مترجم: حبیب الله علیخانی
پمپ ماشینی است که از آن برای جابجائی سیالات تراکم ناپذیر مانند مایعات استفاده می‌شود و پمپاژ عبارت است از افزایش انرژی فشار مایعات جهت انتقال آن از نقطه ای به نقطه دیگر. افزایش فشار مایعات در فرآیند پمپاژ، می‌تواند بدلایل زیر باشد:
غلبه بر اصطکاک موجود در سیستم (شبکه‌های آب رسانی شهری).
غلبه بر مقاومت (فشار) موجود در مقابل جریان مایع (پمپ تغذیه دیگ بخار).
ذخیره سازی مایعات در سطح انرژی پتانسیل (ارتفاع یا فشار) بالاتر (منابع هوائی آب)
انجام کار مکانیکی (سیستم‌های هیدرولیک)
دسته بندی پمپها
پمپها برحسب مکانیسم عملکرد آن به دو دسته تقسیم می‌شوند:
پمپهای با جابجائی مثبت
در پمپهای جابجائی مثبت، مقدار معینی از مایع در لای دو قطعه گیر انداخته شده و سپس با جابجائی قطعه (یا قطعات) متحرک پمپ، مایع مورد پمپاژ تحت فشار خروجی از پمپ به خارج رانده می‌شود. در این پمپها، فاصله ی باز بین قطعات متحرک و پوسته بسیار ناچیز بوده و لذا جابجائی مایع در جهت رو به جلو صورت می‌پذیرد. پمپهای جابجائی مثبت خودبه دودسته تقسم می‌شوند:
بکارگیری پمپهای جابجائی مثبت جنبه عمومی نداشته و فقط در شرایط ویژه ای مورد‌استفاده قرار می‌گیرند. مثلاً وقتی که فشار خروجی بالا مورد نظر بوده ویا اینکه مایع مورد جابجائی دارای ویسکوزیته زیاد باشد، ترجیح داده می‌شود که ازپمپهای دورانی استفاده شود. ازسوی دیگر بعلت حساسیت شدید دبی جریان در پمپهای گریزازمرکزبه ارتفاع کلی موجوددر سیستم، در مواردی که ثبات نسبی دبی در سیستم مورد نظر باشد، بعلت تغییرات اندک دبی جریان در پمپهای جابجائی مثبت و عدم وابستگی نسبی آن به فشار سیستم ، ترجیحاً باید از پمپهای جابجائی مثبت‌استفاده شود.
پمپهای گریز از مرکز
بعلت ویژگی‌های مطلوب پمپهای گریزازمرکز، امروزه بیش از60 %پمپهای مورد‌استفاده در دنیا از نوع گریز از مرکزمی‌باشند. پمپهای گریز ازمرکز جزء ماشین‌های جنبشی بوده، چرا که در اثر حرکت دورانی پروانه، انرژی جنبشی مایع بطورعمده و انرژی پتانسیل (فشار) آن بطور جزئی افزایش یافته، آنگاه بخش اعظمی‌از انرژی جنبشی اعمال شده در یک مجرای گشاد شونده بنام حلزونی به انرژی پتانسیل تبدیل می‌شود. از آنجائی که انرژی داده شده به مایع به سرعت آن بستگی دارد، لذا افزایش انرژی پتانسیل مایع ، با دبی آن تغییر می‌کند. بر همین اساس، عملکرد پمپها با منحنی مشخصه آن که معرف تغییرات دبی در مقابل مقاومت موجوددر سیستم فشار یا ارتفاع می‌باشد، نشان داده می‌شود (شکل 1).
همانطوری که از شکل فوق پیداست، دبی پمپهای گریز ازمرکز در مقابل تغییرات مقاومت موجود در سیستم بشدت تغییر نموده و بر همین اساس می‌توان ظرفیت آن را با تغییر مقاومت در سیستم کنترل کرد. حال آنکه دبی (ظرفیت) پمپهای جابجائی مثبت تقریباً ثابت بوده و هر چند که ظرفیت آن را نمی‌توان با تغییر مقاومت در سیستم تغییرداد، ولی در عوض ویژگی فوق اجازه می‌دهد تا در مواردی که لازم باشد، سیستم پمپاژ با ظرفیت تقریباً ثابت کارکرده و با تغییر شرایط موجود در سیستم، دبی پمپ تغییر چندانی نکند، پمپهای جابجائی مثبت (بویژه پمپهای دیافراگمی) انتخاب مناسبی می‌باشند.
پمپهای گریز از مرکز را می‌توان ازنظر مکانیکی ماشینی ساده و ازنظر هیدرولیکی ماشین پیچیده ای دانست که از قسمتهائی نظیر پروانه که در داخل پوسته یا پیچک می‌چرخد، سیستم آب بندی ، یاطاقانها و شافت تشکیل شده است.
گشتاور داده شده به شافت از طریق تیغه‌های پروانه به مایع مورد پمپاژمنتقل شده و باعث افزایش سرعت مایع می‌گردد. ولی از آنجائی که هدف از بکارگیری پمپها، افزایش فشار مایعات‌است ونه سرعت آن، بنابراین لازم‌است که حتی الامکان، انرژی جنبشی (سرعت) به انرژی پتانسیل (فشار) تبدیل شود. این امر در یک مجرای گشاد شونده بنام حلزونی صورت می‌پذیرد.در شکل 2 تغییرات سرعت مطلق مایع درمسیرجریان ازدرون پوسته پمپ (از دهانه مکش تا دهانه خروجی) نشان داده شده‌است.
مایع مورد پمپاژ با سرعت کم و تحت تأثیر فشار مکش وارد پروانه شده و با چرخش پروانه، شتاب، سرعت وتا حدودی فشار آن افزایش می‌یابد، بنحوی که در قسمت لبه تیغه‌ها سرعت آن به حد اکثر خود رسیده و بعد از خروج از پروانه، وارد پوسته شده و بتدریج سرعت آن کاهش و فشار آن افزایش می‌یابد. هرچند که راندمان پمپهای گریزازمرکز از پمپهای جابجائی مثبت کمترمی‌باشد ولی پائین بودن قیمت اولیه آن عیب فوق را می‌پوشاند. در بعضی از پمپهای جابجائی مثبت (بویژه پمپهای تناوبی) مایع خروجی از پمپ دارای ضربان است، ولی مایع خروجی از پمپهای گریز ازمرکز دارای جریان پیوسته و یکنواخت بوده وفاقد ضربان می‌باشد.
در طی 80 سال گذشته دامنه بهره برداری از پمپهای گریزازمرکز چه از نظر فشار و چه از لحاظ دبی قابل دسترس، گسترش وسیعی پیدا نموده‌است. بزرگترین پمپ گریزازمرکز با دبی 417600 متر مکعب در ساعت با ارتفاع 387 متر و توان مصرفی 410 مگاوات در Bath County آمریکا در حال بهره برداری می‌باشد. در یک ایستگاه فضایی واقع در سیاتل آمریکا از یک پمپ گریز از مرکز با دبی 3400 مترمکعب در ساعت با ارتفاع 56700 متر جهت تأمین سوخت مورد‌استفاده قرار می‌گیرد. این پمپ با سرعت دورانی 37000 دور در دقیقه و توان مصرفی 52 مگاوات در حال بهره برداری‌است. هرچند که دامنه بکارگیری از پمپهای گریز از مرکز در زمینه ظرفیت بسیار وسیع می‌باشد ولی نامحدود نیست.دریک جمع بندی کلی پمپهای گریزازمرکز برای دبی زیاد وارتفاع کم تازیاد وپمپهای جابجائی مثبت برای دبی کم وارتفاع (فشار) زیاد مناسب می‌باشند .
دبی (ظرفیت)
بنا بر تعریف مقدار حجمی‌از مایع که در واحد زمان توسط پمپها جابجا می‌شود را دبی یا ظرفیت پمپ می‌نامند. دبی پمپ که عموماً با Q نشان داده می‌شود، دارای واحدهای مختلفی بوده که عمده ترین آنها عبارت‌است از متر مکعب در ساعت، متر مکعب در ثانیه ، لیتر در ثانیه و گالن دردقیقه (GPM). در جدول 1 تبدیل واحدهای ظرفیت به یکدیگر ارائه شده‌است. جدول1 دسته بندی انواع پمپها و در شکل 3 محدوده بکارگیری آنها نشان داده شده‌است.
ارتفاع
سازندگان پمپهای گریز ازمرکز همواره علاقمندند که منحنی مشخصه پمپها را طوری تهیه و در اختیار خریداران قرار دهند که به خواص فیزیکی مایع مورد پمپاژ (بویژه وزن مخصوص) بستگی نداشته باشد. برای این منظور بجای استفاده از فشار، از اصطلاحی به نام ارتفاع استفاده می‌شود.
در پمپهای گریز ازمرکز، در صورت ثابت بودن قطر و سرعت دورانی پروانه، مقدار انرژی که به واحدوزن مایع داده می‌شود، مقداری ثابت بوده و مستقل از وزن مخصوص آن می‌باشد. به همین خاطر، در بیان عملکرد پمپهای گریز ازمرکز، منحنی مشخصه آن بصورت منحنی H-Q (دبی - ارتفاع) ارائه می‌گردد. فرض می‌شود که ستونی از آب سرد (با وزن مخصوص واحد) ساخته شود. برای اعمال یک بار فشار، ستون فوق باید حدود 2/10 متر ارتفاع داشته باشد. بدیهی‌است که اگر وزن مخصوص مایع از آب بیشتر باشد، ارتفاع فوق کاهش می‌یابد (و برعکس) برای تبدیل فشاربه ارتفاع برای مایعی باوزن مخصوص SG توان از رابطه زیر استفاده کرد.
لازم به ذکر‌است که منحنی مشخصه پمپهای گریز از مرکز (منحنی H-Q) عموماً برای آب تهیه می‌شود. هرچند که منحنی فوق به وزن مخصوص مایع مربوط نمی‌باشد و لی با توجه به تأثیر ویسکوزیته برروی عملکرد دینامیکی پمپهای گریزازمرکز منحنی مشخصه ارائه شده برا ی مایعاتی با ویسکوزیته بیشتر از ویسکوزیته آب صادق نبوده و فقط در نقطه Q=0 (Shut Off Point)که سیستم حالت‌استاتیکی دارد ارتفاع قابل دسترس برای مایعات مختلف یکسان می‌باشد، ولی در سایر مقادیر دبی، بلحاظ عملکرد دینامیکی پمپ ، منحنی مشخصه آن با منحنی مشخصه پمپ در حالت انتقال آب مغایرت داشته ودر این صورت کارآئی پمپ کاهش یافته که بطور مفصل در بخش‌های بعدی مورد اشاره قرار خواهد گرفت.
با توجه به موارد فوق می‌توان نتیجه گرفت:
منحنی مشخصه H-Q هر پمپ گریز از مرکز با قطر و سرعت دورانی ثابت، برای تمامی‌مایعات مستقل از وزن مخصوص آن می‌باشد.
در صورت مغایرت ویسکوزیته مایع مورد پمپاژ با ویسکوزیته آب، منحنی مشخصه پمپ دارای شکل نزولی خواهد بود (در Q≠0، به ازاء دبی ثابت، پمپ برای مایعات با ویسکوزیته بیشتر، ارتفاع کمتری را اعمال می‌کند).
فرض می‌شود که پمپی باید فشاری برابر با 9/6 بار(psi100) را در قسمت دهش اعمال نماید، اگر سیال مورد پمپاژ آب باشد، ارتفاع خروجی پمپ معادل 4/70 متر (261 فوت) بوده، در صورتی که برای ایجاد فشار فوق توسط آب نمک با وزن مخصوص 2/1، ارتفاع ستون به 8/58 متر (193 فوت) کاهش می‌یابد. در عوض همین فشار با ستونی به ارتفاع 96 متر (308 فوت) توسط نفت سفید (با وزن مخصوص 75/0) ایجاد می‌شود. در شکل 4 تأثیر وزن مخصوص مایع برروی ارتفاع جهت دست یابی به فشار معین برای آب، آب نمک و نفت سفید نشان داده شده‌است.
ارتفاع سیستم
ارتفاع کلی هر سیستم شامل اجزاء زیر می‌باشد:
ارتفاع‌استاتیکی
ارتفاع ناشی از اختلاف فشار بین منبع مکش و دهش
ارتفاع اصطکاکی
از دست رفت ارتفاع ناشی از ورود و خروج مایع به درون لوله
ارتفاع سرعتی
ارتفاع‌استاتیکی
ارتفاع‌استاتیکی، همان اختلاف ارتفاع سطح مایع دردومنبع مکش ودهش سیستم پمپاژ می‌باشد (شکل 5).
ارتفاع‌استاتیکی خود از دو بخش تشکیل می‌گردد، ارتفاع‌استاتیکی دهش و ارتفاع‌استاتیکی مکش. در چنین حالتی، دهانه مکش پمپ بعنوان خط مرجع در نظر گرفته می‌شود.
اگرسطح مایع در منبع مکش پائین تر از پمپ قرار داشته باشد، اصطلاحاً Lift نامیده و اگر بالاتر از پمپ قرار گرفته باشد، اصطلاحاً آن را Head می‌نامند. ارتفاع‌استاتیکی برابر‌است با:
که در آن:
ارتفاع‌استاتیکی کل
ارتفاع‌استاتیکی دهش
ارتفاع‌استاتیکی مکش
در حالت Lift علامت بین دو بخش مثبت و در حالت Head منفی در نظر گرفته می‌شود.
گاهی اوقات سیستم انتقال مایع بصورت شکل 6 می‌باشد. در مورد نحوه تأثیر گذاری 
برروی ارتفاع‌استاتیکی سیستم دو نظریه مختلف وجود دارد. برخی اعتقاد دارند که برای انتقال مایع به منبع، ارتفاع
نیز باید منظور گردد ولی از آنجائی که ارتفاع فوق در اثر پدیده سیفون (Siphon) قابل بازیابی می‌باشد ارتفاع فوق نباید در برخی بر این با ورند که ارتفاع فوق نباید در محاسبه‌استاتیکی کل منظور گردد.
اما به نظر می‌رسد که تصمیم گیری نهائی در این زمینه به شرایط سیستم انتقال مایع بستگی خواهد داشت. اگر ارتفاع‌استاتیکی سیستم و تأثیر آن برروی عملکرد پمپ حالت نعیین کننده ای داشته باشد، با توجه به اینکه به هرحال در زمان راه اندازی، پمپ باید قادر باشد که مایع را به منبع برساند،
باید در محاسبه ارتفاع‌استاتیکی منظور شود. هرچند که این امر باعث می‌شود تا بعد از راه اندازی پمپ، ارتفاع‌استاتیکی واقعی سیستم در اثر بازیابی انرژی در اثر پدیده سیفون کاهش یافته و همین امر موجب افزایش دبی در سیستم انتقال مایع می‌گردد.
در سایر موارد که پمپ قابلیت لازم را در زمان راه اندازی جهت تأمین ارتفاع
دارا می‌باشد، بهتر‌است که مقدار آن را در محاسبه ارتفاع‌استاتیکی منظور نکرده و بدیهی‌است که دبی پمپ در هنگام شروع بهره برداری از پمپ از مقدار مورد انتظار کمتر بوده ولی در مدت کوتاهی بلحاظ بازیابی انرژی داده شده به مایع، به حالت عادی بر می‌گردد.
ارتفاع ناشی از اختلاف فشار بین منبع مکش و دهش
اگر فشار در منبع مکش پمپ 
و در منبع دهش پمپ 
باشد، ارتفاع ناشی از اختلاف فشار در دو منبع مکش ودهش (
) بر اساس رابطه زیر برابر‌است با:
از آنجائی که ارتفاع‌استاتیکی و ارتفاع ناشی از اختلاف فشار بین دو منبع مکش و دهش هردو مستقل از دبی جریان می‌باشند، لذا می‌توان جمع آن دو را ارتفاع استاتیکی کل منظور کرد. در این صورت ارتفاع استاتیکی کل برابر‌است با:
ارتفاع اصطکاکی
ارتفاع اصطکاکی، مقدار انرژی لازم برای غلبه بر اصطکاک موجود در لوله و اتصالات (شیر، زانوئی، سه راهی و...) می‌باشد که با علامت 
نشان داده می‌شود. مقدار
به عوامل متعددی نظیر دبی، قطر لوله، جنس لوله، طول لوله، تعداد اتصالات، نوع اتصالات،ویسکوزیته مایع، وزن مخصوص مایع و... بستگی دارد. رابطه
با دبی سیستم بصورت زیرمی‌باشد:
که در آن K مقداری ثابت بوده و به عوامل ذکر شده در بالا (بجزدبی) بستگی دارد. n تابعی ازرژیم جریان مایع در سیستم بوده که بصورت زیر تعریف می‌شود:
جریان آشفته 2-85/1=n جریان آرام 1=n
از دست رفت ناشی از ورود و خروج مایع
بجز در موارد خاص، اغلب پمپها، مایع مورد پمپاژ را از یک منبع ذخیره دریافت می‌کنند. در محل ورود مایع بدرون لوله مکش، همواره مقداری از دست رفت انرژی وجود داشته که آن را از دست رفت ناشی از ورود مایع به لوله می‌نامند و مقدار آن به طراحی دهانه ورود مایع بدرون لوله بستگی داشته و با اصلاح آن (نظیر شکل زنگوله ای) می‌توان آن را کاهش داد.
به همین ترتیب در قسمت خروجی مایع از لوله دهش، مقداری از انرژی مایع به هدر رفته که آن را از دست رفت خروجی می‌نامند. در قسمت خروجی، مایع دارای سرعتی مانندV بوده وارتفاع معادل با آن (
) به هدر خواهد رفت. در بعضی از مراجع ترجیح می‌دهند که از دست رفت‌های ورودی وخروجی را جزء از دست رفت ناشی ازاصطکاک منظورنمایند. البته بهتر‌است که جهت تعیین نقش آنها در از دست رفت انرژی در سیستم هریک را بطور جداگانه محاسبه و در ارتفاع کل سیستم منظور نمود. در بعضی از طرحها سعی می‌شود که با‌استفاده از تبدیل مخروطی طولانی، سرعت را بمقدار زیادی کاهش داده و از این طریق بخش اعظمی‌از انرژی را قبل از به هدر رفتن باز یابی کرد.
ارتفاع سرعتی
ارتفاع سرعتی، بیانگر انرژی جنبشی مایع مورد پمپاژ بوده که برحسب ژول بر کیلوگرم (یا متر) بیان می‌شود. اگر مایعی با سرعت V به سمت بالا پرتاب شود، تا ارتفاعی مانند 
بالا خواهد رفت، رابطه
با V بصورت زیر می‌باشد:
ارتفاع مایع در هر نقطه از لوله برابر‌است با ارتفاع سرعتی به علاوه ارتفاع فشاری. لازم به ذکر‌است که فشارسنجها فقط فشار اضافی مایع را نشان داده، در صورتی که انرژی واقعی مایع جمع انرژی‌های پتانسیل (فشار) و جنبشی (سرعت) آن می‌باشد.در پمپهای با ارتفاع زیاد، ارتفاع سرعتی ناچیز بوده ولی در پمپهای با ارتفاع کم نمی‌توان از ارتفاع سرعتی صرف نظر کرد.
منحنی مشخصه سیستم
منحنی مشخصه سیستم، تغییرات ارتفاع کلی سیستم را بر حسب دبی جریان مایع نشان می‌دهد. ارتفاع کلی در سیستم برابر‌است با جمع جبری ارتفاع‌استاتیکی کل و ارتفاع دینامیکی:
اگر ارتفاع‌استاتیکی در طی بهره برداری در اثر تغییرات سطح مایع یا فشار در قسمت‌های مکش ودهش پمپ تغییر کند، مقدار H_st را باید در دو دامنه حداقل و حداکثر آن در نظر گرفته و منحنی مشخصه سیستم را برای دو مقدار فوق رسم نمود تا دامنه دبی سیستم در دو حالت فوق مشخص گردد. منحنی مشخصه سیستم بر حسب H_st می‌تواند به شکل‌های زیر باشد (شکل 7).
محل تلاقی منحنی مشخصه سیستم با منحنی مشخصه پمپ را نقطه کار می‌نامند (شکل 8). اکثر مشکلات سیستم‌های پمپاژ به قسمت مکش پمپ مربوط می‌باشد، به همین خاطر در انتخاب و نصب پمپ باید دقت شود تا شرایط قسمت مکش پمپ بنحوی باشد که هیچگاه فشارمایع در این قسمت از فشار بخار آن در دمای انتقال کمتر نشود، چرا که در غیر این صورت پمپ دچار پدیده کاویتاسیون خواهد شد که بطورکامل دربخش هشتم موردبررسی وتجزیه و تحلیل قرار خواهد گرفت.
