I. Definicija i pregled pumpi
Pumpa, kao mehanički uređaj koji se široko koristi u raznim oblastima, njena osnovna funkcija je transport fluida (kao što su voda, ulje, itd.) s jednog mjesta na drugo. Uz pogon pumpe, fluidi mogu efikasno i stabilno obavljati transportni zadatak, zadovoljavajući različite proizvodne i životne potrebe.
Pumpa je mehanički uređaj koji se koristi za transport različitih tekućina. Opseg njegove primjene je širok, pokriva vodu, ulje, kiselinske i alkalne otopine, emulzije, suspenzije, tečne metale, itd. Osim toga, pumpe za zupčasto ulje mogu transportovati i tečne-gasne mješavine i tekućine koje sadrže suspendirane čvrste tvari.
Pumpe se mogu klasificirati u tri glavne kategorije na osnovu njihovog principa rada: pumpe sa pozitivnim pomakom, pumpe s impelerom i druge vrste pumpi. Vrijedi napomenuti da je klasifikacija potopljenih pumpi raznovrsnija. Osim što se klasificiraju prema principu rada, mogu se kategorizirati i imenovati na osnovu načina vožnje, strukture, namjene i prirode tečnosti koja se transportuje.
Postoje složene međuzavisne promjene između različitih parametara performansi pumpe, a ti odnosi se mogu intuitivno prikazati kroz karakteristične krive. Svaka pumpa ima svoju jedinstvenu karakterističnu krivu, koja odražava njene specifične karakteristike performansi. Kao mehanički uređaj za transport tečnosti ili povećanje pritiska tečnosti, pumpa prenosi mehaničku energiju glavnog pokretača ili drugu spoljnu energiju na tečnost, čime se postiže povećanje energije tečnosti.
II. Definicija i istorijsko porijeklo pumpe
Pumpa, mehanički uređaj za transport tečnosti ili povećanje pritiska tečnosti, ima istoriju koja datira još od antičkih vremena. Uopšteno govoreći, pumpa se ne koristi samo za transport fluida, već uključuje i određene mehaničke uređaje posebno dizajnirane za transport gasova. Prenoseći mehaničku energiju glavnog pokretača ili energiju drugih izvora na tečnost, pumpa postiže povećanje energije tečnosti.
Povećana potražnja ljudi za podizanjem vode dovela je do pojave različitih uređaja za podizanje vode. Na primjer, lančana pumpa u Egiptu izumljena je oko 1700. godine prije Krista, dok je Kina imala drevne alate za podizanje vode kao što su poluge, vitla i vodeni kotači. U staroj Grčkoj, Arhimed je izumeo navojnu šipku u 3. veku pre nove ere, postavljajući temelje za kasniju tehnologiju pumpi.
S vremenom je drevni grčki majstor Ktesibije izumio primitivnu klipnu pumpu - pumpu za gašenje požara - oko 200. godine prije Krista. Zatim, 1588. godine, postojao je zapis o pumpi sa 4 lopatice, što je označilo početni razvoj rotacione pumpe. Do 1689. godine, D. Papan iz Francuske je dalje inovirao i izumio spiralnu centrifugalnu pumpu sa 4-krakim radnim kolom.
U 18. stoljeću u Sjedinjenim Državama su se sukcesivno pojavile centrifugalne pumpe sa radijalnim ravnim lopaticama, polu-otvorenim duplim-usisnim impelerima i spiralama, kao i klipne pumpe koje su pokretane direktno parom. Ove inovacije doprinijele su formiranju i razvoju moderne tehnologije pumpi.
Kontinuiranim napretkom tehnologije, između 1840. i 1850. godine, HR Worsington iz Sjedinjenih Država izumio je klipnu pumpu s direktnim{4}}djelovanjem pare s cilindrom pumpe i parnim cilindrom postavljenim jedan naspram drugog, postavljajući temelje za poboljšanje modernih klipnih pumpi. A od 1851. do 1875. godine, rođenje više{8}}stepenih centrifugalnih pumpi omogućilo je razvoj centrifugalnih pumpi visokog{9}}napona.
Od tada su se kontinuirano pojavljivali različiti novi tipovi pumpi, s postepenim poboljšanjem efikasnosti, a raspon performansi i polja primjene također je postajao sve opsežniji.
III. Klasifikacija pumpi
Pumpe, koje se široko koriste u raznim oblastima, dolaze u velikom broju tipova i klasificirane su na brojne načine. Prema principu rada, pumpe se uglavnom mogu podijeliti u tri kategorije:
Prvo, tu je pumpa pozitivnog pomaka, poznata i kao impeler pumpa ili lopatična pumpa. Ovaj tip pumpe koristi rotirajuće impeler da primeni silu na tečnost, kontinuirano prenosi energiju tečnosti i povećava njenu kinetičku energiju i pritisak. Nakon toga, kinetička energija se pretvara u energiju pritiska kroz komoru za pražnjenje. Pozitivne pumpe između ostalog uključuju centrifugalne pumpe, pumpe aksijalnog protoka, pumpe s djelomičnim protokom i vorteks pumpe.
Sljedeći tip je volumetrijska pumpa. Ova vrsta pumpe prenosi energiju periodično mijenjajući volumen zatvorenog radnog prostora, čime se povećava pritisak tekućine i prisiljava da se ona isprazni. Volumetrijske pumpe se dalje mogu klasificirati na klipne pumpe i rotacijske pumpe na osnovu oblika kretanja radnih elemenata.
Osim toga, postoje i druge vrste pumpi koje prenose energiju na jedinstvene načine. Na primjer, mlazne pumpe se oslanjaju na -mlaz velike brzine radnog fluida za uvlačenje i miješanje fluida koji se transportuje, postižući prijenos energije kroz razmjenu momenta; membranske pumpe i pumpe vodenog čekića koriste efekat vodenog čekića tokom kočenja za prenos energije; dok elektromagnetne pumpe postižu transport fluida kroz tok tečnog metala pod uticajem električne struje i elektromagnetne sile.
Štaviše, pumpe se mogu dalje klasifikovati na osnovu svojstava tečnosti koja se transportuje, načina vožnje, strukture i namene.
IV. Primjena pumpi u raznim poljima
Opseg performansi pumpi je širok, u rasponu od gigantskih pumpi sa protokom od nekoliko stotina hiljada kubnih metara na sat do minijaturnih pumpi sa protokom manjim od nekoliko decilitara na sat; njihov opseg pritiska takođe može varirati od normalnog pritiska do čak 19,61 Mpa (200 kgf/cm2) ili više. Osim toga, razlikuju se i temperatura i vrsta tečnosti koja se transportuje, kao što su voda (bistra voda, kanalizacija, itd.), ulje, kiseline i baze, suspenzije i tečni metali itd.
U proizvodnji hemijskog i naftnog sektora, pumpe igraju ključnu ulogu. Budući da su sirovine,-poluproizvodi i gotovi proizvodi uglavnom tekućine, u ovim složenim procesima pumpe ne samo da transportuju tečnosti, već i obezbjeđuju pritisak i protok potreban za hemijske reakcije. Istovremeno se koriste i u mnogim uređajima za regulaciju temperature.
U poljoprivrednoj proizvodnji pumpe su glavna mehanizacija za navodnjavanje i drenažu. Ruralna područja u našoj zemlji su velika i svake godine je potreban veliki broj pumpi za podršku poljoprivredne proizvodnje. Uopšteno govoreći, poljoprivredne pumpe čine polovinu ukupne proizvodnje pumpi.
Rudarska i metalurška industrija su također važna područja primjene pumpi. U ovim industrijama, procesi kao što su drenaža rudnika, prerada minerala, topljenje i valjanje zahtijevaju podršku pumpi.
U energetskom sektoru, bilo da se radi o nuklearnoj elektrani ili termoelektrani, pumpe igraju ključnu ulogu. Nuklearnim elektranama su potrebne glavne pumpe, sekundarne pumpe i tercijarne pumpe kako bi se osigurao stabilan rad nuklearnih reakcija; dok se termoelektrane oslanjaju na veliki broj napojnih pumpi kotlova, kondenzatnih pumpi, cirkulacionih pumpi i pumpi za šljaku i pepeo za održavanje normalnog rada elektrane.
Odbrambena konstrukcija također ne može bez primjene pumpi. Podešavanje zakrilaca aviona, kormila i stajnih trapa, rotacija kupola ratnih brodova i tenkova, kao i potapanje i uspon podmornica, sve to zahtijeva pumpe za pružanje potrebne snage i funkcije podešavanja. Štaviše, za određene-pritiske i radioaktivne tečnosti tokom transporta i rukovanja, zahtev za rad pumpe bez curenja{3}je izuzetno visok.
U industriji brodogradnje, stotine različitih tipova pumpi se koriste na svakom okeanskom{0}}plovu. Od propeler pumpi koje pokreću brod do raznih pumpi koje održavaju okoliš brodskih kabina, sve su one nezamjenjive. Štaviše, sistemi vodosnabdevanja i odvodnje u gradovima, voda koju koriste parne lokomotive, podmazivanje i hlađenje u alatnim mašinama, transport boja u tekstilnoj industriji i transport mleka i proizvoda od šećera u prehrambenoj industriji, sve se oslanja na podršku pumpi.
U zaključku, pumpe su sveprisutne u različitim poljima, uključujući vazduhoplovstvo, vojnu opremu, industrijsku proizvodnju i svakodnevni život, i igraju nezamjenjivu ulogu. Stoga se pumpe svrstavaju u opće strojeve i postaju nezamjenjiv i važan proizvod u mašinskoj industriji.
V. Osnovni parametri pumpi
Pumpe, kao važna komponenta opšte mašinerije, svojim performansama direktno utiču na operativnu efikasnost u različitim scenarijima primene. Da bismo u potpunosti razumjeli performanse pumpi, prvo se moramo fokusirati na nekoliko ključnih osnovnih parametara. Ovi parametri ne samo da odražavaju inherentne karakteristike pumpi, već i daju ključne smjernice za njihov odabir i primjenu.
1. Brzina protoka Q
Brzina protoka je važan pokazatelj za mjerenje količine tekućine koja pumpa može prenijeti u jedinici vremena, obično izraženom u zapremini ili masi. Zapreminski protok je označen sa Q, a njegove jedinice uključuju m3/s, m3/h, i l/s, itd. Dok je masovni protok predstavljen sa Qm, a njegove jedinice su t/h, kg/s, itd. Odnos između ova dva se može uspostaviti kroz formulu Qm=ρQ, gdje ρ predstavlja gustinu tečnosti. Za vodu normalne temperature, njena gustina ρ je približno 1000 kg/m3.
2. Glava H
Napor se odnosi na povećanje energije u jediničnoj težini tečnosti nakon što je pumpa pumpa, od ulaza pumpe (tj. ulazne prirubnice pumpe) do izlaza (tj. izlazne prirubnice pumpe). Ovo je ekvivalentno efektivnoj energiji koju dobija jedan Njutn tečnosti prilikom prolaska kroz pumpu. Njegova jedinica je N·m/N, koja je također poznata kao metri. Predstavlja visinu stupca tečnosti koji pumpa pumpa, pa se stoga jednostavno naziva i metrima.
3. Brzina rotacije n
Brzina se odnosi na broj rotacija vratila pumpe u jedinici vremena, obično se označava simbolom n, a njegova jedinica je broj okretaja u minuti (r/min).
4. Margina usisne glave
Margina usisne glave, poznata i kao neto pozitivna usisna glava, ključni je parametar za mjerenje performansi kavitacije. U Kini je ovaj parametar ranije bio predstavljen sa Δh.
5. Snaga i efikasnost
Snaga pumpe se obično naziva ulaznom snagom, koja je snaga koja se prenosi sa glavnog pokretača na osovinu pumpe, a poznata je i kao snaga osovine, označena sa P. Efektivna snaga pumpe, ili izlazna snaga, je predstavljena sa Pe i meri efektivnu energiju dobijenu tečnosti koja se ispušta iz pumpe u jedinici vremena.
Vrijedi napomenuti da glava upravo predstavlja ovu djelotvornu energiju. Konkretno, glava se odnosi na efektivnu energiju koju jedinica teške tečnosti prima kada se ispumpava iz pumpe. Stoga, množenjem glave, masenog protoka i gravitacionog ubrzanja, možemo izračunati efektivnu energiju koju jedinica izlazne tekućine iz pumpe dobije u datom vremenu, što je efektivna snaga pumpe:
Pe=ρgQH (W)=QH (W)
Među njima, ρ predstavlja gustinu tečnosti koju pumpa pumpa (kg/m³), specifična težina tečnosti koju pumpa pumpa (N/m³), Q je brzina protoka pumpe (m³/s), H je glava pumpe (m), a g je ubrzanje usled gravitacije (m/s²).
Razlika između snage osovine P i efektivne snage Pe predstavlja gubitak snage unutar pumpe. Da bismo kvantificirali ovaj gubitak, uvodimo koncept efikasnosti pumpe, koji se izražava kao omjer efektivne snage i snage osovine i označava se sa η.
VI. Definicija i konverzija saobraćaja
Brzina protoka, koja predstavlja zapreminu tečnosti koju pumpa ispušta u jedinici vremena, označava se sa Q. Njegove jedinice uključuju kubne metre na sat (m3/h), litre u sekundi (l/s) itd. Vrijedi napomenuti da je 1 litar u sekundi ekvivalent 3,6 kubnih metara po satu, što je također jednako 6 litara po minuti ili 0 cubic metara po minuti. Dodatno, možemo izračunati težinu koja se pumpa po satu koristeći brzinu protoka i specifičnu težinu tečnosti, označenu sa G, gde ρ predstavlja specifičnu težinu tečnosti. Na primjer, ako određena pumpa ima protok od 50 kubnih metara na sat, kada pumpa vodu, želimo da znamo kolika se težina može ispumpati na sat? Uz pretpostavku da je specifična težina vode ρ 1000 kilograma po kubnom metru, možemo izračunati pomoću formule G=Qρ, što rezultira rezultatom od 50.000 kilograma na sat, ili 50 tona na sat.
VII. Definicija i konverzija glave
Napor, koji je energija dobivena jediničnom težinom tekućine koja prolazi kroz pumpu, označava se sa H i mjeri se u metrima (m). Uključuje usisnu glavu i približno je jednaka razlici tlaka između izlaza pumpe i ulaza. U međuvremenu, pritisak pumpe je predstavljen sa P i meri se u Mpa (megapaskalima). Vrijedi napomenuti da postoji određeni odnos konverzije između glave i pritiska. Specifična formula je H=P/ρ, gde je ρ specifična težina tečnosti. Na primjer, kada je P 1 kg/cm², možemo koristiti formulu da izračunamo da je H otprilike 10 metara.
1 Mpa je jednako 10 kg/cm². Napor H se može izračunati pomoću formule H=(P2 - P1) / ρ, gdje P2 predstavlja izlazni pritisak, P1 predstavlja ulazni pritisak, a ρ je specifična težina tečnosti.
Zatim ćemo razgovarati o konceptima margine kavitacije i usisnog podizanja, kao io njihovim mjernim jedinicama. Kavitacija se odnosi na pojavu u kojoj tokom rada pumpe tečnost na ulazu u impeler stvara paru usled vakuumskog pritiska. Ovi ispareni mjehurići, nakon udarca s česticama tekućine, uzrokuju eroziju metalnih površina kao što je impeler, čime oštećuju ove metalne komponente. Ovaj vakuumski pritisak je poznat kao pritisak isparavanja. Margina kavitacije se, s druge strane, odnosi na energiju koju jedinica težine tečnosti na usisnom otvoru pumpe poseduje iznad pritiska isparavanja. Mjeri se u metrima i obično se označava sa NPSHr.
Usisna visina, poznata i kao neophodna margina kavitacije Δh, je stepen vakuuma pri kojem pumpa može usisati tečnost. To je dozvoljena visina ugradnje za pumpu, a njena jedinica su takođe metri. Formula za izračunavanje usisne glave je: Usisna visina=Standardni atmosferski pritisak - Margina kavitacije - Sigurnosna granica. Među njima, vakuumska visina cjevovoda koju stvara standardni atmosferski tlak je 10,33 metra, a sigurnosna granica se obično uzima kao 0,5 metara.
Na primjer, za određenu pumpu, njeno potrebno usisno podizanje je 4,0 metara. Možemo koristiti gornju formulu da izračunamo njegovu visinu usisavanja Δh. Rezultat proračuna je: Δh=10.33 - 4.0 - 0.5=5.83 metara.
VIII. Fenomen kavitacije pumpe i njegovi uzroci
1. Definicija kavitacije
Kada tečnost dostigne određenu temperaturu, njen pritisak pada na pritisak isparavanja koji odgovara toj temperaturi. U ovom trenutku će se formirati mehurići unutar tečnosti. Ovaj fenomen je poznat kao kavitacija.
2. Kavitacijski kolaps
Tokom procesa kavitacije, generirani mjehurići, kako tečnost teče u područje visokog-pritiska, brzo će se skupiti zbog naglog povećanja pritiska i na kraju će puknuti u tečnosti. Ovaj fenomen se naziva kavitacijski kolaps.
3. Uzroci i opasnosti od kavitacije
Tokom rada pumpe, ako određena područja protočnog prolaza (kao što je položaj malo iza ulaza lopatica rotora) iskuse poseban razlog zbog kojeg apsolutni pritisak tečnosti koja se pumpa padne ispod pritiska isparavanja na toj temperaturi, tečnost počinje da isparava u ovom trenutku, formirajući veliki broj mjehurića. Kako tečnost koja sadrži ove mjehuriće ulazi u područje visokog{1}}pritiska radnog kola, mjehurići se brzo skupljaju pod djelovanjem tečnosti pod-visokim pritiskom i na kraju pucaju. Ovaj proces je posebno vidljiv kod potopljenih pumpi. Kondenzacija i pucanje mjehurića praćeni su brzim punjenjem šupljina česticama tekućine pri ekstremno velikim brzinama, što rezultira snažnim udarom vode. Ovaj udar vode udara o metalnu površinu sa velikom frekvencijom udara, pri čemu napon udara doseže stotine do hiljade atmosfera, a frekvencija udara može doseći i desetine hiljada puta u sekundi. Zidne površine koje su dugo izložene takvim udarima mogu biti jako erodirane, pa čak i perforacija.
4. Proces i efekti kavitacije
U pumpi, kavitacija je složen proces koji uključuje stvaranje, razvoj i kolaps mjehurića. Kada određena područja protočne sekcije pumpe dožive specifične uslove koji uzrokuju da apsolutni pritisak tečnosti padne ispod pritiska isparavanja, tečnost počinje da isparava, formirajući veliki broj mehurića. Ovi mjehurići, kako tečnost ulazi u područje visokog-pritiska radnog kola, brzo se skupljaju pod uticajem visokog{3}}pritiska i na kraju pucaju. Ova serija procesa ne samo da uzrokuje ozbiljna oštećenja komponenti protoka, već i stvara neugodnu buku i vibracije, čime se značajno smanjuju performanse pumpe. U teškim slučajevima, kavitacija može čak uzrokovati prekid dovoda tekućine u pumpu, što utiče na normalan rad pumpe.
IX. Koja je karakteristična kriva pumpe?
Karakteristična kriva pumpe, poznata i kao kriva performansi, u suštini prikazuje odnos između glavnih parametara performansi centrifugalne pumpe. Ove krive se dobijaju stvarnim merenjima i vizuelno predstavljaju obrazac kretanja tečnosti unutar pumpe. Karakteristične krive uključuju krivulje protoka i visine (Q-H), protoka i efikasnosti (Q-η), brzine protoka i snage (Q-N), te brzine protoka i margine visine isparavanja (Q-NPSHr). Ove krive su ključne za razumijevanje radnog stanja pumpe jer za bilo koju datu tačku protoka, skup odgovarajućih vrijednosti za visinu, snagu, efikasnost i marginu visine isparavanja može se naći na krivulji, a ovaj skup parametara se naziva radno stanje ili radna tačka. Konkretno, radna tačka sa najvećom efikasnošću centrifugalne pumpe naziva se optimalna radna tačka, a obično je i projektna radna tačka. Razumijevanje ovih parametara performansi je ključno za osiguravanje normalnog rada i efikasnosti{9}}štede energije pumpe.
11. Kako se definiše efikasnost pumpe? Koja je njegova formula?
Efikasnost pumpe je definisana kao omjer efektivne snage i snage osovine, predstavljen simbolom η, a njena formula za proračun je η=Pe/P. Ovdje Pe predstavlja efektivnu snagu pumpe, a P se odnosi na snagu vratila pumpe, odnosno snagu koja se prenosi sa glavnog pokretača na vratilo pumpe. Efektivna snaga je proizvod glave pumpe, masenog protoka i gravitacionog ubrzanja, a njena formula je Pe=ρg QH (u vatima), ili Pe=QH/1000 (u kilovatima). Dodatno, ρ predstavlja gustinu tečnosti koju pumpa transportuje, specifična težina tečnosti (=ρg), a g je gravitaciono ubrzanje. Istovremeno, maseni protok Qm može se dobiti množenjem gustine ρ sa protokom Q, sa jedinicama tona na sat ili kilograma u sekundi.
12. Šta je testni stol pune performanse za pumpu?
Ispitni sto za pune performanse za pumpe je napredna oprema koja može precizno testirati različite parametre performansi pumpi. Usklađen je sa nacionalnim standardima i ima B-nivo tačnosti, što osigurava tačnost rezultata testa. Ovaj ispitni sto opremljen je preciznim instrumentima, uključujući merač protoka sa pužnim zupčanikom za merenje protoka, precizni manometar za merenje glave, merač vakuma za merenje usisne glave i aksijalnu mašinu za merenje snage. Dodatno, brzinomjer se također koristi za precizno određivanje brzine pumpe. Kroz kolaborativno djelovanje ovih preciznih instrumenata, možemo dobiti kompletan skup parametara performansi pumpe, čime se sveobuhvatno procjenjuje njen učinak.
