پمپ سانتریفوژ برای مصارف پمپاژ CO2

 

پمپ سانتریفوژ برای مصارف پمپاژ CO2

Centrifugal Pumps For CO2 Applications

 

شرکت جنرال الکتریک داری 50 سال سابقه در ساخت گستره وسیعی از پمپ های سانتریفوژ بر اساس استاندارد API610 برای سرویس های فرآورش هیدروکربن، پلایشگاه ها، تزریق آب و خطوط لوله می باشد. تعداد زیادی از این پمپ های طبقاتی در حال حاضر در مصارف مرتبط با گازهای مایع کار می کنند. پمپ هایی که برای گاز مایع به کار می روند به دلیل تشابه لزجت، چگالی و تراکم پذیری با تکنولوژی پمپ های CO2  دارای تشابه هستند. بخش نفت و گاز شرکت جنرال الکتریک برای مصارف تزریق CO2  پمپی را طراحی و ساخته است که می تواند تا فشار 60 Mpa را تولید کند. این مقاله به فعالیت های انجام شده برای این طرح و نتایج آزمون ها می پردازد.

 

Download link:

Centrifugal Pumps For CO2 Applications
حجم: 1.57 مگابایت

 

Pump casing

 پوسته پمپ

در استاندارد HI پوسته پمپ, بخشی از پمپ که شامل محفظه اطراف چرخ و حلزونی و یا دیفیوزر است تعریف شده است.

 

در استاندارد API 610 : تعریف پوسته (تحت) فشار (محفظه تحت فشار) (Pressure Casing) به کار رفته است. طبق این تعریف تمام اجزا ثابت پمپ, به جز قسمتهای ثابت و دوار آب بند مکانیکی به عنوان پوسته (تحت) فشار (محفظه فشار) تعریف می‌شوند.

به طور کلی پوسته پمپ قسمتی از پمپ است که اجزائی مانند چرخ, حلزونی یا دیفیوزر, آب بندها و در مورد پمپهای چند طبقه قسمتهای جداکننده طبقات را در خود جای می دهد و فشار درون پمپ را حفظ و تحمل می کند.

 

1-  پمپهای پوسته حلزونی (Volute)

دراین گروه از پمپها در اطراف چرخ پوستة حلزونی شکل قرار دارد. به همین علت به این پمپها پمپ حلزونی می گویند. وظیفه حلزونی در پمپ جمع آوری سیال از اطراف چرخ و تبدیل انرژی جنبشی سیال به فشار می باشد.

سطح مقطع حلزونی از نقطه شروع تا انتهای °360 دوران آن به دور چرخ زیاد می شود تا اینکه در انتهای سطح مقطع حلزونی به اندازه سطح مقطع دهانه تخلیه می رسد.

به لبه‌ای که بخش ابتدایی (شروع حلزونی) را از قسمت تخلیه جدا می کند دماغه حلزونی (Tongue of Volute) یا (Cutwater) می گویند.

 

 

 

شکل 1 : برش عرضی حلزونی

حلزونی ها را با سطح مقطع های دایره‌ای, مستطیلی, ذوزنقه‌ای و غیر می سازند شکل2 . حتی بعضی مواقع چرخ وارد حلزونی می شود و یا حلزونی در یک سمت چرخ قرار می گیرد.

 

شکل 2 : انواع سطح مقطع حلزونی

 

 

1-1- نیروهای شعاعی

در پمپها حلزونی ساده هنگامی که پمپ در نقطه راندمان بهینه کار می کند, فشاری یکنواخت و یا تقریباً یکنواخت بر روی چرخ اعمال می شود. ولی هنگامی که نقطه کاری پمپ در نقطه راندمان بهینه قرار نمی گیرد, فشار اطراف چرخ دیگر یکنواخت نبوده و در نتیجه نیروی عکس العمل (F) به وجود می آید.

مقدار نیروی عکس‌العمل شعاعی برای دبی های مختلف تابعی از ارتفاع کل پمپ, عرض و قطر چرخ می باشد. بنابراین مقدار نیروی شعاعی در پمپهایی که دارای ارتفاع تولیدی بالا و چرخهایی با عرض و قطر زیاد می باشند, زیادتر از پمپهایی با ارتفاع کم و ابعاد چرخ کوچکتر است. حالتی که مقدار نیروی شعاعی در آن صفر باشد ممکن نیست. هنگامی که پمپ در نقطه راندمان بهینه کار   می کند حداقل نیروی شعاعی وجود دارد.

به دلیلی اینکه بسیاری از پمپها در شرایطی کار می کنند که در نقطه راندمان بهینه آنها نیست, نیاز به روش طراحی وجود دارد که پمپ را با شرایط کاری سازگار کند. برای این منظور دو راه درنظرمی گیرند راه اول استفاده از محور ویاتاقانهایی است که تحمل بارهای زیاد را دارند از این روش برای پمپهایی که مقدار ارتفاع آنها کم است استفاده می شود و برای پمپهای بزرگ و با ارتفاع بالا اقتصادی نمی باشد.

 

 

 

شکل 3: توزیع فشار در اطراف حلزونی در دو حالت متوازن(سمت چپ)و نا متوازن(سمت راست)

 

راه دوم استفاده از طرحی برای پوسته است که مقدار نیروی عکس‌العمل ایجاد شده در آن دارای مقدار کمتری می باشد. یکی از این طرحها طراحی پوسته به شکل ظرف حلزونی مضاعف (Double Volute) است. در این طرح پوسته پمپ از دو حلزونی با قوس 180 درجه تشکیل شده که نقطه شروع حلزونی دوم 180 درجه بعد از نقطه شروع حلزونی اصلی است و مسیری هر دو حلزونی را به دهانه تخلیه متصل می کند. خنثی کردن نیروهای شعاعی اساس کار این طرح می باشد.

 

 

شکل 4 : حلزونی مضاعف  (Double Volute)

 

با وجود اینکه نیروهای شعاعی در هر دو قوس 180 درجه از حلزونی ها وجود دارد, ولی این نیروها تقریباً با هم برابر و در خلاف هم هستند, در نتیجه مقدار نیرویی که به یاتاقانها و محور وارد می‌شود, مقدار کمتری خواهد داشت.

بعضی از طبقات پمپهای چند طبقه را می توان به صورت حلزونی مضاعف ساخت. در این پمپها حلزونی علاوه بر تبدیل انرژی جنشی به فشار, جهت جریان آب را 180 درجه تغییر داده و وارد مرحله بعد می کند.

 

 

شکل 5 : شکل حلزونی مضاعف در پمپ های چند طبقه. نمای روبرو(در سمت چپ) نمای پشت در (سمت راست)

 

 

شکل 6 : مقایسه نیروهای شعاعی در انواع حلزونی ها.

 

 

2- دیفیوزر(Diffuser)

سیالی که از دورن چرخ خارج می شود دارای انرژی جنبشی و پتانسیل می باشد. چون افت فشار در مجاری عبور سیال با مجذور سرعت سیال رابطه دارد, مطلوب است که سرعت سیال درون پمپ کاهش یافته و مقدار فشار آن افزایش یابد. به این ترتیب مقدار راندمان پمپ افزایش می یابد. نقش دیفیوزر این است که سرعت سیال در خروج از چرخ را با حداقل تلفات ممکن, تا سرعت کوچکتری در ورود به جمع کننده کاهش دهد. در واقع دیفیوزر یک کانال ساکن با پره ویا بدون پره است که بین چرخ و جمع کننده قرار می گیرد و با ازدیاد سطح مقطع سرعت جریان کاهش و فشار افزایش می یابد.