بهینه سازی پروانه پمپ آتش نشانی برای کاهش کاویتاسیون و بهبود عملکرد هیدرولیکی

پمپ های گریز از مرکز، رایج ترین نوع پمپ در سیستم های ثابت آبرسانی اطفاء حریق می باشند. عملکرد قابل اطمینان این پمپ ها در شرایط اضطراری، مستقیما به بازده هیدرولیکی و مقاومت آن ها در برابر پدیده های مخرب وابسته است. کاویتاسیون به عنوان یکی از مهم ترین چالش های عملیاتی، منجر به کاهش راندمان، ایجاد خوردگی و در نهایت خرابی زودرس پمپ می گردد. طراحی هندسی پروانه، به ویژه پارامترهای زاویه خروج پره و عرض خروجی، تاثیر تعیین کننده ای بر منحنی های عملکرد و آستانه شروع کاویتاسیون دارد. این پژوهش به بررسی نظام مند تاثیر تغییرات این دو پارامتر کلیدی بر عملکرد یک پمپ آتش نشانی تک مرحله ای می پردازد. روش تحقیق مبتنی بر یک رویکرد ترکیبی شبیه سازی دینامیک سیالات محاسباتی و آزمایش تجربی است. سه هندسه پروانه با زوایای خروج پره ۲۵، ۳۰ و ۳۵ درجه و دو عرض خروجی متفاوت طراحی و به کمک نرم افزار ANSYS Fluent شبیه سازی شدند. مدل سازی توربولانسی با استفاده از مدل k-ω SST و برای شبیه سازی کاویتاسیون از مدل Schnerr-Sauer استفاده گردید. جهت اعتبارسنجی نتایج عددی، پروانه بهینه شده ساخته و بر روی یک سامانه آزمون حلقه بسته مطابق با استاندارد ISO ۹۹۰۶:۲۰۱۲ مورد آزمایش قرار گرفت. یافته ها حاکی از آن است که افزایش زاویه خروج پره از ۲۵ به ۳۵ درجه، سبب افزایش ۱۸.۲ درصدی هد در نقطه طراحی می شود، اما همزمان هد مثبت خالص مکش مورد نیاز (NPSHr) را تا ۲۳.۷ درصد افزایش داده و حساسیت پمپ به کاویتاسیون را به میزان قابل توجهی بالا می برد. از سوی دیگر، افزایش عرض خروجی، دبی اسمی پمپ را جابجا کرده و شیب منحنی عملکرد را ملایم تر می نماید. در نهایت، هندسه با زاویه ۳۰ درجه و عرض میانی، به عنوان نقطه بهینه شناسایی شد که توازن مطلوبی بین هد، راندمان حداکثر ۸۲.۱ درصد (در آزمایش) و NPSHr پایین ارائه می دهد. نتایج این مطالعه چارچوبی مهندسی برای طراحی خاص نگار پروانه های پمپ آتش نشانی با درنظرگیری توام الزامات هیدرولیکی و محدودیت های سیستم مکش فراهم می سازد.

کلیدواژه ها:

پمپ آتش نشانی ، پروانه گریز از مرکز ، کاویتاسیون ، بهینه سازی هندسی ، راندمان هیدرولیکی