1. Princip rada centrifugalne pumpe
Kada centrifugalna pumpa radi, ona se oslanja na rotirajuće impeler velike brzine za povećanje energije pritiska tečnosti 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 kavitacija.
Kada se impeler brzo okreće, lopatice potiču medij da se brzo okreće. Rotirajući medij izleti iz radnog kola pod djelovanjem centrifugalne sile, a voda unutar pumpe se izbacuje, formirajući vakuumsko područje u središtu radnog kola. Kontinuirano udisanje tečnosti dok kontinuirano daje određenu količinu energije udahnutoj tečnosti da je izbaci. Centrifugalna pumpa radi kontinuirano na ovaj način.
2. Struktura centrifugalne pumpe
Postoji mnogo varijanti centrifugalnih pumpi, i iako su strukture svake vrste pumpe različite, glavne komponente su u osnovi iste.
Glavne komponente centrifugalne pumpe uključuju: radno kolo, vratilo pumpe, kućište pumpe, sjedište pumpe, kutiju za pakovanje (uređaj za brtvljenje vratila), prsten za smanjenje curenja, sjedište ležaja itd.
Radno kolo je radna komponenta centrifugalne pumpe, koja se oslanja na svoju veliku brzinu rotacije da bi obavila rad na tečnosti i ostvarila transport tečnosti. Važna je komponenta centrifugalne pumpe.
Radno kolo se općenito sastoji od tri dijela: glavčine, lopatica i poklopca. Poklopna ploča radnog kola može se podijeliti na prednju i stražnju pokrovnu ploču. Poklopna ploča na strani otvora radnog kola naziva se prednja pokrivna ploča, a pokrovna ploča s druge strane naziva se stražnja pokrivna ploča.
Nakon što se centrifugalna pumpa pokrene, osovina pumpe pokreće impeler da se okreće velikom brzinom, tjerajući tekućinu napunjenu između lopatica da se okreće. Pod djelovanjem inercijalne centrifugalne sile, tekućina se radijalno kreće od središta radnog kola prema vanjskom obodu.
Tečnost dobija energiju tokom kretanja kroz impeler, što rezultira povećanjem energije statičkog pritiska i povećanjem brzine protoka. Kada tečnost napusti impeler i uđe u kućište pumpe, usporava se zbog postepenog širenja protočnog kanala unutar kućišta. Dio kinetičke energije pretvara se u energiju statičkog pritiska i konačno teče u ispusni cjevovod duž tangencijalnog smjera.
Prema strukturnom obliku, impeleri se mogu podijeliti u sljedeća tri tipa.
(1)Zatvoreni impeler ima poklopce na obje strane radnog kola, sa 4-6 oštricama između pokrovnih ploča. Zatvoreno radno kolo ima visoku efikasnost i široko se koristi, pogodno za transport čistih tečnosti bez čvrstih čestica i vlakana.
(2) Otvoreni impeler nema pokrovne ploče sa obe strane lopatice, što je pogodno za transport tečnosti koje sadrže veliku količinu suspendovanih čvrstih materija. Ima nisku efikasnost i pritisak tečnosti koji se prenosi nije visok.
Poluotvoreni impeler ima samo stražnju pokrivnu ploču i pogodan je za transport tekućina koje se lako talože ili sadrže čvrste suspendirane čvrste tvari. Njegova efikasnost je između otvorenih i zatvorenih impelera.
Glavna funkcija osovine pumpe centrifugalne pumpe je prijenos snage i podrška rotoru za održavanje normalnog rada u radnom položaju. Spojen je na osovinu motora preko spojnice na jednom kraju i podržava impeler za rotacijsko kretanje na drugom kraju. Osovina je opremljena ležajevima, aksijalnim brtvama i drugim komponentama.
Najčešće korišteni materijali za osovine pumpe su ugljični čelik i nehrđajući čelik.
Radno kolo i vratilo su spojeni ključevima. Kako ovaj način povezivanja može samo prenijeti obrtni moment i ne može fiksirati aksijalni položaj impelera, čahura vratila i matica za zaključavanje se također koriste u vodenoj pumpi za fiksiranje aksijalnog položaja impelera.
Nakon što je radno kolo aksijalno pozicionirano sa sigurnosnom maticom i čahurom vratila, kako bi se spriječilo uvlačenje matice za zaključavanje, potrebno je spriječiti okretanje pumpe za vodu, posebno za početnu ugradnju pumpe za vodu ili pumpe za vodu nakon demontaže i održavanje, inspekciju upravljanja treba izvršiti u skladu sa propisima kako bi se osigurala konzistentnost sa specificiranim upravljanjem.
Funkcija čahure vratila je da zaštiti vratilo pumpe, pretvarajući trenje između brtve i vratila pumpe u trenje između brtve i čahure vratila. Stoga je čahura vratila dio centrifugalne pumpe koji se lako troši.
Površina rukavca vratila se općenito može tretirati metodama kao što su karburizacija, nitriranje, hromiranje, prskanje, itd. Zahtjev za hrapavost površine je općenito Ra3,2 μm do Ra0,8 μm. Može smanjiti koeficijent trenja i poboljšati vijek trajanja.
Ležajevi igraju ulogu u podržavanju težine i nosivosti rotora. Kotrljajni ležajevi se obično koriste na centrifugalnim pumpama, pri čemu vanjski prsten i rupe sjedišta ležaja koriste sistem osnovnog vratila, a unutrašnji prsten i vratilo koriste sistem baznih rupa. Ležajevi se uglavnom podmazuju mašću i uljem.
Kada osovina pumpe prolazi kroz kućište pumpe, između osovine i kućišta postoji razmak. U centrifugalnoj pumpi s jednim usisom, ako se uređaj za brtvu vratila ne koristi na ovoj lokaciji, voda pod visokim pritiskom unutar kućišta pumpe će iscuriti u velikim količinama. Kutija za pakovanje je uobičajeni uređaj za brtvljenje vratila. Kutija za pakovanje se sastoji od pet komponenti: zaptivke vratila, zaptivke, cevi za zaptivanje vode, prstena za zaptivanje vode i brtve za zaptivanje.
Voluta se odnosi na spiralni kanal protoka s postupnim povećanjem površine 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 difuzijske cijevi. Nakon što tečnost iscuri iz radnog kola, njen protok se može polako smanjivati, pretvarajući veliki deo kinetičke energije u energiju statičkog pritiska.
Prednosti volute su laka proizvodnja, široka zona efikasnosti i minimalne promjene efikasnosti pumpe nakon okretanja radnog kola.
Nedostatak je što je oblik spirale asimetričan, a kada se koristi jedna spirala, pritisak koji djeluje na radijalni smjer rotora je neujednačen, što može lako uzrokovati savijanje osovine. Stoga, u višestepenim pumpama, samo prva i zadnja sekcija koriste volute, dok se u srednjem dijelu koriste uređaji s vodećim kotačima.
Materijal školjki puževa je uglavnom liveno gvožđe. Voluta antikorozivne pumpe je napravljena od nerđajućeg čelika ili drugih antikorozivnih materijala, kao što su plastika, stakloplastika, itd. Zbog visokog pritiska, višestepene pumpe zahtevaju visoku čvrstoću materijala, a njihove volute su uglavnom napravljene od livenog čelika.
Vodeći točak je fiksni disk sa prednjim lopaticama za vođenje omotane oko vanjske ivice impelera na prednjoj strani, formirajući protočne kanale u obliku difuzije. Na poleđini se nalaze reverzne vodeće lopatice koje vode tekućinu prema sljedećem stupnju radnog kola. Nakon što je izbačena iz impelera, tečnost polako ulazi u vodeće lopatice i nastavlja da teče prema van duž prednjih vodećih lopatica. Brzina se postepeno smanjuje, a većina kinetičke energije se pretvara u energiju statičkog pritiska.
Radijalni jednostrani zazor između radnog kola i vodilice je približno 1 mm. Ako je jaz prevelik, efikasnost će se smanjiti; Ako je zazor premali, to će uzrokovati vibracije i buku. U poređenju sa spiralnom, segmentirano višestepeno kućište centrifugalne pumpe sa vodećim točkovima je lakše za proizvodnju i ima veću efikasnost u konverziji energije. Ali instalacija i održavanje su teži od školjki puževa.
Kako bi se smanjilo unutrašnje curenje i zaštitilo kućište pumpe, na kućištu se ugrađuju zamjenjivi zaptivni prstenovi koji odgovaraju ulazu radnog kola. Radijalni zazor između unutrašnjeg otvora zaptivnog prstena i vanjskog kruga radnog kola je općenito između 0.1-0.2 mm. Nakon habanja zaptivnog prstena, radijalni zazor se povećava, zapremina pumpe se smanjuje, a efikasnost se smanjuje. Kada razmak zaptivke premaši navedenu vrijednost, treba ga pravovremeno zamijeniti.
Postoje tri strukturna oblika zaptivnih prstenova:
Prvo, tip ravnog prstena ima jednostavnu strukturu i jednostavan je za proizvodnju, ali je učinak brtvljenja loš. Drugo, zaptivni prsten pod pravim uglom obezbeđuje kanal od 90 stepeni za curenje tečnosti, što dovodi do boljih performansi zaptivanja od tipa ravnog prstena i široko se koristi. Treće, labirintski zaptivni prsten ima dobar učinak brtvljenja, ali je njegova struktura složena i teška za proizvodnju, što se rijetko koristi u centrifugalnim pumpama.
3. Proces rada centrifugalne pumpe
(1) Prije pokretanja pumpe, napunite pumpu tekućinom koju treba transportirati.
(2) Nakon pokretanja pumpe, osovina pumpe pokreće impeler da se zajedno okreće velikom brzinom, stvarajući centrifugalnu silu. Pod ovim djelovanjem, tekućina se izbacuje prema vanjskom obodu radnog kola od centra, uzrokujući povećanje tlaka i teče u kućište pumpe velikom brzinom (15-25 m/s).
(3) U kućištu spiralne pumpe, zbog kontinuiranog širenja protočnog kanala, brzina protoka tečnosti se usporava, pretvarajući većinu kinetičke energije u energiju pritiska. Konačno, tečnost teče u ispusni cevovod pod većim statičkim pritiskom iz ispusnog otvora.
(4) Nakon što se tečnost unutar pumpe izbaci van, stvara se vakuum u centru radnog kola. Pod razlikom pritiska između pritiska nivoa tečnosti (atmosferski pritisak) i pritiska pumpe (negativni pritisak), tečnost ulazi u pumpu kroz usisni cevovod, ispunjavajući poziciju gde se tečnost ispušta.
4. Klasifikacija centrifugalnih pumpi
Proizvodi centrifugalnih pumpi se generalno klasifikuju prema svojim strukturnim karakteristikama, sa višestrukim metodama klasifikacije uključujući radni pritisak, broj radnih impelera i ulazni metod impelera.
(1) Prema radnom pritisku:
Pumpa niskog pritiska: pritisak ispod 100 metara vodenog stuba;
Pumpa srednjeg pritiska: pritisak između 100-650 metara vodenog stuba;
Pumpa visokog pritiska: Pritisak je veći od 650 metara vodenog stuba.
(2) Prema broju radnih propelera:
Jednostepena pumpa: odnosi se na postojanje samo jednog radnog kola na vratilu pumpe.
Višestepena pumpa.: Postoje dva ili više impelera na vratilu pumpe, a ukupna visina pumpe je zbir glava koje stvaraju n impelera.
(3) Prema metodi ulaza rotora:
Jednostrana ulazna pumpa: poznata i kao jednostruka usisna pumpa, što znači da postoji samo jedan ulaz na impeleru.
Dvostrana ulazna pumpa: poznata i kao dupla usisna pumpa, što znači da postoji ulaz na obje strane radnog kola. Njen protok je dvostruko veći od jedne usisne pumpe, koja se može aproksimirati kao dva jednostruka rotora usisne pumpe postavljena jedan uz drugi.
(4) Prema položaju osovine pumpe:
Horizontalna pumpa: Vratilo pumpe se nalazi u horizontalnom položaju.
Vertikalna pumpa: Osovina pumpe se nalazi u vertikalnom položaju.
(5) Prema obliku spoja kućišta pumpe:
Horizontalna pumpa otvorenog tipa: odnosi se na spojni šav otvoren na horizontalnoj ravni koja prolazi kroz os.
Vertikalna pumpa za zglobnu površinu: to jest, površina zgloba je okomita na osu.
(6) Način vođenja vode iz radnog kola prema tlačnoj komori je sljedeći:
Pumpa sa spiralnim kućištem: Nakon što voda izađe iz radnog kola, ona direktno ulazi u kućište pumpe u obliku spirale.
Pumpa s vodenim lopaticama: Nakon što voda izađe iz radnog kola, ona ulazi u vodeće lopatice postavljene izvan njega, a zatim ulazi u sljedeći stupanj ili teče u izlaznu cijev.
(7) Prema različitim medijima koje prenose centrifugalne pumpe, može se podijeliti na pumpe za čistu vodu, pumpe za ulje, pumpe otporne na koroziju, itd.
5. Kavitacija i vezivanje gasa
Prema principu rada centrifugalne pumpe, kada se tekućina između lopatica izbacuje iz rotirajućeg impelera velike brzine, formira se zona niskog tlaka u blizini ulaza rotora. Kada je pritisak na ulazu u impeler jednak ili niži od pritiska zasićene pare pV transportovane tečnosti na radnoj temperaturi, tečnost na toj lokaciji će ispariti i proizvesti mehuriće. Kada mjehurići teku s tekućinom u zonu visokog pritiska, oni se pod pritiskom brzo kondenzuju.
U trenutku kondenzacije mjehurića stvara se lokalni vakuum, a okolna tekućina velikom brzinom juri prema prostoru koji zauzima mjehur, uzrokujući udare i vibracije, što rezultira značajnom udarnom silom. Naročito kada se tačka kondenzacije mjehurića nalazi blizu površine oštrice, brojne čestice tekućine udaraju na oštricu visokom frekvencijom i pritiskom; U isto vrijeme, mjehurići mogu sadržavati i malu količinu kisika, što može uzrokovati kemijsku koroziju metalnih materijala. Kombiniranim djelovanjem kontinuiranog udara i kemijske korozije dolazi do oštećenja površine oštrica, što rezultira mrljama i naprslinama, što će dovesti do prijevremenog oštećenja lopatica. Ova pojava se naziva kavitacija u centrifugalnim pumpama.
Kada se centrifugalna pumpa pokrene, ako unutar pumpe ima zraka, zbog male gustine zraka, centrifugalna sila nastala nakon rotacije je mala, a nizak tlak formiran u središnjoj zoni impelera nije dovoljan za usisavanje tečnost. Čak i ako se centrifugalna pumpa pokrene, ona ne može dovršiti zadatak transporta. Ova pojava se naziva vezivanjem vazduha.
Ovo ukazuje da centrifugalna pumpa nema samousisni kapacitet, tako da se pumpa mora napuniti transportovanom tečnošću pre pokretanja. Naravno, ako se usisni otvor centrifugalne pumpe postavi ispod nivoa tečnosti transportovane tečnosti, tečnost će automatski teći u pumpu, što je poseban slučaj. Usisni cjevovod centrifugalne pumpe opremljen je donjim ventilom kako bi se spriječilo da tekućina koja se ubrizgava prije početka istječe iz pumpe. Filter može blokirati čvrsti usis u tekućini i blokirati cjevovod, a regulacijski ventil ugrađen u ispusni cjevovod kućišta pumpe služi za pokretanje, zaustavljanje i regulaciju protoka pumpe.
Od različitih uzroka kavitacije i vezivanja gasa:
Vezivanje vazduha se odnosi na prisustvo vazduha u telu pumpe, što se obično dešava kada se pumpa pokrene i uglavnom se manifestuje kao vazduh unutar tela pumpe nije potpuno ispušten; A kavitacija je posljedica toga što tekućina dostigne svoj tlak isparavanja na određenoj temperaturi, što je usko povezano s transportnim medijem i radnim uvjetima.
Postoje sljedeće metode za sprječavanje pojave fenomena vezivanja plina:
(1) Napunite školjku tekućinom prije početka. Osigurajte pravilno zaptivanje kućišta i osigurajte da ventil i glava tuša za punjenje vode ne propuštaju. Osigurajte dobre performanse zaptivanja.
(2) Usisni cjevovod centrifugalne pumpe opremljen je donjim ventilom kako bi se spriječilo da tekućina koja se ubrizgava prije početka istječe iz pumpe. Filter može spriječiti usisavanje čvrste tvari u tekućini. Ispusni cjevovod je opremljen regulacionim ventilom za upotrebu pri pokretanju, zaustavljanju i regulaciji protoka pumpe.
(3) Postavite usisni otvor centrifugalne pumpe ispod nivoa tečnosti koji se transportuje i tečnost će automatski teći u pumpu.
Glavni uzroci kavitacije su:
(1) Ulazni cevovod ima prevelik otpor ili je cevovod pretanak
(2) Temperatura transportnog medija je previsoka;
(3) Prekomjeran protok, što znači da je izlazni ventil preširoko otvoren;
(4) Visina instalacije je previsoka, što utiče na usisni kapacitet pumpe;
(5) Problemi s odabirom, uključujući odabir pumpe, odabir materijala pumpe, itd
uslovi poravnanja:
(1) Očistite strane predmete u ulaznom cjevovodu kako bi ulaz bio nesmetan ili povećajte veličinu prečnika cijevi;
(2) Smanjite temperaturu transportnog medija;
(3) Smanjite visinu instalacije;
(4) Ponovo odaberite pumpu ili poboljšajte određene komponente pumpe, kao što je korištenje materijala otpornih na koroziju.
