پمپ ایرلیفت پمپی است که دارای قدرت مکش پایین و توانایی متوسطی برای تخلیه مایعات و جامدات جذب شده می باشد. این پمپ توسط یک مهندس آلمانی به نام کارل امانوئل لوسشر در سال ۱۷۹۷ ابداع شد. پمپ ایرلیفت هوای فشرده شده را به انتهای لوله ی تخلیه که در درون مایع مستغرق شده است، تزریق می کند.
هوای فشرده شده با مایع مخلوط شده و این کار موجب می شود تا مخلوط هوا – مایع، چگالی کمتری نسبت به مایع اطراف پیدا کرده و به همین دلیل و در حالی که توسط مایعی که دارای چگالی بیشتری است احاطه شده، به سمت بالا حرکت می کند. در حین این فرآیند ممکن است مواد جامدی نیز به درون جریان نفوذ نموده (جذب جریان شوند) و در صورتی که به اندازه کافی برای عبور از لوله کوچک باشند، با مابقی جریان در عمق کمتر یا بالاتر از سطح تخلیه می شوند.
از پمپ ایرلیفت به طور گسترده ای برای پمپاژ و گردش آب در پرورش آبزیان (گیاهان و حیوانات آبزی) و همچنین هوادهی آب در سیستم های گردشی، بسته و آبگیرها استفاده می شود. از دیگر موارد استفاده ی پمپ ایرلیفت می توان به انتقال لجن یا فاضلاب، لایروبی، باستان شناسی در زیر آب, عملیات نجات، جمع آوری نمونه های علمی و پکیج تصفیه فاضلاب اشاره نمود.
شکل بالا نمایی ساده و شماتیک از یک سیستم ایرلیفت را نشان می دهد که با استفاده از هوای فشرده شده و کاهش چگالی یا جذب شدن گاز تزریق شده، موجب بالا آمدن مایع می شود. همانطور که در شکل نیز نشان داده است، ۱: منبع هوا، ۲: منبع (تامین کننده مایع)، ۳: مجرای ورودی هوا، ۴: خط تامین هوا، ۵: درگاه هوا، ۶: خروجی هوا، ۷: محل ورود مایع، ۸ : لوله بالا رونده، ۹: مخلوط مایع – هوا و ۱۰: خروجی پمپ می باشند.
اصول کلی
انرژی مورد نیاز ایرلیفت پمپ توسط هوای فشرده شده تامین می گردد. این هوا معمولاً توسط کمپرسور یا بلوئر تامین می شود. هوای فشرده شده به پایین قسمت لوله ای که مایع را جابجا می کند، تزریق می شود.
به دلیل خاصیت شناوری هوا و کمتر بودن چگالی آن نسبت مایع، هوا به سرعت به طرف بالا حرکت می کند و همچنین به علت فشار جریان، مایع به درون جریان بالا رونده ی هوا کشیده شده و به همراه هوا به سمت بالا حرکت می کند. محاسبه میزان جریان حجمی نیز به لطف فیزیک جریان دو فازی امکان پذیر خواهد بود.
موارد استفاده پمپ ایرلیفت
یکی از رایج ترین استفاده های پمپ ایرلیفت، چاه های عمیق و کثیفی می باشند که شن و ماسه موجود در آنها می توانند به سرعت موجب خرابی قطعات مکانیکی شوند (کمپرسور بر روی سطح قرار داشته و هیچ بخش مکانیکی ای در درون چاه مورد نیاز نمی باشد). همچنین چاه های ایرلیفت باید بسیار پایین تر از سطح آب (عمیق) باشند تا استغراق امکان پذیر باشد.
در حالت کلی عمق پمپاژ برای ایرلیفت، حداقل به اندازه ای می باشد که آب باید بالا برده شود (به عنوان مثال اگر قرار است آب ۵۰ متر به سمت بالا پمپاژ شود، هوا باید حداقل از عمق ۵۰ متری وارد شود).
از دیگر موارد استفاده از پمپ ایرلیفت در فرآیندهای تصفیه خانه های فاضلاب می باشد (در صورتی که ارتفاع زیادی مورد نیاز نباشد).
همچنین از ایرلیفت برای جمع آوری نمونه های جانداران موجود در رسوبات نیز استفاده می‌شود.
مزایا و معایب پمپ ایرلیفت
مزایا
• قابل اطمینان بودن این پمپ ها. اصول ساده ی کارکرد این پمپ ها یکی از اصلی ترین مزایای آن محسوب می شود. در این پمپ ها تنها به هوایی با فشار بیشتر از مایع نیاز است.
• عدم تماس مایع با هیچ یک از بخش های مکانیکی. بنابراین نه پمپ آسیب خواهد دید (امری بسیار مهم برای جنبه ی اقتصادی) و نه محتویات درون لوله (امری بسیار مهم برای جنبه ی تحقیقاتی).
• قابلیت عملکرد به عنوان یک دستگاه هوادهی برای آب و در بعضی موارد نیز می توان از آن برای انتقال آب های زیرزمینی به روی سطح استفاده نمود.
• قابلیت پمپاژ مواد جامد با اندازه ای در حدود ۷۰ درصد قطر لوله (به دلیل نبود قطعات محدود کننده برای پمپ).
معایب
• هزینه: با وجود آن که هزینه های بهره برداری از این سیستم پایین می باشد، اما مقدار هوای مورد نیاز برای فشرده سازی بسیار بیشتر از جریان مایع مطلوب می باشد.
• پمپ های ایرلیفت معمول (قدیمی) نرخ جریان بسیار محدودی دارا می باشند. همچنین تنظیم مقدار جریان مناسب مایع با تغییر حجم هوای فشرده شده کاری بسیار مشکل می‌باشد. این مورد در برخی از قسمت های تصفیه خانه های فاضلاب کوچک مانند بخش هوادهی، معضلی اساسی می باشد.
• محدودیت مکش.
• این سیستم پمپاژ در اغلب مواقع برای مواردی با ارتفاع نسبتا کم مناسب می باشد. (برای مواردی که ارتفاع زیادی مورد نیاز است، بهتر است از سیستم های پمپاژ معمول استفاده شود).
• به دلیل اصول کلی موجود در این سیستم، بخش قابل توجهی از هوا درون مایع باقی خواهد ماند. در بعضی موارد نیز این امر باعث ایجاد مشکلات متعددی می گردد، به عنوان مثال در تصفیه فاضلاب و قبل از حوضچه های بی هوازی.
بهسازی طراحی
آخرین نسخه (سری) از پمپ های ایرلیفت که geyser pump نام دارد، قابلیت پمپاژ با مکش بیشتر و هوای کمتر را دارا می باشد. همچنین این پمپ ها قابلیت پمپاژ متناسب با جریان هوا را داشته و از آنها می توان در فرآیندهایی که نیاز به کنترل جریان های متغیر دارند، استفاده نمود. این قابلیت موجب می شود تا بتوان، هوا ذخیره نموده و آن را به صورت حباب های بزرگی که می توانند لجن موجود در جریان را نیز به بالا آوردند، آزاد نمود.
شکل بالا یک geyser pump را نشان می دهد که نمونه ی پیشرفته تری از پمپ ایرلیفت می‌باشد. ۱: منبع هوا، ۲: درگاه ورودی هوا، ۳: منبع مایع، ۴ و ۵: خطوط تامین هوا، ۶: بخش بالایی انتهای مخزن هوا، ۷: لوله بالارونده، ۱۸ و ۸ و ۱۶: درگاه هوا، ۱۰: ورودی بالایی هوا از بخش U شکل، ۱۲ و ۱۳: خروجی هوا، ۱۷: جریان ورودی، ۱۹: مایع منتقل شده، ۲۰: خروجی پمپ.
