طراحی و ضوابط اجرایی پمپهای کفکش (مستغرق / submersible) :
اصول طراحی، محاسبات هیدرولیکی، انتخاب الکتروموتور، جنس قطعات، نکات نصب، تابلو و حفاظتهای الکتریکی، تستهای پذیرش و نگهداری. برای بخشهای کلیدی از استانداردها و دفترچههای فنی تولیدکنندگان استفاده می گردد و منابع مهم را بعد از پاراگرافهای مربوطه می باشد.
1) مروری کلی — انواع و کاربرد
پمپ کفکش (مستغرق) پمپی است که بهطور کامل در سیال (معمولاً آب یا فاضلاب) فرو رفته نصب میشود. انواع رایج: کفکش آب تمیز (shallow water), کفکش آب کدر/لجنکش (semi-open/closed impeller با فضای بزرگ برای جامدات), و چاهعمیق (deep-well submersible). کاربردها: تخلیه آب استخر/چاه/سیلاب، آبیاری، تخلیه چاهک پمپخانه، فاضلاب و لجن. منابع تولیدکنندگان و راهنماهای نصب مرجع در این بخش مفیدند.
2) مشخصات ورودی طراحی (پارامترهای لازم)
قبل از طراحی/انتخاب باید داشته باشی:
• دبی مطلوب Q (m³/h یا L/s)
• هد کل مورد نیاز H_total (m) — شامل هد ایستایی + افتهای اصطکاکی و موضعی
• نوع سیال (آب تمیز، آب با ذرات معلق، فاضلاب، آب شور) — ویسکوزیته و دانسیته
• اندازه و نوع ذرات معلق (برای انتخاب پروانه و دهانه عبور)
• شرایط نصب (غوطهوری کامل، عمق، دمای سیال)
• منابع و کیفیت برق (ولتاژ، تعداد فاز، فلوکتواسیون)
• الزامات بهرهوری (IE-class / Efficiency) و استانداردهای محلی
بدون این دادهها طراحی دقیق ممکن نیست؛ ولی در ادامه فرمولها و ضوابط عمومی را می باشد. (مراجع راهنمای انتخاب و بررسی فنی).
3) محاسبات هیدرولیکی پایه
1. هد کل
H_{total} = H_{static} + H_{friction} + H_{velocity}
• H_{static}: اختلاف ارتفاع بین سطح مکش و نقطه تخلیه (m).
• H_{friction}: افت اصطکاک در لوله، شیرها و زانوها (محاسبه با فرمول دارسی-ویز)؛ تابع طول، قطر، ضریب احتقان و دبی.
• H_{velocity} = \dfrac{v^2}{2g} (درصورت نیاز، معمولاً کوچک و گاهاً نادیده گرفته میشود).
2. توان مکانیکی روی شافت پمپ (shaft power)
P_{shaft} = \rho \, g \, Q \, H_{total}
(SI: \rho = چگالی سیال ≈ 1000 kg/m³ برای آب، g = 9.81 m/s²، Q به m³/s، P بر حسب وات)
3. توان الکتریکی لازم (انتخاب موتور)
P_{motor} = \dfrac{P_{shaft}}{\eta_{pump} \times \eta_{motor}}
با افزودن ضریب اطمینان (مثلاً 1.1 ÷ 1.25) برای راهاندازی و بارهای گذرا.
4. نکته NPSH: برای پمپهای مستغرق، مشکل NPSH معمولاً کمتر است زیرا پمپ زیر سطح قرار دارد، اما برای انواعی که در شرایط مکش نزدیک سطح کار میکنند یا سیال بخارزا است این موضوع را بررسی کن.
(برای محاسبات افت لوله از روابط دارسی-ویز و نمودار هدرمایز بسته به قطر/دبی استفاده میشود.)
4) انتخاب پروانه و هیدرولیک پمپ
• نوع پروانه: بسته (closed) برای آب تمیز با راندمان بالا؛ نیمباز یا باز برای سیالات دارای ذرات جامد.
• اندازه دهانهی عبور جامدات (passage) برای فاضلاب/لجن بسیار مهم است (مثلاً 20–80 mm یا بیشتر بسته به کاربرد).
• منحنی پمپ (Q-H), منحنی راندمان η(Q) و منحنی توان (P-Q) را از سازنده بگیر و نقطه کاری را نزدیک Best Efficiency Point (BEP) قرار بده.
• ضریب ایمنی در بهرهوری و بارهای گذرا را در نظر بگیر تا از کاویتاسیون و لرزش جلوگیری شود. (منابع تولیدکننده و استانداردهای تست مانند ISO 9906 برای پذیرش هیدرولیکی معتبرند).
5) انتخاب الکتروموتور (مستغرق)
• استانداردها: IEC 60034 مجموعه استانداردهای موتورهای چرخان است — کلاسهای عایق، توان، بازده و حفاظت. بهرهوری (IE2/IE3/IE4) را بسته به مقررات محلی انتخاب کن.
• مشخصات کلیدی موتور برای پمپهای مستغرق:
• توان اسمی با ضریب اطمینان متناسب با P_motor حسابشده.
• کلاس حفاظت (IP): معمولاً IP68 برای موتور مستغرق یا ترکیبات حفاظتی مشابه.
• کلاس عایق حرارتی (B/F/H) و حداکثر دمای سیال مجاز.
• راهانداز: مستقیم، ستاره-مثلث، یا استفاده از VFD (اینورتر) در صورت نیاز به کنترل دور — توجه: VFD برای موتورهای مستغرق باید با ملاحظات EMC و حفاظت اضافه شود.
• حفاظت حرارتی: سنسورهای دما در سیمپیچ موتور (PTC/thermistor) یا رله حرارتی در تابلو به همراه حفاظت اتصال بدنه (earth leakage) توصیه میشود.
6) اجزا مکانیکی و مواد
• بدنه و پروانه: برای آب تمیز معمولاً چدن یا استیل؛ برای آب شور یا خورنده از استنلس استیل (316) یا مواد آلیاژی مقاوم استفاده کن. برای فاضلاب و لجن از چدن مقاوم یا فولاد مخصوص با پوشش مناسب استفاده میشود.
• مکانیزم آببندی شفت: معمولاً دو واشر مکانیکی (mechanical seals) سری یا ترکیب بوش و سیل برای مقاومت در برابر نشت. در پمپهای مستغرق معمولاً یک محفظه روغن وجود دارد که فشار آن کنترل میشود.
• یاتاقانها و محور: باید طراحی شوند تا بارهای محوری/جانبی را تحمل کنند؛ برای پمپهایی که ذرات جامد حمل میکنند یاتاقانهای تقویتشده لازم است.
7) کابلکشی و اتصال الکتریکی
• کابل تغذیه: کابل مخصوص ضدآب و با روکش مناسب برای غوطهوری (UV/ozone و مقاومت شیمیایی)، سطح مقطع بر اساس جریان راهاندازی/جریان نامی انتخاب شود.
• نقاط اتصال: اغلب در کف چاه یک جعبه اتصال (junction box) یا کابل گرهخورده به کابل اصلی پمپ وجود دارد که باید آببند و در دسترس سرویسکار باشد.
• حفاظت: فیوز/کلید حرارتی (O/L), رله اتصال بدنه (ELCB/RCD) برای جلوگیری از خطر برقگرفتگی، رلهی جریان استارت برای اشکالزدایی.
• ارت/زمین: ارتینگ قوی و مطابق مقررات ملی برق الزامی است.
8) تابلو کنترل و حفاظتهای لازم
• کنترل ساده: کلید ON/OFF، کنتاکتور و تایمر راهاندازی مجدد.
• کنترل سطح: فلوترهای سطح یا سنسور سطح (float switches, level probe) برای روشن/خاموش خودکار پمپ در چاهک.
• حفاظتهای الکتریکی: Overload relay, phase failure/phase unbalance protection, under/over voltage protection، Earth leakage.
• در موارد نیاز به کنترل دور یا نرمراهاندازی (برای کاهش جریان راهاندازی و شوکهای هیدرولیکی) از VFD استفاده شود — اما توجه کن که نصب VFD باید با حفاظتهای EMC و فیلتراسیون مناسب انجام شود.
9) نکات نصب مکانیکی (چاهک / sump / guide-rail)
• نصب روی ریل راهنما (guide-rail) برای سهولت در بیرونکشیدن پمپ جهت سرویس متداول است.
• وجود کفگیر (chamber/sump) با دهانه ورودی مناسب و شبکه یا صافی (strainer) برای جلوگیری از ورود اشیاء در برخی کاربردها ضروری است.
• نصب شیر یکطرفه (non-return/check valve) در خط خروجی برای جلوگیری از بازگشت آب و ضربه قوچ.
• فاصله آزاد و تهویه محفظه در پمپهایی که نیاز به بازدید دارند، در طراحی چاهک باید رعایت شود.
• پمپ را مستقیماً روی بستر محکم قرار بده یا از سیستم آویز/ریل استفاده کن تا لرزش و انتقال صدا کاهش یابد. (دفترچههای نصب تولیدکنندگان را حتماً رعایت کن).
10) تستها و پذیرش (Factory & Site tests)
• تست هیدرولیکی و پذیرش بر اساس ISO 9906: استاندارد ISO 9906 سطوح پذیرش و تحمل خطاهای Q/H را مشخص میکند (Grades 1–3). برای خرید/تحویل، انجام تست منحنی عملکرد توصیه میشود.
• تستهای الکتریکی: اندازهگیری جریان، عملکرد حفاظتی، تست عایق کابل (Megger)، آزمون عملکرد سنسورهای دما.
• تست نصب سایت (SAT): عملکرد واقعی در محل، بررسی نشت، بررسی دبی و هد واقعی، لرزش و دماهای عملیاتی در ساعات اولیه راهاندازی.
11) نگهداری، سرویس و رفع عیب
• برنامه نگهداری پیشگیرانه: بازدیدهای دورهای (هفتهای/ماهانه/فصلی) برای بررسی کابل، محفظه روغن، مهر و مومها، یاتاقانها و تمیزی صافیها.
• عیوب رایج و علل: کاهش دبی (انسداد صافی/ساییده شدن پروانه)، افزایش جریان و کاهش هد (ساییدگی پروانه یا تغییرات هیدرولیکی)، لرزش (نصب ناصحیح، یاتاقان خراب)، داغ شدن موتور (بار زیاد، مشکل تهویه یا عایق).
• تعویض مهر و ماسفتها: در پمپهای مستغرق محفظه روغن و مهرهای مکانیکی را مطابق دستور سازنده و در دورههای مشخص چک کن.
• نگهداری الکتریکی: تست عایق سالیانه، بررسی اتصالات و رلهها.
12) ایمنی و مسائل محیطزیستی
• حفاظت در برابر برقگرفتگی: استفاده از RCD/ELCB، ارتینگ و جعبههای اتصال آببند.
• جلوگیری از نشت سیالات خطرناک: برای پمپهایی که سیالات آلوده یا خورنده حمل میکنند، محفظه ثانویه/کنترل نشتی و جمعآوری نشت توصیه میشود.
• نویز و ارتعاش: محاسبات انتقال ارتعاش به سازه و استفاده از پایههای ارتعاشگیر در صورت لزوم.
13) مدارک و نقشهها (Deliverables)
برای هر پروژه باید داشته باشی:
• دفترچه مشخصات فنی (Technical data sheet): Q, H, مشخصات الکتروموتور، جنس، درجه حفاظت، منحنی پمپ.
• نقشههای اجرایی: پلان نصب، شمایالکتریکی تابلو، چیدمان لولهکشی، مکان صافیها و شیرها.
• گزارش تستها: گزارش ISO 9906، تستهای الکتریکی و گزارش SAT.
• دستورالعملهای بهرهبرداری و نگهداری (O&M manual).
14) استانداردها و مراجع کلیدی (پیشنهادی)
• ISO 9906 — Hydraulic performance acceptance tests (تستهای عملکرد هیدرولیکی).
• IEC 60034 — Rotating electrical machines (موتورها).
• IEC 60034-30-1 — Efficiency classes (IE2/IE3…).
• دفترچههای نصب تولیدکنندگان (Sulzer, Speroni, Liberty و سایر برندها) برای جزییات نصب و توصیههای ویژه محصول.
15) چکلیست سریع اجرایی (خلاصه عملی)
1. تأیید دادههای ورودی: Q, H، نوع سیال، شرایط برق.
2. انتخاب پمپ با منحنی سازنده، قرارگیری نقطه کاری نزدیک BEP.
3. محاسبه P_shaft و انتخاب موتور با ضریب اطمینان.
4. انتخاب مواد و پروانه مناسب برای جامدات/خورندگی.
5. طراحی چاهک/صافی/شیر یکطرفه و مسیر تخلیه.
6. تعیین کابل، تابلو و حفاظتها (O/L, ELCB, phase failure).
7. تستهای کارخانهای (ISO 9906) و تست سایت بعد از نصب.
8. برنامه نگهداری و مستندسازی.
