ایرلیفت پمپ (Air Lift pump)

ایرلیفت یا هوا پمپ تجهیزی هیدرولیکی است که عمل انتقال سیالات را به کمک هوا انجام می دهد. در این تجهیز, هوا از طریق یک لوله به میزان و فشار طراحی شده به لوله انتقال سیال دمیده شده و سبب می شود که سیال (آب یا لجن) به سمت بالا حرکت کرده وبه اصطلاح lift شود.

پمپ ایرلیفت تجهیزاتی هستند که جهت انتقال مایعات یا مخلوطی از مایعات و ذرات جامد به ارتفاع بالاتر مورد استفاده قرار می گیرند. بهره برداری از این تجهیز بر اساس نیروی شناوری می باشد که سبب انتقال مایع و ذرات جامد در طول یک لوله عمومی می شود.

بخشی از این لوله در زیر سیال قرار دارد و مخلوط مایع و جامد از طریق این لوله از کف به سمت بالا جریان می یابد. علی رغم ظاهر ساده و کارایی پایین آن نسبت به پمپ های پیچیده ، ایرلیفت دارای مزایای کاربردی زیادی مانند: پایین بودن هزینه خرید ، تعمیرات و نگهداری ، نصب آسان ، مقاوم در برابر گرفتگی ، فضای مورد نیاز کم ، طراحی و ساخت ساده و در نهایت استفاده از این تجهیز در مواردی که از پمپ های معمولی نمی توان استفاده نمود.

این تجهیز یکی از تجهیزات تصفیه خانه است که فاقد هر گونه قطعه مکانیکی بوده ولذا احتمال خرابی در اثر وجود مواد ساینده در سیال (مانند شن و سنگریزه موجود در لجن و یا دانه های جمع شده در دانه گیر) وجود نخواهد داشت.

این تجهیز علاوه بر کاربرد در صنایع آب و فاضلاب، قابل استفاده در هر صنعتی است که به دلیل خاصیت خورندگی یا ساییدگی سیال مورد نظر, تجهیزات مکانیکی مانند: پمپ های متداول دچار خرابی زودرس می گردند.از دیگر مزایای این تجهیز قابلیت ساخت در ظرفیت های گوناگون و ماتریال مختلف (کربن استیل, گالوانیزه , استینلس استیل) می باشد.

نحوه عملکرد ایرلیفت

سیستم های ایرلیفت (ALS) دستگاه های ساده ای هستند که با هوای فشرده یا گاز کار می کنند. عملکرد آنها هم بر اساس تأثیر نیروی شناوری حباب ها و هم بر اساس اختلاف فشار بین نقاط تزریق و خروجی پمپ می باشد. فاز گازی به پایین لوله تزریق می شود و چون چگالی گاز کمتر از مایع است به سرعت در لوله بالا می رود.

فشار و اینرسی این گاز در حال صعود فاز مایع را مجبور به حرکت در همان مسیر مشابه صعود فاز گازی (یعنی روبه بالا) می نماید. نیروهای غالب که بر روی مخلوط آب و هوا عمل می کنند، نیروهای گرانشی ، اینرسی و شناوری هستند. نیروی شناوری به عنوان نیروی بالابرنده عمل می کند در حالی که نیروی گرانش با آن مخالف است.

اگر نیروهای محرک به اندازه کافی بزرگ باشند، مایع در امتداد لوله بالا رفته و در سطحی بالاتر از سطح غوطه وری از آن خارج می شود. در غیر این صورت ، مایع فقط تا سطحی بالا می رود که در آن نقطه نیروهای محرک و مخالف با یکدیگر مساوی هستند.

ساختار پمپ ایرلیفت

یک لوله عمودی که به دو بخش تقسیم شده :

الف)بخشی که بین کف و نقطه ی تزریق هوا واقع شده و لوله مکش نامیده می شود (Le)
ب) بخشی که بین نقطه ی تزریق هوا و بخش رانش واقع شده و لوله بالا بر نامیده می شود (Ls + Ld)

همان طور که در شکل نشان داده شده است، فرایند air- liftiy وابسته به تزریق هوا یا گاز در کف لوله می باشد که بخشی از این لوله در مایعی که قرار است به بالا انتقال یابد ، به صورت مستغرق قرار دارد.
یک کمپرسور یا دمده هوا جهت تامین هوای فشرده مورد نیاز در یک فشار و دبی منتخب ، مورد استفاده قرار می گیرد.
ایرلیفت - airlift

انواع سیستم های ایرلیفت

بهره برداری از فرایند ایرلیفت به شکل لوله بالابرنده و درگاه تزریق هوا یا گاز در انتهای لوله نیز بستگی دارد. از نظر شکل لوله بالابرنده ، عمدتا سه نوع مختلف ALS وجود دارد. یعنی معمولی ، مرحله ای و مخروطی.

پمپ ایرلیفت معمولی:

نوع معمولی ساده ترین ALS است که در آن لوله بالابرنده دارای سطح مقطع ثابت در تمام طول آن است. قسمت های مختلف پمپ ایرلیفت معمولی به صورت شماتیک در شکل ۲ نشان داده شده است.

پمپ ایرلیفت مرحله ای:

همانطور که در شکل ۳ مشاهده می شود ، یک لوله بالابرنده از این نوع در طول خود چند مرحله دارد. ایده استفاده از این نوع لوله بالابرنده در ابتدا توسط Kumar و همکاران مطرح شد. (۲۰۰۳). متعاقباً، حنفی زاده و همکاران. (۲۰۱۰ ، ۲۰۱۱c) عملکرد این نوع ALS را با جزئیات بیشتری مطالعه کرده و دریافتند که چرا این شکل از بالابرنده عملکرد ALS را بهبود می بخشد. حنفی زاده و همکاران (۲۰۱۰ ، ۲۰۱۱c) همچنین نسبت ارتفاع و قطر بهینه برای این نوع سیستم پمپاژ را پیشنهاد نمودند.

مقالات در زمینه ALS نشان می دهد که در صورت کارکردن پمپ در رژیم های حلزونی حداکثر مقدار مایع برداشته می شود. بنابراین، بهترین کارایی برای این نوع پمپ ها همیشه در این رژیم جریان رخ می دهد. افزایش سطح مقطع لوله بالابر می تواند رژیم جریان حلزون را تثبیت کند و بنابراین کارایی پمپ با این قطر بهبود می یابد. بنابراین، به نظر می رسد که افزایش قطر لوله ممکن است انتقال الگوی جریان حلزونی به الگوی جریان مخلوط را به تعویق اندازد و کارایی پمپ را افزایش دهد. بهترین موقعیت نوع مرحله ای در جایی است که انتقال رژیم جریان از جریان حلزونی به جریان مخلوط در لوله اتفاق می افتد. بدیهی است که قطرهای بیرونی بزرگتر می توانند جریان حلزونی را از بین ببرند و بنابراین کارایی پمپ را کاهش می دهند. این نشان می دهد که قطر بیرونی بسیار بزرگ نه تنها کارایی پمپ ایرلیفت را بهبود نمی بخشد، بلکه عملکرد پمپ را نیز بدتر می کند. بنابراین، می توان نتیجه گرفت که قطر خارجی نوع مرحله ای نیز دارای مقدار بهینه ای است که می تواند الگوی جریان را در حالت حلزونی حفظ کند.

پمپ ایرلیفت مخروطی:

نوع مخروطی نیز برای اولین بار توسط Kumar و همکاران معرفی شد. (۲۰۰۳). مطالعات بر روی نوع مرحله ای نشان داد که بزرگ شدن ناگهانی سطح مقطع لوله بالابرنده می تواند به دلیل جداسازی جریان، انبساط ناگهانی سیال و ایجاد جریان ثانویه باعث ایجاد افت فشار شود. در صورت بزرگ شدن ناگهانی، تنها بخشی از کاهش انرژی جنبشی را می توان با افزایش انرژی فشار بازیابی کرد. باقیمانده به صورت گرما از بین می رود بنابراین، منطقی به نظر می رسد که قطر لوله بالابرنده را به طور مداوم به شیوه ای نرم تر افزایش دهیم. این دقیقاً منجر به نوع مخروطی لوله بالابر می شود که در شکل ۴ نشان داده شده است.

افزایش سطح مقطع در طول لوله بالابر به دلیل هندسه مخروطی می تواند کارایی پمپ را افزایش دهد. حنفی زاده و همکاران (۲۰۱۰) مشاهده کردند که میزان جریان جرم آب با افزایش زاویه مخروط افزایش می یابد. با این حال، در یک زاویه مخروطی در حدود ۳ درجه، میزان افزایش تخلیه خروجی کاهش می یابد. این را می توان به رژیم جریان و شرایط کار در پمپ ایرلیفت نسبت داد. بنابراین، میزان افزایش تخلیه خروجی و در نتیجه بازده پمپ، با بزرگ شدن سطح مقطع لوله به طور مداوم افزایش نمی یابد. اشکال این هندسه تنها نیاز پیچیده تولید آن است.

نصب ایرلیفت

نصب این تجهیز به سهولت انجام گرفته ونیاز به ابزار پیچیده ای نخواهد داشت. کپسول ایرلیفت در کف مخزن قرار گرفته و دو سر لوله ایرلیفت که مجهز به فلنج می باشد به لوله انتقال سیال و همچنین منبع تأمین هوا متصل می گردد. لوله انتقال سیال و هوا دارای والوهای هستند که جهت قطع و وصل وکم و زیاد کردن جریان به کار می روند بنابراین با استفاده از این والوها می توان جریان سیال را قطع و وصل یا کم و زیاد نمود.
ایرلیفت به منظور انتقال سیالاتی که حاوی مواد سخت مانند: شن و ماسه هستند مناسب است به همین منظور در اغلب موارد جهت انتقال مواد دانه ای موجود در حوضچه دانه گیری تصفیه خانه های فاضلاب بسیار کاربرد دارد. همچنین جهت انتقال لجن اولیه وثانویه در حوضچه های ته نشینی تصفیه خانه های فاضلاب می تواند استفاده شود.
ایرلیفت به منظور انتقال آب از منابع آب سطحی (رودخانه ها, برکه ها,چشمه) که امکان وجود دانه های شن و ماسه در آن ها می رود به منابع ذخیره آب می تواند مورد استفاده قرار گیرد.