پروانه impeller

پروانه از مهم ترین بخش های سازنده پمپ های سانتریفیوژ و برخی پمپ های جا به ایی مثبت می باشد. پروانه یکی از قطعات چرخشی در پمپ های گریز از مرکز ( سانتریفیوژ) است و وظیفه ی اصلی آن انتقال نیرو به سیال و بالا بردن سطح آن می باشد.

طرز کار پروانه در پمپ به این صورت است که نیرو از الکترموتور به وسیله شفت روتور و با کوپلینگ به شفت پمپ منتقل شده و از شفت به پروانه انتقال می یابد. در ساختار پروانه یک توپی قرار دارد که محل اتصال شفت با پروانه است. نیروی مکانیکی از شفت به پروانه منتقل شده و باعث چرخش آن  می شود.

در ساختمان پمپ قسمتی به عنوان ورودی یا مکش برای سیال تعبیه شده که از طریق آن سیال وارد پمپ شده در تماس با پروانه قرار می گیرد . پروانه ها دارای پره هایی هستند که از مرکز پروانه (که به آن چشم پروانه هم می گویند) به سمت بیرون ( محیط پروانه ) کشیده شده اند. این پره ها در هنگام چرخش باعث انتقال نیروی گریز از مرکز به سیال و افزایش انرژی جنبشی آن می شود و سیال را به حرکت وا می دارد تا در امتداد پره ها به طرف دیواره محفظه حرکت کرده و به سمت قسمت خروجی هدایت شده و با شتاب خارج شود. برای جلوگیری از سایش چرخشی در قسمت جلو یا پشت پروانه از رینگ های سایش پذیر استفاده می شود. پروانه ها می توانند دارای اشکال مختلفی بر روی خود مثل سوراخ های تعادلی (Balancing holes) و پره های پشت (Back vanes) داشته باشند.  

برای ساخت پروانه از آلیاژ های مختلفی از جمله استیل، چدن، برنج، برنز، فولاد، باکالیت، پلیمرها و ... استفاده می شود که بنا بر جنس سیال انتخاب می شوند.

نوع جریان خروجی از پروانه باعث ایجاد تغییراتی در ساختار پروانه می شود.طراحی این پره ها با توجه به نوع جریان می تواند به صورت شعاعی، خمیده رو به عقب  یا منحنی رو به جلو باشد. در کل جریان های خروجی به سه دسته تقسیم می شوند:

جریان شعاعی: زمانی که سیال در جهت محور وارد پروانه شده و در جهت شعاع از آن خارج شود. در این حالت نیروی گریز از مرکز باعث شتاب و حرکت سیال می شود و باعث ایجاد هد بالا در دبی کم می گردد.

جریان محوری: زمانی که سیال در جهت محور وارد شده و در همان جهت نیز خارج شود جریان محوری خواهیم داشت. در این حالت نیروی گریز از مرکز در سیال دخیل نیست و این ساختار برای دبی بالا و هد پایین کاربرد دارد

جریان مختلط (شعاعی محوری): زمانی اتفاق می افتد که جریان در جهت محور وارد شود ولی در هنگام خروج کاملا در جهت محور نیست و با زاویه ایی نسبت به آن خارج می شود.

پروانه ها در پمپ های سانتریفیوژ طراحی های متفاوتی دارند که در ادامه به بررسی هر کدام می پردازیم :

• پروانه بسته : از جمله پرکاربرد ترین نوع پروانه است و از استحکام بالایی برخوردار است و نسبت به بقیه مدل ها دبی خروجی و بازدهی بالاتری دارد. در مدل بسته پره ها بین دو صفحه دایره ایی شکل (shroud) قرار می گیرند و سیال در کانال بین دو صفحه  و لا به لای پره ها قرار می گیرد و حرکت می کند. معمولا تعداد پره ها را بین 3 تا 7 عدد طراحی می کنند. از این مدل پروانه در سیالات تمیز که هیچگونه ذرات جامد و معلق در خود نداشته باشد استفاده می شود زیرا امکان مسدود شدن دراین مدل بالاست.

• پروانه نیمه باز:  این پروانه ها دارای یک صفحه می باشند به این صورت که طرف بیرونی پره ها با صفحه محافظ بسته شده است و طرف دیگر به سمت بخش داخلی پمپ باز است. امکان گرفتگی و مسدود شدن این مدل نسبت به پروانه بسته کمتر است به همین دلیل این پروانه ها برای سیالاتی با ویسکوزیته بیشتر یا درصد کمی ذارت معلق و جامد استفاده می شود. اما با این حال معمولا برای جلوگیری از گرفتگی، پره های این مدل را بلند و در تعداد کم طراحی میکنند. این پروانه ها در بعضی پمپ های کفکش و پمپ های کشاورزی کاربرد دارد. در این مدل پروانه بهتر است فاصله بین محفظه و پروانه کم باشد تا عملکرد بهتری ارائه شود.

• پروانه باز : در این مدل صفحه ایی در اطراف پره ها تعبیه نشده است و دو طرف پره ها بازاست. این پروانه از هیچ طرف تکیه گاهی ندارند به همین دلیل آنها را کوچکتر می سازند تا احتمال شکستن آن را کاهش دهند و برای فشار های بالا مناسب نیستند. این پروانه ها برای سیالاتی که ذرات جامد و معلق دارند به کار می رود و معمولا در لجنکش ها از این مدل پروانه استفاده می شود.

• پروانه گردابی: این مدل در ظاهر شبیه به پروانه های نیمه بازند ولی در عملکرد متفاوت هستند. در بین پره های این پروانه فاصله بیشتری وجود دارد و طوری طراحی شده که در هنگام مکش سیال به داخل پمپ ، یک جریان گردابی خلاء ایجاد کند تا ذرات جامد را از پره ها دور کند و از مسدود شده پره ها جلوگیری کند. از این پروانه ها برای انتقال سیالاتی که مواد جامد معلق و رشته ایی دارند بیشتر استفاده می شود زیرا امکان مسدود شدن آن بیسار کمتر است.

• پروانه برشی (کاتر دار): این پروانه نیز از لحاظ ساختار مشابه پروانه های گردابی هستند اما نوع پره های آن متفاوت است. پره های این پروانه مانند چاقو تیز است و می تواند مواد جامد را در هنگام مکش، خرد و ریز کند و از امکان گرفتگی جلوگیری کند. این پروانه ها هم در سیالات حاوی مواد جامد و رشته ایی و همچنین در فاضلاب ها پرکاربردند.