تاریخچه: پمپ لوله پیتوت (روتو جت) اولین بار در ایالات متحده امریکا مطرح شد. تاریخ ثبت اختراع به قرن هجدهم باز می¬گردد. لوله پیتوت، که به واسطه نام مخترع فرانسوی آن (هنری پیتوت) در قرن هجدهم به همین نام شناخته می¬شود، معمولا برای اندازه¬گیری سرعت فشاری سیالات استفاده می¬گردد. اولین پمپی که با استفاده از اصول لوله پیتوت طراحی گردید شامل یک open-ring و rotor-type بود که از نظر عملکردی دارای محدودیت¬های فراوانی بود.، در سال 1920، اولین پمپ لوله پیتوت با closed rotor طراحی گردید.

در سال 1940، این طراحی جهت استفاده در صنعت موشکی و هواپیمایی توسط متخصصان کشورهای آلمان و انگلیس مورد بررسی قرار گرفت. ولی توسعه و بهبود این نوع پمپ به دلیل اینکه این نوع پمپ¬ها تنها دبی¬های پایین در حدود 5 گالن در دقیقه (حدود 1 متر مکعب بر ساعت) را می¬توانستند تامین کنند بسیار کُند گردید. در سال 1960، ایالات متحده امریکا تحقیقاتی را شروع کرد که در نهایت منجر به استفاده از یک روتور بسته و یک پوشش گردید که یک پروانه شعاعی بسته را تشکیل می¬دادند که این طراحی، پایه¬ایی برای طراحی مدل روتور جت جهت پمپ لوله پیتوت را تشکیل داد.

2. نحوه عملکرد
بهترین توصیف برای پمپ لوله پیتوت، یک پمپ گریز از مرکز تک مرحله می¬باشد. قطعات کلیدی پمپ لوله پیتوت، محفظه چرخان محصور و لوله پیتوت ثابت می¬باشند. سیال از میان کانال محصور که به قسمت روتور متصل است و بعنوان پروانه پمپ می¬توان از آن نام برد، وارد محفظه چرخان می¬گردد و در طی این فرآیند سرعت سیال افزایش می¬یابد. سیال پس از خروج از پروانه پمپ به دلیل حرکت دورانی محفظه، شروع به چرخش می¬کند. لوله پیتوت ثابت از مرکز تا قطر داخلی محفظه چرخان امتداد یافته است. بدیهی است که ماکزیمم سرعت سیال در نزدیکی¬های قطر داخلی پمپ رخ خواهد داد و در این محل دقیقا ورودی لوله پیتوت قرا گرفته است. مسیر دهانه ورودی لوله پیتوت تا قسمت دهش پمپ به صورت یک دیفیوزر طراحی شده است که این دیفیوزر هد سرعتی و نیروی گریز از مرکز را با هم ترکیب کرده و به هد کلی (تبدیل هد سرعتی به هد فشاری) پمپ تبدیل می¬کند. هد تولید شده در این حالت در حدود 1 الی 6 برابر هد تولید شده در یک پمپ گریز از مرکز مرسوم در سرعت دورانی مشابه است.
طراحی ساده پمپ لوله پیتوت مجموعه¬ای منحصر به فرد از مزایای عملکردی است و این مزایا باعث شده که از این نوع پمپ به عنوان انتخابی مطمئن در کارکردهای فشار بالا مدنظر قرار گیرد.

3. سادگی در طراحی
نوع طراحی لوله پیتوت باعث می¬شود که بتوانیم فشارهای بالا را تنها در یک مرحله و بدون نیاز به سرعت¬های بالای موتور (محرک)، clearance های پایین و یا سیستم¬های کنترلی پیچیده که در دیگر انواع پمپ ها مورد نیاز است، تولید کنیم. آببند مکانیکی در سمت مکش پمپ نصب می¬گردد. این امر باعث کاهش احتمال نشتی آب بند گردیده و آببند مکانیکی در محلی نصب می¬گردد که فشار پایین دارد و منجر به افزایش عمر آببند می¬شود.

4. مشخصات کارکردی
پمپ لوله پیتوت می¬تواند در هر محدوده دبی بر اساس منحنی دبی-هد بدون هیچگونه مشکلی کار کند. از این مزیت می¬توان در زمانی¬هایی که دبی¬های متفاوت مورد نیاز است، بهره گرفت. پمپ می¬تواند از نقطه shut-off تا نقطه ماکزیمم دبی، بدون هیچگونه مشکلی کار کند. هر دو نیروی شعاعی و محوری تولید شده توسط پمپ از میزان دبی مستقل هستند. این ویژگی باعث می شود که پمپ بدون اینکه به بیرینگها و شفت آسیبی برسد در هر نقطه¬ایی از منحنی عملکرد کار کند. هد تولیدی پمپ تابعی از سرعت می¬باشد. جهت افزایش هد، سرعت پمپ را می توان با افزایش دور موتور به سادگی افزایش داد، لذا می¬توان از موتورهای دور متغیر در پمپ¬های لوله پیتوت استفاده کرد.

5. انعطاف پذیری در عملکرد
عملکرد پمپ هم از نظر دبی و هم از نظر هد را می توان به سهولت تغییر داد. ظرفیت دبی پمپ توسط سایز ورودی لوله پیتوت تعیین می-گردد. میزان هد تولیدی تابعی از سرعت موتور است. هر دو خصوصیت دبی و هد یک مدل پمپ را می¬توان با تغییر هر بخش به صورت جداگانه مشخص کرد: قطر لوله پیتوت و سرعت موتور.

6. طول عمر
پمپ لوله پیتوتی می¬تواند شوک¬های نامطلوب ناشی از وضعیت¬های بحرانی را به خوبی تحمل کند و اگر پمپ Rotor-Jet به دلیل عدم وجود سیال در قسمت مکش به صورت خشک کار کند، دچار مشکل نخواهد شد. از آنجایی که آببند مکانیکی در قسمت شفت درایو نصب نشده است، لذا نشت¬های مضر و افزایش حرارت ناشی از آببند مکانیکی به محفظه بیرینگ¬ها منتقل نخواهد شد. در این نوع پمپ نیازی به استفاده از رینگ¬های سایشی و یا بکارگیری تلورانس¬های پایین که منجر به افزایش حرارت و نهایتا خرابی¬های احتمالی آتی خواهد شد، نمی باشد.

7. تعمیر و نگهداری آسان
طراحی ساده پمپ Roto-Jet امکان تعمیر و نگهداری را آسان کرده است.
به دلیل وجود قطعات متحرک محدود و پایین بودن فشار طراحی آببند مکانیکی، تعمیر و نگهداری دوره¬ایی با کمترین مشکل و دشواری انجام خواهد گرفت. تعمیرات اساسی¬تر نیز با جایگزینی سریع بخش دوار کامل قابل انجام است.

8. کاربردها
در سال¬های اولیه که پمپ Roto-Jet برای اولین بار وارد بازار شد، برخی صنایع به یک پمپ با ضریب اطمینان بالا، دبی پایین و فشار بالا نیازمند بودند. انعطاف پذیری در عملکرد و دیگر مزایای طراحی پمپ¬های Roto-Jet منجر گردید که این نوع پمپ¬ها جایگاه خود را به سرعت در بازارهای هدف مانند سیستم¬های تمیز کننده مرکزی برای صنایع غذایی و دوش پر فشار برای صنعت کاغذ پیدا کند.
به دلیل کارکرد مطلوب پمپ Roto-Jet در صنایع و همچنین بهبود طراحی، طیف وسیعی از کاربردهای فنی را در بازار به وجود آورد. امروز پمپ Roto-Jet انتخابی ایده¬آل جهت پاسخگویی به خواسته¬های هر دو صنایع غذایی و کاغذی است. با این حال، پمپ Roto-Jet در حال حاضر می¬تواند در طیف گسترده¬تری از صنایع بکار گرفته شود. همچنین از این نوع پمپ می توان در توربین¬های گاز نیروگاه¬های برق به عنوان پمپ فشار قوی پاشش آب به منظور کنترل NOx موجود در اگزاست¬های توربین گاز بهره گرفت.

8.1. صنایع غذایی
توانایی پمپ Roto-Jet در تغییر میزان دبی مطابق با منحنی عملکرد، مناسب بودن آن برای تامین فشار آب بالا برای سیستم های تمیزکاری مرکزی صنایع غذایی را نشان می¬دهد. افشانه¬ها در تمامی مراحل فرآیندهای غذایی وجود دارند و جهت ایجاد محیط پاکیزه بکار گرفته می¬شوند. این تقاضا به طور مداوم در حال تغییر است و به همین دلیل به پمپی نیاز داریم که بتواند در یک محدوده دبی گسترده عمل کند. پمپ Roto-Jet این نیاز را برآورده کرده می¬کند و همچنین در زمان¬هایی که تقاضا وجود نداشته باشند می¬تواند با حداقل جریان کار کند. این سیستم¬های تمیزکاری در سراسر صنعت فرآوری مواد غذایی شامل بسته¬بندی گوشت، کارخانه¬های لبنی، کنسرو میوه و سبزی، تولید غذای آماده و نوشیدنی¬ها بکار برده می¬شوند.

8.2. صنایع کاغذسازی و دارای پالپ
در صنعت کاغذ، دوش آب فشار بالا برای تمیز کردن صفحات و نمدهای دستگاه کاغذسازی استفاده می¬شود. تمیر نگهداشتن این صفحات و نمدی¬ها یک عنصر مهم در تهیه یک کاغذ خوب است. بدون شستشوی کامل در هر مرحله، بقایای خمیر روی صفحات دستگاه کاغذ سازی بر کیفیت کاغذ تولید شده موثر است. سرعت جریان و فشارهای دوش دستگاه کاغذسازی نسبت به نوع کاغذ تولید شده و سرعت ماشین متغیر است. پمپ¬های Roto-Jet در این نوع دوش عملکرد فوق العاده¬ایی دارند، زیرا این توانایی را دارند که براساس تغییرات فرآیند خود را تطبیق دهند.

8.3. صنایع پتروشیمی و پالایشگاه
Roto-Jet ابتدا بعنوان پمپ¬های لوله پیتوت و طبق استاندارد API610 (استاندارد پمپهای گریز از مرکز برای سرویس های عمومی پالایشگاه) طراحی شدند. (پس از سال 1970)
از آن زمان، به دلیل توانایی این پمپ¬ها در تولید هدهای بالا تنها در یک مرحله و دورهای پایین، در صنایع پتروشیمی و پالایشگاهی به صورت گسترده¬ایی استفاده می¬شوند. در فرآیندهایی با فشار بالا و سیالاتی از نوع هیدروکربن¬های سبک، فشار پایین طراحی جهت آببند مکانیکی یک مزیت است، این در حالی است که ظرفیت بالای این نوع پمپ در تحمل نیروی محوری این امکان را به پمپ می¬دهد که سیالاتی با وزن مخصوص پایین را با سهولت پمپاژ کند.
در کاربردهایی مانند تزریق فشار بالا، فشار سیستم براساس تغییراتی که در حین فرآیند ایجاد می¬شود، تغییر می¬کند، این در حالی است که معمولا به دبی ثابت نیاز می¬باشد. اگر پمپ Roto-Jet به همراه یک موتور دور متغیر استفاده گردد این قابلیت را دارد که خود را مطابق با نیازمندی¬های سیستم هماهنگ کند.
همانگونه که می¬دانیم از پمپ¬های OH6 در صنعت نفت جهت پمپاژ سیالاتی با دبی پایین و هد بالا استفاده می¬شود و به همین دلیل این نوع پمپ¬ها دارای دورهای بسیار بالا بوده و از نظر هزینه¬های تامین، تعمیر و نگهداری بسیار گران قیمت می باشند. لذا می¬توان پمپ¬های لوله پیتوتی را به عنوان گزینه¬ایی مناسب جهت اینگونه مصارف نام برد.

8.4. نیروگاه¬های برق
نیاز به ضریبی از قابلیت اطمینان بی قید و شرط، باعث شده است که صنعت تولید برق جهت تامین فشارهای بالا به پمپ های Roto-Jet توجه بیشتری نماید. پمپ¬های Roto-Jet معمولا جهت تغذیه بویلر و یا بعنوان پمپ¬های سوپرهیت برای صنایع دارای سیستم¬های بخار قابیلت استفاده دارند. توربین¬های گازی برای تولید نیروی برق به پمپ¬های فشار بالا جهت تزریق سوخت و کنترل نشر NOx نیاز دارند. دمای احتراق بوسیله تزریق آب فشار بالا به همراه سوخت کاهش می¬یابد که این امر باعث کاهش انتشار و تولید NOx می¬گردد.
علاوه بر کاربردهایی که در بالا ذکر شده است، پمپ¬های Roto-Jet را می¬توان در ماشینکاری ماشین آلات، فرآوری معدن و فلزات، شستشوی وسایل نقلیه و سیستم¬های اسمز معکوس استفاده کرد.

9. آینده و بهبود عملکرد
با تغییر شرایط صنایع، پمپ لوله پیتوت نیز تغییر کرده است. نیاز به کارکردن پمپ¬ها با سرعت های بالا برای برآورده کردن نیازهای فشار بالا، منجر به طراحی بیرینگ¬های جدید شده است. بر این اساس می¬توان از یک پمپ لوله پیتوت به همراه یک Tilting Pad و بیرینگ¬های شعاعی بجای استفاده از یک رول بیرینگ بهره گرفت. مواد مدرن مانند سرامیک برای بهبود مقاومت در برابر سایش اجزای اصلی پمپ مورد آزمایش قرار گرفته¬اند. لذا از این مواد می¬توان در ساخت قطعات پمپ لوله پیتوت بهره¬برداری کرد. پیشرفت در تکنولوژی آببند مکانیکی باعث بهبود عملکرد پمپ پیتوت می¬شود. آببندهای مکانیکی گازی یکی از پیشرفته¬ترین نوع آببندهای مکانیکی می¬باشند که هم اکنون در شرکت سیستم¬های آببندی پارس در حال طراحی و تولید است.

مراجع:

[1] Keiichi Komaki1, Toshiaki Kanemoto2, Kenji Sagara1, “Performances and Rotating Flows of Rotary Jet Pump” Open Journal of Fluid Dynamics, vol. 2, pp. 375-379, 2012.
[2] T. Ikeguchi, T. Ishibashi and S. Kawakami, “Pump Hand- book,” 1st Edition, Chijinshokan Co., Ltd., Tokyo, pp. 153-154,1982.
[3] A. Eskandarlu and F. Khazari, “Compare pitot tube pumps with high-speed centrifugal pumps for low-flow applications”, Hydrocarbone Processing Magazine, Dec 2015, pp. 63-67.

سجاد صداقت
شرکت سیستمهای آب بندی پارس
(بورگمن پارس)