برای انتقال حرارت از داخل یک محفظه یا اتاق به خارج , احتیاج به یک واسطه است . در یک سیستم سرد کننده مکانیکی استاندارد , عمل گرفتن حرارت با تبخیر مایعی در دستگاه تبخیر, و پس از دادن آن در دستگاه تقطیر صورت می گیرد و این امر باعث تغییر حالت ماده سرمازا از بخار به مایع می گردد .مایعاتی که بتوانند به سهولت از مایع به بخار و بالعکس تبدیل شوند به عنوان واسطه انتقال حرارت به کار برده می شوند, زیرا این تغییر حالت باعث تغییر حرارت نیز می گردد .برخی از این مواد سرمازا از مواد دیگر مناسب تر هستند .

خصوصیات مواد سرمازا :
سیالی که به عنوان ماده سرمازا مورد استفاده قرار می گیرد باید دارای کیفیات زیر باشد:
1- سمی نباشد.
2- قابل انفجار نباشد .
3-اکسید کننده نباشد .
4- قابل اشتعال نباشد .
5- در صورت نشت به سهولت قابل تشخیص باشد
6- محل نشت آن قابل تعیین باشد .
7- قادر به عمل کردن در فشار کم باشد (نقطه جوش پایین) .
8- از نوع گازهای پایدار باشد .
9- قسمت هایی که در داخل مایع حرکت می کند به سهولت قابل روغنکاری باشند.
10- تنفس کردن آن مضر نباشد .
11- دارای گرمای نهان متعادلی برای مقدار تبخیر در واحد زمان باشد .
12- جابجایی نسبی آن برای ایجاد مقدار معینی برودت کم باشد .
13- دارای کمترین اختلاف, بین فشار تبخیر و تقطیر باشد .
ماده سرمازا نباید خورنده باشد (ایجاد زنگ زدگی کند) تا ساختن تمام قطعات سیستم از فلزات معمولی با عمر خدمتی طولانی تر عملی گردد .
مبنای مقایسه مواد سرمازای به کار رفته در صنعت سرد کنندگی , بر اساس حرارت تبخیر 5 درجه فارنهایت و حرارت تقطیر 68 درجه فارنهایت است .

شناسایی مواد سرمازا بوسیله شماره گذاری :
روش جدید مشخص کردن مواد سرما زا در صنایع تبرید , شماره گذاری این مواد است . پیش حرف R که مخفف کلمه REFRIGERANT به معنای سرمازا است نوشته می شود .روش مشخص نمودن شماره ای توسط انجمن مهندسین تهویه ,تبرید و حرارت مرکزی آمریکا متداول شده است .
طبقه بندی مواد سرما زا :
این مواد بوسیله دو سازمان ملی آمریکایی به نام های :
The national refrigeration safety code
The national board of fire underwriters.
طبقه بندی شده اند.
سازمان اول تمام مایعات سرمازا به سه گروه زیر تقسیم بندی می کند:
گروه اول - بی خطر ترین مواد که شامل R-500,R-14,R-13,R-502-R-744 R-13BL,R-22,R-30,R-12,R-114,R-21,R-11,R-113 می باشد.
گروه دوم _ مواد سمی و تا حدی قابل اشتعال که شاملR-717,R-40,R-764, R-1130,R-160,R-611 می باشد.
گروه سوم _ مواد قابل اشتعال که شامل R-50,R-1150,R-170,R-290-
می باشد.
موسسه NBFU نیز مواد سرمازا را نسبت به درجه سمی بودن آن ها طبقه بندی کرده است که شامل شش گروه است که بی خطر ترین آن ها گروه یک است.
GROUP 1 CLASS     
R-744 Carbon Dioxide 5
R-12 6
R-13B1 Kulene-131 6
R-21 6
R-114 6
R-30 Carrene No. 1 4
R-11 6
R-22 5
R-113 4
R-500 6
R-502 6
R-503 6
R-504 6
R-40 Methylene Chloride 4
GROUP 2
R-717 Ammonia 2
R-1130 Dichloroethylene 4
R-160 Ethyl Chloride 4
R-40 Methyl Chloride 4
R-611 Methyl Formate 3
R-764 Sulphur Dioxide 1
GROUP 3
R-600 Butane 5
R-170 Ethane 5
R-601 Iso Butane 5
R-290 Propane 5

در اینجا به بررسی بعضی از مبردهای متداول می پردازیم
 

22-R (دی کلرودی فلورو متان ) (CCl2F2) :
ماده ای است بیرنگ تقریبا بی بو و در فشار اتمسفر دارای نقطه جوشی معادل 7/21 درجه فارنهایت است . ماده ای غیر سمی و غیر قابل اشتعال است و خورنده نیست , از نظر شیمیایی در حرارت های عملیاتی بی اثر است و از نظر حرارتی تا 1022 درجه پایدار باقی می ماند .
12- R دارای گرمای نهان نسبتا پایین است و برای مصرف در دستگاه های کوچک تر مناسب می باشد , زیرا گردش مقدار زیادی ماده سرما زا امکان استفاده از مکانیزم های عملیاتی و تنظیم دقیق تر و در عین حال با حساسیت کمتر را میسر می کند . از این مبرد در کمپرسور های پیستونی و دورانی و انواع بزرگ گریز از مرکزی استفاده می شود .
این ماده در فشار های سر , و معکوس (پس فشار) کم , ولی مثبت با یک بازدهی حجمی خوب کار می کند , 12- R , در 5 درجه فارنهایت , فشاری معادل 5/26 پوند بر اینچ مربع مطلق , و در 86 درجه فارنهایت دارای فشاری مطلق معادل 8/108 پوند بر اینچ مربع است .
گرمای نهان آن در 5 درجه فارنهایت 2/68 بی-تی- یو است و نشت آن به سهولت و با استفاده از نشت یاب الکترونیکی یا مشعل هالاید مشخص می گردد.
در حرارت صفر درجه مقدار کمی آب در 12-R حل می شود که نسبت آن بر حسب وزن 6 در ملیون است . مایعی که تولید می شود تا حدودی بر روی اکثر فلزات معمولی که در ساختمان دستگاه های سرد کننده استفاده می شود , ایجاد زنگ می کند . اضافه کردن روغن های معدنی هیچگونه اثری در ایجاد رنگ بوسیله مایع ندارد ولی احتمالا کم رنگ شدن مایع به وسیله آب را کاهش می دهد . حساسیت ماده 12-R نسبت به آب در مقایسه با 22-R و 502-R بیشتر است . تا 90 درجه قابل حل شدن در روغن است . در این حرارت روغن شروع به جدا شدن می کند و به علت سبک تر بودن وزن در سطح آن جمع می شود .
به کار بردن 30 پوند از این ماده به ازای هر 1000 فوت مکعب فضای تهویه شده کاملا بی خطر است .
این ماده در سیلندر های به اندازه مختلف عرضه می شود و احتمالا در قوطی های سر بسته و محکم نیز یافت می شود . کد رنگی مخصوص 12- R سفید است .
22-R منوکلرودی فلورو متان (CHCLF2)
22-R یک ماده سرمازای مصنوعی است که انحصارا برای دستگاه های تبریدی که درجه تبخیر پایینی دارند ساخته شده است . یکی از موارد استفاده آن در دستگاه های انجماد سریع است که حرارت آن ها بین 20 تا 40 درجه فارنهایت حفظ می گردد . همچنین در دستگاه های تهویه مطبوع و یخچال های خانگی نیز به طور موفقیت آمیزی مورد استفاده قرار گرفته است . 22-R فقط در کمپرسورهای پیستونی به کار گرفته می شوند و فشار عملیاتی آن به نحوی است که برای نیل به درجات پایین , نیازی به کار کردن در فشار های کمتر از جو نیست . گرمای نهان آن به ازای هر پوند در 5 درجه فارنهایت 21/93 بی-تی-یو است . فشار عادی سر کمپرسور در 86 درجه 82/172 پوند بر اینچ مربع مطلق است .
22-R ماده ای پایدار ,غیر سمی ,بدون اثر اکسید کنندگی , بی آزار و غیر قابل اشتعال است . فشار اواپراتور در 5 درجه فارنهایت 43 پوند بر اینچ مربع است . حلالیت آن در آب 3 برابر 12-R است . بنابراین رطوبت در این ماده باید حداقل باشد .به همین دلیل استفاده از رطوبت گیر و خشک کن در این مورد بیشتر است .
به علت تمایل شدید تر 22-R به آب تعداد بیشتری رطوبت گیر برای خشک کردن آن لازم است. 22­-R تا حرارت16درجه فارنهایت در روغن حل می شود وپس از ان روغن شروع به جدا شدن نموده و چون از مایع سبک تر است در سطح آن جمع می شود. وجود نشت را می توان به وسیله ی نشت یاب الکترونیکی و یا مشعل هالاید تیین کرد.
مواد سرما زا ی مخلوط:
همانطور که از نامشان پیداست , این مواد مخلوطی از دو یا چند ماده ی سرما زا هستند, ولی مانند یک ماده سرما زای واحد عمل می کنند. و چهار نوع متداولتر آنها عبارتند از:
1)R-500 که مخلوطی است از 8/73 درصدR-12 و 2/26 درصدR-152a
2)R-502 که مخلوطی است از8/ 48درصدR-22 و2/ 51درصدR-115
3) که مخلوطی است از1/ 41درصدR-23 و9/ 59درصدR-13
4) که مخلوطی است از2/ 48درصدR-32 و8/ 51درصدR-115
این مواد سرما زا موادی ثبت شده هستند که مراحل ترکیب آنها پیچیده است و متصدی سرویس نباید با اختلاط مواد مبرد اقدام به ساختن ماده ای مخصوص بنماید.

منبع:

http://www.shakhta.ir/

انواع کاویتاسیون  

انواع کاویتاسیون که ممکن است در پمپ ها اتفاق بیافتد:

 

- کاویتاسیون تبخیری (نارسایی NPSHa) :

شایعترین نوع کاویتاسیون می باشد و حدود 70% از کاویتاسیون ها را در بر می گیرد. برای جلوگیری از این نوع کاویتاسیون، مقدار NPSHa در سیستم باید از مقدار NPSHr (حداقل انرژی مورد نیاز پمپ که توسط کارخانه سازنده توسط منحنی هایی به همراه کاتالوگ پمپ ارائه می گردد) بیشتر باشد.برای جلوگیری از صدمات ناشی از این نوع کاویتاسیون، راهکار های زیر پیشنهاد می گردد:

• 1- کاهش دما که مقدار هد ناشی از فشار بخار سیال را کاهش دهد، هرچه دما کمتر باشد در نتیجه فشار اشباع متناظر به آن کمتر خواهد شد و در نتیجه احتمال کمتر شدن این فشار نسبت به فشار داخل پمپ افزایش می یابد . بنابراین وقتی خواستید که سیال با دمای بالا را پمپ کنید بسیار باید به این نوع کاویتاسیون دقت کنید.

 

• 2- افزایش تراز مایع در مخزن مکش که مقدار هد استاتیکی را افزایش می دهد.

 

• 3- بهبود و اصلاح پمپ شامل موارد زیر :

 

• - کاهش سرعت که مقدار Hf(هد ناشی از افت) را کاهش می دهد.
• - افزایش قطر چشمه پره
• - بکار بردن دو پمپ کوچکتر بصورت موازی که موجب کاهش افد هد می شود.
• در این شرایط مایع مجبور می شود از ناحیه پر فشار پمپ به طرف ناحیه کم فشار آن در عرض پره بازگردش کند. وقتی در قسمت مکش یا تخلیه جریان گردابی ایجاد می شود که ناشی از سرعت بالای سیال می باشد جریان سیال برعکس شده و در خلاف جریان حرکت جریان عادی سیال باز گردش می کند.

باز گردش سیال باعث می شود که قطر مفید عبور سیال در قسمت مکش و تخلیه کاهش یابد و باعث کاهش فشار سیال گردد(مطابق اصل برنولی). با کاهش فشار و رسیدن فشار به فشار بخار سیال پدیده کاویتاسیون ایجاد می شود.

این نوع کاویتاسیون به دو حالت اتفاق می افتد :

اول اینکه مایع داخل محفظه پمپ با سرعت موتور باز گردش کرده و یکباره حرارتش افزایش پیدا کرده و فوق گرم می شود.

دوم  وقتی که سیال مجبور می شود که از میان آب بند ها و درزهای بین قطعات به سرعت عبور کند در این حالت حرارت بالا باعث تبخیر مایع خواهد شد.

صدمات ناشی از کاویتاسیون در پمپ های باز بیشتر در لبه تیغه های ایمپلر سمت چشم پره و در نوک تیغه ها تا قطر خارجی ایمپلر اتفاق می افتد. در پمپ های با ایمپلر بسته این صدمات روی نوار های سایشی بین پرهو بدنه محفظه ایجاد می شود.

برای بهبود و تصحیح شرایط در حالت ایمپلر باز باید ایمپلر را به گونه ای تنظیم کرد که تلرانس بین تیغه ها و محفظه دقیقا تصحیح شود.در پمپ های پره بسته امکان تصحیح شرایط نیست اما لازم است جریان محصور شده در قسمت تخلیه پمپ آزاد شود.

 فضای آزاد بین نوک پره و زبانه باید معادل 4% قطر پره باشد. صدمات ناشی از این نوع کاویتاسیون بیشتر در نوک تیغه های خارجی پره و پشت زبانه، روی دیواره محفظه داخلی دیده می شود.

 

- کاویتاسیون از نوع مکش

مکش هوا می تواند به اشکال مختلف در لوله ها و نقاط دیگر پمپ اتفاق بی افتد. مثلا در صورت ایجاد خلا در پمپف هوا می تواند به درون لوله ها وارد شود. یکی از این نمونه ها پمپبالاکش (Lift pump) می باشد. هوا از راههای زیر می تواند وارد پمپ شود.

• 1- آببند شفت پمپ
• 2- آببند ساق متصل به صفحه شیر در لوله مکش
• 3- رینگ های اتصالی لوله مکش
• 4- واشر های آب بند صفحه فلنج در اتصالات لوله
• 5- ارینگ ها و اتصالات پیچی در قسمت مکش
• 6- ارینگ ها و آب بندهای ثانویه در آب بندهای تک
• 7- سطوح آب بندهای مکانیکی تک
• 8- از طریق حباب ها و حفره های هوا در لوله مکش
• 9- از طریق مایعات کف کننده

راه های جلوگیری از کاویتاسیون نوع مکش هوا:

• 1- آب بندی و بستن تمام سطوح، صفحات فلنج ها و واشر ها
• 2- درزبندی و بستن رینگ های آب بند و آببندهای ساقه متصل به صفحه شیر در لوله مکش
• 3- نگه داشتن سرعت سیال به میزان 8 فوت بر ثانیه (با افزایش قطر لوله)
• 4- استفاده از آب بند های مکانیکی دوبل
• منبع:

http://www.mkhorasani.blogfa.com/

 

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.

 منبع: http://www.iran-eng.com/

 پمپ

پُمپ یا تُلُمبه وسیله‌ای مکانیکی برای انتقال مایعات است که با افزایش فشار جریان آن، امکان جابجایی مایعات را به ارتفاعی بالاتر (با افزایش هد) یا حتی پایین دست (معمولا حوضچه یا مخزن) فراهم می‌آورد.

پمپ کاربردهای فراوان در صنعت و حتی در وسایل نقلیه دارد. مانند پمپ بنزین یا پمپ آب خودرو تا پمپ‌های بزرگ برای پر کردن حوضچه‌های تعمیر کشتی.

تعریف پمپ: به طور کلی پمپ به دستگاهی گفته می شود که انرﮊی مکانیکی را از یک منبع خارجی اخذ و به سیال مایعی که از آن عبور می کند، انتقال می دهد. در نتیجه انرﮊی سیال پس از خروج از این دستگاه (پمپ) افزایش می یابد. در پمپ ها تغییرات انرﮊی سیال همواره به صورت تغییر فشار سیال مشاهده می گردد. از پمپها برای انتقال سیال به یک ارتفاع معین و یا جا به جایی آن در یک سیستم لوله کشی و یا هیدرولیک استفاده می نمایند. به عبارت کلی تر از پمپ برای انتقال سیال از یک نقطه به نقطه دیگر استفاده می کنند. پمپها دارای انواع مختلفی هستند که هرکدام دارای کاربرد خاصی می باشند. مهمترین پمپهایی که در این واحد استفاده شده اند عبارتند از:

1. پمپهای سانتریفوﮊ. 2. پمپهای رفت و برگشتی. 3. پمپهای چرخ دنده ای.

پمپهای سانتریفوﮊ: این پمپها از نوعی می باشند که انتقال انرﮊی از آنها به سیال به طور دائمی انجام می پذیرد. پمپهای سانتریفوﮊ معمولا نیروی محرکه خود را از طریق یک الکترو موتور (موتور الکتریکی) دریافت می کنند. انتقال نیروی محرکه از موتور به پمپ از طریق یک محور به نام شَفت منتقل می شود. شَفت موتور به وسیله نوعی تجهیزات مکانیکی به نام کوپلینگ به شَفت پمپ متصل شده است. به این ترتیب انتقال نیرو به راحتی از طریق شفت موتور الکتریکی به شفت پمپ منتقل می گردد.

پمپ های سانتریفوﮊ دارای یک محفظه هستند که حلزونی شکل است و پوسته یا کِیسینگ نامیده می شود و درون آن یک یا چند چرخ قرار دارند که روی یک محور (شفت) نصب شده اند. هر چرخ مجهز به تعدادی پره می باشد. انتقال انرﮊی به سیال در این قسمت انجام می شود. برای اینکه از محل خروج شفت از کِیسینگ پمپ سیالی خارج نشود و اصطلاحا نشتی به خارج نداشته باشیم از ابزاری به نام مکانیکال سیل استفاده شده است. نکته بسیار مهم در مورد این نوع پمپها هواگیری یا پرایم کردن پمپ پیش از روشن کردن آنها می باشد. یعنی پس از لاین آپ نمودن پمپ و اطمینان از ورود سیال به داخل پمپ، باید از خروج کامل هوا یا گاز حبس شده در داخل پمپ نیز اطمینان حاصل نمود. از این نوع پمپها در ابعاد و اندازه های مختلف برای مصارف گوناگون ساخته می شوند.

پمپهای رفت وبرگشتی: این نوع پمپها وسایلی هستند که انتقال انرﮊی از آنها به سیال به صورت پریودیک و دوره ای می باشد. نیروی محرکه این نوع پمپها نیز غالبا توسط موتورهای الکتریکی تامین می گردد. در این نوع پمپها حرکت چرخشی میل لنگ تبدیل به حرکت رفت و آمدی پیستونی در یک سیلندر می شود. با عقب رفتن پیستون در سیلندر ایجاد مکش شده و در نتیجه مایع از طریق یک شیر ورودی داخل سیلندر می گردد. با حرکت پیستون به طرف جلو دریچه ورودی بسته و مایع از طریق شیر خروجی به خارج هدایت می گردد. شیرهای ورودی و خروجی یکطرفه بوده و طوری ساخته شده اند که در مراحل رفت و آمد پیستون، از ورود مایع داخل سیلندر به قسمت کم فشار و بالعکس ممانعت شود. اگر بجای پیستون، پلانجری در داخل سیلندر رفت و آمد کند در این حالت به آن پمپ پلانجری می گویند. در ضمن چنانچه پلانجر دیافراگمی را حرکت دهد پمپ از نوع دیافراگمی است. فرق میان پیستون وپلانجر در این است که طول سر پیستون کوتاه تر از مسافتی است که پیستون درون سیلندر طی می نماید، در حالی که طول پلانجر بیشتر از طول مسافت طی شده توسط آن در داخل سیلندر می باشد. از طرفی در پمپهای پیستون از حلقه یا رینگی جهت آب بندی پیستون و سیلندر استفاده شده است که روی بدنه پیستون قرار گرفته و همراه آن حرکت می کند، در حالیکه در پمپهای پلانجری این رینگ روی سیلندر قرار دارد و ثابت است. این پمپها معمولا کم ظرفیت هستند ولی فشار خروجی سیال را می توانند تا مقدار زیادی افزایش دهند. بنابراین از این پمپها در جاهایی که نیاز به جا به جا کردن سیالی با حجم کم ولی فشار بالا می باشد استفاده می کتتد. در ضمن باید به این نکته نیز توجه داشت که جریان سیال در این پمپها به صورت غیر یکنواخت می باشد. نکته بسیار مهم در مورد این پمپ ها آن است که هرگز نباید آنها را در حالیکه شیر خروجی پمپ (دیسچارج پمپ) بسته است روشن نمود

پمپهای چرخ دنده ای یا گی یِر پمپ: این پمپها نوعی از پمپهای گردشی یا روتاری می باشند. پمپ های چرخ دنده ای از دو قسمت متمایز تشکیل شده اند، یکی قسمت جداره ثابت و دیگری قسمت دوار که شامل یک محور گردان با چرخ دنده می باشد. در پمپ های چرخ دنده ای مقداری مایع بین دنده های چرخ دنده پمپ به اصطلاح به تله می افتد و در اثر چرخیدن چرخ دنده ها این مایع به قسمت خروجی پمپ رانده می شود. این پمپ ها به گونه ای ساخته می شوند که در آنها فاصله میان اجزاء گردنده و جداره ثابت بسیار کم می باشد. کار برد این پمپها برای جا به جایی مایع با حجم کم و فشار متوسط می باشد. نکته مهم در مورد این پمپها آن است که هرگز نباید آنها را در حالیکه شیر خروجی پمپ (دیسچارج پمپ) بسته است روشن نمود؛ چرا که در این حالت، اگر هیچ شیر اطمینانی (سِیفتی وَلو) در مسیر دیسچارج پمپ وجود نداشته باشد، یا خود پمپ از بین می رود و یا اینکه لوله دیسچارج می شکند.

کاویتاسیون : این پدیده یکی از خطرناکترین حالتهایی است که ممکن است برای یک پمپ به وجود آید. آب یا هر مایع دیگری، در هر درجه حرارتی به ازای فشار معینی تبخیر می شود. هرگاه در حین جریان مایع در داخل چرخ یک پمپ، فشار مایع در نقطه ای از فشار تبخیر مایع در درجه حرارت مربوطه کمتر شود، حبابهای بخار یا گازی در فاز مایع به وجود می آیند که به همراه مایع به نقطه ای دیگر با فشار بالاتر حرکت می نمایند. اگر در محل جدید فشار مایع به اندازه کافی زیاد باشد، حبابهای بخار در این محل تقطیر شده و در نتیجه ذراتی از مایع از مسیر اصلی خود منحرف شده و با سرعتهای فوق العاده زیاد به اطراف و از جمله پره ها برخورد می نمایند. در چنین مکانی بسته به شدت برخورد، سطح پره ها خورده شده و متخلخل می گردد. این پدیده مخرب در پمپ ها را کاویتاسیون می نامند. پدیده کاویتاسیون برای پمپ بسیار خطرناک بوده و ممکن است پس از مدت کوتاهی پره های پمپ را از بین ببرد. بنابراین باید از وجود چنین پدیده ای در پمپ جلو گیری گردد. کاویتاسیون همواره با صدا های منقطع شروع شده و سپس در صورت ادامه کاهش فشار در دهانه ورودی پمپ، بر شدت این صدا ها افزوده می گردد. صدای کاویتاسیون مخصوص ومشخص بوده وشبیه برخورد گلوله هایی به یک سطح فلزی است. همزمان با تولید این صدا پمپ نیز به ارتعاش در می آید. در انتها این صداهای منقطع به صداهایی شدید ودائم تبدیل می گردد و در همین حال نیز راندمان پمپ به شدت کاهش می یابد.

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد.

می دانیم که مایعات دارای شکل ثابتی نیستند به همین دلیل برای جابجایی آن ها از روش اختلاف فشار استفاده می شود تا بتوان آن ها را انتقال داد. که برای این کار از پمپ ها یا تلمبه استفاده می شود. عملیاتی که برای ایجاد اختلاف فشار و جابجایی مایعات مورد استفاده می شود را پمپاژ کویند. انواع پمپ ها پمپ گریز از مرکز: اینگونه پمپ ها داری یک شیر خروجی می باشد که باید بسته باشد زیرا در این موقه باعث ایجاد حداکثر فشار در تلمبه می شود که به آن فشار طراحی گفته می شود. پمپ ترکیبی: زمانی که نیاز باشد یک سیال را با جریان بسیار بالا ارسال کنیم چندین پمپ را بصورت سری به همدیگر متصل کرده که به اینگونه پمپ ها پمپ ترکیبی گویند. پمپ دیاگرامی: از اینگونه پمپ ها زمانی استفاده می شود که نیاز به ایجاد فشار و سرعت زیاد نباشد و این پمپ ها با استفاده از یک خلاء می توانند سیال را پمپ کنند. پمپ رفت و برگشتی: در این پمپ ها برای بالا بردن فشار سیال از حرکت افقی و عمودی استفاده می شود. که مقداری اتلاف انرژی به همراه دارد. این پمپ ها برخلاف پمپ های گریز از مرکز نباید خروجی پمپ بسته باشد زیرا باعث ایجاد خرابی در پمپ می شود. علاوه بر این ها بستن یک شیر اطمینان در خروجی پمپ لازم است. پمپ پیستونی: در این نوع پمپ ها که مانند پمپ های گریز از مرکز دارای یک شیر خروجی است که نباید موقع عمل پمپاژ بسته باشد. پمپ پلانجری: این نوع پمپ دارای یک شیر اطمینان است که مانند پمپ پیستونی است ولی اگر قطر فشارنده آن کم باشد به آن پمپ پلانجری گویند.

عیب یابی در پمپ ها در شرایط ایده ال پمپ هایی را مورد استفاده قرار می دهیم که همیشه در بهترین وضعیت خود کار می کنند.اما در دنیای واقعی به ندرت پیش می آید بتوانیم از یک تولید کننده پمپی دریافت نماییم که بازدهی آن به الزامات مورد نظر ما نزدیک باشد.و یا پیدا کردن راهی که بتواند عملکرد پمپ را درنقطه بیشترین بازدهی و یا نزدیک به ان نقطه حفظ نماید محال به نظر می رسد.البته مهندسین کاربردی راههایی برای بهینه سازی انتخاب پمپها دارند.یک راه این است که پمپ مطلوب را مشخص نموده و مشخصه های آن را به قدری دقیق ذکر نماییم که پمپهای دیگر را شامل نشود.در صنعتی که رقابت بر سر بهترین پیشنهادات وجود دارد این کار مورد قبول واقع نمی شود.روش دیگر بیان نمودن مشخصات پمپ بصورت پارامترهای اساسی می باشد.این پارامترها عبارتند از: جریان هد (افت فشار)،حداکثر توان ترمز، حداقل بازدهی پمپاژ،حداقل ضریب توان موتور و حداکثر سرعت موتور. عملکرد پمپهای سانتریفوژ در حالتی که شدت کار بر روی آنها زیاد باشد می تواند موجب اختلالاتی در تلمبه شود. جریان توربولنت می تواند موجب ایجاد لرزش هایی باعث و خارج شدن پمپ از مدار شود که به آن اصطلاحا می گوینداوت شده. یکی از دلایل اولیه لرزشهای پمپ کاویتاسیون می باشد. در این حالت در اثر کاهش فشار مایع و تبخیر صورت گرفته در سمت مکش پروانه توده های حباب تولید و به خروجی پروانه برخورد کرده. 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 این امر می تواند به علت وجود مانع در مسیر مکش، وجود زانوئی در فاصله نزدیک ورودی پمپ و یا شرایط غیر عادی 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. ازدیگر عواملی که می تواند باعث لرزش در پمپ ها شود می توان به هم محور نبودن تلمبه و محور اصلی آن بیان کرد زیرا در این صورت باعث ایجاد جفت نبودن با دیگر قطعات دانست به همین دلیل باعث ایجاد سرو صدا می شود. از دیگر عوامل می توان به خارج شدن شفت از مرکز خود دانست که این پدیده با چشم قابل دیدن و تشخیص نیست به همین دلیل آن را بر روی ماشین تراش که دارای اندازه گیر ساعتی می باشد نصب می کنند و اگر این کج شدگی به اندازه خیلی خیلی ناچیرز باشد به وسیله یک شخص ماهر قابل بازگشت به خط می باشد در غیر اینصورت از رده خارج می شود. یکی دیگر از اشکالات در پمپ ها می توان به خوردگی پروانه تلمبه و رینگ ها و بلبرنگ ها اشاره کرد که سائیده شدن و یا فاصله آزاد آنها زیاد شده است.

پمپ گریز از مرکز
هرگاه جسمی به‌سرعت حول محور خود به چرخش در آید، ذرات مرکزی آن جسم در اثر نیروی تولید شده به خارج پرتاب می‌گردند. این نیرو را نیروی گریز از مرکز گویند. پمپهای گریز از مرکز بر اساس این نیرو که در اثر چرخش پروانه بوجود می‌آید، کار می‌کنند. دو قسمت مهم این تلمبه که کار اصلی را انجام می‌دهند، عبارتند از:
پروانه impeller
جداره Casing
مایع پس از رهایی از پروانه ، از مجرایی می‌گذرد که انرژی سرعتی مایع به انرژی فشاری مبدل می‌گردد. به این ترتیب ، فشار مایع هنگام خروج بیش از فشار ورودی آن می‌باشد. اگر سطل پر آبی را با سرعت به دوران در آوریم، مشاهده می‌شود وضعی قرار می‌گیرد که بای آب نمی‌ریزد. اگر در همین حال ، سوراخی در ته طرف ایجاد کنیم، مشاهده می‌شود که آب با سرعت زیاد از سوراخ به بیرون می‌ریزد..
پمپ دوّار
پمپ دوّار ، یک نوع پمپ جابجایی مثبت است که مایع را ممکن است به دو طریق پمپ کند: دورانی خاص و مخلوطی از دوران و نوسان. هر پمپ دوّار به‌طور کلی از یک محفظه ساکن درست شده که در این محفظه یک موتور بوسیله نیروی یک محرک خارجی می‌گردد. حرکت روتور اجرا ، پمپ کننده را به حرکت در می‌آورد. پمپهای دوّار با طرحهای گوناگون و متنوع ساخته شده‌اند که معمولترین آنها عبارتند از:
چرخ دنده داخلی و خارجی ، یک پیچی و چند پیچی ، تیکه‌ای ، پره‌ای نفرشی ، پره‌ای نوسانی ، بادامک پیستونی می‌باشد. این پمپها لازم است با سرعت دورانی زیاد و در حدود 5000 دور در دقیقه و یا بیشتر کار نمایند.

در بحث قبلی که در رابطه با پمپ ها داشتیم به بیان موضوعی در رابطه با پمپ های جابجایی مثب صحبت کردیم برای اینکه این قضیه کمی روشن تر و شفاف تر باشد به شرحی در رابطه با پمپ های جابجایی مثبت و نوع های شبیه به آن می پردازیم. پمپ های جابجایی مثبت پمپ دورانی یک نوع پمپ جابه‌جایی مثبت می باشد. به عنوان مثال در هر دور کامل چرخ در یک پمپ چرخ دنده‌ای مقدار معینی از سیال را از ورودی به خروجی منتقل کرده و آن را به سیستم های لوله کشی انتقال می دهد. به همین دلیل از پمپهای چرخ دنده‌ای معمولا برای انتقال سیالها از میان سیستمهایی که دارای یک مسیر جریان کامل از قسمت خروجی به ورودی پمپ می‌باشند، استفاده می‌شود. اگر این مسیر جریان برای مدتی مسدود شود، فشار زیاد ایجاد شده باعث متوقف شدن واحد محرک می‌گردد. پمپ ممکن است خورد شود، یا حداقل اتصالات فلزی سیستم لوله کشی خراب شده و شروع به نشت نمایند. پمپ چرخ دنده جناقی این پمپ به خاطر داشتن شکل دندانه چرخ دنده‌اش ، پمپ چرخ دنده جناقی نامیده شده است. دندانه‌های پمپ چرخ دنده‌ای ساده ، مستقیم هستند. بدین دلیل هنگام تخلیه هر چرخ دنده در یک زمان انجام می‌شود. دنده چرخ دنده‌های جناقی کج است. این موضوع باعث روی هم افتادن چرخ دنده‌ها می‌شود. هنگام تخلیه یک چرخ دنده قبل از تکمیل هنگام چرخ دنده دیگر انجام می‌شود، بدین دلیل باعث نرم تر کار کردن جریان در داخل سیستم لوله کشی می‌شود. پمپ های چرخ دنده حلزونی بعضی از پمپهای چرخ دنده‌ای باید بتوانند سیال را به هر دو جهت جابه‌جا کنند. بدین معنی که جهت چرخش چرخ دنده‌ها بایستی معکوس شود. چرخش پمپهای چرخ دنده‌ای ساده قابل برگشت (دو طرفه) است، ولی دارای خروجی ضربانی می‌باشند. پمپهای چرخ دنده جناقی دارای خروجی یکنواخت‌تری هستند، ولی جهت چرخش چرخ دنده‌ها قابل برگشت نیست. برای پیشگیری این نقض ، بعضی از پمپهای چرخ دنده‌ای از چرخ دنده حلزونی استفاده می‌کنند. کجی دندانه‌های چرخ دنده حلزونی باعث می شود هنگامه تخلیه یکنواخت برای جریان خروجی آرام تر از پمپ می‌باشد. هر پمپ دارای سه روتور می‌باشد، یک روتور نیرو دهنده و دو هرز گرد. روتورها درون یک پوسته قرار می گیرند. سیال از طریق دهانه مکشی وارد پمپ می‌شود و از طریق گذرگاههای محفظه به هر دو انتهای روتورها یا جایی که سیال در میان فضای بین پوسته روتور و دندانه‌های روتور نیرو دهنده بار (سیال) پمپاژ شده مورد نیاز را با هرزگردها که بطور ساده برای آب بندی بکار می‌روند، حمل می‌کند. محفظه‌های روتور از یاطاقانهای طوقهای تشکیل شده‌اند. این یاطاقانها روتورها را نگهداری و هدایت کرده و آنها را درگیر می‌کنند. محفظه روتورها کانالهایی هستند که مایع باید قبل از تخلیه شدن از پمپ از میان آنها بگذرد. برای جلوگیری از نفوذ هوا به داخل پمپ (فشار سیال در طرف مکش پمپ ممکن است کمتر از فشار اتمسفر باشد) شافت روتور نیرو دهنده باید آب بندی شود. شافت روتور هرزگرد مانند میله والو به وسیله پکینگی که توسط گلند در کاسه نمد نگه داشته می‌شود، آب بندی می‌گردد. قسمت انتهای کاسه نمد یک قسمت مجزا می‌باشد. این قطعه یاطاقان طوقه‌ای می‌باشد که بوش آب بندی نامیده می‌شود. بوش آب بندی ، شافت روتور نیرو دهنده را نگه داشته و هدایت می‌کند و نیز برای نفوذ ناپذیری هوا از اطراف شافت به داخل کمک می‌کند.

پمپ سانتریفوز
در این این نوع پمپ ها سیال ابتدا به مرکز پمپ و نزدیک پره‌ها فرستاده می شود. و از اثر نیروی گریز از مرکز که ناشی از گردش سریع پمپ می‌باشد و انرژی جنشی زیادی بدست آورده و به خارج پرتاب شده و پوسته را از سیال پر کرده. انرژی جنبشی در قسمت های خروجی پمپ به انرژی فشاری تبدیل شده.

حرکت پروانه:

در جهت عمود بر فرو رفتگی پره ها در پمپ ها می باشد. پمپ های سانتریفیوژ از پرکاربردترین پمپ هائی است که در صنعت کاربرد فراوان دارد. مزیت این نوع پمپ ها این است که در اثر گذر حجمی سیال در آنها یکنواخت می‌شود.

پمپ های سانتریفیوژ را بر حسب نوع آن ها به انواع زیر تقسیم بندی می‌کنند:
از نظر وضعیت طبقات که ممکن است یک طبقه و یا چند طبقه باشند.
از نظر مقدار آبدهی و هد که ممکن است بصورت کم ، متوسط و زیاد باشند.
از نظر نوع پروانه ، تعداد تیغه.

اجزای یک پمپ سانتریفوژ
موتور ، که باعث حرکت دورانی محور می گردد.
پوسته جداره
لوله رانش
لوله مکش
محفظه بین پوسته و پروانه

پروانه پمپ شامل پره‌هایی می‌باشد که به نحوی ساخته شده‌اند تا جریان داخل پمپ حتی امکان یکنواخت باشد.
انواع پروانه‌های پمپهای سانتریفوژ


انواع پروانه‌های معمولی
پروانه ممکن است به یک صفحه متصل باشد یا بین دو صفحه قرار داشته باشد یا آزاد باشد. مایع در جهت محور وارد بدنه پمپ می‌شود و سیال ورودی بوسیله پره‌های پروانه دریافت شده و به داخل یک پیچک که مماس بر پمپ می‌باشد تخلیه می‌گردد. آب بندی پمپ های سانتریفوژ مسئله ای بسیار مهمی است که در صورت عدم رعایت آن باعث کاهش راندمان عمل پمپ می‌گردد.

انواع پمپ های گریز از مرکز:

پمپ پره مستقیم ( شعاعی)
پمپ تیغه خمیده ( volute )
پمپ مارپیچ

پمپ پره مستقیم:
در این گونه پمپ ها یک مجرای ورودی در مرکز پروانه پمپ قرار گرفته که سیال از طریق آن وارد محفظه می شود در این حین حرکت دورانی سیال موجب ایجاد یک فشار به قطر خارجی پروانه می شود. که باعث ایجاد جریان شده و پروانه را با سرعت و فشار زیادی ترک گفته و از طریق خروجی خارج شده.


پمپ تیغه خمیده ( volute ) :
این نوع پمپ ها علاوه بر قسمت های داخلی که به پره های منحنی شکل مجهز می باشد حتی درپوش آن هم به پره های منحنی شکل مجهز شده. در این گونه پمپ شکل پمپ یک تغییر خاصی دارد که حالت مارپیچ به خود دارد.
زمانی که سیال وارد محفظه پمپ شده پره ها سیال را به تلاطم در آورده اما به فرم مارپیچ این کار انجام می شود. و سیال را به دیواره چسبانده و سپس آن را خارج کرده. همزمان با گردش پروانه آب به دیواره چسبیده می شود و وارد مجرای مارپیچی شده. توجه کنید که فرآیند کار تمامی پمپ های گریز از مرکز یکسان است ولی کمی با هم تفاوت دارند.


پمپ مارپیچ:
این پمپ ها به شکل یک منحنی مارپیچ می باشند که به گرد یک نقطه دوران می کنند و دارای فاصله یکسان و ثابتی می باشند که از مرکز خود دور می شوند. حالت مارپیچ به شکل پوسته داخلی پمپ اطلاق می شود که فرم مارپیچ به خود می گیرد. این شکل پمپ یک مزیت خوب به پمپ می دهد تا بتواند سیال را به راحتی خارج کند. پس نتیجه این می شود که مجرای مارپیچی شکل سیال را جمع کرده و به سمت دریچه خروجی هدایت کرده. یکی دیگر از مزیت های این نوع پمپ ها این است که سرعت در تمامی نقاط پمپ یکسان است ولی در هنگام خروج سرعت کمی کاهش یافته. می دانید که فشار با سرعت رابطه عکس دارد زمانی که سرعت کم شده فشار زیاد شده حال برای اینکه فشار را بیشتر کنند سطح مقطع خروجی پمپ را افزایش داده.

پمپ ها تک مرحله ای (Single Stage ):
پمپ های دو مرحله ای:
پمپ های چند مرحله ای:


پمپ ها تک مرحله ای (Single Stage ):
این پمپ ها برای مواردی طراحی شده اند که ارتفاع خروجی آن ها کمتر از 1000 فوت (305 متر) باشد کاربرد دارد. اما مهمترین ایرادی که از این گونه پمپ ها می توان گرفت این است که ارتفاعی که سیال را می تواند پمپ کنند بسیار کم می باشد. این نوع پمپ ها به دو صورت طراحی می شوند:

پمپ های تک مرحله ای ثابت:
پمپ های تک مرحله ای متحرک (Portable ):

پمپ های تک مرحله ای ثابت:
این پمپ برای زمانی است که بخواهیم یک سیال را از یک چاه کم عمق یا مصارف عمومی و کار در منزل مورد استفاده قرار می گیرد.

پمپ های تک مرحله ای قابل حمل:
این پمپ برای موتورهای برقی و گازوئیلی یا بنزینی استفاده می شود. بیشتر شرکت های ساختمانی از این نوع پمپ ها استفاده می کنند زیرا قابلیت حمل به هر نقطه را دارد و برای هر نوع عملیاتی توانایی وقدرت مناسبی دارند.


پمپ های چند مرحله ای:
دیگر در رابطه با پمپ های دو مرحله ای صحبت نمی کنم زیرا ساختاری شبیه به پمپ های چند مرحله ای دارد. این پمپ ها برای زمانی طراحی شده اند که بخواهیم یک سیال را به ارتفاع زیادی پمپاژ نماییم به همین دلیل این پمپ ها با استفاده از ساختاری که برای آن ها طراحی کرده اند مناسب می باشند. در این پمپ ها از یک مرحل های وجود دارد تا 10 و بیشتر به طوری که هر مرحله را می توان یک پمپ تک مرحله ای فرض کرد.
ارسال سیال در این گونه پمپ ها به صورت افزاینده می باشد که ابتدا در مرحله اول سیال ورودی به دوبخش تبدیل شده و میزانی فشار به آن اضافه می شود و سپس در مرحله بعدی باز سیال به دو بخش تقسیم شده و میزان دیگری فشار به ماده ما اضافه شده و باز در مرحله بعدی سیال به اندازه فشار دلخواه رسیده و حال از جمع زدن کل این مراحل عدد 8 بدست می آید که پمپ 8 مرحله ای نامیده می شود و این طریقه محاسبه و کارکرد پمپ های چند مرحله ای بود که به صورت خلاصه توضیح دادم.

منبع :
http://www.iran-eng.com

 

توربوماشین دستگاهی است که در آن حرکت یک سیال غیر محبوس بنحوی تغییر داده می شود که قدرت را به یک محور انتقال دهد یا از آن قدرت بگیرد و یا به نحوی که باعث ایجاد نیروی جلوبرنده شود.
ماشین هایی را در نظر بگیرید که قدرت را از محور به سیال منتقل می نمایند. این قدرت توسط عضوی به نام روتر. چرخ و یا پروانه که تعدادی پره دارد و روی محور سوار شده است به سیال منتقل می گردد. این ماشین ها به نام های زیر شناخته می شوند:
1- پمپ. توربوماشینی است که سیال آن مایع است.
2- کمپرسور. با انتقال قدرت به گاز. فشار زیاد و سرعت کمی به آن می دهد.
3- فن موجب حرکت گاز می شود و تغییر مختصری در فشار آن ایجاد می کند.
4- دمنده. فشار و سرعت قابل توجهی به گاز می دهد.
به توربوماشین هایی که در آن ها قدرت از سیال به محور انتقال یابد توربین گوییم. توربین ها به دو دسته تقسیم می شوند:
در یک توربین ضربه ای فشار استاتیک سیال در حین گذر از بین پره های چرخ تغییر نمی کند. چرخ پلتون از این نوع است. در توربین های عکس العملی فشار استاتیک سیال در حین جریان بین پره ها مرتبا کاهش می یابد. یعنی در این جریان سیال دچار انبساط می شود و هر جفت پره مجاور بمثابه یک نازل متحرک عمل می کنند.
به توربوماشین های مثل موتور جت که نیروی جلوبرنده ایجاد می کنند موتور جلوبرنده گویند. عموما در این ماشین ها از احتراق سوخت استفاده می شود. اگر هوای لازم جهت احتراق یک دیفیوزر از محیط اطراف گرفته شود یک ماشین تنفس هوایی خواهیم داشت که عینا مانند موتور جت است. از طرف دیگر اگر عامل اکسید کننده توسط ماشین حمل شود تا بتواند در خارج از جو نیز عمل احتراق را انجام دهد آن را راکت گویند. سوخت راکت می تواند جامد یا مایع باشد.

نازل وسیله ای است که به ازای کاهش فشار در جهت جریان سرعت سیال را افزایش می دهد.
شیپوره واگرا یا دفیوزر چیست؟
وسیله ای است که به ازای کاهش سرعت فشار جریان را افزایش می دهد.
بعضی از قانون های ترمودینامیک در مورد نازل ها:

1- کارمحوری ندارند.
2- با توجه به تغییر کم ارتفاع تغییر انرژی پتانسیل سیال گذرنده از نازل ها ناچیز می باشد.
3- در بسیاری از موارد می توان از انتقال حرارت در آنها صرفه نظر کرد.

توربین ها و کمپرسور ها و دمنده ها

توربین وسیله ای است که در آن از یک سیا کار محوری تولید می شود.
کمپرسور وسیله ای است که با اعمال کار محوری روی یک سیال باعٍ افزایش فشار در آن می شود.
دمنده وسیله ای است که از آن در حرکت دادن یک سیال از یک محل به محل دیگر استفاده می شودسبب افزایش فشار گاز به میزان کم می شود.

بعضی از قوانین جاری برای این وسایل:

در این وسایل می توان از انرژی پتانسیل در آنها صرفه نظر کرد.
تغییرات انرژی جنبشی در آنها بسیار کم می باشد.
میزان انتقال حرارت وابسته به میزان عایق بندی در انها دارد.
در توربوماشین های دوار با توجه به زیاد بودن سرعت میزان انتقال حرارت کم می باشد.
در توربوماشین های رفت وبرگشتی تغییرات انتقال حرارت بسیار مهم می باشد.
آنتالپی در این وسایل اگر در جهت جریان در نظر گرفته شود مهم می باشد.
معمولا در توربین ها آنتالپی کاهش یافته و در کمپرسور ها افزایش می یابد.

محفظه اختلاط:

محفظه اختلاط وسیله ای است که برای مخلوط کردن مستقیم چند جریان ورودی و سرانجام خروج جریان مخلوط شده از یک خروجی مورد استفاده قرارمی گیرد.
در محفظه اختلاط کار جریان محوری وجود ندارد.
هیچ گونه انتقال حرارت در آنها وجود ندارد.
میزان تغییرات انرژی جنبشی و پتانسیل ناچیز می باشد.
و دربسیاری از موارد در حالت پایا میزان دبی خروجی با ورودی برابر می باشد.

فرآیند اختناق:

زمانی یک سیال جاری به طور ناگهانی با مانعی در مسیر جریان مواجه شده و در نتیجه فشارش افت پیدا می کند. حال این مانع می تواند یک شیر نیمه باز یا یک صفحه سوراخ دار مانند اورفیس باشد.
کار محوری در آن وجود ندارد.
تغییرات انرژی جنبشی و پتانسیل ناچیز دارد.
از انتقال حرارت در آن هم می توان صرفه نظر کرد.
در فرآیند اختناق آنتالپی ورودی و خروجی با همدیگر برابر هستند.

نازل ها:

نازل همگرا:نازلی است که مساحت آن در امتداد جریان کاهش یابد.
حداکثر سرعت در یک نازل همگرا سرعت صوت می باشد. برای شتاب دادن به سیال در سرعت های مادون صوت باید نازل ما همگرا باشد.
نازل واگرا:نازلی است که مساحت آن درامتداد جریان افزایش یابد.
جهت رسیدن به سرعت های مافوق صوت از یک نازل واگرا استفاده می شود.

نازل های همگرا-واگرا
نازل های همگرا-واگرا نازل هایی هستند که در انها سطح مقطع در امتداد جریان ابتدا کاهش و سپس افزایش می یابد.
این نوع نازل ها از سه قسمت که متشکل از یک نازل همگرا و گلوگاه و نازل واگرا می باشد تشکیل شده است.
اگر جریان در بخش واگرای نازل مافوق صوت باشد گلوگاه باید دارای عدد ماخ یک باشد.

گلوگاه:
محل اتصال نازل همگرا به واگرا می باشد و قسمتی از دستگاه است که کمترین سطح مقطع را دارا می باشد.

حالت خفگی:

در شرایط سکون معین حداکثر دبی جرمی موقعی که از یک مجرا عبور می کند که گلوگاه در حالت بحرانی قرار داشته باشد یا دارای عدد ماخ یک باشد این حالت رو خفگی گویند.

سرعت صوت:

سرعت صوت شدت انتشار یک موج فشاری با توان بی نهایت کوچک است که از میان یک سیال ساکن عبور می کند.

عدد ماخ:یک عدد بدون بعد می باشد. که برابر است با سرعت واقعی سیال بر روی سرعت صوت.

حالت سکون:

زمانی که یک سیال از یک سرعت خاص به حالت توقف در آید گوییم به حالت سکون رسیده است.

امواج ضربه ای:
نواحی خیلی نازکی هستند که در جریان های مافوق صوت هستند که تغییرات خواص در عرض آنها شدید است. این فرآیند از نوع برگشت ناپذیر بوده و نمی توان آن را آیزونتروپیک فرض کرد.
اگر امواج ضربه ای در صفحه عمود بر امتداد جریان رخ دهد آن موج را ضربه ای قائم می نامیم. و در صورتی که غیر عمود باشد آن را موج ضربه ای مایل می نامیم.
در امواج ضربه ای قائم جریان های بالا دست و پایین دست در امتداد هم واقعند.
جریان در عرض یک موج ضربه ای آدیاباتیک است پس آنتالپی کلی در عرض یک موج ضربه ای ثابت می ماند.
در موج ضربه ای قائم آنتالپی سکون ثابت می ماند ودر نتیجه برای گاز های آیده آل دمای سکون هم ثابت می ماند.
در امواج ضربه ای جریان جلو موج ضربه ای باید مافوق باشد و در پشت موج ضربه ای مایل معمولا جریان مافوق صوت است. برای موج ضربه ای قائم جریان پایین دست همواره مادون صوت است.
مادون صوت بودن سرعت جریان شرط لازم برای ایجاد موج ضربه ای قائم است.

ابتدا چند خصوصیت مهم جریان ایزونتروپیک رو بیان کرده. اولا با کاهش سطح مقطع از شرلیط سکون تا مقطعی که عدد ماخ آن برابر یک می باشد انبساط بصورت یک جریان مادون صوت صورت می پذیرد. این مقطع گلوگاه یا مقطع صوتی و خواص سیال در آن خواص بحرانی نامیده می شود. بعد از گلوگاه مساحت افزایش یافته و شرایط جریان مافوق صوت برقرار می شود. این بخش از انبساط در مقایسه با ناحیه بالا دست گلوگاه که بخش همگرا نامیده می شود به بخش واگرا موسوم است. شکل هندسی شیپوره هایی که برای انبساط ایزونتروپیک سیال تا فشار محیط بالاتر از بحرانی طراحی می شوند.
شیپوره هایی که بمنظور انبساط ایزونتروپیک تا فشاری کمتر از فشار بحرانی طرح می شوند یک بخش واگرا نیز خواهند داشت که شیپوره های همگرا-واگرا یا دولاوال نامیده می شوند. از این مبحث می توان نتیجه گرفت که عملکرد شیپوره تبدیل آنتالپی سیال به انرژی جنبشی و به طریقی موثر وبا راندمان است. در مقابل شیپوره دیفیوزر وجود دارد که انرژی جنبشی را به آنتالپی تبدیل می کند.
یک نکته بسیار مهم این است که با انتخاب فواصل بینابینی متفاوت و کاهش فشارهای مختلف می توان به اشکال هندسی مختلفی دست یافت. با این همه برای یک دسته شرایط معلوم سطح گلوگاه و سطح خروجی تمام آنها یکسان خواهد بود.

خواص سکون
در بخش های قبلی در بررسی جریان ایزونتروپیک خواص سیالی که دارای سرعت صفر باشد را خواص سکون نامیدیم و بیان کردیم که در جریان یک بعدی آدیاباتیک در هر محلی از جریان به سرعت صفر برسیم آنتالپی یکسانی خواهیم داشت. حال به طور ساده می توان فرض کرد که اگر در هر نقطه از این جریان آدیاباتیک سرعت جریان در یک فرآیند خیالی بطور ایزونتروپیک در همان نقطه به صفر برسد به همان آنتالپی سکون خواهد رسید.از طرف دیگر اگر جریان آدیاباتیک و یک بعدی نباشد احتمالا در هر نقطه پس از از توقف ایزنتوپیک جریان به آنتالپی متفاوتی خواهد رسید. بنابراین با این روش در تمام موارد می توانیم در هر نقطه از جریان آنتالپی سکون یا هر خاصیت سکون ایزونتروپیک محلی نامید.
حال می دانیم که در جریان آدیاباتیک یک بعدی بایستی در تمام نقاط آنتالپی سکون یکسان باشد و برعکس اگر برای یک جریان یک بعدی خاص بدانیم که آنتالپی سکون در تمام نقاط یکسان است می توانیم نتیجه بگیریم که جریان آدیاباتیک می باشد. بطوری که عموما آگاهی از نحوه تغییرات خواص سکون ایزونتروپیک محلی می تواند طبیعت جریان را بسیار روشنتر کند. پی حالا می توانیم بگوییم که خواص سکون" ایزونتروپیک محلی" خواصی هستند که در هر نقطه از یک جریان معین با یک فرآیند فرضی ایزونتروپیک که در انتها سرعت به صفر می رسد به آنها می رسیم. شرایط اولیه این فرآیند فرضی شرایط جریان واقعی در نقطه مورد نظر هستند.

موج ضربه ای قائم:

همان طور که گفتیم که یک موج ضربه ای مشابه موج صوتی است با این تفاوت که مدت محدودی دارد و خاطرنشان کردیم که در آن تغییرات خواص جریان در فاصله بسیار کوچکی رخ می دهد. در حقیقت ضخامت موج بقدری کم است که در محاسبات می توانیم از آن صرفه نظر کنیم خواص جریان در عرض جبهه موج بطور ناپیوسته تغییر می کند. همچنین بیان کردیم که موج ضربهای نسبت به سیال با سرعتی بیش از سرعت موج صوتی حرکت می کند. اکنون به بحث خودمان در رابطه با امواج ضربه ای می پردازیم.تقریبا در تمام جریان های مافوق صوت می توان انتظار داشت که موج ضربه ای رخ دهد.

موج ضربه ای قائم را می توان به عنوان یک سطح مستوی ناپیوستگی در خصوصیات جریان عمود بر جهت جریان تصور کرد. از این رو حجم کنترل به طور بسیار کوچک در نظر گرفته می شودکه موج ضربه ای را شامل می شود. اگر چه ابعاد این حجم کنترل کوچک است ولی قوانین اصلی در مورد آن به صورت دیفرانسیلی نیستند. زیرا در این حالت خصوصیات جریان در گذر از طول بسیار کوچک حجم کنترل تغییرات محدودی دارند. بنابراین در معادلات حاصله کمیات دفرانسیلی که ناشی از عواملی مانند تغییر سطح هستند قابل صرفه نظرند. از این رو جریان داخل سطح کنترل را می توان با سطح مقطع ثابت در نظر گرفته و بعلاوه برای حجم کنترل انتخابی از اصطکاک لایه مرزی و انتقال حرارت صرفنظر نمود.

موج ضربه ای مایل:
موج ضربه ای مایل یک موج صفحه ای است که قائم برآن با راستای جریان زاویه ای می سازد. معمولا تغییرات راستای جریان بطرف موج متمتیل است و در امواج ضربه ای مایل دو بعدی همواره چنین است. بعلاوه از آنجا که فقط سرعت متاثر از موج ضربه ای است در امواج ضربه ای ضعیف ممکن است که جریان حاصله از موج ضربه ای هنوز هم مافوق صوت باشد. از این رو پس از امواج ضربه ای مایل هم شرایط مادون صوت و هم شرایط مافوق صوت امکان پذیر است.
در مورد جریان های متقارن سه بعدی مافوق صوت سطوح موج ضربه ای بجای اینکه به شکل صفحات مایل باشند بصورت مخروطی اند که معمولا امواج مخروطی نامیده می شوند. از بررسی قبلی امواج قائم نتیجه می شود که موج ضربه ای انبساطی مایل نمی تواند وجود داشته باشد. با این وجود در جریان های مافوق صوت انبساطهای سریعی یافت می شود که در یک ناحیه باریک به شکل بادبزن بوجود می آید. اینها امواج انساطی مایل یا انبساطهای پرانتل-مایر نامیده می شوند.

توضیحی در مورد جت های آزاد:


جت آزاد به عنوان جریانی از سیال در نظر گرفته می شود که از مجرائی خارج شده و به ناحیه نسبتا بزرگی وارد می شود که محتوی سیالی است که سرعت آن به موازات امتداد جریان جت است. قبل از بررسی کارکرد شیپوره ها و دیفیوزرها بایستی برخی از مشخصه های اصلی جت های آزاد مورد بررسی قراردهیم.
ابتدا وضعیتی را در نظر می گیریم که سیال با جریان مادون صوت از شیپوره به داخل اتمسفر جریان می یابد. نشان می دهیم که در چنین جریان هائی فشارخروجی سیال با فشار اتمسفر محیط برابر است. اگر فشار اتمسفر کمتر از فشار جت می بود یک انبساط جانبی در جت صورت می گرفت. این عمل مطابق تئوری جریان ایزنتروپیک سرعت جت را کاهش می دهد و در نتیجه فشار در جت لزوما افزایش می یابد. در این صورت وضعیت بدتر می شد و بدیهی است که ادامه این عمل یک حادثه است. از طرف دیگر این فرض را در نظر بگیرید که فشار اتمسفر از فشار جت بیشتر باشد. آنگاه باید طبق تئوری جریان ایزنتوپیک جت منقبض شده و سرعت افزایش یابد. این امر باعث بیشتر شدن فشار در جت شده و وضعیت را بدتر می کند. واضح است که هر دو امکان دارد که منجر به ایجاد یک ناپایداری در جریان جت شود. از اینجا معلوم شده که جت آزاد مادون صوت پایدار است که می توانیم نتیجه بگیریم که فشار جت بایستی با فشار محیط برابر باشد. با این وجود اگر جت مافوق صوت باشد لزومی ندارد که فشار محیط با فشار خروجی برابر باشد. فشار خروجی می تواند برای حالات دو بعدی از طریق یک دسته امواج ضربه ای و انبساطی مایل و برای حالات سه بعدی متقارن از طریق امواج مخروطی با فشار محیط برابر شود.

کارکرد شیپوره ها(نازل ها(
حال از روی مشاهدات تجربی می توانیم بررسی کنیم که هنگامی که یک شیپوره تحت شرایطی که برای آن طراحی نشده است قراربگیرد چه پیش می آید. ابتدا شیپوره همگرایی شکل که برای فشار خروجی برابر فشار بحرانی و در نتیجه برای عدد ماخ خروجی واحدطراحی شده است را در نظر می گیریم. حال باید توجه کنیم که یک محفظه بزرگ بنام محفظه پلنوم به خروجی شیپوره متصل می باشد. در حالی که شرایط سکون ورودی شیپوره را ثابت نگه می داریم. با یک فشار پلنوم که کمی از فشار سکون کمتر است شروع می کنیم. این امر باعث می شود که سرتاسر آن مادون صوت است. حال سیال بصورت یک جت آزاد مادون صوت به محیط تخلیه می گردد. برای این نوع جریان اثرات غیر ایزنتروپیک خیلی کوچک است. مادامی که فشار پلنوم کاهش داده شود در سراسر جریان عدد ماخ افزایش خواهد یافت. نهایتا در گلوگاه شرایط صوتی ایجاد می شود.
زمانی که فشار پلنوم مربوط به فشار بحرانی است. کاهش بیشتر فشار در محفظه پلنوم اثری بر جریان داخل شیپوره نمی گذارد و گفته می شود که شرایط خفگی کار می کند. یک توضیح فیزیکی ساده از این عمل را می توان بصورت زیر عرضه کرد:
هنگامی که شرایط صوتی در گلوگاه برقرار گردید سیال در این ناحیه با همان سرعتی که اغتشاشات فشاری می توانند به بالا دست بروند که به پاین دست جریان می یابد.
بنابراین تغییرات فشار ناشی از کاهش بیشتر فشار نمی تواند بر بالا دست گلوگاه که بعنوان یک سد عمل می کند تاثیر بگذارند. پس تحت این شرایط در بالادست گلوگاه نمی تواند تغییری رخ دهد. هنگامی که فشار پلنوم بیشتر کاهش داده می شود فشار جت درورود به محفظه پلنوم در فشار بحرانی باقی می ماند. حال اختلاف فشاری بین جت و محیط بوجود می آید و این حالت تنها هنگامی در یک جت آزاد امکان پذیر است که عدد ماخ جریان برابر واحد یا بزرگتر از واحد باشد. سپس همینطور که قبلا بیان شد از طریق یک دسته امواج انبساطی و ضربه ای مایل فشار جت به فشار محیط می رسد. بنابراین می توان نتیجه گرفت که شیپوره همگرا را می توان به عنوان یک شیر محدود کننده عمل کرده و بازای هر دسته شرایط سکون معین امکان عبور یک دبی حداگثر را بدهد.

 

محفظه احتراق موتور مشابه سیستم تزریق، مسیر طولانی در گسترش و تکامل تدریجی فنی را گذرانده است و بررسی تاریخچه طراحی آن خسته کننده است. اما بررسی امکانات تکنولوژی و از طرفی کامل بودن احتراق سوخت و اکسید کننده و شرایط عایق حرارتی لازم و مفید است.
برای همه محفة‌ها در اصل خطوط کلی مشخص کننده، مشابه است. در ابتدای محفظه صفحه انژکتور نصب می‌شود. وظیفه آن آماده سازی سوخت و اکسید کننده برای احتراق و ایجاد مخلوط سوخت و اکسیدکننده یا به عبارت دیگر تامین اختلاط مناسب است. در محفظه احتراق انرژی حرارتی تولید می‌شود و محصولات احتراق ابتدا از قسمت همگرای نازل، سپس از قسمت واگرای آن عبور می‌کند. این که همگرایی چقدر باید باشد و این که حجم محفظه احتراق مناسب چیست، همه این‌ها سئوالاتی است که بعدا زمانی که در خصوص ویژگی‌های احتراق و جریان بحث می‌کنیم، بررسی خواهد شد.
درجه حرارت بالای محصولات احتراق، لزوم فرایند خنک‌کاری را بیان می‌کند. این مشکل خیلی ظریف است و محاسبات دقیق و همچنین بررسی دقیق رژیم تزریق را می‌طلبد. ما فعلا فقط اصول کلی را بررسی می‌کنیم. مقدار حرارت اصلی(سوخت و یا کسید کننده) گرفته می‌شود. بدین جهت محفظه احتراق دو جداره ساخته می‌شود و عنصر خنک کننده به طور مستقیم به صفحه انژکتور وارد نمی‌شود، بلکه ابتدا به کلکتور نازل وارد می‌شود و از آن‌جا در جهت خلاف جریان به انژکتورها هدایت می‌شود که مقدار لامز حرارت را از دیواره داخلی جذب می‌کند.
این مشکلات در محفظه‌های احتراق حل شده است. آن‌ها در سالهای دراز بدون تغییر مانده‌اند، اما راه حل‌های مناسب سال به سال تغییر می‌کند. بدین جهت محفظه احتراق یک‌سازه ظریف و دقیق توام با هنر خاص طراحی باقی مانده است.
هم‌اکنون محفظه موتور v-2 در مقایسه با نمونه‌های جدید، مشابه یک عتیقه است که ارزش نگهداری در موزه‌های صنعتی را دارد. سازه آن از فولاد و با جوشکاری ساخته شده و خیلی بزرگ و سنگین است. در این محفظه برای قابلیت اعتماد بیشتر فرایند اختلاط، چند عدد محفظه نیم‌کروی کوچک نصب شده است. احتراق از این محفظه‌های کوچک شروع می‌شود و در محفة احتراق اصلی خاتمه می‌یابد. سازه آن پیچیده است و مهم‌تر این که از دیدگاه تکنولوژی مناسب نیست. در محفظه‌های امروزی معمولا از صفحه انژکتورهای تخت استفاده می‌شود که در آن‌ها به راحتی و به سادگی چند صد انژکتور نصب می‌شود که تامین کننده جریان حرارتی یکنواخت در طول محفظة احتراق استوانه‌ای است. همچنین ساخت محفظه احتراق استوانه‌ای خیلی راحت‌تر است.
هنگام طراحی محفظه احتراق باید مقاومت و پایداری پوسته در برابر تنش‌های حرارتی داخلی را در نظر گرفت. پوسته داخلی تحت فشار خارجی اضافی اعمالی قرار دارد و اگر تدابیر خاصی برای آن در نظر گرفته نشود، ممکن است پایداری خود را از دست بدهد. همان طوری که از درس مقاومت مصالح می‌دانیم برای این که تنش بحرانی را افزایش دهیم، باید سختی پوسته را در خمش افزایش دهیم. به عبارت دیگر باید در این حالت ضخامت پوسته را افزایش داد. اما پوسته نه فقط تحت بار است، بلکه همان‌طور که می‌دانید به شدت از داخل گرم می‌شود. درجه حرارت دیواره به شدت تابعی از مقاومت حرارتی است که با افزایش ضخامت پوسته افزایش می‌یابد(این مطلب در ادامه با محسابات تایید می‌شود). این بدین معنی است که برای