اما پس از آن این پمپ ها همچنین فشار داخل محفظه تا رسیدن به شرایط خلاء کاهش میدن
چه طور ممکنه؟
هد پمپ از چند قسمت تشکیل شده و در ساده ترین شکل آن از سر پمپ شفت و پروانه تشکیل شده . یک موتور متصل به سر پمپ محور پمپ را میچرخونه که به نوبه خود پروانه را میچرخونه. این باعث ایجاد خلاء در سر پمپ میشه و مایع را به داخل محفظه میکشه
پمپ گریز از مرکز با تقلید از عمل مکیدن نوشابه از طریق نی خلاء ایجاد میکنه. پروانه چرخان با ایجاد فشار کم در ورودی آب را به داخل محفظه میکشه و اگر فشار به اندازه کافی کم بشه
یک آزمایش مهندسی انجام دادم که نشون داد اگر از پمپ خلاء برای کاهش فشار داخلی دیگ استفاده کنم چگونه میتونم نقطه جوش آب را در داخل یک قابلمه درب دار بدون اعمال حرارت کاهش بدم. من متوجه شدیم که وقتی فشار به 0.25 پوند بر اینچ مربع (PSI) کاهش یافت آب داخل دیگ تنها با دمای 59 درجه فارنهایت به بخار تبدیل شد که فرآیند کاویتاسیون را آغاز کرد.
پمپ های گریز از مرکز حاوی پروانه های چرخان در داخل محفظه ای به نام volute هستند. این محفظه دارای یک ورودی است که به چشمی معروف است که در آن آب از لوله به پمپ جریان مییابه و یک خروجی که به عنوان تخلیه شناخته میشه که در آن آب از پمپ خارج میشه. پمپ گریز از مرکز با تقلید از عمل مکیدن نوشابه از طریق نی خلاء ایجاد میکنه. پروانه چرخان با ایجاد فشار کم در ورودی آب را به داخل محفظه میکشه و اگر فشار به اندازه کافی کم شود آنچه را که در آزمایش پمپ خلاء و گلدان خود اتفاق افتاده را بازسازی خواهیم کرد. آب در دمای بسیار پایین تر از نقطه جوش معمولی 212 درجه فارنهایت میجوشه درست مانند آزمایشم اگر فشار به 0.23 PSI کاهش یابه آب موجود در ورودی پمپ در دمای 59 درجه فارنهایت میجوشه و باعث تشکیل هزاران حباب بخار ریز و حفره شدن پمپ میشه.
آنها فقط حباب های کوچکی هستن پس چه آسیبی میتونن داشته باشند؟چه نوع پمپی با فشار اتمسفر محدود نمیشه؟
بیشتر پمپ ها مانند پمپ های گریز از مرکز با فشار اتمسفر محدود میشن این به این دلیل است که پمپ به سادگی خلاء ایجاد میکنه که در آن فشار اتمسفر آب را به داخل آن فشار میدن. از این رو محدودیت 10 متری آب وجود داره که میتونم به دلیل گرانش به دست آورم
چه نوع پمپی که در آن فشار اتمسفر محدود نمیشه تا بتواند مثلاً 20 متر آب به دست آورد؟
در صورتی که در تولید وجود نداشته باشه. مثلاً در یک انفجار خاص خلاء بزرگی ایجاد میشه. این میتونه باعث مکیدن بیش از 10 متر آب بشه درسته؟ یا تکنیک های دیگری که با تکنولوژی موجود محدود نشدن من فقط میخوام ایده ای داشته باشم که چنین پمپی چگونه میتونه کار کند.
پمپ های پیستونی و پمپ های رفت و برگشتی مانند پمپ های بتن دارای چرخه های مکش و پمپاژ مستقل هستند که به طور مثبت از یکدیگر قفل میشن. بنابراین چرخه پمپاژ از فشار اتمسفر جدا میشه. و هر بار بدون توجه به هد خروجی مقدار دقیق را به طور مثبت پمپ میکنه.
یک پمپ پیچ ارشمیدس فقط آب را در یک پیچ چوب پنبه بلند و غول پیکر جمع میکنه تا به فشار اتمسفر وابسته نباشه. کمربند یا زنجیر با یک سری اسکوپ روی آن نیز وجود نداره
اگر آب یا مایع دیگری محصوره به جای مکیدن با پمپ میتونم از پمپ برای ارسال گاز برای فشار دادن به مخزن استفاده کنم که مایع را به سمت لوله دیگری هل میده
مثلاً در یک انفجار خاص خلاء بزرگی ایجاد میشه
یک خلاء - حتی یک خلاء عالی - فقط میتونه به 0 بار مطلق برسه. ساکشن میتونه روشن باشه
این تفاوت بین فشار محیط و خلاء است بنابراین در دنیای طبیعی (یعنی در سطح زمین) به این معنی است که فقط 1 بار در دسترسه.
این میتونه باعث مکیدن بیش از 10 متر آب بشه درسته
اشتباه. تنها راهی که یک انفجار میتونه باعث افزایش بیشتر توسط خلاء بشه افزایش فشار است که آب را به سمت خلاء فشار میده.
یا تکنیک های دیگری که با تکنولوژی موجود محدود نشده اند.
مهم نیست از چه فناوری استفاده می شود. من نمیتونم فشار مطلق را به زیر صفر برسونم. این معنیش اینه که من نمی تونم آب را با مکش از 10 متر بالاتر ببرم
چگونه میتونم بدون استفاده از خلاء مکش ایجاد کنم؟
به عنوان مثال: همانطور که می‌دانم پمپ‌های جابجایی مثبت سیال را با ایجاد خلاء در ورودی‌شان انتقال میدن تا حجم مشخصی از سیال را به سمت پایین شیب فشار بکشه قبل از اینکه آن را تحت فشار به سمت خروجی خود خارج
پمپ های گریز از مرکز نیز تحت عنوان "پمپ های خلاء" قرار میگیرن اما آیا آنها واقعا خلاء ایجاد میکنن
آیا می تونم پمپ مکشی طراحی کنم که نیازی به ایجاد خلاء نداشته باشه
مکش به این معنیه که من در دو سر لوله اختلاف فشار دارم بنابراین نیازی به خلاء ندارم بلکه فقط فشار کمتری دارم برای مثال اگر نی را میمکم تا مایع به دهانم برسه. اما به دلایلی میتونم مایعات را بدون مکش به سمت بالا منتقل کنم.
سوال در مورد پمپ های سری
اصطلاح Pumping in Series به این معنیه که 1 پمپ به عنوان یک تقویت کننده برای تغذیه پمپ دیگر عمل میکنه. هدف از کارکرد پمپ های سری این است که در دبی های یکسان هد (فشار دیفرانسیل) هر دو پمپ افزایشی باشد.شرح. در سیستم های پیچیده پمپ ها را میتوان به صورت سری یا موازی متصل کرد. در عملیات سری هدها با هم جمع میشن و در عملیات موازی دبی پمپ ها اضافه میشه.هد معمولاً حداکثر ارتفاعی است که پمپ میتونن بلند کند و با H نشان دادم. رایج ترین فرمول محاسبه سر پمپ $H = (p2-p1) / ρg + (c2-c1) / 2g + z2-z1 $است.
از آنجایی که هر پمپ یک هد H متناظر با جریان Q تولید می کنه هنگامی که به صورت سری متصل میشه کل هد توسعه یافته Ht = H1 + H2 است که در آن H1و H2 هدهای توسعه یافته توسط پمپ به صورت سری در دبی مشترک Q هستند. پمپ‌ها به صورت موازی نرخ‌های جریان افزایشی با یک هد مشترک هستند.
دو پمپ حرارتی یکسان را در نظر بگیرم به عنوان مثال تهویه مطبوع سیستم اسپلیت. دو راه برای کارکرد آنها وجود دارد - به صورت موازی یا متوالی. موازی به این معنی است که رادیاتورهای "گرم" ماشین ها در خارج از اتاق قرار میگیرن در حالی که رادیاتورهای "سرد" در داخل اتاق قرار میگیرن. ترتیبی به این معنی است که رادیاتور سرد دستگاه اول در داخل اتاقه در حالی که رادیاتور گرم در داخل یک جعبه بزرگ جدا شده قرار ی بگیره که توسط رادیاتور سرد دستگاه دوم و رادیاتور گرم دستگاه دوم خنک میشه. دستگاه خارج از اتاق استم
در کدام صورت - موازی یا متوالی - راندمان خنک کننده بهتر خواهد بود؟
راندمان یک پمپ حرارتی در سرمایش را میتونم با بیان تعریف کنم
$\eta = \frac{Q_C}{W},$گرمایی است که از مخزن کولر گرفته میشه و بر کار وارد شده به پمپ تقسیم میشه
اگر دو پمپ به صورت موازی داشته باشم راندمان باید یکسان باشه زیرا دو برابر گرما و دو برابر بزرگتر کار میکنه
$\eta = \frac{2Q_C}{2W}.$با این حال اگر دو پمپ در ترتیب داشته باشم
$\eta = \frac{Q_C}{2W}.$بنابراین برای به دست آوردن حداقل راندمان یکسان باید گرما را دو برابر هر پمپ استخراج کنم. بنابراین راندمان هر پمپ برای حدود نیمی از تغییر دما باید دو برابر بیشتر باشه. تا اینجا به همین راحتی.
در مرحله بعدی باید فرآیندهای ترمودینامیکی چرخه ای دقیق را در نظر بگیرم. تعداد زیادی از آنها وجود داره که میتونم از آنها استفاده کنید و هیچ کدام را نمیتوان دقیقاً به صورت تئوری محاسبه کرد. در چنین مواردی مشاهده کارآمدترین فرآیند ترمودینامیکی یعنی چرخه کارنو و استخراج نتیجه گیری از آن مفید است.
راندمان موتور حرارتی بر اساس چرخه کارنو را میتونم نشون بدم
$\eta = \frac{T_C}{T_H-T_C}.$در صورت وجود دو پمپ در اولین تکرار دمای میانی $T' = \frac{T_C+T_H}{2}$
دقیقا در وسط راندمان دو پمپ باید باشد
$\eta_1 = \frac{T_C}{T'-T_C}, \eta_2 = \frac{T'}{T_H-T'}$بدیهی است $\eta_1 = 2 \eta$
و$\eta_2 > 2 \eta$
بنابراین دو پمپ متوالی در سرمایش باید کارآمدتر باشند.
جالب است که دو پمپ متوالی در گرم کردن باید با استفاده از همان آرگومان ها کارایی کمتری داشته باشند! من نمیتونم خطا را در استدلال پیدا کنم من یک مخزن گردش دارم که یک حلقه لولهکشی را با یک موتور پمپ روی آن بیرون میکشه و به داخل آن بازمیگردونه تا مایع را دائماً در آن به هم بزند. من میخوام یک ورودی به مخزن اضافه کنم تا بتوانم بدون ریختن مایع در آن آن را پر کنم. نحوه تنظیم خط من گزینه ای برای قرار دادن ورودی بین مخزن و موتور پمپ دارم. و من به یک پمپ پرایمینگ نیاز دارم تا سیال را به موتور پمپ معمولی که در راستای مخزن گردش است برسانم. اگر پمپ پرایمینگ را روشن بگذارم (اگر هر دو روشن باشند اگر فقط یکی روشن باشد پمپ پرایمینگ از پمپ سیرکولاسیون عبور میکنه آیا در صورت خاموش بودن پمپ سیرکولاسیون از پمپ پرایمینگ عبور میکنه من فکر میکنم روش کار این است که من از پمپ پرایمینگ استفاده میکنم تا زمانی که خط با مایع جدید پر شود سپس آن را خاموش میکنم و از پمپ سیرکولاسیون برای پر کردن بقیه مخزن استفاده میکنم. من نگران این هستم که اگر یکی از دو پمپ سری خاموش باشه جریان به طور کلی قطع شود. آیا مشکلات احتمالی دیگری وجود دارد که باید هنگام اجرای سری پمپ ها در نظر بگیرم
اگر پمپ پرایمینگ را روشن بگذارم (اگر هر دو روشن باشند اگر فقط یکی روشن باشه پمپ پرایمینگ از پمپ سیرکولاسیون عبور میکنه
اگر دبی هر دو پمپ کاملاً مطابقت داشته باشد پمپ سیرکولاسیون محیط تحویل شده توسط پمپ پرایمینگ را پمپ میکنه. اگر پمپ سیرکولاسیون خاموش باشه محیط از طریق خروجی به داخل مخزن پمپ میشه - پمپ مقاومت بسیار بالاتری نسبت به یک قطعه لوله کوتاه خواهد داشت مگر اینکه در جایی شیر بازرسی وجود داشته باشد.
زمانی که دبی پمپ سیرکولاسیون بیشتر باشه محیط تازه را به بالای مخزن + مقداری از مخزن پمپ میکنم اگر دبی پمپ سیرکولاسیون کمتر باشه قسمتی از محیط تازه از طریق مخزن وارد مخزن میشه خروجی پایین (مگر اینکه شیر برگشتی وجود داشته باشه)
آیا در صورت خاموش بودن پمپ سیرکولاسیون از پمپ پرایمینگ عبور میکنه
ممکنه اما محتمل نیستش زیرا مقاومت جریان از طریق پمپ پرایمینگ به مراتب بیشتر از لوله خروجی خواهد بود.
من فکر میکنم روش کار این است که من از پمپ پرایمینگ استفاده میکنم تا زمانی که خط با مایع جدید پر شود سپس آن را خاموش میکنم و از پمپ سیرکولاسیون برای پر کردن بقیه مخزن استفاده میکنم
من این را مشکوک میدونم. خط همیشه پر میشه خلاء وجود نداره
من نگران این هستم که اگر یکی از دو پمپ سری خاموش باشه جریان به طور کلی قطع شود.
آیا مشکلات احتمالی دیگری وجود داره که باید هنگام اجرای سری پمپ ها در نظر بگیرم؟
به طور کلی من نگران فشار کلی خواهم بود. در این مورد با دو مخزن باز (یا این مخازن تحت فشار هستند؟) این نباید مشکلی داشته باشه.
باید مدارک پمپ های خود را بررسی کنید یا با فروشنده یا سرویس دهنده در مورد رفتار هنگام خاموش شدن صحبت کنید. پمپ‌های گریز از مرکز اجازه میدن در هنگام پمپاژ نکردن مقداری از محیط عبور کنه میزان یا مقدار مقاومت آنها کاملاً به پمپ بستگی دارد. پمپ های PD میتونن جریان و همچنین یک شیر را مسدود کنن یا توسط جریان هدایت بشن این کاملاً به پمپ بستگی دارد
هر دو pmps گریز از مرکز هستند یک شیر سوئیچ وجود دارد که خط را از خروجی به ورودی که پمپ 2 وارد خط میشه خاموش میکنه.
من نمیتونم بدون دیدن منحنی های عملکرد پمپ ها و منحنی سیستم مطمئن شویم. من پمپ 2 را طوری اندازه می‌دهم که هد در ورودی پمپ 1 تقریباً به همان اندازه کل هد پمپ 1 باشه که پمپ 1 در حال چرخشه برای دبی که پمپ 1 در حال چرخشه. سپس باید یک نقطه عملکرد پایدار برای هر دو پمپ پیدا کنم
اگر پمپ 2 کمتر از اندازه باشه پمپ 1 حفره میکنه اگر پمپ 2 بزرگتر باشه BEP آن را حذف میکنم انرژی را هدر میدم و طول عمر پمپ کوتاه تری خواهم داشت
با این حال میتونم راه اندازی را ساده کنم
با قرار دادن خط از پمپ 2 در سمت فشار پمپ 1 و یک سوپاپ برگشت یا شیر سوئیچ بین آن قرار دهید.
سطح مخزن خیلی پایین است تا پمپ 1 پر شود. پمپ 2 پمپ 1 را پر میکنه. تا اینجا اوکی.
Pump1 روشن میشود و هم برای گردش مجدد و هم برداشتن مقداری بار از Pump2. احتمالاً به لطف چرخش مجدد که اختلاف جریان را ایجاد میکنه خوب است.
Pump2 خاموش میشه. اینجاست که همه چیز کمی پرمو میشه زیرا Pump1 ممکنه در واقع Pump2 را هدایت کند و Pump2 ممکن است از عهده آن بر نیاید. راه حل یک بای پس پمپ 2 با شیر چک است.
سطح مخزن بالا میره و به نقطه ای می رسد که اگر سر از مخزن کافی نباشه چرخش تقریباً خالص غالب میشه. برای بالا بردن سطح بالاتر Pump2 را روشن کنم. اگر به پمپ 1 برای پر کردن مخزن بدون خاموش شدن در ورودی چرخشی نیاز دارم این نقطه اصلی طراحی منه
Pump1 خاموش میشه. مخزن ممکن است (به آرامی؟) بسته به ارتفاع نسبی از طریق پمپ 2 به مخزن جریان یابه. برای جلوگیری شیر بین مخزن و اتصال به سیستم پمپ 1 اضافه کنم. میتونه یک خاموشی برای تبدیل مخزن به یک وضعیت چرخشی خالص یا یک بررسی برای جلوگیری از جریان برگشتی به طور خودکار باشه.
در اخر بحث طولانی ام من یک بای پس به Pump2 و دو خاموش کننده اضافه میکنم - یکی در هر ورودی پمپ 1 تا کنترل شود که از کجا میکشه
چگونه تغییر دمای سیال را در پمپ محاسبه کنیم؟
برای محاسبه فشار در خروجی پمپ از ویژگی های عملکرد پمپ استفاده میکنم یعنی نمودارهایی که سر پمپ را به عنوان تابعی از جریان حجمی نشان میدن هنگامی که سیال از طریق پمپ جریان مییابه دمای آن کمی افزایش مییابه
آیا فرمول یا روش دیگری برای محاسبه افزایش دما در پمپ وجود داره
با تعریف آنتالپی خاص شروع می شود
h=u+pv عملگر دیفرانسیل را برای دادن اعمال میکنم
$dh=du+pdv+vdp.$در حال حاضر من میدونم که du
اصطلاح را میتوان با استفاده از ترمودینامیک بنیادی گسترش داد. یعنی تغییر در انرژی داخلی سیستم (du)
برابر است با انتقال حرارت به سیستم منهای کار انجام شده توسط سیستم. در معادله این معنیه که$du=Tds−pdv$.اتصال این نتیجه به عبارت بالا برای آنتالپی به دست میاد
$dh=(Tds-pdv)+pdv+vdp=Tds+vdp.$نادیده گرفتن برگشت ناپذیری ها در حال حاضر Tds
عبارت برابر با صفر خواهد بود. بنابراین برای یک پمپ تراکم ناپذیر ایده آل تغییر دیفرانسیل در آنتالپی راکد به سادگی است
$dh=vdp=\frac{dp}\rho$گسترش دیفرانسیل به یک اختلاف محدود (که مجاز است زیرا جریان تراکم ناپذیر است)
$\Delta h=v\Delta p=\frac{\Delta p}\rho=\frac{\dot{W}_{in}}{\dot{m}}=w_{in}$من نمیتونم به صراحت افزایش دما را با استفاده از جبر حل کنم چون من با یک سیال از نظر کالری کامل کار نمیکنم. با این حال دمای جدید را میتونم به طور ضمنی حل کنم زیرا آنتالپی خاص خروجی را میتوان به عنوان تابع حالت دما و فشار نوشت$h(p_{out},T_{out})=h(p_{in},T_{in})+\frac{(p_{out}-p_{in})}{\rho},$و یک درون یابی ساده از مقادیر جدول برای آنتالپی دمای مربوطه رامیده. افزودن راندمان پمپ ایزنتروپیک $\eta_p$
به حساب آوردن برگشت ناپذیری ها مسائل را تغییر ممیده اما نه به هیچ وجه انقلابی. ما به سادگی از تعریف آن برای محاسبه افزایش واقعی آنتالپی در رابطه با افزایش آنتالپی ایده آل استفاده میکنم. تعریف راندمان پمپ ایزنتروپیک به عنوان$\eta_p=\frac{\Delta h_i}{\Delta h}\leq 1,$معادله ما برای آنتالپی خروجی میشه
$\boxed{h(p_{out},T_{out})=h(p_{in},T_{in})+\frac{(p_{out}-p_{in})}{\eta_p \rho}},$که به طور قابل پیش بینی به معادله ایده آل در حد $\eta_p\rightarrow 1$ کاهش مییابه
. در نهایت توجه کنید که چون $\eta_p\leq 1$
افزایش واقعی آنتالپی همیشه بیشتر از افزایش آنتالپی ایده آل برای Δp معین است
در سراسر پمپ بنابراین پمپ واقعی به توان ورودی بیشتری نسبت به یک پمپ ایده آل برای رسیدن به همان افزایش فشار نیاز داره.
\
