مقاله فشار هیدرواستاتیک

فشار هیدرواستاتیک
فشار هیدرواستاتیک عبارت است از فشار وارد شده توسط سیال در حال تعادل که به علت نیروی جاذبه اعمال میگردد . فشار هیدرواستاتیک را میتوان بوسیله یک جزء مکعبی بینهایت کوچک از سیال تحلیل کرد . از انجایی که فشار به عنوان نیروی وارد بر سطح شناخته میشود(p = F/A، که p: فشار, F: نیروی عمود بر سطح A, A: مساحت)
واینکه تنها نیروی اعمالی به این جزء کوچک نیروی وزن ستون سیال بالای آن است نیروی هیدرو استاتیک را میتوان توسط فر مول زیر محاسبه کرد:
که در آن:
* p فشار هیدرواستاتیک (Pa),
* ρ چگالی سیال(kg/m3),
* g شتاب گرانش (m/s2),
* A مساحت سطح مورد بررسی (m2),
* z ارتفاع سطح مورد بررسی (m),
* z0 ارتفاع نقطه مبنای فشار (m).
رابطه بالا برای مایعات در اکثر مواقع میتواند ساده تر شود. با استفاده از دو فرض: تراکم ناپذیر بودن مایعات (ثابت بودن چگالی سیال) و ثابت فرض کردن شتاب گرانش (در اکثر مواقع ارتفاع ستون سیال بالای سطح مورد نظر در مقایسه با شعاع زمین بسیار کوچکتر است)میتوان به فرمول زیر رسید:
در رابطه بالا h ارتفاع بین z-z0 است. در رابطه بالا z0 باید روی سطح سیال در نظر گرفته شود در غیر این صورت رابطه انتگرالی به چند بخش باید تفکیک شود همچنین فرمول بالا فشار را در حالت خلاء بیان می کند فشار مطلق سیال در اتمسفر برابر:
که در آن H ارتفاع کل ستون سیال از سطح مورد نظر تا سطح سیال و patm فشار اتمسفر است.
فشار در سیال در حال سکون
به علت ماهیت شاره ها یک سیال در اثر تنش برشی نمیتواند ساکن بماند . اما شاره ها میتوانند فشار نرمال(عمودی)را به هر سطح در تماسی اعمال کنند . اگر یک جزء مکعبی بسیار کوچک از سیال را در نظر بگیریم این جزء(المان) از اصل تعادل پیروی می کند یعنی فشار وارده بر هر وجه این مکعب باید مساوی باشد . اگر اینطور نبود این المان در حال حرکت در جهت نیروی خالص اعمالی به المان خواهد بود که با ساکن بودن سیال در تناقض است . بنابراین فشار وارده بر سیال در حال سکون ایزوتروپیک (دارای شدت برابر از هر سو ) است.این خاصیت است که به سیال اجازه انتقال نیرو را در طول لوله ها میدهد یعنی نیروی وارد شده به سیال در یک سر لوله به وسیله سیال به سر دیگر منتقل میشود.
این موضوع اولین بار توسط پاسکال فیلسوف و ریاضی دان فرانسوی به طور مختصر فرمول بندی شد و بعدها به عنوان قانون پاسکال شناخته شد . این قانون کاربردهای فراوانی در هیدرواستاتیک دارد.
نیروهای هیدرواستاتیک
نیروهای هیدرواستاتیک :بطور کلی هر وقت جسمی در سیالی قرا بگیرد از طرف آن سیال نیروهایی بر آن جسم وارد می شود ،نکته مهم آن است که نیرو در هر نقطه عمود بر جسم است .
اگر جسم در سیال حجمش بسته باشد یعنی در تمام اطراف جسم سیال باشد ( مثل جسم درون هوا) در این حالت نیروهای افقی یکدیگر را خنثی کرده ( با فرض استاتیک بودن سیال ) و نیروهای عمودی ممکن است بصورت خنثی نشده باقی بمانند در اینصورت چنانچه چگالی جسم از سیال بیشتر باشد جسم به طرف پایین حرکت می کند و اگر چگالی جسم از سیال کمتر باشد جسم به طرف بالا حرکت می کند مانند بالا آمدن چوب پنبه به سطح آب.
برای مشخص کردن محل اثر نیروها حالت های مختلفی وجود دارد مانند صفحه در سیال افقی باشد، صفحه بصورت عمودی باشد، صفحه بصورت مایل باشد ،صفحه بصورت منحنی باشد .در ادامه مطلب حالتهای فوق محل اثر نیروها با مثال بررسی خواهد شد.
الف : صفحه درسیال افقی باشد
که در این فرمول لاندا وزن مخصوص سیال است که در حل مسائل چنانچه عدد آن ارائه نشود آنرا برابر 9810 نیوتون برمترمکعب گرفته و سوال را حل می نماییم شایان ذکر است این عدد وزن مخصوص آب است .
اگر صفحه بصورت افقی باشد محل اثر نیروها مرکز ثقل است .
ب: اگر صفحه بصورت عمودی باشد .
IC = گشتاور دوم سطح نسبت به محوری که از مرکز ثقل جسم می گذرد Ic=IX-y2c A
مبانی سر و صدای پمپ های سانتریفیوژ – قسمت اول
بررسی و تحلیل آکوستیکی پمپ های سانتریفیوژ
اگر چه مقدار مشخصی از سر و صدا از پمپ های سانتریفیوژ و محرک های آنها انتظار می رود، اما سر و صدا های بالا و غیر معمول(بیش از 100 دسی بل) یا خصوصا فرکانس های بالا(مثل جیغ کشیدن و ناله کردن سیستم پمپ) می تواند به سادگی نشانه پتانسیل خرابی های مکانیکی یا مشکلات ارتعاشاتی در پمپ های سانتریفیوژ باشد.
هدف از ارائه این گزارش تمرکز بر روی مکانیزم هایی است که سبب تولید سر و صدا به عنوان یک محصول جانبی می کنند و همچنین روش های برای جلوگیری از این تشدید یا تولید این سر و صداهای ناخواسته ارائه می شود.
تعریف منبع و دلیل ایجاد سر و صدا اولین گام در تعیین آن است که سر و صدا طبیعی است یا آنکه مشکلی وجود دارد.سر و صدا در سیستم های پمپ می تواند از حرکت های مکانیکی اجزای پمپ و حرکت سیال در پمپ و سیستم های لوله کشی تولید شود.سر و صدا از منابع مکانیکی و سیالاتی داخل پمپ می تواند به محیط ارسال شود.تشخیص و اصلاح موثر منابع سر و صدا برای کنترل سر و صدای پمپ نیازمند دانش سیالاتی و مکانیکی مکانیزم های تولید سر و صدا و مسیرهای هدایت سر و صداست.
منابع سر و صدای پمپ
1- منابع سر و صدای مکانیکی
منابع معمولی مکانیکی تولید سر و صدا شامل اجزا یا سطوح ارتعاشاتی پمپ است که به خاطر تغییرات فشاری که در مایع یا جامد تولید می شود است.پروانه یا سائیدگی های آب بند،یاتاقان های از کار افتاده یا بی اثر، دیواره های لوله های مرتعش و دواره های نامتوازن از مثالهای منابع مکانیکی می باشند.
در ماشین های سانتریفیوژ، نصب نامناسب کوپلینگ اغلب سبب ایجاد سر و صدا در دوبرابر سرعت پمپ می شود(هم محور نیودن).اگر سرعت پمپ در نزدیکی یا در حال عبور از سرعت بحرانی عرضی باشد، سر و صدا می تواند در نتیجه ارتعاشات زیاد حاصل از عدم توازن، سایش یاتاقان ها یا آب بندها یا پروانه تولید شود. اگر سایش اتفاق بیافتد مشخصه آن یک صدای جیغ با زیر و بمی صدای بالاست. سر و صدای حاصل از کاهش دور پمپ می تواند توسط فن های موتور، کلیدهای شفت و چفت های کوپلینگ باشد.المان های چرخشی آسیب دیده یاتاقان، سر و صداهای فرکانس بالای مرتبط با اندازه و سرعت یاتاقان ها تولید می کنند.
2- منابع سر و صدای سیالاتی
نوسانات فشاری وجود دارند که مستقیما توسط حرکت سیال تولید می شود.سر و صدای سیال می تواند توسط تشکیل گرداب Vortex در جریان های با سرعت بالا(آشفته Turbulence )، نوسانات، کاویتاسیون، روشن و خاموش شدن، ضربه زدن آب، جدایش جریان و تداخل پروانه با کات واتر پمپ Pump Cutwater (محل نزدیکترین فاصله پروانه به حلزونی پمپ) تولید شود.ضربات فشاری نتیجه و مدولاسیون جریان می تواند اجزای با فرکانس گسترده یا پهن باند Broad-Band را تولید کند.اگر فرکانس های تولید شده هر یک از اجزای سازه شامل لوله کشی را تحریک کند یا از طریق پمپ به ارتعاشات مکانیکی منجر شود، می تواند سر و صدا را به محیط پیرامون خود منتقل کند.
چهار نوع از منابع ضربه ای که به طور معمول در پمپ های سانتریفیوژ اتفاق می افتد:
· اجزای فرکانس گسترده تولید شده توسط پروانه پمپ مثل فرکانس عبور از تیغه پروانه و چندگانه.
· ضربه های القایی جریان تولید شده توسط آشفتگی مثل عبور جریان از شاخه های جانبی و محدودیتهای سیستم لوله کشی
· انرژی آشفته پهن باند نتیجه گرفته شده از سرعت های بالای جریان
· انفجارهای متناوب انرژی با پهنای زیاد تولید شده توسط کاویتاسیون، نوسان عملکرد پمپ Flashing و ضربه آب(ضربه قوچ) Water hammer
انواع مسیرهای جریان های ثانویه که سبب تولید نوسانات فشاری می شوند در پمپ های سانتریفیوژ ممکن هستند مخصوصا برای عملکرد در جریان خارج از طراحی Off-Design .
شماره های زیر در شکل محل های امکان مکانیزم های ممکن را نشان می دهند:
1- واماندگی Stall
2- گردش دوباره(جریان ثانویه)
3- گردش
4- نشت
5- نوسانات جریان ناپایا
6- جریان های حلقوی Wake (گرداب ها)
7- آشفتگی
8- کاویتاسیون

· دلایل ارتعاشات
دلایل ارتعاش در کانون توجه ما قرار دارد زیرا آسیب های وارده به پمپ و سیستم های لوله کشی از ارتعاشات بیش از اندازه حاصل می شود.ارتعاشات در پمپ می تواند حاصل از نصب و نگه داری غیرصحیح، استفاده های غیر صحیح، تداخل هیدرولیکی با سیستم لوله کشی یا کاستی های طراحی و ساخت باشد.برخی از دلایل ایجاد ارتعاشات بیش از اندازه را در زیر مشاهده می کنیم:

· نصب و نگه داری
1- عدم توازن
2- روی یک خط نبودن شفت به شفت
3- سائیدگی های آب بندی
4- شکستگی های پوسته ناشی از بارهای لوله کشی
5- جواب های دینامیکی لوله کشی(پایه ها و قیدها)
6- جواب های سازه ای پایه ها(فونداسیون)
7- چفت های اتصال
8- مونتاژ نامناسب
· کاربرد
1- کارکرد پمپ در شرایط خارج از نقطه طراحی
2- سرعت/جریان نامناسب
3- هد مکش مثبت خالص NPSH ناکافی
4- ورود هوا
· هیدرولیک
1- تداخل پمپ با رزنانس های لوله کشی
2- ناپایداری های هیدرولیکی
3- رزنانس های آکوستیکی(ضربه های فشاری)
4- ضربه های آب(ضربه قوچ)
5- مشکلات پخش آب
6- گردش دوباره
7- کاویتاسیون
8- تحریک القایی جریان(آشفتگی)
9- سرعت بالای جریان
· طراحی و ساخت
1- سرعت بحرانی عرضی
2- سرعت بحرانی پیچشی
3- آب بندها یا یاتاقان های نامناسب
4- ناپایداری چرخشگر Rotor
5- هم محور نبودن یاتاقان گردها
6- رزنانس پروانه
7- رزنانس قسمت ثابت یاتاقان ها/ سرپیچ ها
بسیاری از این دلایل در نتیجه تداخل پمپ با سیال یا بدنه و ساختار است.این روابط فعل و انفعالی نیازمند آن است که کل سیستم قبل از آنکه تک تک اعضاء در هنگام بروز مشکل بررسی شوند،مورد ارزیابی قرار گیرد. اگرچه پمپ های نمونه یا یک طراحی جدید موضوع اکثر این مشکلات را بررسی می کند، اما طراحی استاندارد از این مشکلات در امان نیست.

کاویتاسیون در پمپ های سانتریفوژ

عملکرد پمپهای سانتریفوژ در حالت بحرانی می تواند موجب اختلال سیستمهای مربوطه شود. از جمله این سیستمها نیروگاههای حرارتی و صنایع پتروشیمی است. در بعضی مواقع تعیین علت دقیق عملکرد ناپایدار پمپ ممکن نیست. جریان توربولان و یا شرایط غیر عادی جریان می تواند موجب لرزشهای شدید و خارج شدن پمپ از مدار شود. یکی از دلایل اولیه لرزشهای پمپ سانتریفوژ کاویتاسیون است. در این حالت در اثر کاهش فشار مایع و تبخیر صورت گرفته در سمت مکش پروانه توده های حباب تولید و به خروجی پروانه جهت تخلیه ارسال می شوند. در اثر افزایش فشار، حبابهای تولید شده فشرده می شوند فشرده شدن حبابها همراه با صدا (مشابه صدای ضربه به بادکنک) و ایجاد لرزش می شود.
تولید حباب در پروانه وقتی رخ می دهد که NPSH موجود مکش پمپ کمتر از NPSH لازم پمپ شود. این امر می تواند به علت وجود مانع در مسیر مکش، وجود زانوئی در فاصله نزدیک ورودی پمپ و یا شرایط غیر عادی بهره برداری می باشد. عواملی مانند افزایش دما و یا کاهش فشار در سمت مکش نیز می تواند شرایط فوق را ایجاد کند.
البته انتخاب پمپ برای سیستمهایی که در دبی های متفاوت و سرعت متغیر کار می کنند بایستی با دقت صورت گیرد تا از پدیده کاویتاسیون جلوگیری گردد. با توجه به ملاحظه مراجع مختلف لرزش پمپ ها معلوم شده است یک عامل رایج این لرزشها پدیده کاویتاسیون است و می تواند مخرب نیز باشد

چنانچه آب به بخار تبدیل شود حجم آن می تواند تا 50000 برابر افزایش یابد که موجب تخلیه پروانه از آب گردد خسارات پمپ در اثر کاویتاسیون شامل خوردگی پره ها در منطقه ضربه حباب و آسیب دیدگی یاتاقانها باشد.
بعضی نتایج نشان می دهد، ارتعاشات مربوط به کاویتاسیون در فرکانسهای بالای 2000 هرتز تولید یک پیک با طیف پهن می نماید. گزارش دیگر اثر کاویتاسیون بر فرکانس پاساژ پره (تعداد پره ضربدر فرکانس دوران محور) را شرح می دهد و دیگری اثر دامنه ارتعاشی پیک را در سرعت محور نشان می دهد. البته دلیل تفاوت در فرکانسهای فوق که از طرف متخصصین مختلف پمپ ارائه شده تفاوت در طراحی پمپ، نصب و بهره برداری آن می باشد. حتی اخیرا" لرزش در اثر کاویتاسیون با ظهورPeak با فرکانس 60 % دور روتور در طیف مشاهده شده است که این در اثر تشدید فرکانس طبیعی پوسته پمپ در اثر برخورد حبابها با آن بوده است. مشخصه دیگر کاویتاسیون تغییرات و نوسان فشار خروجی پمپ است. یک روش سریع جلوگیری ازکاویتاسیون بستن آرام شیرخروجی وکاهش دبی پمپ است تاNPSH لازم کمتر از موجودشود. عملکرد پمپهای سانتریفوژ در حالت بحرانی می تواند موجب اختلالسیستمهای مربوطه شود. از جمله این سیستمها نیروگاههای حرارتی و صنایع پتروشیمی است. در بعضی مواقع تعیین علت دقیق عملکرد ناپایدار پمپ ممکن نیست. جریان توربولان و یاشرایط غیر عادی جریان می تواند موجب لرزشهای شدید و خارج شدن پمپ از مدار شود. یکیاز دلایل اولیه لرزشهای پمپ سانتریفوژ کاویتاسیون است. در این حالت در اثر کاهشفشار مایع و تبخیر صورت گرفته در سمت مکش پروانه توده های حباب تولید و به خروجیپروانه جهت تخلیه ارسال می شوند. در اثر افزایش فشار، حبابهای تولید شده فشرده میشوند فشرده شدن حبابها همراه با صدا (مشابه صدای ضربه به بادکنک) و ایجاد لرزش میشود.
تولید حباب در پروانه وقتی رخ می دهد که NPSH موجود مکش پمپکمتر از NPSH لازم پمپ شود. این امر می تواند به علت وجود مانع در مسیر مکش، وجودزانوئی در فاصله نزدیک ورودی پمپ و یا شرایط غیر عادی بهره برداری می باشد. عواملیمانند افزایش دما و یا کاهش فشار در سمت مکش نیز می تواند شرایط فوق را ایجاد کند. البته انتخاب پمپ برای سیستمهایی که در دبی های متفاوت و سرعت متغیر کار می کنندبایستی با دقت صورت گیرد تا از پدیده کاویتاسیون جلوگیری گردد. با توجه به ملاحظهمراجع مختلف لرزش پمپ ها معلوم شده است یک عامل رایج این لرزشها پدیده کاویتاسیوناست و می تواند مخرب نیز باشد.
چنانچه آب به بخار تبدیل شود حجم آن می تواند تا 50000برابر افزایش یابد که موجب تخلیه پروانه از آب گردد خسارات پمپ در اثر کاویتاسیونشامل خوردگی پره ها در منطقه ضربه حباب و آسیب دیدگی یاتاقانها باشد.
بعضی نتایج نشان می دهد، ارتعاشات مربوط به کاویتاسیون در فرکانسهای بالای 2000 هرتزتولید یک پیک با طیف پهن می نماید. گزارش دیگر اثر کاویتاسیون بر فرکانس پاساژ پره (تعداد پره ضربدر فرکانس دوران محور) را شرح می دهد و دیگری اثر دامنه ارتعاشی پیکرا در سرعت محور نشان می دهد.
البته دلیل تفاوت در فرکانسهای فوق که از طرف متخصصین مختلف پمپارائه شده تفاوت در طراحی پمپ، نصب و بهره برداری آن می باشد. حتی اخیرا" لرزش دراثر کاویتاسیون با ظهورPeak با فرکانس 60 % دور روتور در طیف مشاهده شده است که ایندر اثر تشدید فرکانس طبیعی پوسته پمپ در اثر برخورد حبابها با آن بوده است. مشخصهدیگر کاویتاسیون تغییرات و نوسان فشار خروجی پمپ است. یک روش سریع جلوگیریازکاویتاسیون بستن آرام شیرخروجی وکاهش دبی پمپ است تاNPSH لازم کمتر ازموجودشود.

نیاز انسان به آب و جابجایی آن از نقطه ای به نقطه ای دیگر سبب شد که انسان به فکر ساخت دستگاهی که این مشکل را بر طرف کند بیافتد.اولین نمونه های پمپ ها که نیروی محرک آنها توسط انسان یا حیوانات تامین میشد، توسط مصریان باستان در 17 قرن پیش از میلاد مسیح ساخته شد و مورد استفاده قرار گفتند. آنها توانسته بودند آبرا با پمپ های رفت و برگشتی از عمق 5 متر و 91 سانتی متری زمین بیرون بکشند.عمده ترین تولید کننده این گونه پمپ ها در ایران شرکت صنایع پمپیران میباشد در یونان باستان نیز پمپ های رفت و برگشتی با طرح ساده 4 قرن قبل از میلاد ساخته شده بود.تاریخ مشخصی در مورد ابداع پمپهای سانتریفیوژوجود ندارد، اما گفته می شود که نقاشیهای لئوناردوداوینچی در قرن پانزدهم میلادی نشان میدهد که چگونه با اعمال نیروی گریزازمرکز به آب درون یک لوله خمیده، آب را تا مقدار معینی بالا می برد.

در یونان باستان نیز پمپ های رفت و برگشتی با طرح ساده 4 قرن قبل از میلاد ساخته شده بود. تاریخ مشخصی در مورد ابداع پمپهای سانتریفیوژوجود ندارد، اما گفته می شود که نقاشیهای لئوناردوداوینچی در قرن پانزدهم میلادی نشان میدهد که چگونه با اعمال نیروی گریزازمرکز به آب درون یک لوله خمیده، آب را تا مقدار معینی بالا می برد.
اولین پمپ های سانتریفیوژ در اواخر قرن هفدهم و اوایل قرن هجدهم توسط مهندسین فرانسوی وایتالیایی ساخته شده و کاربرد عملی یافتند (1732).در نیمه های قرن نوزدهم عیب اصلی پمپهای رفت و برگشتی که عبارت از مقدار جریان پایین می باشد، موجب این شد که پمپ های سانتریفیوژ با استقبال بیشتری روبرو شوند و جایگاه وسیعتری در صنعت پیدا کنند. در پمپ های سانتریفوژ مایع به مرکز پمپ و پای پره ها وارد شده و اثر نیروی گریز از مرکز که ناشی از گردش سریع پمپ می باشد، انرژی جنشی زیادی پیدا کرده و به طرف خارج پرتاب می شود و پوسته را پر از سیال می کند
انرژی جنبشی در قسمت خروجی پمپ اجبارا به انرژی فشار تبدیل می گردد

جهت حرکت پروانه:
جهتی است عمود بر فرو رفتگی پره های درون پمپ.
پمپهای گریز از مرکز از پر مصرف ترین پمپهائی می باشند که در صنعت بطور فراوان بکار می روند. حسن این پمپها در آنست که گذر حجمی سیال در آنها یکنواخت بوده و همچنین چنانچه لوله تخلیه مسدود و یا تنگ شود، فشار زیادی که به پمپ آسیب رساند ایجاد نخواهد شد در نتیجه بار آن بحدی نخواهد رسید که موتور محرک خود را از کار بیندازد.
دو نوع افت فشار داریم: افت اصطکاکی و افت اتصالات
عملکرد موفق یک پمپ تا حدود زیادی بستگی به انتخاب و نصب صحیح آن دارد. جهت حصول اطمینان از حداکثر کارایی پمپ و حداقل نیاز به تعمیر و نگهداری ، انتخاب پمپ باید با عرضه اطلاعات صحیح به کاتولوگ صورت گیرد. بیشتر سازندگان پمپ اطلاعات لازم در خصوص پمپ تولیدی خود را در کاتولوگ و کتابچه راهنما ذکر می کنند:
اطلاعاتی از قبیل نصب ، عملکرد و تعمیر و نگهداری. در این مبحث منتخبی از این گونه دانستنیها درباره پمپهای سانتریفوژ و همچنینی عیوب متصوره ، علت و چگونگی رفع این عیوب ذکر می گردد.
انواع پمپ های سانتریفیوژ (گریز ازمرکز):
این پمپ ها بر اساس طراحی پروانه ها و تعداد پروانه ها کلاس بندی می شوند. یک پمپ چند مرحله ای بیشتر از یک پروانه دارد. یک پمپ دو مرحله ای دو پروانه دارد. یک پمپ دو مرحله ای اثر یکسانی، همچون دوپمپ یک مرحله ای که به صورت سری میباشد، دارند. خروجی پمپ اول وارد پمپ دوم می گردد.
یک پمپ چند مرحله ای دارای دو یا چند پروانه که روی یک شافت نصب شده اند، میباشد. دبی در خروجی پروانه دوم بیشتر از دبی خروجی در پروانه اول است. زیاد شدن تعداد پروانه ها دبی خروجی نهایی را بالا می برد.
از آنجایی که مایعات تقریبا تراکم ناپذیر هستند، تمام پروانه ها در پمپ برای ظرفیت یکسانی طراحی میگردند. پروانه های یک پمپ چند مرحله ای دارای اندازه یکسانی می باشند. این پمپ ها همچنین براساس تک مکشی و یا دو مکشی بودنشان کلاس بندی می شوند.
در یک پمپ تک مکشی سیال از یک طرف و در یک پمپ دومکشی سیال از میان دو طرف پروانه وارد می گردند. از آنجایی که مایع از دوطرف پروانه وارد میگردد، از یک پمپ دو مکشی برای ظرفیت های بالای عملیاتی استفاده می شود.
پمپ های دو مکشی دارای NPSH پایین هستند.
کاربرد پمپ های سانتریفیوژ:
پمپ دستگاهی است که با ازدیاد فشار سیال باعث انتقال آن از نقطه ای به نقطه ای دیگر می گردد.
اساس کار پمپ گریز از مرکز براساس نیروی گریز از مرکز است، به اینصورت که قسمت متحرک پمپ تحت حرکت دورانی، قطرات آب را از مرکز به خارج پرتاب میکند، چون قطرات دارای سرعت زیاد می باشند در برخورد با پوسته سرعت آنها به فشار تبدیل می گردد. در واقع اساس کار آنها بر اعمال نیروی گریز از مرکز و تبادل اندازه حرکت در پره های پروانه به واحد وزن مایع مبتنی است.
پمپ های سانتریفیوژ متشکل ازسه نوع جریان می باشند.
1- پمپ سانتریفیوژ با جریان شعاعی (Turbo Pumps)
2- پمپ سانتریفیوژ با جریان وتری (Impeller Pump)
3- پمپ سانتریفیوژ با جریان محوری (Roto Dynamic)

عموما با عناوین در اصطلاح فرانسه شناخته می شوند. دامنه کاربرد پمپ های سانتریفیوژ بسیار وسیع بوده، و در صنایع شیمیایی،کاغذسازی،صنایع غذایی و لبنیات، فلزات مذاب،آب و فاضلاب، دفع موادزائد، نفت و پتروشیمی ودیگر مواد به کار می روند. از نظر ظرفیت دبی، توانایی این پمپ ها برای ظرفیت های بالا و متوسط نوع جریان وتری و دبی های پایین نوع محوری و در دبی بالا نوع شعاعی می باشد. البته دو کمیت دبی و ظرفیت مستقل از هم نیستند و به شکل، اندازه و سرعت پره ها بستگی دارند.

انواع پمپهای گریز از مرکز
پمپهای گریز از مرکز را بر حسب نوع ساختمان به انواع زیر تقسیم بندی می کنند:
1. از نظر وضعیت طبقات که ممکن است یک طبقه و یا چند طبقه باشند.
2. از نظر مقدار آبدهی و ارتفاع که ممکن است بصورت کم ، متوسط و زیاد باشند.
3. از نظر نوع پروانه، تعداد تیغه و وضعیت آنها.
ممکن است پمپها را بر حسب نوع استفاده آنها تقسیم بندی کنند:
1- پمپهای سیرکولاتور برای به جریان انداختن آب گرم در سیستمهای حرارتی.
2- پمپهای افقی یک طبقه از نوع مکش مارپیچی جهت استفاده در تاسیسات مکانیکی.
3- پمپهای سانتریفوژ فشار قوی چند طبقه جهت استفاده در آبرسانی و غیره.
4- پمپهای شناور جهت استفاده در چاههای عمیق و نیمه عمیق.
5- پمپهای لجن کش جهت استفاده در سیستمهای فاضلاب.
نظر به اینکه پمپهای طبقاتی در سیستم تاسیساتی کاربرد فراوان دارند، مختصرا به ساختمان این نوع پمپها اشاره می گردد.

عوامل موثر بر ظرفیت پمپهای سانتریفوژ
ظرفیت یک پمپ سانتریفوژ بستگی عوامل زیر دارد.
1- چگونگی طراحی پمپ

2- سرعت گردش پروانه پمپ
3- فشار مطلق قسمت مکش پمپ
4- فشار قسمت تخلیه پمپ
5- خواص فیزیکی سیال عبوری
اجزای یک پمپ سانتریفوژ
1- موتور، که باعث حرکت دورانی محور پمپ می گردد.
2- روتور، که شامل محور و پره ها است.
3- پوسته یا جداره
4- لوله مکش
5- لوله رانش
6- محفظه بین پوسته و پروانه

اجزا اصلی و ساختمان مکانیکی:
هر پمپ گریز از مرکز دارای سه بخش اصلی زیر است که هر کدام از آنها از اجزای مختلفی تشکیل شده است که در ذیل به شرح مختصری از آن می پردازیم.

1- محرک
در پمپ های دوار معمولا از سه نوع محرک الکترومغناطیسی یا الکتروموتور، محرک دیزلی و محرک توربینی استفاده می شود. محرک الکترو مغناطیسی یک ژنراتور بوده که انرژی الکتریکی را به حرکت دورانی تبدیل می کند.
محرک توربینی به کمک انرژی بخار آب؛ محور پمپ را می چرخاند.
محرک دیزلی نیز موتوری است که با سوخت فسیلی معمولا گازوئیل کار میکند. خروجی محرک به کمک کوپلینگ به میل محور پمپ متصل شده و این میل محور وارد محفظه آب بندی می شود. در این محفظه دو یاتاقان (ساچمه ای) قرار داشته که درون روغن غوطه ور می باشند و حکم تکیه گاههای میل محور را دارند. انتهای میل محور به یک پروانه که درون پوسته جا دارد متصل شده است.
2- محفظه آب بندی
3- پوسته که قسمت عمده آن پروانه و شافت است که به اختصار به شرح انواع آن می پردازیم.
الف – پروانه Impeller :
ایمپلرها با انواع مختلف یک دهنه ،دودهنه و باز هستند اصولا پروانه های دودهنه دارای نیروی محوری Trust کمتر اما هزینه ساخت گرانتر می باشند.همچنین پروانه های باز و نیمه باز از نظر هزینه ساخت ارزانتر میباشند.مشخصه های مایع و وجود ذرات جامد، روانی و ناروانی مایع و پارامترهایی ازاین قبیل درنوع استفاده از ایمپلرموثرهستند. پروانه های باز درپمپ های محوری و پروانه های بسته در پمپ های شعاعی بکار میروند.که برای نوع باز برای مایعات حاوی ذرات جامد و الیاف دار نوع پروانه بسته برای مایع های تمیز و بدون ذرات شناور مناسب می باشند.
نوعی از پروانه های باز نیز برای مخلوط مایع و جامد بکار میروند. بنابراین ساده ترین نوع پروانه، پروانه باز بوده که برای انتقال مایعات حاوی ناخالصی جامد شناور بکار میرود. پروانه نیم باز نیز برای مایعات رسوب زا بکار برده میشود.
کاربرد پروانه بسته نیز در ظرفیت های بالا و به دو دسته یک چشمی و دو چشمی تقسیم میشود.
تعریف پروانه نیز به عنوان بخشی اساسی،قسمت متحرک پمپ است که مایع ورودی به چشم را به علت داشتن حرکت دورانی به خارج میراند.
لازم است اشاره کنیم هرچه اندازه ذرات شناور بیشتر باشد تعداد پره ها کمتر خواهد بود. وضع قرار گرفتن پروانه در پوسته باید به نحوی باشد که فاصله بین آن و پوسته حداقل ممکن باشد.این فاصله باعث میشود که مایع بین پوسته و پروانه قرار گرفته از یک طرف آن را روغن کاری کند و از طرف دیگر مانع سایش پوسته و پروانه شود.به همین دلیل نباید این نوع پمپ را بدون مایع راه اندازی کرد.پمپ های گریز ازمرکز توانایی ایجاد فشار بالا را ندارند لذا برای رسیدن به فشار بالا از پمپ های چند پروانه ای استفاده میشود. این پمپ ها برای حجم زیاد و فشار پایین بهترین راندمان را دارد.
همچنین این پمپ ها جریان خروجی یکنواختی دارند. اگر این نوع پمپ با خروجی بسته کارکند، درجه حرارت مایع درون پوسته افزایش یافته و با تولید بخار در قسمت داخلی دچار ارتعاش میشود که دراین وضع گویند پمپ هوا گرفته و باید هواگیری شود.
پروانه ممکن است به یک صفحه متصل باشد یا بین دو صفحه قرار گرفته باشد یا آزاد باشد. مایع در جهت محور وارد بدنه پمپ می شود و مایع ورودی بوسیله پره های پروانه گرفته شده و به داخل یک پیچک که مماس بر پمپ می باشد تخلیه می گردد. آب بندی پمپهای سانتریفوژ مسئله مهمی است که عدم رعایت آن باعث کاهش راندمان عمل پمپ می گردد. همانطور که از این پمپها در ک می شود، اساس کارشان برای حمل سیالات از نقطه ای به نقطه دیگر بر حرکت سیال در خلاف جهت مرکز محور پمپ بنا نهاده شده است، یعنی در واقع سیال با دور شدن از مرکز محور پمپ به داخل لوله رانش هدایت خواهد شد و یا اختلاف فشار ایجاد شده بین قسمت مکش و رانش پمپ ، سیال با سرعت به حرکت خود در سوی تخلیه ادامه می دهد. اصولا این پمپها متشکل از یک پروانه و یک محور است که داخل یک پوسته فلزی مستقر می باشند
(این پوسته فلزی VOLUTE یا نوع پیچکی نام دارد و پروانه داخل پوسته به IMPELLER موسوم است.)
این پمپ ها برای حجم زیاد و فشار پایین بهترین راندمان را دارد. میتوان جریان خروجی را بردن اینکه درداخل فشار زیاد شودبدون هیچ خطری متوقف کرد. همچنین این پمپ ها جریان خروجی یکنواختی دارند. اگراین نوع پمپ باخروجی بسته کارکند،درجه حرارت مایع درون پوسته افزایش یافته و با تولید بخار در قسمت داخلی دچار ارتعاش می شود که دراین وضع گویندپمپ هوا گرفته و باید هواگیری شود.
ب – رینگ های سایشی
تنها نقطه ای که پوسته و پروانه به عنوان اجزای دورانی و ثابت با هم در تماس قرار میگیرند محل رینگهای سایش است.
ممکن است که پمپ به دلایل مختلف دچار ارتعاش شود. این ارتعاش باعث ساییده شدن پروانه و پوسته میگردد. دربعضی مواقع باعث جام کردن پمپ میشود.برای جلوگیری ازاین وضع از یک حلقه سایش استفاده می شود که هم در پروانه و هم درپوسته کار گذاشته میگردد. با کمی لقی و نشت مایع از ما بین این دو رینگ حرکت دورانی ایمپلر بدون ارتعاش و مشکلات مکانیکی صورت میگردد. لقی ما بین دو رینگ پوسته و پروانه موجب عبور لایه ای ازمایع پمپاژ شده میشود که بعنوان مستهلک کننده ارتعاش عمل می کند. اما نشت زیاد مایع نیز باعث افت کارآیی پمپ و هدر رفتن قدرت محرک میگردد. ارتعاش زیاد، فشارزیاد و کارمداوم باعث سائیده شدن رینگ ها شده که باید به موقع تعویض شوند.
ج- شافت
نقش اساسی شافت انتقال گشتاور وارده،به هنگام راه اندازی و عملکرد و همچنین به عنوان نشیمنگاه و تکیه گاهی برای دیگر قطعات دوار است. حداکثر خیز شافت در شرایط دورانی می باید از حداقل لقی ما بین قطعات دوار و ثابت کمتر باشد.
بار های اعمالی به شافت عبارتند از:
– نیروی گشتاور
-نیروی وزن قطعات
-نیروی هیدرولیکی شعاعی و …
مقدار طراحی شافت ها این بارها به طور همزمان با فاصله یاتاقان ها ،مقدار overhung آویخته ازیک سر، سرعت های بحرانی و محل تاثیر بارها مورد بررسی قرار میگیرند. همچنین شافت ها می بایست تحمل بار های ضربه ای ناشی از پیچش و عدم پیچش و تنش های حرارتی بهنگام سرد و گرم شدن را داشته باشند.
– شافت صلب و انعطاف پذیر(نرم)
شافتی که سرعت (دور) عملکرد نرمال آن پایین تر از دور بحرانی نخست آن قرار گیرد به شافت صلب موسوم است. اگر دور عملکرد آن بالاتر از اولین دور بحرانی قرار گیرد آن را شافت انعطاف پذیر گویند.
معمولا دور عملکرد 20% کمتر و 25%– 40% بالاتر از دور بحرانیcritical speed نگه میدارند. هنگام راه اندازی و خاموش کردن دستگاه باید خیلی سریع از دور بحرانی عبور کرد.

د- یاتاقان ها
وظیفه یاتاقان ها در پمپ نگهداشتن شافت و روتور در مرکز شافت در مرکز اجزاء ثابت و تحمل بارهای شعاعی و محوری است .تحمل کننده بارهای شعاعی را یاتاقان ها ی شعاعی و تحمل کننده های بارهای محوری را یاتاقان های محوری نامند. البته یاتاقان های محوری در عین حال بار شعاعی را نیزتحمل میکنند. یاتاقان های مابین کوپلینگ و پمپ را این بورد و یاتاقان های سمت دیگر را اوت بورد گویند. در پمپ های آویخته از یک سر شافت آن یاتاقانی که به پروانه نزدیکتر باشد را این بورد و دورتری را اوت بورد گویند.یاتاقان های محوری در سمت اوت بورد نصب می کنند.
ﻫ – کوپلینگ ها
کوپلینگ ها برای انتقال دور و گشتاور از ماشین محر ک به ماشین متحرک به کارمی روند.وظیفه ی دیگر کوپلینگ از بین بردن نا هم محوری ،انتقال بارهای محوری مابین دو ماشین و تنظیم شافت های محرک و متحرک در مقابل سائیدگی می باشد.
کوپلینگ ها دو نوعند:
کوپلینگ صلب:
در مواقعی که دقت هم محوری باید بالا باشد از این نوع کوپلینگ استفاده میکنند. همچنین در مواقعی که لازم باشد که یکی از روتورها توسط شافت دیگر نگهداشته شود ،این کار را بوسیله کوپلینگ صلب انجام میدهند.در این نوع کوپلینگ ها اگر دقت هم محوری کم باشد باعث ایجاد مشکلات مکانیکی میگردد.
انواع متداول کوپلینگ صلب عبارتند از :
1- فلنجی با پیچ های مناسب (استفاده رایج در پمپ های عمودی)
2- کلمپی چاک دار
3- در امتداد محور
کوپلینگ انعطاف پذیر:
این کوپلینگ ها علاوه بر اینکه وظیفه انتقال قدرت از موتور به پمپ(شافت) را دارند عمل از بین بردن ناهم محوری بین دو شافت محرک و متحرک را نیز انجام میدهند. کوپلینگ های انعطاف پذیر به غیر از مدل چرخ دنده ای برای دورها و قدرت های پایین استفاده میشوند.
و غلاف ها جهت جلوگیری از فرسایش، خوردگی و ساییدگی در محل کاسه نمدها و یاتاقان های داخل و دیگر قسمت ها از غلاف های مناسب استفاده می شود.
مواد ساختن پمپهای سانتریفوژ
پمپهای سانتریفوژ را از مواد مختلفی می سازند. اکثرا پروانه و بدنه از مواد مقاوم در مقابل خوردگی و سایش ساخته می شوند. فولاد ضد زنگ ، نیکل ، لاستیک ، پلی پروپیلن در ساختمان پمپهای سانتریفوژ بکار می روند. در صورتی که پمپهای سانتریفوژ برای انتقال سیالات حاوی مواد معلق جامد مورد استفاده قرار می گیرند، بایستی فاصله بین پره ها و دریچه ها به اندازه کافی بزرگ باشند تا از خطر مسدود شدن آنها جلوگیری شود.
مزایای پمپهای سانتریفوژ
پمپهای سانتریفوژ دارای ساختمان ساده ای بوده و از مواد گوناگون ساخته می شوند.
در استفاده از این پمپها نیازی به شیر یا سوپاپ می باشد.
چون پمپ در سرعتهای بالا عمل می کند لذا می توان آنرا مستقیما به موتور الکتریکی متصل نمود. با افزایش سرعت برای عملکرد معین ابعاد پمپ کوچکتر می شود.
دبی آن یکنواخت است.
هزینه تعمیرات آن از پمپهای دیگر کمتر می باشد.
درصورت قطع جریان می تواند مدت بدون آسیب رسیدن به پمپ به گردش ادامه دهد.
برای انتقال سیالات با مواد معلق بخوبی عمل می کنند.
نسبت به پمپهای دیگر با ظرفیت مشابه دارای ابعاد کوچکتری می باشند.
معایب پمپهای سانتریفوژ
پمپهای سانتریفوژ قادر به ایجاد فشارهای بالا نمی باشند و به این منظور برای فشارهای بالا باید از پمپهای چند مرحله ای استفاده نمود.
در شرایط معین و محدودی با راندمان بالا عمل می کند.
راه اندازی این پمپها نیاز به آماده سازی دارد.
در صورتی که پمپها از کار بیفتند، سیال می تواند به قسمت مکش از درون پمپها جاری شود. لذا بهتر است که در خروجی این پمپها از شیر یک طرفه استفاده نمود.
برای سیالات با ویسکوزیته (غلظت) بالا نمی توان از این نوع پمپ استفاده نمود.
پمپهای حلزونی (پیچکی) و افشان
لازم به یادآوری است که پمپهای پیچکی و افشان کاملا از نوع گریز از مرکز می باشند.
پمپ حلزونی تلمبه پیچکی: در تلمبه های پیچکی گریز از مرکز، پروانه در داخلی محفظه مارپیچ حلزونی که بتدریج توسعه می یابد گردش می کند و در اثر گردش محور تلمبه، که به پروانه انتقال می یابد سیال از مرکز پمپ در جهت شعاع و به سوی کناری پوسته پمپ حرکت کرده بطرف لوله رانش منحرف می شود. این پمپها یک طبقه و چند طبقه نیز ساخته می شوند. بیشترین کاربرد را در صنعت دارند.
پمپ افشان: پروانه تلمبه افشان در داخل محفظه پره داری گردش می کند که پره های آن ثابت بوده (پخش کننده ها) و برای عبور مایع مجراهائی واگرایی تعبیه شده اند که به تدریج توسعه می یابند. جهت جریان مایع ورود به این مجراها تغییر کرده و پیش از ورود به محفظه مارپیچی تغییرات سرعت مبدل به تغییرات فشار می شود. اصولا راندمان با ضریب بهره دهی پمپهای افشان بیش از پمپهای پیچکی است و همچنین پمپهای افشان را با قدرتهای بالا و ظرفیتهای آبدهی فراوان می سازند و چون ساختمان داخل آن پیچیده است به نسبت ، قیمت آن از قیمت پمپهای پیچکی گرانتر است. این پمپها یک طبقه و چند طبقه ساخته می شوند.
کاربرد پمپهای سانتریفوژ
در اکثر صنایع و رسانشهای ساختمانی ، در صنایع شیمیای و نقت پمپهای سانتریفوژ مصارف بسیاری دارند. پمپهای سانتریفوژ برای مایعات مختلفی با مواد معلق گوناگون بکار می روند. سرعت این پمپها زیاد می باشد، لذا می توان آنها را مستقیما به الکتروموتور وصل نمود.
پمپهای یک طبقه و چند طبقه
پمپهای یک طبقه SINGLE-STAGE PUMPS: پمپهای گریز از مرکز یک طبقه با انواع گوناگون پروانه ها ساخته می شود، یکی از ساده ترین انواع آنها دارای یک مجرای مکش و یک پروانه می باشد و به این جهت یک طبقه نامیده شده است. پره های پروانه بین دو صفحه قرار گرفته اند و مجاری مایع بین پره ها و این دو صفحه محصور گردیده اند. این نوع پروانه به تمام بسته موسوم می باشد که مورد استعمال بیشتری دارد.
پمپهای چند طبقه MULTISAGE PUMPS: پمپهای طبقه گریز از مرکز ، تا کنون برای تولید 40 اتمسفر فشار (600 پوند بر اینج مربع و یا ارتفاع 350 متر آبدهی) و با سرعت 7150 دور در دقیقه ساخته شده اند. با این حال وقتی که سرعت گردش تلمبه از 3500 دور در دقیقه تجاوز نکند، معمولا ارتفاع آبدهی آنها از 120 متر تجاوز نمی کند.
بنابراین در مواردی که ارتفاع آبدهی پمپهای یک طبقه کافی نباشد از پمپهای چند طبقه که دارای ارتفاع آبدهی بیشتری است استفاده می کنند. شاید لازم به یادآوری باشد که چون در صنایع استخراج نفت لازم است، پمپهائی بکار گرفته شود که دارای ظرفیت گذر حجمی بسیار زیاد و ارتفاع فوق العاده باند از پمپهای چند طبقه استفاده می شود، برای مثال پمپی ساخته شده است که دارای 317 طبقه (هر طبقه و یک محفظه می باشد) و به ارتفاع انرژی 2700 متر بوده است. بطور خلاصه در یک پمپ چند طبقه دور یا چند پروانه متوالی روی یک محو قرار می گیرند. آب در پوسته همان طبقه جمع شده ، طبقه دوم تخلیه می شود و از دوم به سوم و به همین ترتیب ادامه می یابد. پمپهای چند طبقه هم با محور افقی و هم با محور قائم کاربرد دارند
Water Jet (جت آب)
همگام با پیشرفت صنعت و تکنولوژی، نیاز به دستگاهها و تجهیزات متنوع و تک منظوره روزبروز افزایش می یابد. علاوه بر این تنوع، سلیقه های گوناگون استفاده کنندگان و روند به سوی تکامل صنعت ، موجب شده اند که دیگر سیستمهای تولیدی قدیمی مانند ماشینهای تراش معمولی ، جوابگوی تغییرات مداوم در تقاضاهای بازار نباشند. در نتیجه، با تنگ تر شدن عرصه رقابت ، تولیدکنندگان در سالهای اخیر به ابداع سیستمهای تولیدی پیشرفته روی آورده اند تا بتوانند هم قادر به ارضای نیازهای مشتری باشند و هم بقای خود را تضمین نمایند.
در طی این تغییر و تحول سیستمهای تولیدی، رایانه ها نقش بسیار مهمی را در هدایت ، کنترل و پیگیری عملیات مختلف دستی یا ماشینی بعهده گرفته اند. از طرفی، به منظور کاهش خطاهای انسانی و ارتقای سطح تکرارپذیری و دقت عمل، رباتهای گوناگونی طراحی و ساخته شده اند تا محصولات تولیدی از کیفیت و قابلیت اطمینان بالایی برخوردار شوند. یکی از این دستگاههای پیشرفته وکارآمد دستگاه برش بوسیله جت آب (water jet cutting ) می باشد
این موتورهای آبی ، در زمینه تکنولوژی به مدت بیش از یکصد سال استفاده می شده است، بعنوان مثال در زمینه استخراج معدن و ساخت تونل برای سنگ شویی کردن سنگ و زمین از آن استفاده می شده .اولین تلاشها برای بریدن مواد نرم با استفاده از واتر جت از سال 1960 آغاز شده است. از اواسط دهه هشتاد واتر جت در ترکیب با مواد ساینده برای بریدن مواد سخت مثل فلزات و سنگها وپلاستیکها نیز مورد استفاده قرار گرفت .
اخیراً بر طبق گزارش Frost و Sullivan که یک شرکت بازاریابی کار می کنند، اعلام نموده اند که abrasive waterjet به نحو چشمگیری رشد و گسترش قابل ملاحظه ای پیدا کرده است. رشد 1/9 درصد در فاصله سال های 2002-1997 برای بازار واترجت و جت مواد درآینده پیش بینی می شود.
هم واترجت و هم لیزر قادرند فلزات و دیگر مواد را برش دهند. ولیکن دستگاه های واترجت ارزان تر از دستگاه های لیزر می باشند.
این فرآیند برای برشکاری و شیار زنی غیر فلزات متخلخل مانند: چوب , چرم , اسفنج و… مناسب است . از آن همچنین برای برشکاری کامپوزیت ها , برداشتن روکش سیم ها و پلیسه گیری استفاده می شود .این فرایند با بهره گیری از اصل تاثیرات فرسایشی یک جت آب با قطر کم وسرعت بالا کار می کند. کیفیت لبه های ماشین کاری شده در این فرآیند به طور معمول بهتر از دیگر فرآیند های برشی رایج است .
جت آب یک ابزار برشی است که هرگز کند نمی شود و یا نمی شکند . این فرآیند گرد و غبار تولید نمی کند , پس از این رو خطرات موجود در ماشین کاری کامپوزیت های الیافی و آزبست ها به حد اقل می رسند .

فرآیند های مشابه:
ماشین کاری با جت ساینده (AJM) ,ماشین کاری جریان ساینده (AFM) و ماشین کاری جت آب ساینده (AWJM) دراین فرآیند ها از مواد ساینده, جت آب ویا هر دو آنها برای ماشین کاری استفاده می کنند.
در AJM, مواد ساینده به وسیله فشار هوا به سطح قطعه کار برخورد می کند و باعث ماشین کاری می شود. در واتر جت فقط آب ماشینکاری میکند .

ابزار برش, آب خالص یا آب به همراه مواد ساینده است. فرآیند برش با آب خالص معمولا برای مواد کم استحکام مانند کاغذ, شیشه, فایبر گلاس ومقوا وفرآیند برش به همراه مواد ساینده , برای مواد مستحکم مانند فلزات و آلیاژها مورد استفاده قرار می گیرد.
برش بوسیله جت آب (water jet cutting) داری قابلیت انعطاف بالا و توانایی تغییر درصنایع تولیدی را دارا می باشد و اجازه انجام بیشتر برشها را به کاربران آن می دهد .
به گفته یکی از صاحبان ومالکان کارخانه ساخت این دستگاهها :
((این تکنولوژی با قابلیت انعطاف پذیری بالا در انجام برش ها و ارائه بهترین تکنولوژی در اقتصاد و تجارت و صنعت ، نتایج دلخواه ومورد نظر ما را با قابلیت اطمینان بسیار حیرت انگیز ارائه مینماید .))
عمده فعالیتهای انجام شده در چها ردهه گذشته مربوط به ایجاد تکنولوژی فشار بسیار زیاد مورد نیاز این قبیل دستگاههای پیشرفته بوده است زیرا که برای برش فلزات باید آب مصرفی با فشار بسیار زیاد تنظیم شود وتحت فشار قرار گیرد تا بتواند یک جریان برش بسیار قوی را برای برش ایجاد نماید . این پروسه ها فقط برای دو مورد زیر قابل اجرا میباشد :
— آب مصرفی
— جت مواد ساینده
سازوکار واتر جت ازیک باریکه آب، با سرعت بالا که یک ماده ساینده به منظور برش مواد سخت به آن تزریق شده ، تشکیل شده است .مخلوط آب ومواد ساینده یک بریدگی باریک را روی قطعه کار ایجاد می کند

عنصر کلیدی در این فرآیند آب است که با سرعت 900 متر بر ثانیه حرکت می کند و به هنگام برخورد این جریان به سطح قطعه کار ماده بر اثر نیروی آب به سرعت برداشته می شود.

اجزای تشکیل دهنده :
به طور کلی میتوان این دستگاه را به دو قسمت زیر تقسیم کرد:
1– سیستم کم فشار شامل موتور الکتریکی ، تانک , لوله های فشار ضعیف وفیلترها .
موتور الکتریکی : از این موتور برای به حرکت درآوردن پمپ روغن استفاده می شود و معمولا قدرتی در حدود Hp 75 دارد .
تانک:برای جمع آوری آب وبرگشت آب اضافه از آن استفاده می کنند.
لوله های فشار ضعیف: برای انتقال آب از تانک به پمپ وبرای برگشت آب ازسیستم به تانک استفاده میکند چون که این لوله ها تحت فشار نیستند پس میتوان جنس آنها راضعیف در نظر گرفت.
فیلتر : برای جدا کردن ذرات ساینده از آب استفاده می شود. در ماشین کاری مواد ساینده با جت آب فیلتر کردن اهمیت کمتری دارد ولی در برشکاری با جت آب از اهمیت بیشتری برخوردار است , زیرا عمر نازل تا حدود زیادی , به تمیز بودن آب بستگی دارد. در دو قسمت از مدار فیلتر قرار می گیرد , یکی در مسیر ورودی آب به تقویت کننده , که محافظت لازم را از تقویت کننده به عمل می آورد.اگر از آب شهری که املاح معدنی دارد استفاده شود اهمیت تصفیه آب بیشتر می شود,زیرا آب شهری دارای کلسیم,آهن,سدیم وغیره می باشد که ته نشین می شوند.دقت این فیلتر 45/0میکرون می باشد. دومین فیلتر بعد از انباره ودر مسیر ورود به نازل قرار می گیرد.
2– سیستم پرفشارکه شامل سیستم پمپاژ , لوله های فشار قوی , انباره (آکومولاتور) , سیستم تغذیه مواد ساینده ( در AWJM ) ، شیر قطع و وصل و مجموعه نازل است .
سیستم پمپاژ: این سیستم از دو قسمت تشکیل شده است:واحد هیدرولیک وقسمت تقویت کننده فشار.
واحد هیدرولیک: شامل یک موتور الکتریکی و یک پمپ هیدرولیکی روغن است. پمپ روغن به موتورالکتریکی متصل است وانرژی خود را از طریق آن تامین می کند. پمپ روغن , روغن را از منبع آن کشیده وفشار آن را افزایش می دهد.
پمپ روغن :
این پمپ برای بوجود آوردن فشار لازم بر روی روغن استفاده می شود و نیروی خود را از موتور الکتریکی گرفته و روغن را از مخزن روغن کشیده و به سیستم تقویت کننده می فرستد . این پمپ ها بیشتر از نوع دنده ای هستند . به دلیل اینکه بحث در مورد پمپ ها در حوصله این بحث نمی گنجد از توضیح در مورد آنها منصرف شده و تنها به عکس ها یی این پمپ ها اکتفا می کنیم . ولی این نکته قابل توجه است که هر پمپ یک سوپاپ اطمینان دارد که در صورت زیاد تر از حد مجاز شدن فشار بصورت یک فشار شکن عمل می کند .
تقویت کننده فشار :
چگونه فشار آب بسیار زیاد می شود ؟ پمپ روغن ، روغن را با فشار 200 بار به داخل این سیستم می فرستد .روغن پمپ شده به طور متناوب روی دو طرف پیستون بزرگ عمل کرده و موجب حرکت آن به چپ و راست می شود . زمانی که روغن از سمت چپ وارد سیلندر روغن می شود ، پیستون بزرگ به سمت راست حرکت می کند و این حرکت سبب جابجایی پیستون کوچک سیلندر آب به طرف راست می گردد و فشار منفی نسبی کمتر از فشار جو بوجود می آورد . فشار آب در نقطه ورود آب به سیلندر در حدود فشار جو است و اگر از پمپ برای هدایت آب استفاده شود ، کمی بیشتر از فشار جو خواهد بود . این اختلاف فشار موجب هدایت آب به داخل سیلندر می شود .شیرهای یک طرفه ی ساچمه ای تضمین کننده ی جریان مایع در جهت های مناسب و صحیح هستند . وقتی پیستون بزرگ به انتهای سمت راست سیلندر روغن برسد ، جهت جریان روغن تغییر می کند و روغن از سمت راست وارد می شود که این خود موجب رانش پیستون بزرگ به سمت چپ گشته و سبب جابجایی پیستون کوچک در سیلندر آب به طرف چپ و انتقال آب با فشار بسیار زیاد به بیرون می گردد. در ضمن پیستون کوچک در سیلندر آب طرف راست نیز به سمت چپ حرکت کرده و با ایجاد مکش ، آب را از ورودی سمت راست به سیلند آب هدایت می کند . این روند با رفت و برگشت پیستون بزرگ ادامه می یابد . = (A /A ) P P
P فشار خروجی آب
P فشار روغن
A سطح مقطع پیستون بزرگ ( روغن )
A سطح مقطع پیستون کوچک ( آب )
با استفاده از فرمول بالا اگر فشار روغن Mpa 20 باشد برای ایجاد فشار Mpa 400 بر روی آب ، یا باید سطح مقطع پیستون روغن 20 برابر پیستون آب باشد و یا دبی روغن 20 برابر دبی آب باشد . D / D = Dπ/4 )) / Dπ/4 )) A /A =
اگر قطر پیستون آب را cm 1 و قطر پیستون روغن را cm 7 در نظر بگیریم ، با فرض یکی بودن فشار روغن و فشار ورودی آب ، فشار نهایی آب تقریبا 50 برابر بیشتر می شود .همان طور که در شکل دیده می شود چهار شیر یک طرفه در این سیلندر وجود دارد که مانعی بین قسمت های پر فشار و کم فشار است . جوری که دو شیر یکطرفه بالا از خروج آب جلوگیری می کنند و دو شیر یکطرفه پایین از ورود آب . این سیلندر فشار آب را تا Mpa 415 بالا می برد .
انباره ( Accumulator) : چون که سیستم تقویت کننده فشار آب بصورت دو طرفه کار می کند نمی تواند جریان یکنواختی را فراهم کند بنابراین آب پر فشار خارج شده ازاین سیستم در انباره جمع می شود تا یک جریا ن پیوسته و دائم را به نازل هدایت کند . آبی که به نازل می رسد نوسان کمتری دارد . (کمتر از 5 درصد ) در صورتی که بدون انباره این نوسانات به 50 درصد هم می رسد . از طرفی آبی که در حدود Mpa 415 فشار دارد ولی در حدود 12 درصد تراکم پذیر است ، درصد این تراکم پذیری نسبت به تغییرات فشار تغییر می کند . ولی هنگامی که آب در انباره جمع می شود این درصد ثابت می ماند .
سیستم تغذیه مواد ساینده :
این سیستم باید یک جریان کنترل شده ی ذرات ساینده را به نازل برساند . این سیستم یک جریان از ساینده خشک را به نازل می رساند . این سیستم نیاز به تولید فشار زیادی ندارد , زیرا فشار و سرعت آبی که در نازل وجود د ارد ذرات ساینده را از مجرای خودش مکش می کند ( دقیقا مانند بالا کشیده شدن بنزین در کاربراتور موتور خودرو) . این سیستم نمی تواند ساینده های خشک را به طور مداوم در فاصله طولانی به نازل ارسال کند . اما اگر ساینده بصورت دوغ آب در آمده باشد یعنی آب و ساینده قبل از رسیدن به نازل با هم مخلوط شوند , این مشکل برطرف می شود .
نازل:
جهت تبدیل مایع فشار قوی به جت با سرعت زیاد به کار می رود. در کل نازل دو وظیفه دارد:
1– مخلوط کردن جت ساینده و آب
2– تشکیل یک جت آب ساینده با سرعت بالا.
نازل یک جریان همگرا در دهانه خود بوجود می آورد . اگر فرآیند بدون مواد ساینده باشد خوردگی نازل از اهمیت کمتری بر خوردار است . ولی در فرآیند ماشین کاری با مواد ساینده این موضوع اهمیت بیشتری پیدا می کند . جنس دهانه نازل از یاقوت کبود ( نوعی جواهر صنعتی ) , تنگستن کارباید و یا برن کارباید ساخته می شود .
البته می توان از الماس هم استفاده کرد که کارایی بیشتری دارد ولی به دلیل گرانی از آن در موارد خاص استفاده می شود .
یک مجموعه کامل نازل واترجت حدود 500 تا 1000 دلار می باشد در صورتی که نازل جت سازنده حدود 800 تا 2000 دلار هزینه در بر دارد.
در بیشتر موارد دو نوع نازل وجود دارد :
1- نازل با یک جت و تغذیه کناری
2- نازل با چندین جت و تغذیه مرکزی
1) در این نازل آب از وسط نازل و مواد ساینده از کنار با جت آب مخلوط می شوند . مزیت ها : هزینه ساخت کمتر , برای برش جاهای پر پیچ و خم و دور از دسترس مناسب است, ساخت آن آسان تر است .
معایب : راندمان مخلوط شدن بهینه ای را فراهم نمی کند و فرسایش سریعی در قسمت خروجی نازل بوجود می اید . زیرا ساینده از بغل تغذیه می شود.
1) در این نازل مواد ساینده از مرکز نازل وارد شده و آب از کناره ها بصورت یک حلقه ی همگرا ی آب با آن مخلوط می شود.
مزیت ها :عمر بیشتری دارد و مخلوط بهتری از ساینده هارا در جت آب ایجاد می کند .
معایب : تولید آن به دلیل زاویه همگرایی مشکل و پر هزینه است .
قطر سوراخ نازل بین 5/0 تا 07/0 میلی متر بوده و در موارد نادر این قطر به 1 میلی متر هم می رسد . ولی هر چه قطر نازل بیشتر باشد برای فراهم کردن دبی مناسب جریان به موتور ها و پمپ های قوی و گران قیمت نیاز است و کمتر استفاده می شود . در عمل عمر مفید هر نازل در حدود 200 ساعت از کارکردش می باشد . البته اگر تصفیه کردن آب به خوبی انجام گیرد ( تصفیه با کیفیت بالا تر از 45 /0 میکرون ) , عمر نازل نیز بیشتر می شود .ونیز اگر آب دی یونیزه هم شود عمر نازل باز هم افزایش می یابد ولی این روش بسیار پر هزینه است . اگر موارد بالا رعایت شود عمر نازل بین 250 تا 500 ساعت می شود .

ساینده ها :
جنس ساینده ها معمولا سیلیکون کارباید , سیلیس و یا لعل است که بسته به جنسی که باید ماشین کاری شود انتخاب می شود . مواد ساینده پس از مصرف قابل بازیافت نیستند . اندازه ذرات ساینده معمولا بین 150 تا 1000 است . نسبت حجمی آب و ذرات ساینده یک نقطه بحرانی دارد که اگر مقدار نسبت حجمی کمتر یا مساوی آن باشد بیشترین راندمان را داریم ولی با بیشتر شدن نسبت ذرات ساینده در آب راندمان پایین می اید .
طرز کار:
موتور الکتریکی نیروی خود را از برق شهر گرفته و نیروی لازم برای به حرکت درآوردن پمپ روغن را تولید می کند. پمپ روغن نیز با این نیرو شروع به چرخیدن کر ده و روغن را از منبع روغن مکیده و فشار آن را بالا می برد . این روغن از طریق لوله های رابط به سیستم تقویت کننده می رسد . البته ممکن است این روغن قبل یا بعد از پمپ از یک فیلتر بگذرد . روغن به سیستم تقویت کننده رسیده و همان طوری که توضیح آن گذشت فشار آب را بالا برد ه و خود روغن مانند یک چرخه به هر دو طرف پیستون می آید . آب نیز قبل از رسیدن به تقویت کننده از فیلتر عبور می کند . آب خارج شده که دارای فشار زیادی است وارد انباره می شود . آب پر فشار از انباره وارد لوله های فشار قوی می شود و از یک شیر قطع و وصل گذشته و به نازل می رسد . نازل نیز همانند انژکتور موتور های دیزل کار می کند . یعنی با کوچک کردن سطح مقطع فشار و سرعت را بالا می برد .طبق رابطه ی ترمودینامیکی اگر دما را ثابت فرض کنیم p= (v / v )p → p v = p v پس می بینیم که اگر حجم را کم کنیم فشار خروجی به اندازه ی ( v /v) برابر افزایش می یابد . از طرفی هم سرعت و فشار با هم متناسب هستند . پس افزایش فشار، افزایش سرعت هم در بر دارد . در این مرحله فشار آب Mpa 400 و سرعت آن m/s 900 است . در درون نازل برای همگرا کردن آب و مواد سایند ه از یک سنگ گرانبها استفاده می شود .
هنگامی می توانیم بگوییم ماشین کاری صورت گرفته است که فشار حاصل از آب و مواد ساینده بر نیروی بین مولکولی قطعه کار غلبه کند .نازل برای برشکاری میتواند ثابت و یا متحرک باشد. در ضمن حرکت تجهیزات متصل به دستگاه دارای رنج ومحدوده حرکتی متقاطع بین 2 یا 3محور میباشند درست همانند محورهای متعددو چندگانه روباتای صنعتی و …. برای این منظور نرم افزارهایCAD/CAM با کنترلرها و تنظیم کننده های CNC ترکیب میشوند تا بتواند نقشه ها و طرحهای مورد نظر را به مسیرهای برنامه ریزی شده دیجیتالی قابل فهم برای ماشین تبدیل کند تا عملیات برشکاری توسط کله گی سیستم اجرا گردد.

سیستم پمپ و آبرسانی واتر جت
فواید water jet cutting :
یکی از برترین فواید ومزایای water jet cutting این است که ذاتاً دارای خاصیت برشکاری سرد میباشد و ایجاد حرارت نمی کند .
که همین خاصیت به مواد اجازه برش میدهد در صورتیکه در سایر روشهای برشکاری یا مواد می سوزند و یا ذوب شده ویا اینکه ترک بر می دارند .
درضمن بعضی از فرآیندهای حرارتی سبب تاب برداشتن و سخت شدن سطح قطعه گشته و یا اینکه موجب ساتع شدن گازهای خطرناک از جسم میشود .
در مواد متضاد ومقابل هم که توسط واتر جت برش میخورند بنا به همین مزیت هیچ گونه تنش حرارتی را تحمل نمی کنند و هر گونه نتایج ناخوشایند را از آنها دور میسازد .
برشکاری سرد میتواند بر مناطقی که دچار سختی نشده اند تا ثیر گذاشته و می تواند در هر سمت وجهتی عملیات سوراخکاری ویا برشکاری را انجام دهد .
این روش می تواند بدون ایجاد سوراخهای اولیه برای انجام عملیات سوراخکاری اقدام به انجام عمل سوراخکاری در هر نوع ماده و قالب ویژه وحتی در فواصل بسیار نزدیک به هم نماید و هیچگونه احتیاجی به انجام عملیات ثانویه یا نهایی بر روی قـــطعه نمی باشد .
کمتر تجهیزاتی میباشند که حافظ محیط زیست بوده و کمترین گرد وغبار را در محیط انتشار دهند .
و یا مانع از ساتع شدن گازهای خطرناکی که در حین فرایندهای تنشی به علت این تنشهای آزاد ایجاد میگردد شوند . در صورتیکه در واتر جت تمامی این موارد رعایت و اعمال میشود .مثلا ماشین کاری آسبست تولید دود خطرناکی میکند که برای کاربران عوارض خطرناکی دارد، ولی دراین روش هیچ گونه خطری متوجه کاربران نیست.همچنین این روش صداهای ناهنجاری که شنیده نمی شوند ولی روی اعصاب تاثیر منفی می گذارند را تولید نمی کند(مانند امواج با فرکانس های بالا که توسط ماشینکاری الترا سونیک تولید میشود) .محدوده شنوایی انسان حدود 20 هرتز تا20 کیلو هرتز است ولی در التراسونیک امواجی با فرکانس 20 کیلو هرتز به بالا تولید می کند.
علاوه بر اینها ماشینهای یکپارچه ای میباشند که باعث صرفه جویی در استفاده از مواد خام و اولیه می گردند .
می توانند برشهای عرضی بسیارکوچک ایجاد نمایند و یا در برشهای تو در تو وپیچیده مورد استفاده قرار گیرند .
بسیار سریعتر از ابزارهای برش معمولی می باشند .
از دیگر فواید آنها توانایی انجام برش بر روی رشته های بسیار محمکم از فلزات ، مواد صیقلی ، ویا با سطح ناهموار و لایه های متفاوت جمع شده می باشد .
پس از آنکه فرایندهای مکانیکی برروی سطوح ذره بینی اتفاق افتاد سطوح مورد نظر با موادی که دارای عوامل خطر زا نمی باشند کامل میگردد.
انرژی جنبشی در واتر جت باعث تغییر شکل در اجسام شده و وهمین انرژی سبب ایجاد سوراخ با درستی وصحت بالا دراجسام میشود ، بدون باقی گذاشتن لبه ، تراشه یا پوسته ای بر روی آنها .
این فرایند بسیار عالی بوده ودارای کیفیت سطح بسیار بالا با لبه هایی عالی می باشد که در بسیاری موارد احتیاج ما را به فرایند تمام کاری رفع می نماید .
واتر جت در تولید اجسام وطرحهای پیچیده بسیار باصرفه میباشد و مواد می توانند در فئال نزدیکی از هم برش بخورند .
همچنین ایجاد گوشــــــه های تیز واریب و سوراخهای شکافدار و شکلـــهایی با گوشه های شعاع بسیار کوچک امکان پذیر می باشد .
همچنین انجام عملیات بر روی مواد روی هم قرار گرفته ، چندین قطعه ای ، و عملیات تو در تویی مـــــــــــــواد کردن را به معنای واقعی در کمترین زمان برش می دهد .
واتر جت همچنین محافظ محیط زیست می باشد و فرایندی پاک و تمیز می باشد و تولید تراشه و خرده های فلزی و گازهای خطرناک نمی نماید.
همچنین به مواد روغنی و محلولهای خنک کننده در طول فرآیند نیازی نمی باشد .
در جهان امروزی با وجود قیمت بالای مواد اولیه و وجود منابع محدود ، انجام برشهای کوچک وچاکدار ویا برشهای عرضی و انجام عملیات تو در تویی بر روی قطعات امکان بهینه سازی مصرف مواد اولیه را برای ما همراه با افزایش سود آوری فراهم می سازد .
با استفاده از آب خالص امکان برش پارچه ، مواد الاستیکی (elastomers)، مواد غیر بافته (non-wovens)، مواد پلاستیکی و پلیمرهای نازک ، محصولات غذایی و بسیاری تولیدات دیگر وجود دارد .
با سرعتی چند صد برابر حالتهای معمولی در دقیقه .
با افزایش مواد ساینده میتوان مواد بسیار سخت همانند فلزات ، سنگ ، شیشه های گلوله ای شکل ، سرامیکها و غیره را براحتی برش داد .
مواد ضخیم نیز میتوانند براحتی در سیستمهای سایشی واتر جت مورد استفاده قرار گیرند .
برش و یا سایش فلزات قطور نیز از دیگر فواید و مزیتهای تکنولـــــــــــــوژی واتر جت می باشد .
کاویتاسیون
کاویتاسیون پدیده ای است که در سرعتهای بالا باعث خرابی و ایجاد گودال می گردد . گاهی در یک سیستم هیدرولیکی به علت بالا رفتن سرعت‚فشار منطقه ای پائین می اید و ممکن است این فشار به حدی پائین بیاید که برابر فشار سیال در آن شرایط باشد و یا در طول سرریز یا حوضچه خلاءزایی در اثر وجود ناصافیها و یا ناهمواریهای کف سرریز خطوط جریان از بستر خود جدا شده و بر اثر این جداشدگی فشار موضعی در منطقه جداشدگی کاهش یافته و ممکن است که به فشار بخار سیال برسد . در این صورت بر اثر این دوعامل بلافاصله مایعی که در آن قسمت از مایع در جریان است به حالت جوشش درامده و سیال به بخار تبدیل شده و حبابهایی از بخار بوجود میاید . این حبابها پس از طی مسیر کوتاهی به منطقه ای با فشار بیشتر رسیده و منفجر میشود و تولید سر وصدا می کند و امواج ضربه ای ایجاد می کند و به مرز بین سیال و سازه ضربه زده و پس از مدت کوتاهی روی مرز جامد ایجاد فرسایش و خوردگی میکند . تبدیل مجدد حبابها به مایع و فشار ناشی از انفجار آن گاهی به ١٠٠٠ مگا پاسکال میرسد .
از انجایی که سطوح تماس این حبابها با بستر سرریز بسیار کوچک می باشند نیروی فوق العاده زیادی در اثر این انفجارها به بسترهای سرریز ها و حوضچه های آرامش وارد می کند . این عمل در یک مدت کوتاه و با تکرار زیاد انجام می شود که باعث خوردگی بستر سرریز می شود و به تدریج این خوردگیها تبدیل به حفره های بزرگ می شوند . این مرحله را :
می نامند . Cavitation erosion or cavitation pitting
در سرریز های بلند چون سرعت سیال فوق العاده زیاد می باشد ‚در نتیجه نا صا فیهای حتی در حد چند میلیمتر هم می تواند باعث ایجاد جدا شدگی جریان شود . هر نوع روزنه با برامدگی تعویض ناگهانی سطح مقطع هم می تواند باعث جدایی خطوط جریان شود . این پدیده معمولا در پایه های دریچه ها بر روی سرریز ها‚در قسمت زیر دریچه های کشویی و انتهای شوتها رخ دهد .
شرایطی که موجب کاویتاسیون می گردد اغلب در جریانهای با سرعت بالا پدید می اید . بطور مثال سطح آبروی سریز که ٤٠ تا ٥٠ متر پایین تر از سطح تراز آب مخزن می باشد بطور حاد در معرض خطر کاویتاسیون قرار دارد . پدیده کاویتاسیون در جریانات فوق اشفته در پرش هیدرولیکی در مکانهایی مثل حوضچه های خلاءزایی مشکلات فراوانی ایجاد می کند .
صدمه کاویتاسیون به سازه های طراهی شده برای سرعتهای بالا و در سد های بلند و سرریزهای بزرگ یک مشکل دائمی است .

فاکتورهای موثر در پدیده کاویتاسیون :

در طی حداقل ٢٠سال تجربه و بررسی عملکرد سرریزها ( شامل مدل و آزمایش بر روی پروتوتیپ ) این طور نتیجه گیری شده که کاویتاسیون در اثر عملکرد مجموعه ای از عوامل و شرایط است . معمولا یک عامل به تنهایی برای ایجاد مسئله کاویتاسیون کافی نیست ولی ترکیبی از عوامل هندسی و هیدرودینامیکی و فاکتورهای وابسته دیگر ممکن است منجر به خسارت کاویتاسیون گردد .
از مهمترین عواملی که می توانند در این زمیه ممکن است دخیل باشند می توان به موارد زیر اشاره کرد :
١- عوامل هندسی : که شامل موارد زیر می شود .
الف : ناهمواریهای سطحی سرریز‚خصوصا برامدگیها و فرورفتگیهای موضعی
ب- شکافهای دریچه های کشویی و پایه های دریچه های قطاعی
piers ج- ستونها
د- درزهای ساختمانی
Flow spitter & deflector ه-جدا کننده جریان ودفلکتورها
Ports of ducts & pipe و- دهانه مجاری و لوله
Change of water passage shape ز- تغیر در شکل عبور جریان
Misalinment of conduit ح- انحنا یا انحراف در مسیر جریان در آبراهه

٢- عوامل هیدرودینامیکی :

الف- دبی مخصوص
ب – سرعت جریان
ج – عملکرد دریچه
د- توسعه لایه مرزی

٣- عوامل متفرقه :

الف- انتقال حرارت در طی فروریختن
ب- درجه حرارت آب
ج- تعداد واندازه حبابهای درون آب
Diffusion of air د- پراکندگی هوا
مپ و پمپاژ
پمپ به دستگاهی اطلاق می شود که انرژی مکانیکی را از یک منبع خارجی گرفته و به سیلابی که از درون خود می گذرد انتقال می دهد.
متداول ترین تقسیم بندی پمپ ها بر اساس نحوه انتقال انرژی مربوطه به سیال است که براساس آن به موارد زیر تقسیم می گردند:
دارای انتقال انرژی پیوسته: که بنام پمپ دینامیکی شناخته می شود. از این گونه پمپ ها می توان به توربوپمپ ها، پمپ های محیطی و پمپ های خاص اشاره نمود.
دارای انتقال انرژی متناوب ( دوره ای یا پریودیک ): که تحت عنوان پمپ های جابجایی شناخته می شوند. ازآنها می توان به پمپ های رفت آمدی و پمپ های گردشی اشاره کرد.
تقسیم بندی پمپ ها بر اساس نحوه ورود و خروج سیال:
جریان محوری : این نوع پمپ ها دارای پروانه باز می باشند که این نوع پروانه برای تولید دبی بیشتر و فشار کمتر کاربرد دارد.
جریان مختلط یا نیمه سانتریفیوژ : دارای پروانه نیمه باز برای تولید دبی و فشار متوسط می باشند.
جریان شعاعی : دارای پروانه بسته می باشند که برای تولید دبی کم و فشار زیاد بکار برده می شوند.
پمپ های سانتریفیوژی به پمپ هایی گفته می شود که دارای جریان شعاعی باشند.
مانند پمپ های سر چاهی، کمر چاهی و پمپ های خارج از سیال.
به پمپ هایی که در داخل سیال قرار می گیرند پمپ های شناور گفته می شود.
در پمپ های توربینی پمپ داخل سیال قرار دارد ولی انرژی از بیرون تهیه می گردد.
پمپ های توربینی و شناور دارای جریان شعاعی هستند.
پمپ های رفت و آمدی:
1) پیستونی 2)پلانجری 3) دیافراگمی
در پمپ های پیستونی حلقه های رینگ بند بر روی بدنه پیستون قرار دارد ولی در پلانجری حلقه های رینگ بند بر روی سیلندر قرار دارد.در پمپ های پلانجری طول سر پلانجر از کورس پیستون بیشتر است ولی در پیستونی این مساله برعکس می باشد.
بیشترین سروکار ما با پمپ های دیافراگمی است. مثلا در بحث آب آشامیدنی از پمپ های کلرزنی ( کلریناتورها ) برای اضافه کردن کلر به آب استفاده می شود.
چند مورد از کلریناتورها:
کلریناتورهای گازی 2) کلریناتورهای مایع 3) کلریناتورهای متفرقه( دستی، بشکه ای، کوزه ای)
در کلریناتورهای گازی، نیروی محرکه پمپ، فشار خود گاز است.
انواع کلریناتورهای مایع:
برقی: نیروی محرکه آن از طریق الکتروموتور تامین می گردد.
مکانیکی: نیروی محرکه آن از طریق موتورهای انفجاری تامین می گردد.
هیدرولیکی: نیروی محرکه آن از طریق جریان سیال تامین می گردد.
در پمپ های هیدرولیکی پمپ بایستی در جایی قرار گیرد که آب با فشار ۲ اتمسفر وارد پمپ گردد.
در کلریناتورهای دستی نسبت 1 به 4 پرکلرین را با شن مخلوط می کنیم و درون کوزه ریخته و از آن می توان به مدت یک هفته برای چاهی که روزانه 1 متر مکعب آب می کشد استفاده نمود.
پمپهای سانتریفیوژ
این پمپ ها براساس طراحی پروانه ها و تعدادپروانه ها کلاس بندی میشوند.
یک پمپ چند مرحله ای بیشتر از یک پروانه دارد.یک پمپ دو مرحله ای دوپروانه دارد.
یک پمپ دومرحله ای اثریکسانی،همچون دوپمپ یک مرحله ای که به صورت سری می باشند،دارند.خروجی پمپ اول وارد پمپ دوم میگردد.
یک پمپ چندمرحله ای دارای دویا چندپروانه که روی یک شافت نصب شده اند،میباشد.
هددر خروجی پروانه دوم بیشتر از هد خروجی در پروانه اول است. زیاد شدن پروانه ها هد خروجی نهایی را بالاتر میبرد.
ازآنجایی که مایعات تقریبا تراکم ناپذیرهستند،تمام پروانه ها درپمپ برای ظرفیت یکسانی طراحی میگردند.پروانه های یک پمپ چند مرحله ای دارای اندازه یکسانی میباشند.
این پمپ ها همچنین براساس تک مکشی ویا دومکشی بودن کلاس بندی میشوند.
در یک پمپ تک مکشی سیال از یک طرف پروانه وارد میگردد.در یک پمپ دومکشی سیال از میان دو طرف پروانه وارد میگردد.از آنجایی که مایع از دوطرف پروانه وارد می گردد، از یک پمپ دومکشی برای ظرفیت های بالای عملیاتی استفاده میشود.
پمپ های دو مکشی دارای NPSH پایین هستند

محفظه آب بندی:
این محفظه شامل آب بندها و اجزاء مربوطه است
برای رسیدن به بازدهی مناسب در قطعات هیدرولیک وجودآب بندی کامل و مناسب ضروری است.آب بندی بین قطعات درهیدولیک بوسیله آب بندهاانجام میشود.
آب بندها براساس استفاده به دو نوع کلی ثابت و متحرک تقسیم میشوند:
-آب بند ثابت: به صورت واشر بین قطعات غیر متحرک به کار میرود.
– آب بند متحرک: برای آب بندی قطعات متحرک بکارمیرودو برطبق شکل انتخاب می گردد.نوع آب بندهرقطعه توسط سازنده تعیین میگرددودرزمان تعویض بایدبه این موضوع توجه داشت.

– انواع آب بندها
1 – اورینگها : معمولی ترین آب بند مورداستفاده درماشین آلات میباشد.اورینگ ها به عنوان سیل ثابت و متحرک استفاده میشوند وجنس آنها معمولا از ترکیبات لاستیک های مصنوعی می باشند.موارداستفاده اورینگ برای آب بندی پیستون درسیلندروشیرهای هیدرولیکی محل اتصال شلنگ ها و پمپ ها استفاده میشود.
طرح اورینگ طوری است که برای نصب در شیارها ساخته شده است و زمان نصب تا10 درصد فشرده میشود.درموارد استفاده متحرک عمراورینگ به صافی سطح قطعه ها و اندازه بودن آن مربوط میشود.اورینگ ها در مواردی که محل آب بندی دارای گوشه
و زاویه است استفاده نمی شود.اگر اورینگ در قطعه ای تحت فشار زیاد نصب شود،با گذاشتن یک رینگ فیبری در پشت آن از خارج شدن اورینگ از شیارخود جلوگیری می کند. همیشه بایدیک رینگ فیبری درطرف کم فشاراورینگ نصب شود. در صورت استفاده از دو رینگ فیبری اورینگ در وسط آنها قرار میگیرد

2- آب بندهای وی شکل و یو شکل وی پک ها و یو پک ها از سیل های متحرکی هستند که برای آب بندی پیستون و شافت پمپ ها استفاده میشوند. جنس آنها معمولا از چرم یا لاستیک طبیعی و مصنوعی یاپلاستیک میباشد.طرزنصبشان طوری است که فشارسیال لبه آب بند رابه دیواره بچسباند و آب بندی را بهتر و کامل تر کند.برای آب بندی قطعات پمپ بایستی حداقل یک بسته از این نوع آب بند را بکار بردوچند آب بندرا همراه هم در یک شیار قرار داد.

3- سیل های فلنجی و گردگیرها :
گردگیرها سیل های متحرکی از جنس چرم یا لاستیک مصنوعی یا پلاستیک بوده که معمولا در پیستون ها بکار میروند. عمل آب بندی بوسیله بازشدن لبه آنها و چسبیدن به سطح قطعه انجام میشود.

4- آب بندهای فلزی
از نظرشکل و ساختمان مانند رینگ های پیستون موتور بوده وممکن است که فلزی یا غیرفلزی باشند. جنس آنها عموما از فولاد بوده و دارای نشتی زیاد میباشند،مگر اینکه خیلی دقیق و فیت نصب شوند. سیل های فلزی به دو صورت بازشونده (پیستونی) وجمع شونده
(شفت جک) وجود دارند و در جاهایی بکار میروند که میزان حرارت بسیار بالا است. این آب بندها به دلیل نشتی زیاد با کاسه نمد و کانال تخلیه به مخزن در سیستم بکار میروند.

5 – واشر کمپرسی
این واشرها فقط برای کاربرد ثابت مثل کوپلینگ، لوله ها ، پوسته پمپ و امثال آنها با پرکردن قسمت های ناصاف آب بندی را انجام میدهد و ممکن است فلزی یا غیر فلزی باشند.

6- کاسه نمدها :
درجاهایی که شافت ازپوسته خارج میشودکاسه نمدها نصب میشوند.اگرفشاراتمسفر از فشار کاسه نمد بالاتر باشد از عبور هوا به داخل و اگر فشار پشت کاسه نمد بالاترازفشار جو باشدازنشت سیال یا بخار به بیرون جلوگیری میکند.بهترین نوع قابل استفاده برای پمپ یک رینگ فانوسی است که بداخل آن آب تزریق میشود.این تزریق آب یا از خروجی خود پمپ تامین میشود یا اگر سیال پمپ غیر آب باشد از یک منبع مستقل آب را لوله کشی میکنند.اگر مایع آب بندی کننده دارای ذرات جامدی باشد که به غلاف های کاسه نمد آسیب برساند بهتر است که سر راه آن فیلتر قرار گیرد.

7 – گلندها :
بوش های یکپارچه ای هستند،که به منظور سفت کردن پکینگ ها جهت آب بندی بیشترازآنهااستفاده میشود.میزان سفت کردن پیچ های آن به طورتجربی به اندازه ای است،که مابین اصطکاک ، آببندی ، روغن کاری و خنک کاری تعادل حفظ شود.

8 – پکینگ کمپرسی
ازاین نوع آب بندمیتوان به جای وی پک ویو پک هااستفاده کرد.جنس آن معمولا از پلاستیک یا نخ نسوزو یا لاستیک نخ دار با روکش فلزی میباشد.آین آب بندها برای قسمت های با فشار کم بکار میروند.در حقیقت عامل آب بندی کننده براساس افت فشار سیال در طول غلاف می باشند. علت اینکه پکینگ ها باید دارای خواص پلاستیکی ( فرم پذیری ) باشنداین است تا مقدارفشردگی روی اسلیو (غلاف ها) راتنظیم کنند ونیز خواص الاستیک جهت جذب انرژی و آسیب نرساندن به جزء دوار را داشته باشند و به صورت رینگ هایی درداخل محفظه آب بندی قرارگیرند.انرژی اصطکاکی(گرما) تولیدشده دراثر گردش شافت از طریق نشت مقدارکمی مایع از پوسته یا توسط محفظه خنک کاری پشت آن و یا استفاده از هر دو دفع میشود.
جنس پکینگ ها:
1- آزبستوس :که برای درجه حرارت های پایین ازآن استفاده میکنند.این پکینگ ها قبلا بوسیله گرافیت یا روغن ، روغن کاری میشوند.
2- متالیک: این پکینگ ها برای فشارهاودماهای بالا استفاده میشوند.پکینگ های متالیک ترکیبی از فویل فلزی(مس،آلومینیم،بابیت و….) باگرافیت یاموادچرب کننده دیگرمیباشند.
روغنکاری نقش مهمی در این آب بند دارد زیرا اگر خشک کار کند روی سطح تماس مثلا سیلندر خط می اندازد.

9 – آب بند های مکانیکی
آب بند هایی که تاکنون توصیف شد عمدتا از نوع پکینگ بودند.استفاده ازپکینگ ها به عنوان آب بند همیشه مناسب و عملی نیست.با محکم کردن پیچ های گلند اصطکاک و انرژی ایجاد شده سبب کاهش عمروخراب شدن غلاف ها میگردد.از طرف دیگر بعضی
از مایعات مثل بوتان و پروپان حلال مواد چرب کننده پکینگ ها هستند که دراین صورت دقت آب بندی ازبین میرود .به دلایلی که گفته شد و همچنین زمانی که میزان نشت باید حداقل باشد از آب بندهای مکانیکی استفاده میکنند.سطح آب بندی درمکانیکال سیل ها
عمود بر امتداد محور بوده ،درحالی که در کاسه نمدها سطح آب بندی در تماس با خود شافت یا اسلیو قرار میگیرد. اگرچه مکانیکال سیل ها در انواع گوناگون ساخته میشوند اما اصول کارشان یکسان و دارای دو جزء ثابت و متصل به پوسته و یک جزء دوار متصل به
شافت (یا غلاف) میباشند ویک فنردو قسمت را به یکدیگر محکم میکند.یک دیافراگم یا رینگ لاستیکی برای حرکت جانبی(مماسی) نیزوجوددارد.مکانیکال سیلها معمولا ازدو قسمت فلزی و لاستیکی هستند .بعضی اوقات قسمت چرخان آب بند از زغال با روکش
فولادی ساخته میشود. البته سطح بین رینگهای دوار و ثابت ، بسیار صیقلی ودر اصل از دوجنس متفاوت سیلیکون و کاربید کربن میباشد.
لایه ای از مایع با خاصیت خنک کنندگی و روانکاری اصطکاک را به حداقل میرساند. رینگ های مکانیکال (سیل رینگ ها) در دو وضعیت نسبت به پمپ قرار میگیرندکه ممکن است رینگ دوار در سمت داخل و به طرف ایمپلر باشد، ویا در قسمت بیرون قرار گرفته و با مایع پمپ شونده تماس نداشته باشد.
در هر دو وضعیتی که گفته شدفقط سه نقطه مهم وجود دارد که در آب بندی موثر است:

1- مابین رینگ ثابت و پوسته
2 – مابین رینگ دوار و شافت (غلاف شافت)
3 – مابین رینگ ثابت و متحرک (بخش های ثابت ومتحرک مکانیکال)
آب بندی در حالت 1 توسط گسکت ها و اورینگ ها صورت میگیرد. در حالت 2 توسط رینگ ها و در حالت 3 باتماس مستقیم و تنگاتنگ دو رینگ که همواره توسط فنری به به هم فشرده میشوند انجام میشود.
موضوع قابل توجه در مورد رینگ ها این است که این رینگ ها با جنس ویژه خود در مقابل نیروی(بار)محوری ضعیف هستند و دچار آسیب میشوند،اما درمقابل سایش بسیار مقاوم هستندوبامقداری سایش دوباره توسط فنری که میان آنها قرار دارد ساییده میشوند.
به همین دلیل یکی از عوامل خراب شدن آنها وارد شدن نیروی محوری است.
با توجه به جنس آنها نیز معمولا ترد و شکننده هستند.
بوسترپمپ به دستگاهی اطلاق می شود که دو یا چند پمپ به صورت موازی به یکدیگر متصل شده باشند تا بتواند دبی و هد مورد نیاز را با کمترین انرژی و بالاترین راندمان تامین نمایند
وظیفه بوسترپمپ ثابت نگه داشتن فشار لازم برای تامین شبکه مصرف با توجه به الگوی متغیّر مصرف می باشد. از این رو هنگامی که در شبکه مصرفی وجود ندارد فشار تغییر نمی کند و پمپ های بوسترپمپ خاموش می باشند اما به محض اینکه مصرف فشار در شبکه افت می کند برای جبران این افت اولین پمپ شروع به کار می کند اگر این پمپ قادر به تامین فشار نباشد پمپ های دیگر به همین ترتیب وارد مدار می شود تا فشار را در محدوده معینی ثابت نگه دارند
هنگامی که مصرف کم یا متوقف می شود پمپ نیز دبه ترتیب از مدار خارج می شوند کلا پمپ های بوسترپمپ با توجه به الگوی مصرف به مدار وارد یا خارج می شوند
در ارتباط با صرفه جویی در مصرف انرژی در همه زمینه ها از جمله در مصرف برق اقدامات موثری انجام گردیده است.
موارد استفاده از بوسترپمپ:
1. آبرسانی ساختمان های مختلف مانند برجها بیمارستانها مدارس سالن های تفریحی ورزشی مجتمع های مسکونی و آپارتمانی و…
2. تامین سیستم اطفاء حریق
3. مصارف کشاورزی و آبیاری
4. تامین آب صنعتی کارخانجات و صنایع
مزایای استفاده از بوسترپمپ :
1. محدوده وسیعی را از جهت تنوع مصرف پوشش میدهد.
2. وقتی نوسان های مصرف کننده بسیار زیاد باشد به جای استفاده از یک پمپ بزرگ از چند پمپ کوچک که به صورت بوسترپمپ هستند استفاده میشوند تا بتوان بسته به نیاز تعدادی از آنها را به کار وا داشت و از کار کردن بیهوده بقیه جلوگیری نمود در حقیقت استهلاک و مصرف انرژی به حداقل میرسد.
3. به دلیل اینکه بوسترپمپ از اجزای مختلف متصل به هم تشکیل شده است میتوان با جدا کردن این اجزا بوسترپمپ را به سهولت حمل و در مکان مناسب نصب کرد.
4. کارکرد دائمی بوسترپمپ را می توان با گذاشتن یک پمپ رزرو تضمین کردو هنگام خرابی یک پمپ پمپ رزرو وارد مدار می شود تا وقفه ای در کارکرد سیستم ایجاد نگردد.
5. قابلیت سرویس حین کار را دارد.
اجزای تشکیل دهنده بوسترپمپ:
اجزای اصلی مشترک بوسترپمپ دور ثابت و دور متغیر عبارتند از:
· مجموعه الکتروپمپ ها
· بخش مکش
· بخش دهش
· شاسی اصلی
سایر اجزای اصلی
· بوسترپمپ های دور ثابت را تابلوی کنترل و فرمان دور ثابت منبع دیافراگمی و پرشر سوئیچ های حداقل و حداکثر فشار تشکیل می دهند
· در بوسترپمپ های دور متغیر عبارتند از :تابلوی کنترل و فرمان دور متغیر و پرشر ترانسمیتر
1. پمپ:
2. الکتروپمپ:در اکثر قریب به اتفاق بوسترپمپ ها از الکتروموتور به عنوان موتور محرک پمپ استفاده می شود. الکتروپمپ های یک بوسترپمپ که به صورت موازی روی یک شاسی اصلی در کنار یکدیگر قرار دارند مجموعه الکتروپمپ های یک بوسترپمپ را تشکیل می دهند .مقدار توان مصرفی الکتروموتور بستگی به پمپ دارد.برای الکتروموتور باید نوع عایق بندی مناسب را لحاظ کرد تا در مناطق مختلف و شرایط متفاوت جوابگو باشد .الکتروموتور از نظر مسائل ایمنی (IP)نیز باید قابل اطمینان باشد.
بخش مکش:
· بخش مکش بوسترپمپ شامل یک کلکتور لوله ای است که به واسطه شیرآلات و اتصالات مورد نیاز به مکش الکتروپمپ ها و خروجی مخزن ذخیره آب متصل می گردد. شیرآلات و اتصالات این بخش عبارتند از:
· شیر قطع و وصل
· صافی
· لرزه گیر
· فلنج
· مهره ماسوره

بخش دهش:
· بخش دهش نیز مشابه یک کلکتور لوله ای است که به وسیله شیرآلات و اتصالات لازم از خروجی الکتروپمپ به شبکه مصرف متصل می شود.شیرآلات این بخش نیز عبارتند از :
· شیر یکطرفه
· لرزه گیر
تمام قطعات بکار گرفته شده در بوسترپمپ باید از نوع استاندارد بوده و استاندارد های مربوط به آبرسانی و آتش نشانی در بوسترپمپ باید رعایت شود .همچنین تمام قطعات باید با ضریب اطمینان در نظر گرفته شده بتوانند فشار ایجاد شده توسط پمپ را تحمل نمایند.
انواع بوسترپمپ:
بوسترپمپ ها از نقطه نظر تعداد پمپ به دو دسته تک پمپه و دو یا چند پمپه طبقه بندی می گردند.
بوسترپمپ تک پمپه:
بوسترپمپ تک پمپه جهت مصارف آب بهداشتی کم و متوسط در آبرسانی و صنعتی کاربرد دارد.این نوع بوسترپمپ کاملا یکپارچه بوده و برای استفاده کافی است که کلکتور ورودی آن به منبع تغذیه آب و کلکتور خروجی آن به شبکه مصرف متصل شده و برق مورد نیاز تابلوی کنترل و فرمان آن تامین گردد.
بوسترپمپ های دو یا چند پمپه دور ثابت به دو دسته با الکتروپمپ پیشرو و بدون الکتروپمپ پیشرو طبقه بندی می گردد.
بوسترپمپ با الکتروپمپ پیشرو :
این بوسترپمپ ها از یک الکتروپمپ پیشرو (جاکی پمپ)و یک یا چند الکتروپمپ اصلی تشکیل می شوند که در آن ظرفیت الکتروپمپ پیشرو کمتر از الکتروپمپ های اصلی است ولی فشار آن بتا فشار الکتروپمپ های اصلی برابر است.
بوسترپمپ بدون الکتروپمپ پیشرو :
این بوسترپمپ ها از دو یا چند الکتروپمپ اصلی با مشخصات یکسان بدون استفاده از الکتروپمپ پیشرو ساخته می شوند.
مولفه های بوسترپمپ:
بوسترپمپ ها براساس دو مولفه اصلی حداکثر مصرف آب و حداقل فشار طراحی می شوند و نوسانات ساعتی مصرف آب نیز عامل موثر در تعیین مشخصات آن می باشد.

انوع پمپ ها در بوسترپمپ از جهت کارکرد:
پمپ ها با توجه به کارکرد خود در بوسترپمپ به سه نوع تقسیم می شوند:
1. پمپ اصلی(MAIN PUMP):پمپ یا پمپ هایی که وظیفه تامین هد و دبی کل سیستم را دارند.
2. پمپ ژاکی(JOCKEY PUMP):هنگامی که دبی مورد نیاز یک سیستم زیاد باشد معمولا از پمپ های بزرگ استفاده می گردد به تبع آن موتور های محرک نیز انرژی زیادی برای به حرکت در آوردن پمپ نیاز دارند در الگوی مصرف زمان هایی وجود دارد که دبی درخواستی کم می باشد و میتوان این دبی را با یک پمپ کوچک تامین کردو نیازی به استفاده از پمپ بزرگ نیست. به همین دلیل برای صرفه جویی در مصرف انرژی و همچنین کاهش استهلاک پمپ های بزرگ پمپی با ظرفیت آبدهی کمتر از پمپ اصلی انتخاب می کنند تا برای مصارف کم فقط این پمپ روشن می شود و نیاز سیستم را برآورده کند.نام این پمپ ژاکی پمپ یا پمپ پیشرو است . برای حالتی که آبریزش در پمپ ها و افت تدریجی فشار در سیستم (LEAKAGE)وجود دارد از ژاکی برای تامین مجدد فشار استفاده می نمایند.
3. پمپ رزرو(STANDBY PUMP):معمولا در مکان هایی که آبرسانی امری ضروری است و وقفه در آن باعث ایجاد مشکلاتی می شود (مانند بیمارستانها کارخانجات و ….)پمپی را روی بوسترپمپ قرار می دهند تا در صورت خراب شدن یا توقف یکی از پمپ ها این پمپ وارد مدار شود و وقفه ای در آبرسانی ایجاد نگردد. این پمپ را پمپ رزرو می نامند.در بوسترپمپ هایی که برای آتش نشانی بکار می رود حتما باید یک پمپ رزرو روی بوسترپمپ تعبیه گردد.

1