پمپهای فاضلاب

دید کلی

استفاده ازپمپ (تلمبه) برای جابجا کردن فاضلاب به علت وجود مواد معلقی از قبیل شن ، ماسه ، چوب و غیره در آن به سادگی کاربرد پمپ در آبرسانی نیست. لذا باید کوشش نمود تا آنجا که ممکن است از طرح چنین تأسیساتی در شبکه جمع آوری فاضلاب شهرها خودداری نمود. تنها در حالتهایی که شیب شهر کم و امکان جریان فاضلاب در کانال با نیروی ثقل و با حداقل سرعت لازم موجود نباشد باید به طرح ایستگاههای پمپاژ مبادرت ورزید. البته لازم به یاد آوری است که استفاده از پمپ در تأسیسات تصفیه خانه فاضلاب غالبا اجتناب ناپذیر است.

ویژگیها

ویژگیهایی که پمپهای فاضلاب دارند و آنها را از پمپهای آبرسانی متمایز می‌کنند عبارتند از:

1.      کمی حساسیت آنها در برابر مواد معلق موجود در فاضلاب.

2.      کم بودن ارتفاع مانومتری (ارتفاع تلمبه زنی).

3.      کمتر بودن بازده آنها.

4.      کم بودن ارتفاع مکش در آنها که عملا صفر فرض می‌شود.

5.      مقاومت بیشتر در برابر مواد خورنده در فاضلاب.

6.      مقاومت بیشتر در برابر مالش.

با توجه به ویژگیهای نامبرده و به ترتیب تکامل پمپهای فاضلاب مهمترین انواع آنها عبارتند از پمپهای فاضلاب با هوای فشرده ، پمپهای فاپلاب با جریان هوا ، پمپهای پیچوار و بالاخره انواع پمپهای دورانی ویژه فاضلاب . 

پمپهای فاضلاب با هوای فشرده (تلمبه‌های هوائی)

پس از جمع شدن فاضلاب در منبع و پر شدن آن ، دریچه ورود فاضلاب بسته شده و با کمک کمپرور هوای فشرده به منبع وارد و فاضلاب را به پائین فشار می‌دهد تا از دریچه خروجی و با کمک لوله زیر فشار به سطح مورد نظر بالا رفته و جریان یابد. به علت تماس نداشتن فاضلاب به پره‌های پمپ این پمپها و بالابرها حساسیت زیادی در برابر مواد معلق در فاضلاب ندارند، ولی بازده آنها بسیار کم است (حدود 3- تا 40 درصد) و لذا کاربرد آنها محدود و تنها برای انتقال فاضلابهای کم و بسیار آلوده می‌تواند اقتصادی باشد.

پمپهای فاضلاب با جریان هوا (پمپهای حبابی)

در صورتی که فاضلاب دارای مواد معلق کوچک و سنگین بسیاری بوده و در عمق زیادی باشد کاربرد اینگونه پمپها مناسب است. کار این پمپها با کمک جریان هوایی که بوسیل یک کمپرسور و لوله جداگانه به پائین‌ترین نقطه لوله بالا آورنده فاضلاب دمیده می‌شود انجام می‌گیرد. کمپرسور با فشار 3 تا 5 اتمسفر هوا به دهانه لوله انتقال فاضلاب می‌دمد. هوا از لوله و آب زیر فشار از لوله وارد و با فاضلاب آمیخته شده و موجب کاهش وزن مخصوص مخلوط گردیده و سبب می‌شود که فاضلاب و مواد معلق در آن به بالا هدایت گردند.

بازده این پمپها با در نظر گرفتن کار کمپرسور در حدود 30 تا 40 درصد و قدرت آبدهی آنها 0.5 تا 75 لیتر در ثانیه می‌باشد. برای آوردن هر لیتر فاضلاب به ارتفاع 10 متر 2 تا 3 لیتر هوا و برای بالا آوردن تا ارتفاع 60 متر مقدار 5 لیتر هوا لازم است. عمق دهانه لوله فاضلاب نسبت به سطح فاضلاب در انباره یعنی He باید 0.7 تا 1.5 برابر ارتفاع مانومتری پمپ باشد. این پمپها برای بالا آوردن ماسه از کف انباره‌های فاضلاب بسیار مناسبند.

پمپهای پیچوار

بالابرهای پیچوار یا پمپهای ارشمیدسی قدیمی‌ترین نوع پمپهائی هستند که در جهان بکار رفته‌اند. تاریخ کاربرد این پمپها را برای بالا آوردن آب از رودخانه نیل به دوران فرعونهای مصر مربوط می‌دانند. به سبب مزایایی که این پمپها دارند امروزه هنوز کاربرد آنها به ویژه در تصفیه خانه‌های فاضلاب مورد توجه می‌باشد. ساختمان پمپهای پیچوار ، محور این پمپها با افق زاویه‌ای برابر 23 تا 35 درجه می‌سازد (معمولا 30 درجه)، طول محور پمپها محدود و حداکثر 6 تا 8 متر می‌باشد و لذا این پمپها می‌توانند ارتفاع تلمبه زنی برابر 3 تا 4 متر را تأمین نمایند. نیم استوانه‌ای که محور پمپ و پره‌های آنرا در بر می‌گیرند از صفحه فولادی و یا بتنی می‌سازند.

مشخصات پمپهای پیچوار ، سرعت دورانی این پمپها 20 تا 50 دور در دقیقه است. موتورهای محرک آنها معمولا 1000 تا 1400 دور در دقیقه سرعت دارند. بازده پمپها نسبتا خوب و در حدود 60 تا 70 درصد می‌باشد. در منحنی مشخصه پمپهای پیچوار برخلاف پمپهای دورانی تغییرات دبی تأثیر چندانی در ارتفاع تلمبه زنی و بازده پمپ ندارد.

معایب پمپهای پیچوار

·        جاگیری زیاد به ویژه وقتی نیاز به ارتفاع مانومتری بیش از 3 متر باشد که در این صورت باید دو تلمبه پشت سر هم و بصورت سری کار کنند.

·        گرانی ساختمان تلمبه خانه‌های این پمپها.

·        محدودیت ارتفاع تلمبه زنی.

·        ممکن نبودن کاربرد این پمپها برای فرستادن فاضلاب در لوله‌های زیر فشار.

مزایای پمپهای پیچوار

·        حساس نبودن در برابر مواد معلق در فاضلاب که در نتیجه نیازی به ساختن آشغالگیر پیش از آنها نیست.

·        روباز بودن و سادگی تعمیر و دسترسی به پره‌های پمپ.

·        هماهنگی دبی پمپ با دبی ورودی به تلمبه خانه. یعنی با بالا رفتن سطح فاضلاب در انباره مقدار دبی بالا رونده نیز افزایش می‌یابد.

پمپهای دورانی

اصول کار این پمپها بر استفاده از نیروی گریز از مرکز ناشی از دوران پره‌های متحرک پایه گذاری شده است. ذرات آب یا فاضلاب به کمک پره‌های نامبرده به سویپره‌ها و مجاریهای هدایت کننده و بوسیله آنها به سوی لوله خروجی پمپ فرستاده و فشرده می‌شوند. در شبکه جمع آوری فاضلاب امروزه بجز در موارد استثنائی در بیشتر ایستگاههای پمپاژ فاضلاب از پمپهای دورانی استفاده می‌شود. برتری این پمپها در ارزانی آنها ، کاربرد آسانتر و ایمنی بیشتر در کار می‌باشد. عیب این پمپها حساسیت آنها در برابر مواد معلق در فاضلاب است که با تغییراتی در شکل و تعداد پره‌ها می‌توان از این حساسیت کاست، ولی این کار معمولا همراه با پائین آمدن ارتفاع تلمبه زنی و بازده آنها می‌باشد.

انواع پمپهای دورانی

دسته بندی پمپهای دورانی را از دو نقطه نظر انجام می‌دهند. نخست از نقطه نظر شکل و تعداد پره‌ها دوم از نقطه نظر شکل کار گذاردن پمپ در تلمبه خانه. از نقطه نظر شکل و تعداد پره‌ها بسته به نوع فاضلاب و مقدار مواد معلق در آن پمپهای دورانی زیر بکار برده می‌شوند:

پمپهای شعاعی یک پره‌ای

در این پمپها (فاضلاب) در امتداد محور وارد پمپ شده و در امتداد شعاع بیرون می‌رود. برای کاهش حساسیت این پمپ در برابر مواد معلق و درشت فاضلاب پره‌های آنرا به یک عدد تقلیل داده اند. سرعت دورانی و دبی این پمپها کم و در حدود 15 تا 150 لیتر در ثانیه و ارتفاع مانومتری آنها نسبتا خوب و در حدود 5 تا 25 متر است. این پمپها را برای پمپاژ فاضلابهای بسیار آلوده که دارای مقدار زائد مواد معلق الیافی شکل می‌باشند (مانند فاضلاب کارخانجات نساجی) بکار می‌برند. بسته به ساختمان پمپ ، قطعات سخت و درشتی به بزرگی چندین سانتیمتر نیز می‌توانند از درون این پمپها بگذرند.

پمپهای شعاعی دو یا سه پره‌ای

افزایش تعداد پره‌ها در این پمپها سبب افزایش دبی آنها به حدود 50 تا 500 لیتر در ثانیه و افزایش حساسیت آنها در برابر مواد معلق می‌گردد. معمولا نوع دو پره‌ای این پمپها بیشتر ساخته می‌شود. ارتفاع مانومتری این پمپها در حدود 5 تا 50 متر است.

پمپهای با پروانه ای مارپیچی

این پمپها را با پره‌های باز و یا با پره‌های بسته برای پمپاژ فاضلابهایی که تصفیه مقدماتی ساده‌ای شده باشند (مثلا از شبکه آشغالگیر گذشته باشند) بکار می‌برند. این پمپها محوری هستند و فاضلاب در امتداد محور پمپ وارد و با زاویه‌ای کمتر از 90 درجه نسبت به محور بیرون می‌رود. تعداد پره‌ها معمولا سه عدد و حداکثر چهار عدد پیش بینی می‌شود، ارتفاع مانومتری در این پمپها پره‌ها معمولا سه عدد و حداکثر چهار عدد پیش بینی می‌شود. ارتفاع مانومتری در این پمپها 5 تا 3-0 متر و برای دبی‌هایی در حدود 500 تا 1500 لیتر در ثانیه بکار می‌روند.

پمپهای استوانه‌ای

این پمپها دارای پروانه‌هایی هستند که فاصلاب را در امتداد محور هدایت کرده و توسط زانویی که محور از دیواره آن می‌گذرد به بیرون فرستاده می‌شود، در محل گذر محور دوران پمپ از زانویی با کمک کاسه تند ویژه‌ای آب بندی کامل انجام می‌گیرد. این پمپها بسته به ساختمان و سرعت دوران ویژه آنها ممکن است نیمه محوری یا محوری باشند. کاربرد این پمپها برای فاضلابهای ناشی از بارندگی و یا فاضلابهای خانگی بسیار رقیق شده مناسب است. این پمپها دبی‌های زیاد و در حدود 1000 تا 3500 لیتر در ثانیه و ارتفاعهای مانومتری در حدود 8 تا 25 متر را می‌توانند تامین کنند. بازده این پمپها بسیار خوب و به حدود 80 تا 90 درصد می‌رسد.

پمپهای پروانه‌ای

این پمپها از انواع پمپهای محوری می‌باشند که در آنها فاضلاب در امتداد محور وارد پمپ شده و در امتداد محور از پروانه‌ها بیرون می‌رود. زاویه پره‌های این پمپها ممکن است ثابت نبوده و با فرمانی در حین دوران تغییر نماید. پمپهای پروانه‌ای را که پره آن قابل تنظیم است بنام پمپهای کاپلان می‌نامند. کاربرد پمپهای پروانه‌ای برای فاضلابهای ناشی از بارندگی و یا فاضلابهای خانگی بسیار رقیق شده و یا نسبتا تصفیه شده مناسب است. این پمپها می‌توانند دبی‌های بسیار زیاد در حدود 500 تا 5000 لیتر در ثانیه را به ارتفاع مانومتری کم و در حدود 2 تا 8 متر بفرستند. آب با کمک پره‌های و درون استوانه‌ای ، در امتداد محور حرکت می‌کند و سپس توسط زانوی تغییر جهت می‌یابد. هر دو نوع پمپهای بند اخیر در برابر مواد معلق و به ویژه مواد معلق الیافی شکل بسیار حساسند و لذات از این گونه پمپها تنها برای پمپاژ فاضلابهای سطحی استفاده می‌شود.

انواع پمپهای گریز از مرکز

پمپهای گریز از مرکز را بر حسب نوع ساختمان آنها به انواع زیر تقسیم بندی می‌کنند:

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 تأسیسات 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 تأسیساتی کاربرد فراوان دارند، مختصرا به ساختمان این نوع پمپها اشاره می‌گردد.

پمپهای سانتریفوژ از نظر مکش

پمپهای سانتریفوژ ممکن است با یک مکش یا با دو مکش باشند. پمپهای سانتریفوژ با دو مکش جریان سیال را از طریق دو لوله و به مقدار یکسان از دو طرف پروانه وارد پمپ می‌کنند.

عوامل موثر بر ظرفیت پمپهای سانتریفوژ

ظرفیت یک پمپ سانتریفوژ بستگی به چگونگی طراحی پمپ ، سرعت گردش پروانه پمپ ، فشار مطلق قسمت مکش پمپ ، فشار قسمت تخلیه پمپ و خواص فیزیکی سیال عبوری از پمپ دارد.

اجزای یک پمپ سانتریفوژ

1.      موتور ، که باعث حرکت دورانی محور می گردد.

2.      روتور ، (که خود شامل محور و پره‌ها است).

3.      پوسته جداره

4.      لوله مکش

5.      لوله رانش

6.      محفظه بین پوسته و پروانه

پروانه پمپ شامل پره‌هایی می‌باشد که به نحوی ساخته شده‌اند تا جریان داخل پمپ حتی المقدور یکنواخت باشد.

انواع پروانه‌های پمپهای سانتریفوژ

چند نوع از پروانه‌های پمپهای سانتریفوژ را نشان می‌دهد هر چه تعداد پره‌های پروانه بیشتر باشد کنترل در جهت حرکت سیال بیشتر بوده و تلفات ناشی از جریانهای گردشی بین پره‌ها کمتر خواهد بود.

انواع پروانه‌های معمولی

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 می‌شود و مایع ورودی بوسیله پره‌های پروانه گرفته شده و به داخل یک پیچک که مماس بر پمپ می‌باشد تخلیه می‌گردد. آب بندی پمپهای سانتریفوژ مسئله مهمی است که عدم رعایت آن باعث کاهش راندمان عمل پمپ می‌گردد. همانطور که از این پمپها در ک می‌شود، اساس کارشان برای حمل سیالات از نقطه‌ای 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 می‌دهد. اصولا این پمپها متشکل از یک پروانه و یک محور که در داخل یک پوسته فلزی مستقر می‌باشند (این پوسته فلزی VOLUTE یا نوع پیچکی نامه دارد و پروانه داخل پوسته IMPELLER موسوم است.)

مواد ساختن پمپهای سانتریفوژ

پمپهای سانتریفوژ را از مواد مختلفی می‌سازند. اکثرا پروانه و بدنه از مواد مقاوم در مقابل خوردگی و سایش ساخته می‌شوند. فولاد ضد زنگ ، نیکل ، لاستیک ، پلی پروپیلن در ساختمان پمپهای سانتریفوژ بکار می‌روند. در صورتی که پمپهای سانتریفوژ برای انتقال سیالات حاوی مواد معلق جامد مورد استفاده قرار می‌گیرند، بایستی فاصله بین پره‌ها و دریچه‌ها به اندازه کافی بزرگ باشند تا از خطر مسدود شدن آنها جلوگیری شود.

مزایای پمپهای سانتریفوژ

·        پمپهای سانتریفوژ دارای ساختمان ساده‌ای بوده و از مواد گوناگون ساخته می‌شوند.

·        در استفاده از این پمپها نیازی به شیر یا سوپاپ می‌باشد.

·        چون پمپ در سرعتهای بالا عمل می‌کند لذا می‌توان آنرا مستقیما به موتور الکتریکی متصل نمود. با افزایش سرعت برای عملکرد معین ابعاد پمپ کوچکتر می‌شود.

·        دبی آن یکنواخت است.

·        هزینه تعمیرات آن از پمپهای دیگر کمتر می‌باشد.

·        درصورت قطع جریان می‌تواند مدت بدون آسیب رسیدن به پمپ به گردش ادامه دهد.

·        برای انتقال سیالات با مواد معلق بخوبی عمل می‌کنند.

·        نسبت به پمپهای دیگر با ظرفیت مشابه دارای ابعاد کوچکتری می‌باشند.

معایب پمپهای سانتریفوژ

·        پمپهای سانتریفوژ قادر به ایجاد فشارهای بالا نمی‌باشند و به این منظور برای فشارهای بالا باید از پمپهای چند مرحله‌ای استفاده نمود.

·        در شرایط معین و محدودی با راندمان بالا عمل می‌کند.

·        راه اندازی این پمپها نیاز به آماده سازی دارد.

·        در صورتی که پمپها از کار بیفتند، سیال می‌تواند 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 نمی‌توان 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 می‌باشند.


پمپ حلزونی تلمبه پیچکی: در تلمبه‌های 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 یا 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 می‌کند که پره‌های آن ثابت بوده (پخش کننده‌ها) و برای عبور مایع مجراهائی واگرایی تعبیه شده‌اند که به تدریج توسعه می‌یابند. جهت جریان مایع ورود به این مجراها تغییر کرده و پیش از ورود به محفظه مارپیچی تغییرات سرعت مبدل به تغییرات فشار می‌شود. 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 می‌سازند 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 می‌شوند.

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 می‌روند. سرعت این پمپها زیاد می‌باشد، لذا می‌توان 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 نمی‌کند.

بنابراین در مواردی که ارتفاع آبدهی پمپهای یک طبقه کافی نباشد از پمپهای چند طبقه که دارای ارتفاع آبدهی بیشتری است استفاده می‌کنند. 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 می‌شود، برای مثال پمپی ساخته شده است که دارای 317 طبقه (هر طبقه و یک محفظه می‌باشد) و به ارتفاع انرژی 2700 متر بوده است. بطور خلاصه در یک پمپ چند طبقه دور یا چند پروانه متوالی روی یک محو قرار می‌گیرند. آب در پوسته همان طبقه جمع شده ، طبقه دوم تخلیه می‌شود و از دوم به سوم و به همین ترتیب ادامه می‌یابد. پمپهای چند طبقه هم با محور افقی و هم با محور قائم کاربرد دارند.