Tokom procesa strujanja fluida, gubi se nešto mehaničke energije zbog otpora protoka. Stoga, za transport fluida s jednog mjesta na drugo, bilo da se radi o prijenosu fluida sa lokacije s nižom ukupnom specifičnom energijom na lokaciju s višom ukupnom specifičnom energijom, ili samo da bi se savladao otpor protoka, mehanička energija mora biti osigurana fluidu. Mašina koja se koristi za transport tečnosti naziva se pumpa (Pumpa). Pumpe su uglavnom klasifikovane u tri kategorije na osnovu njihovih strukturnih karakteristika i principa rada:
I. Pumpe tipa lopatica{1}}: Ove pumpe rade tako što rotirajuća lopatica rade na fluidu, čime se povećava mehanička energija tečnosti. Primjeri uključuju razne centrifugalne pumpe, vrtložne pumpe i aksijalne pumpe, itd.
II Pumpe sa pozitivnim pomakom: Ove pumpe koriste povratno kretanje klipova ili rotaciono kretanje rotora da bi promenile zapreminu radne komore, kompresujući tečnost i vršeći rad na tečnosti, čime se povećava mehanička energija tečnosti. Primjeri uključuju klipne pumpe, zupčaste pumpe i vijčane pumpe, itd.
III Mlazna pumpa: Radi tako što koristi mlaz velike brzine{0}}koji generiše radni fluid za izbacivanje tečnosti, a zatim se kroz razmjenu zamaha povećava energija izbačenog fluida.
Zbog svoje jednostavne strukture, lakoće proizvodnje, stabilnog protoka, snažne prilagodljivosti i praktičnog rada, centrifugalne pumpe se široko koriste u hemijskoj proizvodnji. Stoga ćemo se u ovom članku fokusirati na uvođenje centrifugalnih pumpi.
Princip rada centrifugalne pumpe
Kada je centrifugalna pumpa u radu, ona se oslanja na -rotirajuće radno kolo velike brzine kako bi omogućilo tekućini da dobije energiju i poveća svoj potencijal pritiska pod dejstvom inercijalne centrifugalne sile. Pre nego što centrifugalna pumpa počne da radi, telo pumpe i ulazni cevovod moraju biti napunjeni tečnim medijumom kako bi se sprečila pojava kavitacije.
Kada se impeler brzo okreće, lopatice uzrokuju brzu rotaciju medija. Rotirajući medij se izbacuje iz radnog kola pod djelovanjem centrifugalne sile. Nakon što se voda iz pumpe izbaci van, u središtu radnog kola formira se vakuumsko područje. Istovremeno, on kontinuirano usisava tečnost i kontinuirano daje određenu energiju usisanoj-tečnosti, a zatim ispušta tečnost. Dakle, centrifugalna pumpa radi kontinuirano na ovaj način.
Struktura centrifugalne pumpe
Postoji mnogo vrsta centrifugalnih pumpi. Iako su strukture različitih tipova pumpi različite, glavne komponente su u osnovi iste.
Glavne komponente centrifugalne pumpe uključuju: radno kolo, osovinu pumpe, kućište pumpe, bazu pumpe, kutiju za pakovanje (zaptivni uređaj), zaptivni prsten, kućište ležaja itd.
1. Impeller
Radno kolo je radna komponenta centrifugalne pumpe. Postiže pumpanje tečnosti rotirajući velikom brzinom i radeći na tečnostima. Važan je dio centrifugalne pumpe.
Radno kolo se uglavnom sastoji od glavčine, lopatica i pokrivne ploče. Poklopac radnog kola podijeljen je na prednju i stražnju pokrovnu ploču. Poklopna ploča na ulaznoj strani radnog kola naziva se prednja pokrivna ploča, a pokrivna ploča druge strane naziva se stražnja pokrivna ploča.
Kada se centrifugalna pumpa pokrene, osovina pumpe pokreće impeler da se zajedno okreće velikom brzinom. Ovo prisiljava tečnost koja je prethodno-napunjena između lopatica da rotira. Pod djelovanjem inercijalne centrifugalne sile, tekućina se radijalno kreće od centra prema periferiji radnog kola.
Tokom procesa strujanja kroz impeler, tečnost dobija energiju, pri čemu se njen statički pritisak povećava i brzina protoka povećava. Kada tečnost napusti impeler i uđe u kućište pumpe, usporava se zbog postepenog širenja protočnih kanala unutar kućišta. Dio kinetičke energije pretvara se u energiju statičkog pritiska i konačno teče tangencijalno u ispusni cjevovod.
Prema svom strukturnom obliku, impeleri se mogu podijeliti u sljedeća tri tipa.
(1) Zatvoreno radno kolo ima poklopce sa obje strane. Između pokrivnih ploča nalazi se 4 do 6 oštrica. Zatvoreni impeler ima visoku efikasnost i najčešće se koristi. Pogodan je za transport čistih tečnosti bez čvrstih čestica ili vlakana.
(2) Radno kolo otvorenog-tipa nema pokrovne ploče na obje strane lopatica. Pogodan je za transport tečnosti koje sadrže velike količine suspendovanih čvrstih materija. Međutim, njegova efikasnost je relativno niska, a pritisak transportirane tečnosti nije visok.
(3) Polu{1}}propeler poluotvorenog tipa ima samo stražnju pokrivnu ploču. Pogodan je za transport tečnosti koje su sklone taloženju ili sadrže čvrste suspendovane materije. Njegova efikasnost je između otvorenog i zatvorenog tipa impelera.
2. Vratilo pumpe
Glavna funkcija osovine pumpe centrifugalne pumpe je da prenosi snagu i podupire impeler kako bi ga održao u radnom položaju i normalno radio. Jedan kraj osovine je spojen na osovinu motora preko spojnice, a drugi kraj podržava impeler za rotacijsko kretanje. Osovina je opremljena komponentama kao što su ležajevi i aksijalne brtve.
Uobičajeni materijali za osovine pumpe su ugljični čelik i nehrđajući čelik.
Radno kolo i osovina su povezani ključem. Budući da ovaj način povezivanja može samo prenijeti obrtni moment, ali ne može fiksirati aksijalni položaj impelera, u pumpi se koriste aksijalna čaura i matica za zaključavanje za fiksiranje aksijalnog položaja impelera.
Nakon što je radno kolo aksijalno pozicionirano sa sigurnosnom maticom i čahurom vratila, kako bi se spriječilo otpuštanje matice za zaključavanje, potrebno je spriječiti okretanje pumpe. Posebno za novoinstalirane pumpe ili pumpe koje su bile podvrgnute rastavljanju i popravku, treba izvršiti provjeru smjera okretanja prema propisima kako bi se osigurala konzistentnost sa specificiranim smjerom.
3. Sleeve
Funkcija čahure vratila je da zaštiti osovinu pumpe, pretvarajući trenje između brtve i vratila pumpe u trenje između brtve i čahure vratila. Stoga je rukavac vratila komponenta centrifugalne pumpe-sklona habanju.
Površina čahure osovine također može biti podvrgnuta tretmanima kao što su karburizacija, nitriranje, hromiranje i prskanje. Zahtjev za hrapavost površine je općenito potreban da bi se dostiglo Ra3.2μm - Ra0.8μm. To može smanjiti koeficijent trenja i produžiti vijek trajanja.
4. Ležajevi
Ležajevi imaju ulogu podržavanja težine i opterećenja rotora. U centrifugalnim pumpama najčešće se koriste kotrljajni ležajevi. Spoljni prsten ležaja je u sistemu osnovnog vratila sa rupom kućišta ležaja, dok je unutrašnji prsten u sistemu baznih rupa sa rotirajućim vratilom. Odgovarajuća kategorija nacionalni standardi imaju preporučene vrijednosti i mogu se odabrati prema specifičnim okolnostima. Ležajevi se uglavnom podmazuju mašću i uljem za podmazivanje.
5. Kutija za punjenje
Kada osovina pumpe viri iz kućišta pumpe, postoji razmak između osovine i kućišta. Kod jedno-usisnih centrifugalnih pumpi, ako se na ovom dijelu ne koristi uređaj za brtvljenje vratila, voda pod visokim-pritiskom unutar kućišta pumpe će iscuriti u velikim količinama. Kutija za pakovanje je jedan od najčešće korišćenih uređaja za brtvljenje vratila. Kutija za pakovanje se sastoji od pet komponenti: čahure za brtvljenje vratila, pakovanja, cevi za zaptivanje vode, prstena za zaptivanje vode i poklopca za pakovanje.
⒍蜗壳
Zavoj je protočni kanal u obliku spirale-koji se postepeno povećava u površini-poprečnog presjeka od izlaza impelera do ulaza rotora sljedeće faze ili do izlazne cijevi pumpe. Protočni kanal se postepeno širi, a izlaz je u obliku difuzorske cijevi. Nakon što tečnost iscuri iz radnog kola, njena brzina protoka se može glatko smanjiti, pretvarajući veliki deo njene kinetičke energije u energiju statičkog pritiska.
Prednosti volute su u tome što je laka za proizvodnju, ima široku zonu efikasnosti, a efikasnost pumpe se malo menja nakon mašinske obrade radnog kola.
Nedostatak je što je oblik voluta asimetričan. Kada koristite jednu spiralu, pritisak koji radijalno djeluje na rotor nije ravnomjeran, što može uzrokovati savijanje osovine. Stoga, u višestepenim pumpama-samo prva i zadnja sekcija koriste volute, dok srednji dio ima uređaj za vođenje.
Materijal volute je obično liveno gvožđe. Voluten anti-pumpe je napravljen od nerđajućeg čelika ili drugih materijala protiv korozije, kao što su plastika, fiberglas, itd. Za višestepene pumpe, zbog visokog pritiska, zahtjevi za čvrstoćom materijala su veći, a njihove spirale su uglavnom napravljene od livenog čelika.
⒎ Pogonski točak
Vodeći kotač je stacionarni disk sa prednjim lopaticama za vođenje omotane oko njegove vanjske ivice na prednjoj strani. Ove vodeće lopatice formiraju niz protočnih kanala u obliku difuzora-. Na poleđini se nalaze reverzne vodeće lopatice koje usmjeravaju tekućinu na ulaz sljedećeg stupnja radnog kola. Nakon što se tečnost izbaci iz impelera, ona glatko teče u vodeći točak i nastavlja da struji prema van duž prednjih vodećih lopatica, pri čemu se njena brzina postepeno smanjuje i većina njene kinetičke energije se pretvara u energiju statičkog pritiska.
Radijalni jednostrani zazor između impelera i vodeće lopatice je približno 1 mm. Ako je zazor prevelik, efikasnost će se smanjiti; ako je premala, to će uzrokovati vibracije i buku. U poređenju sa spiralnom, kućište pumpe segmentirane višestepene centrifugalne pumpe sa vodećim točkovima je lakše za proizvodnju i ima veću efikasnost konverzije energije. Međutim, njegova instalacija i održavanje su teži nego kod volute.
16. Zaptivni prsten
Kako bi se smanjilo unutrašnje curenje i zaštitilo kućište pumpe, zamjenjivi zaptivni prsten je ugrađen na školjku koja odgovara ulazu radnog kola. Radijalni zazor između unutrašnjeg otvora zaptivnog prstena i spoljašnjeg kruga radnog kola je uglavnom između 0,1 i 0,2 mm. Nakon što se zaptivni prsten istroši, radijalni zazor se povećava, što rezultira smanjenjem zapremine tečnosti pumpe i smanjenjem efikasnosti. Kada zaptivni razmak premaši navedenu vrijednost, potrebno ga je na vrijeme zamijeniti.
Strukturni oblici zaptivnog prstena su tri tipa:
Tip ravnog-prstena, jednostavne strukture i jednostavne izrade, ali slabog efekta brtvljenja;
Zaptivni prsten sa pravim-uglom omogućava curenje tečnosti da prođe kroz kanal od 90 stepeni, što rezultira boljim efektom brtvljenja u poređenju sa ravnim-prstenom. Široko se koristi.
Labirintni zaptivni prsten ima dobar efekat brtvljenja, ali je njegova struktura složena i teška izrada. Stoga se rijetko koristi u centrifugalnim pumpama.
Radni proces centrifugalne pumpe
Prije pokretanja pumpe, napunite pumpu tekućinom koja se prva transportira.
2. Nakon što se pumpa pokrene, osovina pumpe pokreće radno kolo da se okreće velikom brzinom, stvarajući centrifugalnu silu. Pod ovom silom, tečnost se izbacuje iz središta radnog kola ka periferiji radnog kola, njen pritisak raste i veoma velikom brzinom (15-25 m/s) teče u kućište pumpe.
3. U kućištu pumpe 蜗形, kako se kanal protoka kontinuirano širi, brzina protoka tečnosti se usporava, uzrokujući da se većina kinetičke energije pretvara u energiju pritiska. Konačno, tečnost izlazi iz ispusnog otvora sa relativno visokim statičkim pritiskom i ulazi u ispusni cevovod.
4. Nakon što se tečnost unutar pumpe izbaci, stvara se vakuum u centru radnog kola. Pod razlikom pritiska između površinskog pritiska tečnosti (atmosferski pritisak) i pritiska unutar pumpe (negativni pritisak), tečnost ulazi u pumpu kroz usisni cevovod i ispunjava poziciju gde je tečnost izbačena.
Klasifikacija centrifugalnih pumpi
Proizvodi centrifugalnih pumpi općenito se klasificiraju prema njihovim strukturnim karakteristikama. Postoje različite metode klasifikacije, uključujući šest tipova: klasifikovane po radnom pritisku, po broju radnih kola, po načinu na koji impeler upija vodu itd.
⒈ Prema radnom pritisku:
Pumpa niskog{0}}pritiska: Pritisak je niži od 100 metara vodenog stuba.
Pumpa srednjeg{0}}pritiska: Pritisak se kreće od 100 do 650 metara vodenog stuba.
Pumpa visokog{0}}pritiska: Pritisak je veći od 650 metara vodenog stuba.
2. Prema broju radnih impelera:
Jednostepena{0}}pumpa: Ovo se odnosi na pumpu kod koje postoji samo jedno radno kolo na vratilu pumpe.
Više{0}}stepena pumpa: Ova vrsta pumpe ima dva ili više impelera na svom vratilu. U ovom slučaju, ukupna visina pumpe je zbir glava koje stvara svaki od n impelera.
3. Prema načinu unosa vode u impeler:
Jedno-bočna{1}}usisna pumpa za vodu: Poznata i kao jednostruka-usisna pumpa, to znači da postoji samo jedan ulaz za vodu na impeleru.
Dvosmjerna usisna pumpa: Poznata i kao dupla{0}}usisna pumpa, ima ulazni otvor na obje strane radnog kola. Njen protok je dvostruko veći od protoka jedne-usisne pumpe. Može se grubo posmatrati kao dva pojedinačna-propelera usisne pumpe postavljena nazad-na-pozadi.
4. Prema položaju osovine pumpe:
Horizontalna pumpa: Vratilo pumpe je u horizontalnom položaju.
Vertikalna pumpa: Vratilo pumpe je u vertikalnom položaju.
5. Prema obliku spoja kućišta pumpe:
Horizontalna split pumpa: To je ona u kojoj se spojni šav otvara na horizontalnoj ravni koja prolazi kroz osu.
Pumpa za vertikalnu površinu zgloba: Ovo se odnosi na pumpu kod koje je površina spoja okomita na liniju osi.
6. Metoda usmjeravanja vode koja izlazi iz radnog kola prema ispusnoj komori:
Pumpa kućišta: Nakon što voda izađe iz radnog kola, ona direktno ulazi u kućište pumpe koje ima spiralni oblik.
Pumpa s vodenim lopaticama: Nakon što voda izađe iz radnog kola, ona ulazi u vodeće lopatice postavljene izvan radnog kola, a zatim prelazi na sljedeću fazu ili teče u izlaznu cijev.
⒎ Prema različitim medijima koji se transportuju, centrifugalne pumpe se mogu klasifikovati 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 tečnost između lopatica izbaci iz rotora velike brzine -, formira se područje niskog pritiska - u blizini ulaza radnog kola. Kada je pritisak na ulazu rotora jednak ili niži od pritiska zasićene pare pV transportovane tečnosti na radnoj temperaturi, tečnost u ovoj oblasti će ispariti i formirati mehuriće. Kada mjehurići putuju s tekućinom u područje visokog{4}}pritiska, brzo će se kondenzirati zbog pritiska.
U trenutku kondenzacije mjehurića nastaje lokalni vakuum. Okolna tečnost velikom brzinom juri ka prostoru koji je prethodno zauzimao mehur, izazivajući udar i vibraciju, što rezultira značajnom silom udara. Naročito kada je tačka kondenzacije mjehurića blizu površine oštrice, brojne čestice tekućine udaraju na oštricu visokom frekvencijom i pritiskom; u isto vrijeme, mjehur može sadržavati i malu količinu kisika i drugih tvari koje imaju kemijski korozivni učinak na metalne materijale. Kombiniranim djelovanjem kontinuiranog udara i kemijske korozije, površina oštrice se oštećuje, stvarajući mrlje i pukotine, što će dovesti do prijevremenog oštećenja oštrice. Ova pojava se naziva kavitacija u centrifugalnim pumpama.
Fenomen vezivanja gasa
Kada se centrifugalna pumpa pokrene, ako u pumpi ima zraka, zbog male gustine zraka, centrifugalna sila nastala nakon rotacije je mala. Kao rezultat toga, nizak pritisak formiran u središnjem dijelu radnog kola nije dovoljan za usisavanje tekućine. Čak i ako se centrifugalna pumpa pokrene, ona ne može završiti transportni zadatak. Ova pojava se naziva "zračna brava".
Ovo ukazuje da centrifugalna pumpa nema samousisnu{0}}sposobnost. Stoga, prije pokretanja centrifugalne pumpe, ona mora biti napunjena tekućinom koja se transportira. Naravno, ako je usisni otvor centrifugalne pumpe postavljen ispod nivoa tečnosti transportovane tečnosti, tečnost će automatski teći u pumpu. Ovo je poseban slučaj. Usisni cevovod centrifugalne pumpe opremljen je donjim ventilom kako bi se sprečilo da tečnost koja je napunjena pre početka iscuri iz pumpe. Filterska mreža može spriječiti usisavanje čvrstih tvari u tekućini i blokiranje cjevovoda i ispusne cijevi kućišta pumpe. Regulacijski ventil ugrađen u ispusnu cijev služi za pokretanje pumpe, zaustavljanje pumpe i regulaciju protoka.
Iz perspektive različitih uzroka kavitacije i parnih blokada:
Vezivanje vazduha se odnosi na prisustvo vazduha unutar tela pumpe. Obično se javlja kada se pumpa pokrene. Glavna manifestacija je da zrak unutar tijela pumpe nije u potpunosti uklonjen. Dok kavitaciju uzrokuje tečnost koja na određenoj temperaturi dostigne svoj tlak isparavanja. Vidi se da je to usko povezano sa transportnim medijem i uslovima rada.
Sljedeće metode mogu se koristiti za sprječavanje pojave zračne brave:
1. Prije početka, napunite školjku tekućinom. Osigurajte čvrsto zaptivanje školjke. Ventil za punjenje vode i glava tuša ne smiju propuštati. Performanse zaptivanja treba da budu dobre.
2. Usisni cevovod centrifugalne pumpe je opremljen donjim ventilom kako bi se sprečilo da tečnost koja je upumpana pre pokretanja teče nazad u pumpu. Filterska mreža može spriječiti usisavanje čvrstih čestica u tekućini. Ispusni cjevovod je opremljen regulacionim ventilom koji se koristi za pokretanje i zaustavljanje pumpe i regulaciju protoka.
3. Postavite usisni otvor centrifugalne pumpe ispod nivoa tečnosti gde tečnost treba da se transportuje. Tečnost će automatski teći u pumpu.
Uzroci i rješenja nastanka kavitacije
Glavni uzroci kavitacije su:
1. Otpor ulaznog cjevovoda je previsok ili je cjevovod pretanak.
2. Temperatura medija koji se prenosi je previsoka;
3. Prekomjeran protok, odnosno izlazni ventil je preširoko otvoren;
4. Visina instalacije je previsoka, što utiče na kapacitet usisne tečnosti pumpe.
5. Pitanja izbora, uključujući izbor pumpi i izbor materijala za pumpe, itd.
Rješenje:
1. Uklonite strane predmete iz ulaznog cjevovoda kako biste osigurali nesmetani protok ili povećajte prečnik cjevovoda.
2. Smanjiti temperaturu transportovanog medija;
3. Smanjite visinu instalacije;
4. Zamijenite pumpu ili poboljšajte određene komponente pumpe, kao što je korištenje materijala otpornih na kavitaciju.
