ایستگاه پمپاژ در آبیاری تحت فشار

در کشاورزی منابع آب مختلفی اعم از قنات، رودخانه و یا چاه مورد استفاده قرار می گیرند اما این منابع معمولا فاقد انرژی پتانسیل لازم برای تامین فشار مورد نیاز سیستم هستند. در بعضی حالات این انرژی ممکن است از طریق نیروی ثقل یعنی اختلاف ارتفاع تأمین گردد ولی در اکثر موارد این انرژی از طریق پمپ که خود انرژی لازم را از برق یا موتورهای دیزلی می گیرد، تأمین می شود. طراحی ایستگاه پمپاژ و انتخاب پمپ در آبیاری تحت فشار به عوامل مختلفی وابسته است. ارتفاع مزرعه نسبت به پمپ، عمق برداشت آب از منبع، دبی پمپاژ، نوع سیستم، اتصالات موجود و فشار مورد نیاز سیستم از جمله عواملی است که در طراحی ایستگاه پمپاژ اهمیت دارد.

اجزا ایستگاه پمپاژ

اجزای اصلی ایستگاه پمپاژ شامل موارد زیر می باشد:

دهانه آبگیر(Intake Structure):

به طور معمول، دهانه آبگیر، یکی از اجزای ساختمان ایستگاه است که در ایستگاه های پمپاژ رودخانه ای به صورت ساختمان جداگانه متناسب با توپوگرافی ساحل رودخانه پیشبینی می شود. برای جلوگیری از ورود آشغال به پمپ ها، در دهانه آبگیر، آشغالگیر پیشبینی می گردد.

حوضچه مکش(Sump):

حوضچه مکش یکی از مهم ترین قسمت های ساختمان ایستگاه پمپاژ است که اگر طراحی و ابعاد آن مناسب نباشد، ممکن است شرایط جریان ورودی در بهره برداری از پمپ ها، اثر نامطلوبی را به دنبال داشته باشد. در جانمایی اجزای حوضچه مکش، گزینه های مختلفی می تواند مد نظر قرار گیرد، که بهترین نتیجه را هنگامی می توان به دست آورد که دهانه ورودی حوضچه مکش به قدری بزرگ باشد که جریان، بدون هیچ مانعی به طرف پمپ ها جریان یافته و عمود بر جهت جریان ورودی قرار گیرد. اگر دهانه حوضچه های مکش زاویه دار یا موازی جهت جریان ورودی قرار گیرد، غیر یکنواخت شدن سرعت در دهانه ورودی و در نتیجه افت زیاد ظاهر می شود. وضعیت قرار گرفتن لوله های مکش پمپ ها، باید طوری باشد که هر پمپ به طور مستقل عمل کرده و آب ورودی به هر پمپ، قبل از رسیدن به لوله مکش آن از مقابل لوله مکش پمپ دیگر عبور نکند.

در طراحی ایستگاه پمپاژ محاسبه ابعاد حوضچه مکش، ظرفیت حوضچه، طراحی حوضچه پمپاژ زهکشی و پیشبینی تیرک آب بند و آشغال گیر حائز اهمیت است.

پمپ:

مهم ترین بخش یک سیستم پمپاژ، طراحی و انتخاب پمپ مورد نیاز است که عوامل و اطلاعات گوناگونی برای انتخاب آن اهمیت دارد. پمپ هایی جهت آبیاری تحت فشار به کار گرفته می شود که استاندارد باشد. اصطلاح پمپ استاندارد به پمپی اتاق می گردد که مطابق یک استاندارد مشخص ساخته شده باشد. استاندارد شدن پمپ بدین منظور می باشد که پمپ های سازندگان مختلف را که دارای ابعاد و اندازه های یکسان هستند بتوان به جای یکدیگر به کاربرد و لوازم یدکی کمتری برای یک مجموعه پمپ در انبار نگه داشت و صرفه جویی در وقت و قیمت ناشی از استاندارد بودن طرح لوله کشی های مکش و رانش پمپ و کاهش لوازم مربوط به دست آورد.

اطلاعات مورد نیاز جهت تهیه پمپ

-طبیعت کار و یا کاربرد پمپ

-تعداد پمپ مورد نیاز دائمی و یا منقطع بودن کار آن

-نوع پمپ مورد نیاز و یا نوع پمپ مرجع

-ارتفاع مکش مثبت خالص یا NPSH و خاصیت هواگیری خود بخود در صورت نیاز

– طبیعت سیال مورد جابه جایی

-آرایش و استقرار پمپ شامل ثابت، قابل حمل، افقی و یا عمودی

-شرایط محل نصب، فضای موجود، داخلی یا خارجی، ارتفاع محل از سطح دریا (اگر از ۱۵۰ متر بیشتر باشد)، درجه حرارت

-ضوابط پی که باید توسط سازنده تعیین گردد.

انواع پمپ

پمپ ها دارای انواع مختلفی می باشند و با معیارهای مختلفی طبقه بندی می شوند ولی رایج ترین طبقه بندی پمپ ها برمبنای نحوه انتقال انرژی به سیال می باشد. بر این اساس پمپ ها به دو دسته پمپ های جابه جایی و دینامیکی تفکیک می گردند. پمپ های جابه جایی آن گروه از پمپ ها می باشند که در آنها سیال به طور فیزیکی توسط قسمت متحرک پمپ جابه جا می شود ولی پمپ های دینامیکی، پمپ هایی هستند که با اعمال انرژی به سیال باعث حرکت آن می شوند. در بین این دو دسته از پمپ ها، پمپ های جا به جایی به دلیل آنکه یا دبی یکنواخت ندارند یا آنکه دارای دبی کمی می باشند، کاربرد چندانی در آبیاری تحت فشار ندارند. ولی پمپ های دینامیکی به دلیل دامنه وسیع بده و فشاری که تولید می کنند در آبیاری تحت فشار کاربرد وسیعی پیدا کرده اند.

پمپ های دینامیکی خود به انواع گوناگونی تفکیک می شوند ولی رایج ترین نوع آن ها که در آبیاری تحت فشار نیز کاربرد دارد پمپ های گریز از مرکز می باشد در این گروه از پمپ ها سرعت سیال در اثر نیروی گریز از مرکز ایجاد شده توسط پروانه افزایش پیدا کرده و در اثر برخورد با پوسته پمپ تبدیل به فشار می شود.

به طورکلی از نظر مشخصات، نوع ساختمان پروانه، چگونگی و جهت هدایت جریان، این پمپ ها به سه دسته زیر تقسیم می شوند:

پمپ های با جریان شعاعی

در پمپ های گریز از مرکز شعاعی سیال از طرف محور پمپ وارد شده و در جهت شعاع پروانه ها خارج می شود. پوسته این پمپ ها از لحاظ شکل ظاهری شبیه حلزون می باشد و اغلب یک طبقه می باشند. این پمپ ها قادر به ایجاد فشار ۵ تا ۹۵ متر و دبی تا ۱۸۰۰ مترمکعب در ساعت می باشند. این پمپ ها  به دلیل ایجاد محدوده مناسبی از فشار و دبی و داشتن راندمان مناسب کاربرد فراوانی در آبیاری تحت فشار پیدا کرده اند.

پمپ های با جریان محوری

در این پمپ  ها  سیال در جهت محور پمپ وارد شده و درجهت محور نیز خارج می شود. این پمپ ها که به پمپ های ملخی نیز معروف می باشند به دلیل ایجاد دبی زیاد و فشار کم در آبیاری تحت فشار کاربرد ندارند.

پمپ های با جریان مختلط

دراین نوع پمپ ها  سیال در جهت محور پمپ وارد پروانه شده و در جهت مایل نسبت به محور پمپ از پروانه خارج می گردد. پمپ های جریان مختلط که به پمپ های توربینی نیز معروف هستند دارای فشار و دبی متوسط می باشند ولی به دلیل قابلیت استفاده از آنها به صورت سری یا چند طبقه  قادر به ایجاد فشار هایی تا ۲۰۰ متر نیز می باشند. پمپ های توربینی چند طبقه که به صورت افقی یا عمودی نصب می شوند در آبیاری تحت فشار، کاربرد فراوانی دارند.

در آبیاری تحت فشار معمولا پمپ هایی که بیشترین استفاده را دارند شامل پمپ های سانتریفیوژ ساده، پمپ های WKL فشار قوی یک یا چند طبقه، پمپ های شناور و بوستر پمپ می باشند.

انتخاب پمپ

منحنی مشخصه سیستم

منحنی مشخصه سیستم نشان دهنده تغییرات فشار مورد نیاز به ازاء مقادیر مختلف بده سیستم می باشد. ارتفاع کل مورد نیاز سیستم که باید از طریق ایستگاه پمپاژ تأمین شود متشکل از یک بخش فشار استاتیک و یک بخش فشار دینامیکی می باشد. فشار استاتیکی آن قسمت از فشار مورد نیاز سیستم می باشد که مستقل از تغییرات دبی بوده و به طور عمده شامل اختلاف ارتفاع بین ورودی سیستم و نقطه خروجی سیستم  می باشد ولی فشار دینامیکی آن قسمت از فشار مورد نیاز سیستم می باشد که واﺑﺴﺘﻪ ﺑﻪ ﻣﻘﺪار دبی ﺳﻴﺴﺘﻢ است و به ﻃﻮر ﻋﻤﺪه ﺷﺎﻣﻞ اﻓﺖ اﺻﻄﻜﺎﻛﻲ و ﻓﺸﺎر ﻛﺎرﻛﺮد ﺳﻴﺴﺘﻢ می ﺑﺎﺷﺪ. به این ترتیب منحنی مشخصه سیستم به شکل زیر ترسیم می شود:

پیش از انتخاب پمپ باید اطلاعاتی که توسط شرکت های سازنده پمپ ارائه می شود مورد بررسی قرار گیرد. این اطلاعات شامل دور پمپ، دبی پمپ شامل دبی بهینه، دبی طراحی، دبی حداکثر و حداقل، ارتفاع فشار تولیدی پمپ، بازده و توان پمپ، جنس بدنه و پروانه و همچنین مشخصات پمپ می باشد. برای انتخاب پمپ باید توجه داشت که نقطه کار پمپ که نقطه تلاقی منحنی مشخصه سیستم و منحنی مشخصه دبی- فشار پمپ می باشد، با دبی و فشارطراحی انطباق داشته باشد.