По време на процеса на протичане на течности част от механичната енергия се губи поради съпротивлението на потока. Следователно, за да се транспортира течността от едно място на друго, независимо дали става въпрос за прехвърляне на течността от място с по-ниска обща специфична енергия до място с по-висока обща специфична енергия, или просто за преодоляване на съпротивлението на потока, на течността трябва да се осигури механична енергия. Машината, използвана за транспортиране на течности, се нарича помпа (Pump). Помпите се класифицират главно в три категории въз основа на техните структурни характеристики и принципи на работа:
I. Лопаткови-тип помпи: Тези помпи работят, като въртящите се лопатки работят върху течността, като по този начин увеличават механичната енергия на течността. Примерите включват различни центробежни помпи, вихрови помпи и помпи с аксиален поток и др.
II Обемни помпи: Тези помпи използват възвратно-постъпателното движение на буталата или въртеливото движение на роторите, за да променят обема на работната камера, като компресират течността и извършват работа върху течността, като по този начин увеличават механичната енергия на течността. Примерите включват бутални помпи, зъбни помпи и винтови помпи и др.
III Струйна помпа: Тя работи, като използва високо{0}}скоростната струя, генерирана от работния флуид, за да изхвърли флуида, а след това чрез обмен на импулс енергията на изхвърления флуид се увеличава.
Благодарение на своята проста структура, лекота на производство, стабилен поток, силна адаптивност и удобна работа, центробежните помпи се използват широко в химическото производство. Ето защо в тази статия ще се съсредоточим върху представянето на центробежни помпи.
Принципът на работа на центробежната помпа
Когато центробежната помпа работи, тя разчита на високо{0}}въртящото се работно колело, за да позволи на течността да придобие енергия и да увеличи потенциала си за налягане под въздействието на инерционната центробежна сила. Преди центробежната помпа да започне да работи, тялото на помпата и входният тръбопровод трябва да се напълнят с течна среда, за да се предотврати появата на кавитация.
Когато работното колело се върти бързо, лопатките карат средата да се върти бързо. Въртящата се среда се изхвърля от работното колело под действието на центробежна сила. След като водата вътре в помпата бъде изхвърлена, в центъра на работното колело се образува вакуумна зона. В същото време той непрекъснато засмуква течност и непрекъснато дава определена енергия на засмуканата-течност, след което изпуска течността. По този начин центробежната помпа работи непрекъснато по този начин.
Устройството на центробежна помпа
Има много видове центробежни помпи. Въпреки че структурите на различните типове помпи са различни, основните компоненти са основно едни и същи.
Основните компоненти на центробежната помпа включват: работно колело, вал на помпата, корпус на помпата, основа на помпата, уплътнителна кутия (уплътнително устройство), уплътнителен пръстен, корпус на лагера и др.
1. Работно колело
Работното колело е работният компонент на центробежната помпа. Той постига изпомпване на течности чрез въртене с висока скорост и извършване на работа върху течностите. Това е важна част от центробежната помпа.
Работното колело обикновено се състои от главина, лопатки и покриваща плоча. Покриващата плоча на работното колело е разделена на предна и задна капачна плоча. Покриващата плоча от страната на входа на работното колело се нарича предна покриваща плоча, а покриващата плоча на другата страна се нарича задна покриваща плоча.
Когато центробежната помпа се стартира, валът на помпата задвижва работното колело, за да се въртят заедно с висока скорост. Това принуждава течността, която е била предварително напълнена-между лопатките, да се върти. Под действието на инерционната центробежна сила течността се движи радиално от центъра към периферията на работното колело.
По време на процеса на протичане през работното колело течността придобива енергия, като нейното статично налягане се увеличава и скоростта на потока се увеличава. Когато течността напусне работното колело и влезе в корпуса на помпата, тя се забавя поради постепенно разширяващите се канали за поток вътре в корпуса. Част от кинетичната енергия се преобразува в енергия на статично налягане и накрая се влива тангенциално в изпускателния тръбопровод.
Според техните структурни форми работните колела могат да бъдат класифицирани в следните три типа.
(1) Затвореното работно колело има капаци от двете страни. Между покривните плочи има 4 до 6 остриета. Затвореното работно колело има висока ефективност и е най-широко използваният тип. Подходящ е за пренасяне на чисти течности без твърди частици или влакна.
(2) Работното колело от отворен-тип няма капаци от двете страни на лопатките. Подходящ е за транспортиране на течности, съдържащи голямо количество суспендирани твърди вещества. Ефективността му обаче е относително ниска и налягането на транспортираната течност не е високо.
(3) Работното колело от полу-отворен тип има само заден капак. Подходящ е за пренасяне на течности, които са склонни към утаяване или съдържат твърди суспензирани вещества. Ефективността му е между тази на работното колело от отворен и затворен тип.
2. Вал на помпата
Основната функция на помпения вал на центробежната помпа е да предава мощност и да поддържа работното колело, за да го поддържа в работно положение и да работи нормално. Единият край на вала е свързан към вала на двигателя чрез съединител, а другият край поддържа работното колело за въртеливо движение. Валът е оборудван с компоненти като лагери и аксиални уплътнения.
Общите материали за валовете на помпата са въглеродна стомана и неръждаема стомана.
Работното колело и валът са свързани с ключ. Тъй като този метод на свързване може да предава само въртящ момент, но не може да фиксира аксиалната позиция на работното колело, в помпата се използват аксиална втулка и фиксираща гайка за фиксиране на аксиалната позиция на работното колело.
След като работното колело е аксиално позиционирано с фиксиращата гайка и втулката на вала, за да се предотврати разхлабването на фиксиращата гайка, е необходимо да се предотврати обръщането на помпата. Особено за новомонтирани помпи или помпи, които са били разглобявани и ремонтирани, трябва да се извърши проверка на посоката на въртене съгласно разпоредбите, за да се гарантира съответствие с указаната посока.
3. Ръкав
Функцията на втулката на вала е да защитава вала на помпата, превръщайки триенето между уплътнението и вала на помпата в триенето между уплътнението и втулката на вала. Следователно втулката на вала е-склонен към износване компонент на центробежната помпа.
Повърхността на втулката на вала може също да бъде подложена на обработка като карбуризиране, азотиране, хромиране и пръскане. Изискването за грапавост на повърхността обикновено се изисква за достигане на Ra3.2μm - Ra0.8μm. Това може да намали коефициента на триене и да увеличи експлоатационния живот.
4. Лагери
Лагерите играят ролята на опора на теглото и натоварването на ротора. В центробежните помпи се използват предимно търкалящи лагери. Външният пръстен на лагера е в система с основен вал с отвора на корпуса на лагера, докато вътрешният пръстен е в система с основен отвор с въртящия се вал. Националните стандарти за съответната категория имат препоръчителни стойности и могат да бъдат избрани според конкретни обстоятелства. Лагерите обикновено се смазват с грес и смазочно масло.
5. Кутия за пълнене
Когато валът на помпата излиза от корпуса на помпата, има празнина между вала и корпуса. При едно-смукателни центробежни помпи, ако не се използва устройство за уплътнение на вала в тази част, водата под високо-налягане вътре в корпуса на помпата ще изтече в големи количества. Опаковъчната кутия е едно от често използваните устройства за уплътняване на вал. Уплътнителната кутия се състои от пет компонента: уплътнителна втулка на вала, уплътнение, тръба за водно уплътнение, пръстен за водно уплътнение и капак на уплътнението.
⒍蜗壳
Спиралата е канал за поток със спираловидна -форма, който постепенно увеличава площта на напречното-сечение от изхода на работното колело до входа на работното колело на следващия етап или до изходната тръба на помпата. Проточният канал постепенно се разширява, а изходът е под формата на дифузьорна тръба. След като течността изтича от работното колело, нейната скорост на потока може да бъде плавно намалена, превръщайки голяма част от нейната кинетична енергия в енергия на статично налягане.
Предимствата на спиралата са, че е лесна за производство, има широка зона на ефективност и ефективността на помпата се променя малко след машинната обработка на работното колело.
Недостатъкът е, че формата на спиралата е асиметрична. Когато се използва единична спирала, налягането, действащо върху ротора радиално, не е равномерно, което вероятно ще доведе до огъване на вала. Следователно при много-степенните помпи само първата и последната секции използват спирали, докато средната секция приема устройство с водещо колело.
Материалът на спиралата обикновено е чугун. Спиралата на анти{1}}корозионната помпа е направена от неръждаема стомана или други анти-корозионни материали, като пластмаса, фибростъкло и др. За много-степенните помпи, поради високото налягане, изискванията за якост на материала са по-високи и спиралите им обикновено са направени от лята стомана.
⒎ Задвижващо колело
Водещото колело е неподвижен диск с предни направляващи лопатки, увити около външния му ръб от предната страна. Тези направляващи лопатки образуват поредица от канали за поток с форма на дифузьор-. На задната страна има обратни водещи лопатки, които насочват течността към входа на работното колело на следващия етап. След като течността бъде изхвърлена от работното колело, тя плавно се влива във водещото колело и продължава да тече навън по предните водещи лопатки, като скоростта й постепенно намалява и по-голямата част от кинетичната й енергия се преобразува в енергия на статично налягане.
Радиалната едностранна хлабина между работното колело и водещите лопатки е приблизително 1 mm. Ако хлабината е твърде голяма, ефективността ще намалее; ако е твърде малък, ще причини вибрации и шум. В сравнение със спиралата, корпусът на помпата на сегментираната много-стъпална центробежна помпа с водещи колела е по-лесен за производство и има по-висока ефективност на преобразуване на енергия. Неговият монтаж и поддръжка обаче са по-трудни от тези на спиралата.
16. Уплътнителен пръстен
За да се намали вътрешният теч и да се защити корпусът на помпата, на корпуса, съответстващ на входа на работното колело, е монтиран сменяем уплътнителен пръстен. Радиалната хлабина между вътрешния отвор на уплътнителния пръстен и външния кръг на работното колело обикновено е между 0,1 и 0,2 mm. След като уплътнителният пръстен се износи, радиалната хлабина се увеличава, което води до намаляване на обема на течността на помпата и намаляване на ефективността. Когато уплътнителната междина надвиши определената стойност, е необходимо да се смени навреме.
Структурните форми на уплътнителния пръстен са три вида:
Тип плосък-пръстен, с проста структура и лесно производство, но слаб уплътнителен ефект;
Уплътнителният пръстен под прав-ъгъл позволява изтичането на течност през 90-градусов канал, което води до по-добър уплътняващ ефект в сравнение с плоския{2}}тип пръстен. Има широко приложение.
Лабиринтният уплътнителен пръстен има добър уплътнителен ефект, но структурата му е сложна и производството му е трудно. Поради това рядко се използва в центробежни помпи.
Работният процес на центробежната помпа
Преди да стартирате помпата, първо я напълнете с течността, която ще транспортирате.
2. След стартиране на помпата валът на помпата задвижва работното колело да се върти с висока скорост, генерирайки центробежна сила. Под действието на тази сила течността се изхвърля от центъра на работното колело към периферията на работното колело, налягането й се увеличава и тя се влива в корпуса на помпата с много висока скорост (15-25 m/s).
3. В корпуса на помпата蜗形, тъй като каналът на потока непрекъснато се разширява, скоростта на потока на течността се забавя, което води до преобразуване на по-голямата част от кинетичната енергия в енергия под налягане. Накрая течността изтича от изпускателния отвор с относително високо статично налягане и навлиза в изпускателния тръбопровод.
4. След като течността вътре в помпата бъде изхвърлена, в центъра на работното колело се образува вакуум. При разликата в налягането между налягането на повърхността на течността (атмосферно налягане) и налягането вътре в помпата (отрицателно налягане), течността навлиза в помпата през смукателния тръбопровод и запълва позицията, където течността е била изхвърлена.
Класификация на центробежните помпи
Продуктите с центробежни помпи обикновено се класифицират според техните структурни характеристики. Има различни методи за класификация, включително шест вида: класифицирани по работно налягане, по броя на работещите колела, по начина, по който работното колело поема вода и т.н.
⒈ Според работното налягане:
Помпа за ниско{0}}налягане: Налягането е под 100 метра воден стълб.
Помпа със средно{0}}налягане: Налягането варира от 100 до 650 метра воден стълб.
Помпа за високо{0}}налягане: Налягането е по-високо от 650 метра воден стълб.
2. Според броя на работните колела:
Едно{0}}стъпална помпа: Това се отнася за помпа, при която има само едно работно колело на вала на помпата.
Много{0}}степенна помпа: Този тип помпа има две или повече работни колела на вала си. В този случай общият напор на помпата е сумата от напорите, генерирани от всяко от n работни колела.
3. Според метода на подаване на вода на работното колело:
Единична-странична-всмукателна помпа: Известна също като единична{2}}всмукателна помпа, това означава, че има само един вход за вода на работното колело.
Двупосочна смукателна помпа: Известна също като двойно{0}}смукателна помпа, тя има входен порт от двете страни на работното колело. Неговият дебит е два пъти по-голям от този на една-смукателна помпа. Може грубо да се разглежда като две единични-работни колела на смукателна помпа, разположени гръб-с-гръб.
4. Според позицията на вала на помпата:
Хоризонтална помпа: Валът на помпата е в хоризонтално положение.
Вертикална помпа: Валът на помпата е във вертикално положение.
5. Според формата на съединението на корпуса на помпата:
Хоризонтална сплит помпа: Това е тази, при която съединителният шев е отворен върху хоризонталната равнина, минаваща през оста.
Помпа с вертикална повърхност на съединението: Това се отнася до помпа, при която повърхността на съединението е перпендикулярна на линията на оста.
6. Методът за насочване на водата, излизаща от работното колело към изпускателната камера:
Корпусна помпа: След като водата излезе от работното колело, тя навлиза директно в корпуса на помпата, който има спираловидна форма.
Помпа с направляващи лопатки: След като водата излезе от работното колело, тя навлиза във водещите лопатки, разположени извън работното колело, и след това продължава към следващия етап или се влива в изходящата тръба.
⒎ Според различните среди, които се транспортират, центробежните помпи могат да бъдат класифицирани като: водни помпи, маслени помпи, устойчиви на корозия-помпи и др.
Кавитация и парозатвор
Феномен на ерозия
От принципа на работа на центробежната помпа може да се разбере, че след като течността между лопатките бъде изхвърлена от високо-въртящото се работно колело, близо до входа на работното колело се образува област с ниско{1}}налягане. Когато налягането на входа на работното колело е равно или по-ниско от налягането на наситените пари pV на транспортираната течност при работна температура, течността в тази област ще се изпари и ще образува мехурчета. Когато мехурчетата пътуват с течността до зоната с високо-налягане, те бързо ще кондензират поради налягането.
В момента на кондензация на мехурчета се образува локален вакуум. Заобикалящата течност се втурва към пространството, заето преди това от мехура с висока скорост, причинявайки удар и вибрации, което води до значителна сила на удара. Особено когато точката на кондензация на мехурчето е близо до повърхността на острието, множество течни частици удрят острието с висока честота и налягане; в същото време мехурът може също да съдържа малко количество кислород и други вещества, които имат химически корозивен ефект върху металните материали. При комбинираното действие на продължителен удар и химическа корозия повърхността на острието се уврежда, образувайки петна и пукнатини, което ще доведе до преждевременна повреда на острието. Това явление се нарича кавитация в центробежните помпи.
Феноменът на газовото свързване
Когато се стартира центробежна помпа, ако има въздух в помпата, поради ниската плътност на въздуха, центробежната сила, генерирана след въртене, е малка. В резултат на това ниското налягане, образувано в централната част на работното колело, е недостатъчно за засмукване на течността. Дори центробежната помпа да бъде стартирана, тя не може да изпълни транспортната задача. Това явление се нарича "въздушна брава".
Това показва, че центробежната помпа няма-способност за самозасмукване. Следователно, преди да стартирате центробежната помпа, тя трябва да се напълни с течността, която ще се транспортира. Разбира се, ако смукателният отвор на центробежната помпа е поставен под нивото на течността на пренасяната течност, течността автоматично ще потече в помпата. Това е частен случай. Смукателният тръбопровод на центробежната помпа е оборудван с долен клапан, за да се предотврати изтичането на течността, която е била напълнена преди стартиране, от помпата. Филтърната мрежа може да предотврати засмукването на твърди вещества в течността и блокиране на тръбопроводите и нагнетателната тръба на корпуса на помпата. Регулиращият вентил, монтиран в нагнетателната тръба, се използва за стартиране на помпата, спиране на помпата и регулиране на потока.
От гледна точка на различните причини за кавитация и парообразуване:
Свързването на въздуха се отнася до наличието на въздух в тялото на помпата. Обикновено се появява при стартиране на помпата. Основната проява е, че въздухът вътре в тялото на помпата не е напълно отстранен. Докато кавитацията се причинява от течността, достигаща своето налягане на изпаряване при определена температура. Вижда се, че тя е тясно свързана с транспортираната среда и условията на работа.
Могат да се използват следните методи за предотвратяване на появата на феномена въздушен шлюз:
1. Преди да започнете, напълнете черупката с течност. Осигурете плътно уплътнение на черупката. Вентилът за пълнене на вода и слушалката на душа не трябва да изтичат. Ефективността на запечатване трябва да е добра.
2. Смукателният тръбопровод на центробежната помпа е снабден с долен клапан, за да се предотврати изтичането на течността, която е била изпомпвана преди стартиране, обратно в помпата. Филтърната решетка може да предотврати засмукването на твърди частици в течността. Изпускателният тръбопровод е оборудван с регулиращ клапан, който се използва за пускане и спиране на помпата и регулиране на дебита.
3. Поставете смукателния отвор на центробежната помпа под нивото на течността, където течността трябва да се транспортира. Течността автоматично ще потече в помпата.
Причини и решения за появата на кавитация
Основните причини за кавитация са:
1. Съпротивлението на входящия тръбопровод е твърде високо или тръбопроводът е твърде тънък.
2. Температурата на пренасяната среда е твърде висока;
3. Прекомерен поток, т.е. изпускателният клапан е отворен твърде широко;
4. Височината на монтаж е твърде висока, което се отразява на капацитета за прием на течности на помпата.
5. Въпроси при избора, включително избор на помпи и избор на материали за помпата и др.
Решение:
1. Отстранете чуждите предмети от входящия тръбопровод, за да осигурите плавен поток, или увеличете диаметъра на тръбопровода.
2. Намалете температурата на транспортираната среда;
3. Намалете височината на монтаж;
4. Сменете помпата или направете подобрения на определени компоненти на помпата, като например използване на материали, устойчиви на кавитация.
