Tijekom procesa protoka fluida, dio mehaničke energije se gubi zbog otpora protoku. Stoga, za prijenos tekućine s jednog mjesta na drugo, bilo da se radi o prijenosu tekućine s mjesta s nižom ukupnom specifičnom energijom na mjesto s višom ukupnom specifičnom energijom, ili samo za prevladavanje otpora protoka, tekućini se mora osigurati mehanička energija. Stroj koji se koristi za transport tekućina naziva se pumpa (Pumpa). Pumpe se uglavnom klasificiraju u tri kategorije na temelju njihovih strukturnih karakteristika i principa rada:
I. Pumpe s-krilcima: Ove pumpe rade tako da rotirajuće lopatice rade na tekućini, čime se povećava mehanička energija tekućine. Primjeri uključuju razne centrifugalne pumpe, vrtložne pumpe i aksijalne pumpe itd.
II Pumpe s pozitivnim pomakom: Ove pumpe koriste klipno kretanje klipova ili rotirajuće kretanje rotora za promjenu volumena radne komore, komprimiraju tekućinu i vrše rad na tekućini, čime se povećava mehanička energija tekućine. Primjeri uključuju klipne pumpe, zupčaste pumpe i vijčane pumpe itd.
III Mlazna pumpa: radi tako što koristi mlaz velike-brzine koji stvara radna tekućina za izbacivanje tekućine, a zatim se kroz izmjenu momenta povećava energija izbačene tekućine.
Zbog svoje jednostavne strukture, jednostavnosti izrade, stabilnog protoka, snažne prilagodljivosti i praktičnog rada, centrifugalne pumpe imaju široku primjenu u kemijskoj proizvodnji. Stoga ćemo se u ovom članku usredotočiti na uvođenje centrifugalnih pumpi.
Princip rada centrifugalne pumpe
Kada centrifugalna pumpa radi, oslanja se na-rotirajuće rotor velike brzine kako bi omogućila tekućini da dobije energiju i poveća svoj potencijal tlaka pod učinkom inercijske centrifugalne sile. Prije nego što centrifugalna pumpa počne s radom, tijelo pumpe i ulazni cjevovod moraju biti napunjeni tekućim medijem kako bi se spriječila pojava kavitacije.
Kada se impeler brzo okreće, lopatice uzrokuju brzu rotaciju medija. Rotirajući medij se izbacuje iz impelera pod djelovanjem centrifugalne sile. Nakon što se voda iz crpke izbaci, u središtu impelera stvara se vakuumsko područje. Istovremeno neprekidno usisava tekućinu i kontinuirano daje određenu energiju usisanoj tekućini, a zatim ispušta tekućinu. Dakle, centrifugalna pumpa radi kontinuirano na ovaj način.
Struktura centrifugalne pumpe
Postoje mnoge vrste centrifugalnih pumpi. Iako su strukture raznih tipova pumpi različite, glavne komponente su u osnovi iste.
Glavne komponente centrifugalne pumpe uključuju: rotor, osovinu pumpe, kućište pumpe, bazu pumpe, kutiju za brtvljenje (brtveni uređaj), brtveni prsten, kućište ležaja itd.
1. Impeler
Rotor je radni dio centrifugalne pumpe. Omogućuje pumpanje tekućina rotirajući velikom brzinom i vršeći rad na tekućinama. Važan je dio centrifugalne pumpe.
Rotor se općenito sastoji od glavčine, lopatica i pokrovne ploče. Poklopna ploča impelera podijeljena je na prednju pokrovnu ploču i stražnju pokrovnu ploču. Poklopna ploča na ulaznoj strani rotora naziva se prednja pokrovna ploča, a pokrovna ploča druge strane se naziva stražnja pokrovna ploča.
Kada se centrifugalna pumpa pokrene, osovina pumpe pokreće impeler da se zajedno okreću velikom brzinom. To prisiljava tekućinu koja je prethodno-napunjena između lopatica da se okreće. Pod djelovanjem inercijske centrifugalne sile tekućina se radijalno kreće od središta prema obodu rotora.
Tijekom procesa strujanja kroz impeler tekućina dobiva energiju, pri čemu joj raste statički tlak i povećava se brzina strujanja. Kada tekućina napusti impeler i uđe u kućište crpke, usporava se zbog postupnog širenja kanala protoka unutar kućišta. Dio kinetičke energije pretvara se u energiju statičkog tlaka i konačno teče tangencijalno u ispusni cjevovod.
Prema strukturnom obliku, impeleri se mogu klasificirati u sljedeća tri tipa.
(1) Zatvoreni rotor ima pokrovne ploče s obje strane. Između pokrovnih ploča nalazi se 4 do 6 lopatica. Zatvoreni impeler ima visoku učinkovitost i najrašireniji je tip. Pogodan je za prijenos čistih tekućina bez čvrstih čestica ili vlakana.
(2) Rotor otvorenog-tipa nema pokrovne ploče s obje strane lopatica. Pogodan je za prijevoz tekućina koje sadrže veliku količinu suspendiranih krutih tvari. Međutim, njegova učinkovitost je relativno niska i tlak transportirane tekućine nije visok.
(3) Rotor polu-otvorenog tipa ima samo stražnju pokrovnu ploču. Pogodan je za prijenos tekućina koje su sklone taloženju ili sadrže krute suspendirane tvari. Njegova je učinkovitost između one otvorenog i zatvorenog tipa impelera.
2. Osovina pumpe
Glavna funkcija osovine pumpe centrifugalne pumpe je prijenos snage i podupiranje rotora kako bi se držao u radnom položaju i normalno radio. Jedan kraj osovine spojen je na osovinu motora preko spojke, a drugi kraj podupire rotor za rotacijsko kretanje. Vratilo je opremljeno komponentama kao što su ležajevi i aksijalne brtve.
Uobičajeni materijali za osovine pumpi su ugljični čelik i nehrđajući čelik.
Rotor i osovina povezani su pomoću klina. Budući da ova metoda spajanja može samo prenijeti okretni moment, ali ne može fiksirati aksijalni položaj rotora, u pumpi se za fiksiranje aksijalnog položaja rotora koriste aksijalna čahura i sigurnosna matica.
Nakon što je rotor aksijalno postavljen s sigurnosnom maticom i čahurom osovine, kako bi se spriječilo otpuštanje sigurnosne matice, potrebno je spriječiti okretanje crpke. Osobito za novoinstalirane crpke ili crpke koje su rastavljene i popravljene, treba provesti provjeru smjera okretanja prema propisima kako bi se osigurala dosljednost sa specificiranim smjerom.
3. Rukav
Funkcija čahure osovine je zaštititi osovinu pumpe, pretvarajući trenje između brtve i osovine pumpe u trenje između brtve i čahure osovine. Stoga je čahura osovine komponenta centrifugalne pumpe -sklona habanju.
Površina rukavca osovine također se može podvrgnuti tretmanima kao što su naugljičenje, nitriranje, kromiranje i prskanje. Zahtjevi za hrapavost površine općenito su potrebni kako bi se dosegla Ra3,2μm - Ra0,8μm. To može smanjiti koeficijent trenja i produžiti vijek trajanja.
4. Ležajevi
Ležajevi imaju ulogu podupirača težine i opterećenja rotora. Kod centrifugalnih pumpi uglavnom se koriste kotrljajući ležajevi. Vanjski prsten ležaja je u sustavu bazne osovine s rupom kućišta ležaja, dok je unutarnji prsten u sustavu bazne rupe s rotirajućom osovinom. Nacionalni standardi odgovarajuće kategorije imaju preporučene vrijednosti i mogu se odabrati prema specifičnim okolnostima. Ležajevi se općenito podmazuju mašću i uljem za podmazivanje.
5. Kutija za punjenje
Kada osovina crpke strši iz kućišta pumpe, postoji razmak između osovine i kućišta. Kod centrifugalnih pumpi s jednim-usisavanjem, ako se na ovom dijelu ne koristi uređaj za brtvljenje osovine, voda pod visokim{2}}tlakom unutar kućišta pumpe će iscuriti u velikim količinama. Kutija za pakiranje je jedan od često korištenih uređaja za brtvljenje vratila. Kutija za brtvljenje sastoji se od pet komponenti: brtvene čahure vratila, brtve, cijevi vodene brtve, prstena vodene brtve i poklopca brtve.
⒍蜗壳
Zavojnica je protočni kanal-u obliku spirale koji postupno povećava površinu poprečnog-presjeka od izlaza rotora do ulaza rotora sljedećeg stupnja ili do izlazne cijevi pumpe. Protočni kanal se postupno širi, a izlaz je u obliku difuzorske cijevi. Nakon što tekućina istječe iz impelera, njezina brzina protoka može se glatko smanjiti, pretvarajući veliki dio njezine kinetičke energije u energiju statičkog tlaka.
Prednosti spirale su to što se lako proizvodi, ima široku zonu učinkovitosti, a učinkovitost pumpe se malo mijenja nakon strojne obrade rotora.
Nedostatak je što je oblik volute asimetričan. Kada se koristi jedna spirala, pritisak koji radijalno djeluje na rotor nije ravnomjeran, što će vjerojatno uzrokovati savijanje osovine. Stoga, kod više{2}}stupanjskih crpki, samo prvi i zadnji dio koriste spirale, dok srednji dio ima uređaj s kotačićem za vođenje.
Materijal volute je obično lijevano željezo. Zavoj anti-crpke protiv korozije izrađen je od nehrđajućeg čelika ili drugih anti{2}}materijala protiv korozije, kao što su plastika, stakloplastika, itd. Za više-stupanjske pumpe, zbog visokog tlaka, zahtjevi za čvrstoću materijala su viši, a njihove spirale su općenito izrađene od lijevanog čelika.
⒎ Pogonski kotač
Vodeći kotač je nepomični disk s prednjim vodećim lopaticama omotanim oko vanjskog ruba na prednjoj strani. Ove vodeće lopatice tvore niz kanala protoka-u obliku difuzora. Na stražnjoj strani nalaze se obrnute vodeće lopatice koje usmjeravaju tekućinu na ulaz impelera sljedećeg stupnja. Nakon što je tekućina izbačena iz rotora, glatko teče u kotač za vođenje i nastavlja teći prema van duž prednjih vodećih lopatica, pri čemu se njezina brzina postupno smanjuje i većina njene kinetičke energije pretvara se u energiju statičkog tlaka.
Radijalni jednostrani zazor između impelera i vodećih lopatica je približno 1 mm. Ako je zazor prevelik, učinkovitost će se smanjiti; ako je premalen, uzrokovat će vibracije i buku. U usporedbi s spiralom, kućište pumpe segmentirane više{3}}stupanjske centrifugalne pumpe s vodećim kotačima lakše je proizvesti i ima veću učinkovitost pretvorbe energije. Međutim, njegova ugradnja i održavanje su teži nego kod spirale.
16. Brtveni prsten
Kako bi se smanjilo unutarnje curenje i zaštitilo kućište crpke, zamjenjivi brtveni prsten postavljen je na školjku koja odgovara ulazu rotora. Radijalni razmak između unutarnje rupe brtvenog prstena i vanjskog kruga impelera općenito je između 0,1 i 0,2 mm. Nakon što se brtveni prsten istroši, radijalni zazor se povećava, što rezultira smanjenjem volumena ispuštanja tekućine crpke i smanjenjem učinkovitosti. Kada brtveni razmak prijeđe navedenu vrijednost, potrebno ga je na vrijeme zamijeniti.
Strukturni oblici brtvenog prstena su tri vrste:
Vrsta plosnatog-prstena, s jednostavnom strukturom i jednostavnom proizvodnjom, ali slabim učinkom brtvljenja;
Brtveni prsten pod pravim-kutom omogućuje curenju tekućine da prođe kroz kanal od 90 stupnjeva, što rezultira boljim učinkom brtvljenja u usporedbi s ravnim-prstenom. Ima široku primjenu.
Labirint brtveni prsten ima dobar učinak brtvljenja, ali je njegova struktura složena i njegova proizvodnja je teška. Stoga se rijetko koristi u centrifugalnim pumpama.
Radni proces centrifugalne pumpe
Prije pokretanja crpke, prvo je napunite tekućinom koju želite transportirati.
2. Nakon pokretanja crpke, osovina pumpe pokreće impeler na rotaciju velikom brzinom, stvarajući centrifugalnu silu. Pod djelovanjem te sile, tekućina se izbacuje iz središta rotora na periferiju rotora, povećava joj se tlak i ona vrlo velikom brzinom (15-25 m/s) teče u kućište pumpe.
3. U kućištu pumpe蜗形, kako se kanal protoka kontinuirano širi, brzina protoka tekućine se usporava, uzrokujući da se većina kinetičke energije pretvori u energiju pritiska. Konačno, tekućina istječe iz ispusnog otvora s relativno visokim statičkim tlakom i ulazi u ispusni cjevovod.
4. Nakon što je tekućina unutar crpke istisnuta, u središtu impelera stvara se vakuum. Pod razlikom tlaka između površinskog tlaka tekućine (atmosferski tlak) i tlaka unutar pumpe (negativan tlak), tekućina ulazi u pumpu kroz usisni cjevovod i ispunjava mjesto gdje je tekućina bila istisnuta.
Klasifikacija centrifugalnih pumpi
Proizvodi centrifugalnih pumpi općenito se klasificiraju prema svojim strukturnim karakteristikama. Postoje različite metode klasifikacije, uključujući šest vrsta: klasificirane prema radnom tlaku, prema broju radnih rotora, prema načinu na koji impeler upija vodu itd.
⒈ Prema radnom pritisku:
Nisko{0}}tlačna pumpa: tlak je niži od 100 metara vodenog stupca.
Pumpa srednjeg{0}}tlaka: tlak se kreće od 100 do 650 metara vodenog stupca.
Visok{0}}tlačna pumpa: Tlak je viši od 650 metara vodenog stupca.
2. Prema broju radnih rotora:
Jedno{0}}stupanjska pumpa: Ovo se odnosi na pumpu kod koje postoji samo jedan rotor na osovini pumpe.
Više{0}}stupanjska pumpa: ova vrsta pumpe ima dva ili više rotora na osovini. U ovom slučaju, ukupna visina crpke je zbroj visina koje stvara svaki od n impelera.
3. Prema načinu unosa vode rotora:
Jednostrana-dovodna-pumpa za vodu: poznata i kao jedno-usisna pumpa, znači da postoji samo jedan dovod vode na rotoru.
Dvosmjerna usisna pumpa: poznata i kao dvo-usisna pumpa, ima ulazni otvor s obje strane rotora. Brzina protoka dvostruko je veća nego kod jedne-usisne pumpe. Ugrubo se može smatrati dvama pojedinačnim-rotorima usisne pumpe postavljenima --leđa.
4. Prema položaju osovine pumpe:
Horizontalna pumpa: Osovina pumpe je u vodoravnom položaju.
Vertikalna pumpa: Osovina pumpe je u okomitom položaju.
5. Prema obliku spoja kućišta pumpe:
Horizontalna split pumpa: To je ona kod koje se spojni šav otvara na vodoravnoj ravnini koja prolazi kroz os.
Pumpa okomite površine spoja: Ovo se odnosi na pumpu kod koje je površina spoja okomita na crtu osi.
6. Metoda usmjeravanja vode koja izlazi iz impelera prema ispusnoj komori:
Kućište pumpe: nakon što voda izađe iz impelera, ona izravno ulazi u kućište pumpe koje ima spiralni oblik.
Pumpa s vodećim lopaticama: nakon što voda izađe iz rotora, ona ulazi u vodeće lopatice postavljene izvan rotora, a zatim nastavlja do sljedećeg stupnja ili teče u izlaznu cijev.
⒎ Prema različitim medijima koji se transportiraju, centrifugalne pumpe mogu se klasificirati kao: pumpe za vodu, pumpe za ulje, pumpe-otporne na koroziju itd.
Kavitacija i parna brava
Fenomen erozije
Iz principa rada centrifugalne pumpe može se znati da nakon što se tekućina između lopatica izbaci iz rotirajućeg-brzinskog rotora, u blizini ulaza rotora formira se područje niskog{1}}tlaka. Kada je tlak na ulazu rotora jednak ili niži od tlaka zasićene pare pV transportirane tekućine na radnoj temperaturi, tekućina u ovom području će ispariti i formirati mjehuriće. Kada mjehurići putuju s tekućinom do područja visokog-tlaka, brzo će se kondenzirati zbog pritiska.
U trenutku kondenzacije mjehurića nastaje lokalni vakuum. Okolna tekućina velikom brzinom juri prema prostoru koji je prethodno zauzimao mjehurić, uzrokujući udarce i vibracije, što rezultira značajnom silom udarca. Osobito kada je točka kondenzacije mjehurića blizu površine lopatice, brojne čestice tekućine udaraju o lopaticu visokom frekvencijom i pritiskom; u isto vrijeme, mjehurić može sadržavati i malu količinu kisika i drugih tvari koje imaju kemijski korozivni učinak na metalne materijale. Pod kombiniranim djelovanjem kontinuiranog udara i kemijske korozije, površina oštrice se oštećuje, stvarajući mrlje i pukotine, što će dovesti do preranog oštećenja oštrice. Taj se fenomen kod centrifugalnih pumpi naziva kavitacija.
Fenomen vezivanja plina
Kada se centrifugalna pumpa pokrene, ako u pumpi ima zraka, zbog niske gustoće zraka, centrifugalna sila koja se stvara nakon rotacije je mala. Kao rezultat toga, niski tlak formiran u središnjem području impelera nije dovoljan za usisavanje tekućine. Čak i ako se centrifugalna pumpa pokrene, ona ne može dovršiti zadatak transporta. Taj se fenomen naziva "zračni zatvor".
To znači da centrifugalna pumpa nema-mogućnost samousisavanja. Stoga, prije pokretanja centrifugalne pumpe, ona se mora napuniti tekućinom koju treba transportirati. Naravno, ako je usisni otvor centrifugalne pumpe postavljen ispod razine tekućine transportirane tekućine, tekućina će automatski teći u pumpu. Ovo je poseban slučaj. Usisni cjevovod centrifugalne crpke opremljen je donjim ventilom koji sprječava istjecanje tekućine koja je bila napunjena prije pokretanja iz crpke. Mreža filtera može spriječiti usisavanje krutih tvari u tekućini i blokiranje cjevovoda i ispusne cijevi kućišta pumpe. Regulacijski ventil ugrađen u ispusnu cijev služi za pokretanje crpke, zaustavljanje crpke i regulaciju protoka.
Iz perspektive različitih uzroka kavitacije i parnih blokada:
Vezivanje zraka odnosi se na prisutnost zraka unutar tijela pumpe. Obično se javlja kada se pumpa pokrene. Glavna manifestacija je da zrak unutar tijela pumpe nije potpuno uklonjen. Dok je kavitacija uzrokovana tekućinom koja doseže svoj tlak isparavanja na određenoj temperaturi. Može se vidjeti da je to usko povezano s transportiranim medijem i radnim uvjetima.
Sljedeće metode mogu se koristiti za sprječavanje pojave zračne brave:
1. Prije početka napunite školjku tekućinom. Osigurajte čvrsto brtvljenje na školjki. Ventil za punjenje vode i glava tuša ne smiju propuštati. Učinak brtvljenja trebao bi biti dobar.
2. Usisni cjevovod centrifugalne pumpe opremljen je donjim ventilom kako bi se spriječilo da tekućina koja je pumpana prije pokretanja teče natrag u pumpu. Mreža filtera može spriječiti usisavanje krutih čestica u tekućini. Ispusni cjevovod opremljen je regulacijskim ventilom koji se koristi za pokretanje i zaustavljanje crpke i regulaciju protoka.
3. Postavite usisni otvor centrifugalne pumpe ispod razine tekućine gdje se tekućina treba transportirati. Tekućina će automatski teći u pumpu.
Uzroci i rješenja nastanka kavitacije
Glavni uzroci kavitacije su:
1. Otpor ulaznog cjevovoda je prevelik ili je cjevovod pretanak.
2. Temperatura transportiranog medija je previsoka;
3. Prevelik protok, to jest, izlazni ventil je preširoko otvoren;
4. Visina postavljanja je previsoka, što utječe na kapacitet unosa tekućine crpke.
5. Pitanja odabira, uključujući odabir pumpi i odabir materijala za pumpe, itd.
Otopina:
1. Uklonite strane predmete iz ulaznog cjevovoda kako biste osigurali nesmetan protok ili povećajte promjer cjevovoda.
2. Smanjite temperaturu transportiranog medija;
3. Smanjite visinu ugradnje;
4. Zamijenite pumpu ili poboljšajte određene komponente pumpe, poput upotrebe materijala otpornih na kavitaciju.
