همان گونه که گفته شد، روشن شدن پمپ سبب بالا رفتن فشار در محل منبع انبساط نخواهد شد؛‌ به این ترتیب اگر منبع انبساط بعد از پمپ قرار گرفته باشد، هد پمپ بصورت فشار منفی در ورودی پمپ اعمال شده و ممکن است باعث فشار منفی و هوا گرفتن رادیاتورهای طبقات بالا شود. در صورتی که اگر منبع انبساط قبل از پمپ واقع شده باشد، هد پمپ باعث افزایش فشار در خروجی پمپ شده و مشکلی بابت فشار منفی بوجود نخواهد آمد.

احتمال فشار منفی وقتی بیشتر می شود که پمپ بزرگ بوده و هد زیادی داشته باشد و یا فشار استاتیک سیستم ناشی از منبع انبساط به اندازه کافی زیاد نباشد. به این ترتیب پمپ حتما باید بعد از منبع انبساط نصب شود.

در صورت نصب اشتباه منبع انبساط و منفی بودن فشار در بخشی از سیستم شاهد نفوذ هوا به مدار خواهیم بود. در این شرایط هواگیری مدار گرمایش و حتی شیرهای ایرونت هم شاید نتواند مشکل را حل کند.

این منبع بصورت باز یا بسته بوده و حجم و موقعیت نصب آن تاثیر زیادی بر عملکرد صحیح سیستم گرمایش خواهد داشت. منبع انبساط بسته ساختاری مشابه با منبع دیافراگمی در پمپ های آبرسانی دارد و به شکل مخزنی با دو فضای جداگانه است که به کمک یک دیافراگم انعطاف پذیر از هم جدا شده اند. با افزایش دمای آب و افزایش حجم بخشی از آب به داخل منبع وارد شده و هوای سمت مقابل دیافراگم را فشرده می کند. با کم شدن دمای آب فشار هوا باعث برگشتن آب به داخل مدار خواهد شد.

  منبع انبساط باز بصورت مخزنی با فشار اتمسفر است که معمولا روی پشت بام قرار گرفته تا از تمامی رادیاتورها بالاتر قرار گرفته و بتواند فشار سیستم را تنظیم نماید. به این ترتیب با افزایش دما سطح آب داخل منبع انبساط بالا می رود. در صورت وجود نشتی یا تخلیه شدن آب سیستم گرمایش، کسری آب از طریق این مخزن تامین می شود.

حجم و جایگاه نصب منبع انبساط تاثیر زیادی بر عملکرد صحیح سیستم گرمایش خواهد داشت. یک سوال مهم موقعیت منبع انبساط نسبت به پمپ سیرکولاتور مدار گرمایش می باشد. بصورت خلاصه می توان گفت که برای جلوگیری از فشار منفی در مدار حتما باید منبع انبساط قبل از پمپ سیرکولاتور نصب شود.

به این ترتیب سختی به آن بخش از کل مواد جامد محلول (TDS) گفته می شود که ناشی از کلسیم و منیزیم بوده و رسوب ایجاد می کند. رسوبات حاصل از این املاح ممکن است در صورت عدم وجود دستگاه تصفیه آب باعث سنگ کلیه و مثانه در ساکنین شود. علاوه بر آن کیفیت کار ماشین لباس شویی و ظرفشویی را پایین آورده و با ایجاد رسوب در عملکرد تجهیزات سیستم گرمایش مثل لوله ها، آبگرمکن یا دیگ و پمپ سیرکولاتور اختلال ایجاد کند.

واحد اندازه گیری سختی: سختی با واحد میلی گرم بر لیتر یا ppm بیان می شود و بصورت چشمگیری در نقاط مختلف کشور متفاوت است مثلا در شهر ارومیه کمتر از 100 و در قم بالاتر از 600 ppm می باشد.

چرا سختی گیری در مدار گرمایش لازم است؟

افزایش تلفات آب: وجود رسوب در جداره لوله ها و اتصالات باعث افزایش تلفات شده و پمپ مجبور است با فشار بیشتری کار کند تا بتواند آب را عبور دهد.

کم شدن آبدهی پمپ: از آن جا که با افزایش تلفات، پمپ مجبور به تولید فشار بالاتری خواهد بود مقدار آبدهی پمپ کمتر خواهد شد.

کم شدن انتقال حرارت: رسوب لوله مانند عایق عمل می کند. به طوری که 6 میلیمتر رسوب لوله باعث 40% کاهش راندمان انتقال گرما خواهد شد. به این ترتیب حتی اگر پمپ آبدهی قبلی خود را حفظ کرده باشد مقدار حرارت تبادل شده کمتر خواهد بود.

افزایش سرعت آب در لوله: کم شدن قطر لوله باعث افزایش سرعت آب عبوری خواهد شد. بالا رفتن سرعت هم خود مسائلی مانند افزایش سروصدا را به همراه خواهد داشت.

احتمال گیرپاژ شدن پمپ: از آن جا که سیرکولاتورهایی که در مسیر بسته مدار گرمایش مورد استفاده قرار می گیرند دارای لقی اندکی در قطعات داخلی می باشند، ایجاد رسوب آهکی ناشی از سختی آب رسوب ممکن است باعث گیرپاژ شدن پمپ گردد. تحت این شرایط لازم است پمپ باز شود و قطعات داخلی با اسید شست و شو داده شود.

وجود مقداری سختی در آب، برای سلامتی انسان از جمله رشد استخوان ها ضروری است به این خاطر آب کاملا نرم که سختی آن کمتر از 50 ppm باشد برای آشامیدن مناسب نیست. با توجه به عوارض سختی بالای آب، مقدار مجاز سختی آب آشامیدنی در استاندارد ملی ایران 200 ppm ذکر شده است. در کاربری های صنعتی و تاسیساتی با توجه به مشکلات رسوب آهکی در تجهیزات، مقدار سختی آب باید به کمتر از 100 ppm‌ برسد.

برای اندازه گیری سختی آب می توان از کیت های موجود در بازار استفاده نمود که طبق دستورالعمل آن ها با اضافه نمودن محلول شاخص به حجم معینی از آب و تغییر رنگ حاصل شده مقدار سختی بر حسب ppm به دست می آید.

• اصطکاک بین ذرات سیال و دیواره داخلی لوله
• اصطکاک بین ذرات خود سیال ناشی از ویسکوزیته
• انسداد نسبی و موضعی بخشی از مدار مثلا گرفتگی صافی
• تغییر جهت یا سرعت سیال در مسیر مثلا به هنگام عبور از شیرآلات یا زانوی

تلفات فشار در یک لوله مستقیم

صرف نظر از نوع سیال عبوری از لوله و آرام یا آشفته بودن جریان، حتی در لوله مستقیم و کاملا صاف هم شاهد از دست رفتن فشار خواهیم بود.

لایه بیرونی سیال در مجاورت با جدار لوله دارای سرعت صفر می باشد (شرط عدم لغزش). با فاصله گرفتن از دیواره سرعت سیال افزایش پیدا کرده و در مرکز لوله به حداکثر میرسد.

پارامترهایی که مقدار این تلفات را تحت تاثیر قرار می دهند عبارت هستند از:

• قطر لوله
• دبی (سرعت) سیال
• زبری جدار داخلی لوله
• طول لوله
• مشخصات سیال

پارامترهای بالا طبق رابطه زیر که به نام “دارسی” معروف است مقدار تلفات را در یک لوله مستقیم مشخص می کنند:

در رابطه بالا f ضریبی است وابسته به زبری نسبی جدار لوله و مشخصات خود سیال و به کمک “دیاگرم مودی” که در زیر نشان داده شده بدست می آید.

آب بند مکانیکی شامل آب بند اولیه متشکل از دو صفحه ثابت و متحرک و آب بند ثانویه متشکل از قطعات لاستیکی مانند اورینگ می باشد.

آب بند مکانیکی اولیه از دو صفحه کاملا صیقلی که عمود بر محور نصب می شوند تشکیل شده است یکی از صفحات ثابت و دیگری متحرک است این دو صفحه به وسیله یک یا چند فنر در تماس با یکدیگر هستند. صفحه ثابت روی پوسته پمپ و صفحه متحرک روی محور پمپ قرار دارد. این دو سطح آب بندی کاملا روی همدیگر قرار نگرفته اند به شکلی که فیلم بسیار نازکی از سیال بین دو صفحه به وجود می آید که وظیفه خنک کردن دو صفحه را انجام می دهد. ضخامت این فیلم در حد دهم میلیمتر است و عملا قبل از آن که آب امکان پیدا کند که از این منفذ فرار کرده و به بیرون نشت کند،‌ بخار می شود.

در صورت استفاده از آب بند مکانیکی، نشتی صفر خواهد بود. جنس صفحات آب بند مکانیکی اولیه معمولا از کربن گرافیت، سرامیک آلومینا، سیلیکون کارباید و تنگستن کارباید و جنس اورینگ معمولا از NBR و EPDM و FPM و PTFE می باشد.

عوامل زیر بر انتخاب آب بند مکانیکی تاثیر دارد: 1- دمای سیال 2- فشار سیال 3- نوع سیال (ویسکوزیته – PH – ذرات معلق )

برای نگه داشتن دو سطح سیل مکانیکی روی یکدیگر و همین طور کمک به آب بندی در شرایطی که پمپ خاموش است از یک یا چند فنر استفاده می شود. فنر سیل مکانیکی می تواند از چند فنر کوچک محوری در اطراف محور تشکیل شده باشد و یا شامل یک فنر بزرگ باشد.

عموما برای کمک به خنک کاری در آب بند مکانیکی، بخشی از سیال خروجی از پروانه در اطراف سیل مکانیکی به چرخش در می آید (فلاشینگ). این مسیر ممکن است در داخل درپوش پوسته پمپ تعبیه شده باشد و یا بصورت یک خط لوله در بیرون پمپ قرار گرفته باشد.

پمپ دستگاهی است که معمولا از یک موتور الکتریکی انرژی دریافت کرده (انرژی الکتریکی) و آن را به سیال که معمولا آب است انتقال می دهد (انرژی هیدرولیکی). انرژی موجود در سیال به شکل فشار و دبی مشخص می شود. در صنعت پمپ به جای فشار معمولا از لفظ هد استفاده می شود. برای آن که بتوان آب را داخل خطوط لوله پمپاژ کرد یا آب را به ارتفاع بالاتر منتقل کرد و یا فشار لازم (مثلا پشت شیرهای بهداشتی) را تامین کرد پمپ به هد کافی احتیاج دارد.

روش های مختلفی برای دسته بندی کردن پمپ های سانتریفوژ وجود دارد. به عنوان مثال بر حسب نحوه نصب پمپ:

• پمپ خطی که ورود و خروج آب از آن در یک راستا انجام می شود.
• پمپ زمینی که معمولا ورودی و خروجی آب از آن با زاویه 90 درجه اتفاق می افتد.

بر مبنای تعداد پروانه های موجود در پمپ می توان آن ها را به پمپ های یک طبقه و چند طبقه تقسیم بندی کرد:

پمپ های سانتریفوژ معمولا در یک دور ثابت کار می کنند. با این حال در بعضی از پمپ های سیرکولاتور این امکان وجود دارد که بتوان از بین دو یا سه دور مشخص یکی را انتخاب کرد. همین طور پمپ های سیرکولاتور هوشمند با موتورهای ECM بصورت دور متغیر قابل استفاده هستند. البته این امکان وجود دارد که با افزودن درایو به موتور الکتریکی کوپل شده به پمپ هر نوع پمپ سانتریفوژی را در دور دلخواه مورد بهره برداری قرار داد. به این ترتیب دسته بندی بر مبنای قابلیت تغییر سرعت بدین صورت خواهد بود:

• پمپ های دور ثابت
• پمپ های سه سرعته (یا دو سرعته)
• پمپ های دور متغیر

روش دیگری که برای دسته بندی پمپ های سیرکولاتور وجود دارد بر مبنای وجود یا عدم وجود آب بند در ساختار آن ها می باشد:

• پمپ های بدون آب بند یا گلندلس: که در این نوع از سیرکولاتورها آب بند مکانیکی و همین طور کوپلینگ حذف شده و آب مجاز است به داخل موتور وارد شده و در داخل یک محفظه فولادی اطراف روتور به چرخش در آید (روتور خیس).
• پمپ های دارای آب بند یا گلند دار، که در آن ها استفاده از آب بند مکانیکی جلوی خروج آب از پوسته پمپ و ورود آب به داخل موتور را می گیرد.

پمپ های زمینی و خطی را می توان با معیارهای فوق دسته بندی نمود.

پروانه پمپ سانتریفوژ با انتقال انرژی جنبشی حاصل از حرکت دورانی شفت و ایجاد نیروی گریز از مرکز باعث افزایش سرعت و افزایش انرژی جنبشی سیال میشود. این سرعت سپس به فشار تبدیل شده و باعث می شود سیال خروجی از پمپ دارای فشار زیادی باشد. پروانه پمپ های سانتریفوژ معمولا دارای 4 تا 7 پره بوده و یک دیواره در جلو و یکی در پشت این پره ها وجود دارد.

هر چقدر قطر خروجی پروانه بیشتر باشد میزان فشار بیشتری تولید می شود. در صورتی که نتوان قطر پروانه را زیاد کرد، برای افزایش هد پمپ از چند پروانه استفاده می شود. این پمپ ها که طبقاتی خوانده می شوند می توانند چندین برابر یک پمپ یک طبقه فشار ایجاد نمایند.

به این ترتیب برای آن که مقدار فشار تولیدی پمپ افزایش یابد، می توان:

• قطر پروانه را افزایش داد
• سرعت چرخش پروانه را بالا برد.
• تعداد پروانه ها را بیشتر کرد.

در صورتی که مقدار هد و دبی پمپ زیاد بوده و در نتیجه توان جذبی آن هم بالا باشد، یک راه کار برای رفع این مشکل، کوچک کردن پروانه پمپ است. این عمل تراش پروانه نام دارد که طی آن اندکی از قطر خارجی پروانه تراش داده می شود تا مقدار توان مصرفی موتور به حد قابل قبول برسد. به عنوان مثال آن گونه که در منحنی مشخصه پمپ Wilo NL 40/250 در شکل زیر دیده می شود، قطر پروانه این پمپ در حالت ارجینال برابر با 255 میلی متر می باشد که در صورت نیاز می توان پروانه را تا حد 215 میلی متر هم تراش داد.

با توجه به شکل ظاهری پروانه، هر چه کانال انتقال سیال عریض تر باشد نشان دهنده قابلیت پروانه در انتقال دبی بالاتر می باشد. هر چقدر قطر پروانه بیشتر باشد هم انتظار فشار بالاتری از پمپ خواهیم داشت.

پوسته پمپ های یک طبقه معمولا به شکل حلزونی هستند. علت استفاده از كلمه حلزون براي اين قسمت از پمپ آن است كه سطح مقطع عبور سيال از نقطه اوليه (زبانه حلزوني) تا نقطه خروجي سيال در جهت دوران چرخ به تدريج زياد مي شود و به اين ترتيب شكل اين قسمت به صورت پوسته حلزون درمي آيد.

طراحی پوسته حلزونی به گونه ای است که باعث شود مقدار فشار دور تا دور پروانه پمپ یکسان باشد. به این ترتیب مقدار نیروی شعاعی ایجاد شده روی پروانه و سپس روی بیرینگ پمپ کاهش می یابد.

پوسته پمپ های چندطبقه معمولا “ديفيوزري” هستند و به کمک پره هایی که داخل دیفیوزر قرار می گیرد جریان خروجی از هر طبقه را جمع کرده و با زاویه مناسب به سمت پروانه بعدی هدایت می کند. از آن جا که سطح مقطع عبور سیال در دیفیوزر بیش از سطح مقطع پروانه است، سرعت سیال در دیفیوزر کمتر از پروانه بوده و در عوض فشار آن بیشتر است.

دهانه های ورودی و خروجی پمپ نیز بصورت یکپارچه در پوسته پمپ قرار دارد که می تواند بصورت فلنج یا اتصال رزوه ای باشد. برخی دیگر از اتصالات نظیر پیچ تخلیه، پیچ هواگیری و اتصال مربوط به نصب فشارسنج نیز معمولا بر روی پوسته قرار دارد.

در صورتی که پمپ از نوع مونوبلاک نبوده و شفت پمپ و موتور از هم جدا باشند،‌ این دو شفت توسط کوپلینگ به هم متصل میشوند. عملیات اتصال شفت ها به یکدیگر که همراستاسازی (الاینمنت) نامیده می شود بسیار حساس بوده و در صورتی که به درستی انجام نشود باعث ارتعاشات شدید در پمپ و آسیب به بیرینگ، سیل مکانیکی و دیگر قطعات می شود.

در بسیاری از پمپ‌های کوچک، شفت موتور و پمپ به‌صورت یکپارچه است (مونوبلاک) که در آن ها شفت موتور کمی بلندتر بوده و پروانه پمپ روی آن نصب می شود.

در پمپ های گلندلس که آب بندی وجود ندارد آب وارد محفظه فلزی داخل موتور می شود. با هدف خنک کاری موتور این آب باید دائما سیرکوله شود. به این منظور شفت پمپ بصورت توخالی طراحی می گردد تا امکان چرخش آب فراهم شود.چرخش آب داخل در موتور یک سیرکولاتور گلندلس از طریق شفت توخالی

در این روش به منظور آب‌بندی شفت پمپ‌ از چند حلقه پکینگ پشت سر هم در داخل محفظه آب بندی (استافینگ باکس) استفاده می شود. لازمه این نوع آب بندی آن است که همواره مقداری سیال از روی شفت و از زیر پکینگ ها به بیرون نشت کند تا پکینگ ها نسوزند.

برای اطمینان از این که تمامی پکینگ ها به اندازه کافی در معرض سیال برای خنک کاری و روانکاری قرار می گیرند معمولا از پوسته پمپ مسیری برای تزریق آب به پکینگ ها تعبیه می شود. در این صورت معمولا از یک رینگ سوراخ دار بنام حلقه فانوسی بین پکینگ ها استفاده می شود که آب را بین پکینگ ها تقسیم می کند. نشتی لازم برای کارکرد صحیح پمپ ها و در عین حال هدررفت کمتر سیال، توسط سازنده پمپ اعلام می شود و عموما طوری است که نشتی بصورت قطره قطره اتفاق بیفتد.

بعضی از ایرادات و محدودیت های آب بندی با پکینگ عبارت است از:

• نیاز به نگهداری و تعمیرات زیاد
• ایجاد سایش روی شفت یا بوش محافظ شفت
• وجود نشتی بصورت مایع و در نتیجه آلوده شدن محیط اطراف پمپ
• تحمیل گشتاور اضافه روی شفت پمپ و در نتیجه اتلاف بخشی از توان جذبی پمپ

جنس پکینگ های آب بندی می تواند بسیار متفاوت باشد. در واقع بسته به نوع سیال و فشار و دمای کاری جنس مناسب برای ساخت پکینگ ها انتخاب می شود. برای تولید پکینگ ها هم ممکن است از تعداد متفاوتی رشته الیاف استفاده شده باشد که باعث کارایی متفاوت آن ها می شود.

پکینگ پمپ ها می تواند از الیاف مختلف طبیعی یا مصنوعی بافته شده باشد. برای کمک به روانکاری معمولا از یک ماده روانکار مانند گریس، گرافیت یا سیلیکون در ساخت پکینگ ها استفاده می شود. در طراحی های خاص ممکن است از سیم های نازک فلزی برای افزایش استحکام و تحمل دما استفاده شود. انتخاب پکینگ با جنس و طراحی مناسب تاثیر مستقیمی بر طول عمر آب بندی و هزینه های تعمیر و نگهداری پمپ خواهد داشت.

مقدار فشار وارده از طرف پکینگ‌های پشت گلند به شفت، بیشتر از پکینگ‌هایی است که پشت پروانه قرار دارند. به این ترتیب شفت یا محافظ شفت (اسلیو) در محل این پکینگ‌ها بیش‌تر از بقیه نقاط دچار سایش می‌شود. خوردگی پکینگ‌های پشت گلند هم سریع‌تر از بقیه پکینگ‌ها اتفاق می‌افتد که باید با سفت کردن پیچ‌های گلند مقدار نشتی را کاهش داد. تقریبا 70% از آب بندی به کمک دو حلقه انتهایی انجام می شود.

پکینگ های آب بندی پمپ ها بصورت معمول دارای سطح مقطعی مربع شکل هستند. با این حال پس از قرار گرفتن دور شفت پمپ مقدار تغییر شکل پیدا کرده و به شکل ذوزنقه در می آید که باعث سایش شدیدتر شفت، نشتی نامتناسب و کاهش عمر پکینگ خواهد شد. یک طراحی بهتر استفاده از سطح مقطع ذوزنقه ای شکل است که باعث می شود پس از قرار گرفتن پکینگ به دور شفت سطح مقطع به مربع تغییر شکل پیدا کرده و مشکل رفع گردد.

برای برش پکینگ باید از دستورالعمل سازنده تبعیت کرد. در صورت عدم دسترسی به آن معمولا طول مورد نیاز پکینگ و سایز آن با اندازه گیری ابعاد محفظه آب بندی بدست می آید. به هنگام تعویض پکینگ باید دقت کافی داشت و مطمئن شد ایراد یا خراشی روی شفت یا محافظ شفت وجود نداشته باشد تا منجر به خرابی زودهنگام پکینگ نگردد. برای برش پکینگ معمولا آن را روی یک محور با قطری معادل شفت اصلی می بندند و به کمک کاتر آن را بصورت عمود یا با زاویه 45 (فارسی بر) برش می زنند.