پروانه ها(Impellers)

اطلاعات پروانه ها

پروانه ها (همچنین پروانه ها ی چرخشی) دستگاه های چرخشی هستند که برای تغییر جریان و/یا فشار مایعات، گازها و بخارات طراحی شده اند. پروانه ها متشکل از پره های مختلف - اغلب به شکل تیغه - هستند که در اطراف یک محور مرکزی کوتاه مرتب شده اند. هنگامی که شفت و پره ها می چرخند، سیالات یا گازها را می مکند و آنها را از طرف دیگر خارج می کنند. تصویر زیر عملکرد پایه پروانه را نشان می دهد.

طراحی پایه پروانه ، نشان دادن شفت، مجموعه پره و جهت جریان.

پروانه‌ها معمولاً در پمپ‌ها، مخازن همزن، ماشین‌های لباسشویی و سایر دستگاه‌هایی که برای حرکت در یک جهت خاص به مایعات یا گازها نیاز دارند، یافت می‌شوند و جزء جدایی‌ناپذیر آنها هستند. تصویر زیر موقعیت و عملکرد یک پروانه را در یک پمپ پروانه نشان می دهد. در این مثال، سیال از دهانه سمت راست وارد می شود و با استفاده از ترکیب مکش و فشار از طریق پمپ حرکت می کند تا زمانی که سیال از دهانه خروجی سمت چپ حرکت کند. توجه داشته باشید که این پروانه خاص برخلاف تصویر بالا طوری طراحی شده است که در جهت عقربه های ساعت بچرخد. این چرخش همراه با طراحی پره ها باعث می شود که پروانه پمپ سیال را در جهت تقریباً جهت عقربه های ساعت حرکت دهد.

Impellers دربرابر Propellers

در دید، پروانه ها بسیار شبیه (یا حتی یکسان) به پروانه ها به نظر می رسند، و این دو اغلب به جای هم در صنعت برق سیال استفاده می شوند. در واقع، دو عبارت پایه درگیر - رانش و رانش - هر دو به عنوان "رانندگی یا حرکت به جلو" تعریف می شوند. با این حال، در کاربردهای صنعتی، این دو برای توصیف دو وسیله مختلف که دو شی یا ماده متفاوت را هدایت می کنند، استفاده می شود.

پروانه ها معمولاً به وسایلی اطلاق می شوند که جسم متصل را حرکت می دهند. به عنوان مثال، ملخ یک کشتی، خود کشتی را به جلو یا عقب می برد. از سوی دیگر، پروانه‌ها طوری طراحی شده‌اند که ماده - مایع یا گاز - را که از آن عبور می‌کند بدون حرکت دادن جسمی که به آن متصل است، حرکت دهند.

کاربردها

در حالی که همه پروانه ها از عناصر طراحی مشابهی تشکیل شده اند که در بالا توضیح داده شد، ممکن است بسته به کاربرد مورد نظرشان، عملیات کمی متفاوت انجام دهند.

ایمپلیردرپمپ ها

پروانه ها اجزای جدایی ناپذیر در پمپ های گریز از مرکز و پمپ های خلاء و سایر دستگاه های پمپاژ هستند. پروانه های پمپ به اصل برنولی - که بیان می کند افزایش سرعت سیال با کاهش فشار یا انرژی پتانسیل (و بالعکس) همراه است - برای کار کردن متکی هستند.

هنگامی که محیط سیال یا گاز وارد پمپ پروانه می شود، بین پره های پروانه و دیواره پمپ محبوس می شود و با حرکت از چشمی پروانه (مرکز) به سمت قطر بیرونی پروانه، سرعت آن افزایش می یابد. هنگامی که محیط به نقطه مشخصی نزدیک‌ترین قطر خارجی می‌رسد، سرعت آن به طور ناگهانی کاهش می‌یابد و فشار یکسانی را تجربه می‌کند (طبق اصل برنولی). وقتی از پروانه تخلیه می شود و از دهانه پمپ خارج می شود، رسانه حتی بیشتر تحت فشار قرار می گیرد. بر اساس این اصول عملکرد، می توان تشخیص داد که سرعت چرخش پروانه پمپ (بر سرعت) و ارتفاع پره (بر فشار و احتمال تشکیل خلاء تأثیر می گذارد) تا حد زیادی فشار و دبی خروجی پمپ را تعیین می کند.

پروانه به عنوان جزئی از پمپ گریز از مرکز

پروانه برای اختلاط

پروانه ها اغلب در مخازن همزن به عنوان وسیله ای برای مخلوط کردن مایعات و دوغاب استفاده می شوند. پروانه های اختلاط معمولاً از طراحی باز استفاده می کنند و به یک محور مرکزی که در مرکز مخزن قرار می گیرد نصب می شوند.

مخزن همزن با پروانه شعاعی 

هنگام نصب یک مخزن با پروانه، مهم است که بین انواع جریان محوری و شعاعی انتخاب کنید. (جهت جریان را در زیر برای اطلاعات بیشتر در مورد جریان ببینید.) پروانه های شعاعی - که معمولاً دارای پره های مستطیلی هستند - زمانی استفاده می شوند که محیط مخزن بیش از حد چسبناک باشد یا از دو ماده غیرقابل امتزاج تشکیل شده باشد. انواع پروانه های جریان شعاعی عبارتند از:

لنگر جریان شعاعی - پروانه ای که برای مخلوط کردن محصولات با ویسکوزیته بالاتر طراحی شده است. یک لنگر معمولاً به شکل "U" است و از خطوط مخزن پیروی می کند. پروانه های لنگر به طور خاص برای تناسب با فرآیند طراحی شده اند. پروانه های لنگر برای جارو کردن کل ناحیه محیطی یک مخزن - هم دیواره و هم پایین - استفاده می شود.
پدال جریان شعاعی - برای مخلوط کردن استفاده می شود. پروانه هایی که رسانه را به سمت بیرون به کنار مخزن می رساند. پروانه های بزرگتر با سرعت آهسته با دو تا چهار تیغه به عنوان پارو شناخته می شوند. پاروها در سرعت های آهسته تر استفاده می شوند که اغلب برای مخلوط کردن سوسپانسیون های جامد/ مایع در مقیاس بزرگ استفاده می شوند.
توربین جریان شعاعی - برای مخلوط کردن استفاده می شود. توربین‌ها پروانه‌های چند پره‌ای هستند که رسانه را به سمت بیرون به کنار مخزن می‌رسانند. توربین ها، که در انواع مختلفی وجود دارند، گردش بسیار خوبی از سیال را در سرتاسر مخزن اختلاط فراهم می کنند.

پروانه های محوری برای همگن سازی و اختلاط مناسب هستند که نیاز به حرکت حجیم دارند. پروانه های تیغه ای با جریان محوری دارای یک یا چند پارو هستند. آنها رسانه های پمپ شده را در جهت در امتداد محور چرخان پروانه منتقل می کنند. پروانه های جریان محوری در سرعت های بالا برای ترویج پراکندگی سریع استفاده می شوند و در سرعت های پایین برای نگه داشتن جامدات در حالت تعلیق استفاده می شوند.

جریان محوری (چپ) و شعاعی در یک مخزن اختلاط

عددنوان

عدد توان یک مقدار خاص برای پروانه های اختلاط است که مصرف برق پروانه را توصیف می کند. فرمول محاسبه عدد توان پروانه است

که اینجا

NP = power number

P = impeller power in watts

ρ = density of tank liquid in kg/m3

n = shaft speed in revolutions/second

Da = impeller diameter in meters

به دلیل دشواری در دستیابی به بسیاری از این مقادیر، اعداد توان را می توان خلاصه ای از نتایج آزمایش های مرتبط مختلف (در هنگام کار با مخزن اختلاط با اندازه استاندارد) به جای یک مشخصات دقیق در نظر گرفت. بنابراین، سازندگان اغلب شماره توان پروانه را به عنوان تابعی از قدرت و اندازه آن مشخص می کنند

این پیوند حاوی یک ماشین حساب پروانه اختلاط عالی و همچنین فرمول های خام برای بسیاری از پارامترهای ذکر شده در بالا است.

ویژگی های جریان

پروانه ها را می توان به گونه ای طراحی کرد که ویژگی های جریان مختلف را به رسانه های پمپ یا مخزن بدهد. طرح های جریان پروانه می توانند سه نوع متمایز داشته باشند: محوری، شعاعی و مختلط. از آنجا که پمپ های گریز از مرکز نیز به این روش طبقه بندی می شوند، انتخاب پروانه به تطبیق ویژگی جریان پمپ با پروانه بستگی دارد.

• پروانه های جریان محوری رسانه ها را به موازات پروانه حرکت می دهند.
• پروانه های جریان شعاعی رسانه ها را در زوایای قائم به سمت خود پروانه حرکت می دهند.
• پروانه های جریان مخلوط دارای ویژگی های جریان محوری و شعاعی هستند. آنها ممکن است رسانه ها را با زاویه ای متفاوت از جریان شعاعی زاویه راست حرکت دهند

جهت جریان سه پمپ / پروانه مختلف

طراحی ایمپلیر

پروانه ها را می توان به طور کلی به دو طرح مختلف تقسیم کرد: باز و بسته. اطلاعات زیر این دو طرح، مزایا و معایب مربوط به آنها و ملاحظات کاربردی را شرح می دهد.

سه طرح پروانه: باز، نیمه بسته و محصور (کفن دار)

طراحی باز

پروانه های باز به سادگی شامل یک سری پره های متصل به یک "هاب" مرکزی هستند که برای اتصال به یک شفت طراحی شده اند. با قرار دادن انتهای پره ها بسیار نزدیک به محفظه پمپ، پروانه باز می تواند از برگشت مقدار زیادی مایع یا گاز به داخل چشم جلوگیری کند.

یک اشکال عمده در پروانه های باز ناشی از تلورانس های تنگ پره / پوشش مورد نیاز برای حفظ کارایی است. همانطور که دما افزایش می یابد، شفت ها در قطر و همچنین طول افزایش می یابند (تقریباً 0.001 اینچ در هر اینچ شفت به ازای هر 100 درجه فارنهایت افزایش نسبت به دمای محیط). بنابراین، یک پمپ انتقال حرارت گریز از مرکز معمولی که در دمای 600 درجه فارنهایت کار می کند، قطر شفت را به اندازه کافی افزایش می دهد که پره های پروانه را مجبور به تماس با پوشش می کند و باعث جرقه و آسیب به پروانه می شود. (در حالی که بدنه ممکن است به دلیل گرمای محیط افزایش یابد، اما اغلب با استفاده از مواد متفاوت از پروانه ساخته می شود و بنابراین ممکن است با سرعت های متفاوت یا غیرقابل پیش بینی منبسط شود.) به همین دلیل، پروانه های باز در کاربردهای نفت و گاز استفاده نمی شود. زیرا جرقه های داخل پروانه ممکن است باعث انفجار فاجعه بار شوند. در حالی که پروانه های باز ممکن است با استفاده از مواد نرم برای جلوگیری از جرقه تولید شوند، این مواد معمولاً برای محیط های ساینده پمپ شده در کاربردهای نفت و گاز مناسب نیستند.

در جدول زیر سایر مزایا و معایب طرح های پروانه باز توضیح داده شده است.

طراحی بسته

پروانه های بسته دارای دو صفحه جامد هستند که به دو طرف تیغه ها متصل شده اند. پس از اینکه محیط پروانه وارد چشم شد و راه خود را از طریق پره ها باز کرد، به داخل یک نازل کشیده شده و خارج می شود. از آنجایی که پروانه های بسته نیازی به در نظر گرفتن تحمل پره/پوشش ندارند، کارایی آنها از استفاده از حلقه های سایش برای جلوگیری از برگشت مجدد رسانه ها به چشم ناشی می شود.

همانطور که در نمودار زیر نشان داده شده است، پروانه های بسته (خط آبی تیره) کارآمدتر از طرح های باز (خط آبی روشن) هستند و برای محیط های انفجاری بسیار مناسب تر هستند. با این حال، از آنجایی که پروانه بسته است، دسترسی برای تعمیر و نگهداری معمول دشوارتر است. از آنجایی که پروانه های بسته در واقع به دلیل نیاز به تعویض دوره ای حلقه های سایش نیاز به تعمیر و نگهداری بیشتری دارند، هزینه های تعمیر و نگهداری بالاتری دارند اما صرف نظر از این واقعیت کمی ارزان تر هستند تا در طول زمان کار کنند.

مقایسه پروانه های بسته در مقابل پروانه باز

در جدول زیر مزایا و معایب پروانه های بسته بندی شده ذکر شده است.

استانداردها

پروانه ها ممکن است بر اساس استانداردهای صنعتی مختلف ساخته، آزمایش و استفاده شوند. در حالی که استانداردهای مربوط به پمپ های گریز از مرکز و مخازن همزن اغلب استفاده از پروانه ها را پوشش می دهند، برخی استانداردها - مانند موارد ذکر شده در زیر - به طور مستقیم با پروانه ها مرتبط هستند.

• AMCA99-2412

• AICHE E-25

منابع:

https://www.globalspec.com