند كه در دماي كاري پمپ، فشار تبخير آنها به فشار Suction نزديك است اين است كه NPSHr به اندازه كافي پائين طراحي گردد.
NPSHr مقدار مورد نياز Head و Suction پمپ است كه از Cavitation جلوگيري مي كند كه با طراحي پمپ در ارتباط است.
NPSHa مقدار موجود Head در Suction پمپ مي باشد كه با شرايط سيستم دما و دبي و… در ارتباط است.
در نقطه اي كه سيال وارد پره هاي اصلي (eye) پمپ دوراني مي شود، فشار سيال كاهش پيدا مي كند. اگر فشار مطلق سيال در اين نقطه تا اندازه فشار تبخير مايع (vapor pressure) كاهش پيدا كند، حبابهاي گاز يا بخار شروع به شكل گرفتن مي كنند.
با حركت اين حبابها توسط سيال داخلي پره هاي اصلي پمپ، فشار افزايش يافته و اين حبابها در هم فرو ريخته و پديده اي به نام cavitation اتفاق مي افتد. اين پديده تنها اثر noisy نداشته بلكه مي توانند به پره هاي پمپ آسيب برسانند كه به مرور زمان اين آسيب بر روي شافت، بيرينگها، مكانيكال سيلها و اجزاي ديگر پمپ اثر منفي و مخرب گذاشته و باعث بالا رفتن ارتعاشات و پايين آمدن راندمان پمپ مي شود و عمر مفيد پمپ را پايين مي آورد.
ميزان و درجه افت كارآيي (افت head پمپ) به نسبت حجم بخار به مايع (Vg/Vf) در suction پمپ بستگي دارد. سيالي كه در آن اين نسبت زياد باشد، افيت كارآيي بيشتري نسبت به سيالي كه اين نسبت در آن كمتر است را دارد. بنابراين براي يك ميزان ثابت و مشخص افت كارآيي، NPSHr با نسبت Vg/Vf كاهش پيدا مي كند.
طبق تعريف مؤسسه استاندارد هيدروليك، NPSHr يك پمپ همان NPSHa آن پمپ است كه باعث شود head كلي پمپ به ميزان 3% از جريان كاسته شود و از ايجاد بخار در ورودي پره ها جلوگيري كند.
مشخصه NPSH پمپهاي مختلف مي تواند با سرعت سيال در suction پمپ مي تواند مقايسه شود. در يك پمپ با سرعت سيال ورودي بيشتر، پره ها (eye) يا چشمه پره ها بزرگتر خواهد بود. مي دانيم كه سرعت بيشتر سيال سبب كاهش فشار استاتيكي كه مي تواند به اندازه فشار تبخير سيال رسيده و دچار cavitation گردد.
بنابراين سرعت كمتر سيال باعث فشار استاتيكي بيشتر سيال در آن نقطه مي شود و اين يعني يك شرايط ايمن از به وجود آمدن cavitation.
مي دانيم كه سرعت برابر است با دبي جريان تقسيم بر سطح مقطع آن، يك سطح بزرگتر (براي يك دبي خاص) سرعت را كاهش مي دهد و اين همان دليل استفاده از لوله بزرگتر در suction پمپ مي باشد.
بنابراين هرچه چشمه پره ها بزرگتر باشد، NPSHr كمتر خواهد بود. اما جريان سيال در منطقه چشمه پره ها (eye) به سادگي و يكدستي جريان در مسير مستقيم نمي باشد. چشمه پره ها داراي يك شكل منحني وار مي باشد كه سيال را راهنمايي به چرخش مي كند.
در اين نقطه يعني impeller eye جريان سيال به نوعي مغشوش گشته و هرچه از نظر ابعادي بزرگتر باشد، با اغتشاش بيشتر در جريان مي شود.
در هر حال به اين نتيجه مي رسيم كه هر چه چشمه پره ها بزرگتر باشد، NPSHr كاسته مي شود كه اين خوب است اما باعث اغتشاش در جريان شده و راندمان پائين مي آيد كه همان HEAD كلي پمپ ميباشد.
براي غلبه بر مشكل ذكر شده يك قطعه به نام inducer بر روي همان شافتي كه impeller اصلي قرار دارد جلوتر از آن نصب مي شود كه باعث كار كرد بدون دردسر cavitation براي پمپهاي با سرعت بالا تحت شرايط محدود فشار ورودي ما مي گردد.
حال مي دانيم كه Inducer قطعه اي است كه در ورودي پمپهاي با دور بالا، باعث افزايش head ورودي مي شود كه جلوي ايجاد cavitation در impeller اصلي را مي گيرد. تصوير صفحه بعد، وضعيت و شكل جريان در ورودي و خروجي inducer را نشان مي دهد.
همانطور كه ذكر شد، استفاده از inducer به مانند استفاده از يك پمپ كمكي مي باشد كه فشار مكش را افزايش داده، بنابراين سيال هنگام برخورد به impeller كه بايستي شاهد افت آن باشيم، داراي فشار بالاتري بوده و اين از بخار شدن آن جلوگيري مي كند همانطور كه در نمودار تغييرات فشار (شكل زير) نشان داده شده است، فشار سيال در طول inducer كه باعث افزايش NPSH در قسمت ورودي (eye impeller)، و اين افزايش باعث مي شود علي رغم افت فشار سيال در برخورد با impeller بازهم يك حاشيه امنيت (safety margin) بين فشار در اين نقطه و فشار تبخير سيال وجود داشته باشد.
نمودار فشار در inducer
مطلبي كه در اينجا قابل ذكر است اينست كه cavitation ممكن است براي خود inducer اتفاق بيافتد. زماني كه تبخير در ورودي inducer اتفاق مي افتد سيال به تعداد بسيار زياد و ريز حبابهاي بخار تبديل مي شود ولي از آنجائيكه inducer براي افزايش فشار بسيار كمي در طول پره هاي آن با يك جريان ثابت طراحي شده است، به همين دليل ضربه حاصل از تركيدن حبابها زياد نخواهد بود و هيچ تأثيري در كاركرد دستگاه نخواهد داشت.
اصلي ترين مورد كاربرد inducer در سيستمهايي است كه NPSH خيلي كمي دارند طراحي و بهينه سازي هر چه بيشتر در پمپهاي داراي inducer باعث اتلاف انرژي كمتر و هزينه كمتر مي شود. در زمينه بهبود هرچه بيشتر performance suction در يك پمپ دوراني، inducer نقش بسيار مهمي در انتقال سيالات دوفازي ايفا مي كند. همانطور كه در نمودار زير مشاهده مي كنيد، تفاوت ميان ظرفيت انتقال سيال دو فازي با استفاده از inducer و بدون استفاده از آن مقايسه شده است.
