1. Princip rada centrifugalne pumpe
Kada centrifugalna pumpa radi, oslanja se na rotirajuće rotor velike brzine za povećanje energije tlaka tekućine pod djelovanjem inercijske centrifugalne sile. Prije nego što centrifugalna pumpa počne s radom, tijelo pumpe i ulazni cjevovod moraju se napuniti tekućim medijem kako bi se spriječila kavitacija.
Kada se impeler brzo okreće, lopatice potiču medij da se brzo okreće. Rotirajući medij izleti iz rotora pod djelovanjem centrifugalne sile, a voda unutar pumpe se izbacuje van, stvarajući vakuumsko područje u središtu rotora. Kontinuirano udisanje tekućine uz kontinuirano davanje određene količine energije udahnutoj tekućini da je izbaci. Centrifugalna pumpa radi ovako kontinuirano.
2. Struktura centrifugalne pumpe
Postoji mnogo varijanti centrifugalnih pumpi, i iako su strukture svake vrste pumpi različite, glavne komponente su u osnovi iste.
Glavne komponente centrifugalne pumpe uključuju: rotor, osovinu pumpe, kućište pumpe, sjedište pumpe, kutiju za pakiranje (uređaj za brtvljenje osovine), prsten za smanjenje curenja, sjedište ležaja itd.
Rotor je radna komponenta centrifugalne pumpe koja se oslanja na svoju veliku brzinu rotacije kako bi obavila rad na tekućini i postigla transport tekućine. Važna je komponenta centrifugalne pumpe.
Rotor se općenito sastoji od tri dijela: glavčine, lopatica i pokrovne ploče. Poklopna ploča impelera može se podijeliti na prednju i stražnju pokrivnu ploču. Poklopna ploča na strani priključka rotora naziva se prednja pokrovna ploča, a pokrovna ploča na drugoj strani se naziva stražnja pokrovna ploča.
Nakon pokretanja centrifugalne pumpe, osovina pumpe pokreće rotor na rotaciju velikom brzinom, tjerajući tekućinu koja je prethodno napunjena između lopatica da se okreće. Pod djelovanjem inercijske centrifugalne sile tekućina se radijalno kreće od središta impelera prema vanjskom obodu.
Tekućina dobiva energiju tijekom kretanja kroz impeler, što rezultira povećanjem energije statičkog tlaka i povećanjem brzine protoka. Kada tekućina napusti impeler i uđe u kućište pumpe, usporava se zbog postupnog širenja kanala protoka unutar kućišta. Dio kinetičke energije pretvara se u energiju statičkog tlaka i na kraju tangencijalno teče u tlačni cjevovod.
Prema strukturnom obliku, impeleri se mogu podijeliti u sljedeća tri tipa.
(1) Zatvoreni rotor ima pokrovne ploče s obje strane rotora, s 4-6 lopaticama između pokrovnih ploča. Zatvoreni rotor ima visoku učinkovitost i široku je primjenu, pogodan za prijenos čistih tekućina bez čvrstih čestica i vlakana.
(2) Otvoreni rotor nema pokrovne ploče s obje strane lopatice, što je prikladno za prijenos tekućina koje sadrže veliku količinu suspendiranih krutih tvari. Ima nisku učinkovitost i tlak transportirane tekućine nije visok.
Poluotvoreni rotor ima samo stražnju pokrovnu ploču i prikladan je za prijenos tekućina koje se lako talože ili sadrže čvrste lebdeće tvari. Njegova učinkovitost 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 spojke na jednom kraju i podupire impeler za rotacijsko gibanje na drugom kraju. Vratilo je opremljeno ležajevima, aksijalnim brtvama i drugim komponentama.
Uobičajeni materijali za osovine pumpi su ugljični čelik i nehrđajući čelik.
Rotor i osovina povezani su klinovima. Budući da ova metoda spajanja može prenijeti samo okretni moment i ne može popraviti aksijalni položaj rotora, rukavac osovine i sigurnosna matica također se koriste u pumpi za vodu za fiksiranje aksijalne pozicije rotora.
Nakon što je impeler aksijalno postavljen s sigurnosnom maticom i čahurom osovine, kako bi se spriječilo uvlačenje sigurnosne matice, potrebno je spriječiti okretanje vodene pumpe, posebno za početnu ugradnju vodene pumpe ili vodenu pumpu nakon rastavljanja i održavanja, inspekciju upravljanja treba provesti u skladu s propisima kako bi se osigurala dosljednost s navedenim upravljanjem.
Funkcija čahure osovine je zaštititi osovinu pumpe, pretvarajući trenje između brtve i osovine pumpe u trenje između brtve i čahure osovine. Stoga je rukavac osovine lako habajući dio centrifugalne pumpe.
Površina rukavca osovine općenito se može tretirati metodama kao što su karburizacija, nitriranje, kromiranje, prskanje itd. Zahtjevi za hrapavost površine općenito su Ra3,2 μm do Ra0,8 μm. Može smanjiti koeficijent trenja i produžiti vijek trajanja.
Ležajevi igraju ulogu u podupiranju težine i nosivosti rotora. Kotrljajući ležajevi obično se koriste na centrifugalnim pumpama, s vanjskim prstenom i otvorima sjedišta ležaja koji koriste sustav baznih osovina, a unutarnji prsten i osovina koriste sustav osnovnih rupa. Ležajevi se općenito podmazuju mašću i uljem.
Kada osovina pumpe prolazi kroz kućište pumpe, postoji razmak između osovine i kućišta. U centrifugalnoj pumpi s jednim usisom, ako se brtva osovine ne koristi na ovom mjestu, voda pod visokim pritiskom unutar kućišta pumpe će istjecati u velikim količinama. Kutija za pakiranje često je korišten uređaj za brtvljenje vratila. Kutija za brtvljenje sastoji se od pet komponenti: brtve vratila, brtve, cijevi vodene brtve, vodenog brtvenog prstena i brtvene brtve.
Zavojnica se odnosi na spiralni kanal protoka s postupnim povećanjem površine poprečnog presjeka od izlaza rotora do ulaza rotora sljedećeg stupnja ili do izlazne cijevi crpke. Protočni kanal se postupno širi, a izlaz ima oblik difuzijske cijevi. Nakon što tekućina iscuri iz impelera, njezin protok se može polako smanjivati, pretvarajući veliki dio kinetičke energije u energiju statičkog tlaka.
Prednosti spirale su laka izrada, široka zona učinkovitosti i minimalne promjene učinkovitosti pumpe nakon okretanja impelera.
Nedostatak je što je oblik spirale asimetričan, a pri korištenju jedne spirale pritisak koji djeluje na radijalni smjer rotora je neravnomjeran, što može lako uzrokovati savijanje osovine. Stoga se u višestupanjskim crpkama samo prvi i zadnji dio koriste volute, dok se u srednjem dijelu koriste uređaji s vodećim kotačima.
Materijal puževih ljuštura uglavnom je lijevano željezo. Voluta antikorozivne crpke izrađena je od nehrđajućeg čelika ili drugih antikorozivnih materijala, kao što su plastika, stakloplastika itd. Zbog visokog tlaka, višestupanjske crpke zahtijevaju veliku čvrstoću materijala, a njihove spirale su općenito izrađene od lijevanog čelika.
Vodeći kotač je fiksni disk s prednjim vodećim lopaticama omotanim oko vanjskog ruba impelera na prednjoj strani, tvoreći kanale protoka u obliku difuzije. Na stražnjoj strani nalaze se reverzne lopatice koje vode tekućinu prema sljedećem stupnju impelera. Nakon što je izbačena iz impelera, tekućina polako ulazi u vodeće lopatice i nastavlja teći prema van duž prednjih vodećih lopatica. Brzina se postupno smanjuje, a većina kinetičke energije pretvara se u energiju statičkog tlaka.
Radijalni jednostrani zazor između impelera i vodećih lopatica je približno 1 mm. Ako je razmak prevelik, učinkovitost će se smanjiti; Ako je razmak premalen, to će uzrokovati vibracije i buku. U usporedbi s spiralom, kućište segmentirane višestupanjske centrifugalne pumpe s vodećim kotačima lakše je proizvesti i ima veću učinkovitost u pretvorbi energije. Ali postavljanje i održavanje su teži od puževih ljuskica.
Kako bi se smanjilo unutarnje curenje i zaštitilo kućište pumpe, zamjenjivi brtveni prstenovi ugrađeni su na kućište koje odgovara ulazu rotora. Radijalni zazor između unutarnje rupe brtvenog prstena i vanjskog kruga impelera općenito je između 0.1-0.2 mm. Nakon trošenja brtvenog prstena, radijalni zazor se povećava, volumen ispuštanja pumpe se smanjuje, a učinkovitost se smanjuje. Kada brtveni zazor prijeđe navedenu vrijednost, treba ga pravovremeno zamijeniti.
Postoje tri strukturna oblika brtvenih prstenova:
Prvo, tip ravnog prstena ima jednostavnu strukturu i jednostavan je za proizvodnju, ali učinak brtvljenja je loš. Drugo, brtveni prsten pod pravim kutom pruža kanal od 90 stupnjeva za curenje tekućine, što rezultira boljom izvedbom brtvljenja od tipa ravnog prstena i naširoko se koristi. Treće, labirintski brtveni prsten ima dobar učinak brtvljenja, ali njegova je 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 želite prenijeti.
(2) Nakon pokretanja crpke, osovina pumpe pokreće impeler da se zajedno vrte velikom brzinom, stvarajući centrifugalnu silu. Pod tim djelovanjem, tekućina se izbacuje prema vanjskom obodu rotora iz središta, uzrokujući porast tlaka i teče u kućište pumpe velikom brzinom (15-25 m/s).
(3) U kućištu spiralne pumpe, zbog kontinuiranog širenja kanala protoka, brzina protoka tekućine se usporava, pretvarajući većinu kinetičke energije u energiju pritiska. Konačno, tekućina teče u ispusni cjevovod pod višim statičkim tlakom iz ispusnog otvora.
(4) Nakon što je tekućina unutar crpke izbačena, u središtu impelera stvara se vakuum. Pod razlikom tlaka između tlaka razine tekućine (atmosferski tlak) i tlaka crpke (negativan tlak), tekućina ulazi u crpku kroz usisni cjevovod, ispunjavajući mjesto gdje se tekućina ispušta.
4. Klasifikacija centrifugalnih pumpi
Proizvodi centrifugalnih pumpi općenito se klasificiraju prema svojim strukturnim karakteristikama, s više metoda klasifikacije uključujući radni tlak, broj radnih rotora i metodu ulaza rotora.
(1) Prema radnom pritisku:
Niskotlačna pumpa: tlak ispod 100 metara vodenog stupca;
Pumpa srednjeg tlaka: tlak između 100-650 metara vodenog stupca;
Visokotlačna pumpa: Tlak je viši od 650 metara vodenog stupca.
(2) Prema broju radnih rotora:
Jednostupanjska pumpa: odnosi se na postojanje samo jednog rotora na osovini pumpe.
Višestupanjska pumpa.: Postoje dva ili više rotora na osovini pumpe, a ukupna visina crpke je zbroj visina koje stvara n rotora.
(3) Prema metodi ulaza rotora:
Jednostrana ulazna pumpa: poznata i kao jednostruka usisna pumpa, što znači da postoji samo jedan ulaz na rotoru.
Dvostrana ulazna pumpa: poznata i kao dvostruka usisna pumpa, što znači da postoji ulaz s obje strane rotora. Brzina protoka dvostruko je veća od jedne usisne pumpe, što se može približno opisati kao dva rotora pojedinačne usisne pumpe postavljena jedan uz drugog.
(4) Prema položaju osovine pumpe:
Horizontalna pumpa: Osovina pumpe nalazi se u vodoravnom položaju.
Vertikalna pumpa: Osovina pumpe nalazi se u okomitom položaju.
(5) Prema obliku spoja kućišta pumpe:
Horizontalna pumpa otvorenog tipa: odnosi se na spojni šav otvoren na vodoravnoj ravnini koja prolazi kroz os.
Pumpa okomite površine spoja: to jest, površina spoja je okomita na os.
(6) Metoda vođenja vode od rotora prema tlačnoj komori je sljedeća:
Pumpa sa spiralnim kućištem: nakon što voda izađe iz impelera, ona izravno ulazi u kućište pumpe spiralnog oblika.
Pumpa s vodećim lopaticama: nakon što voda izađe iz rotora, ona ulazi u lopatice za vođenje postavljene izvan njega, a zatim ulazi u sljedeći stupanj ili teče u izlaznu cijev.
(7) Prema različitim medijima koje prenose centrifugalne pumpe, mogu se podijeliti na pumpe za čistu vodu, pumpe za ulje, pumpe otporne na koroziju itd.
5. Kavitacija i vezivanje plina
Prema principu rada centrifugalne pumpe, kada se tekućina između lopatica izbacuje iz rotirajućeg rotora velike brzine, u blizini ulaza u rotor formira se zona niskog tlaka. Kada je tlak na ulazu impelera jednak ili niži od tlaka zasićene pare pV transportirane tekućine na radnoj temperaturi, tekućina na tom mjestu će ispariti i proizvesti mjehuriće. Kada mjehurići teku s tekućinom u zonu visokog tlaka, brzo se kondenziraju pod pritiskom.
U trenutku kondenzacije mjehurića stvara se lokalni vakuum, a okolna tekućina velikom brzinom juri prema prostoru koji zauzima mjehurić, uzrokujući udarce i vibracije, što rezultira značajnom udarnom silom. Osobito kada se točka kondenzacije mjehurića nalazi blizu površine oštrice, brojne čestice tekućine udaraju oštricu visokom frekvencijom i pritiskom; U isto vrijeme, mjehurići mogu sadržavati i malu količinu kisika, što može uzrokovati kemijsku koroziju metalnih materijala. Pod kombiniranim djelovanjem kontinuiranog udara i kemijske korozije, površina lopatica je oštećena, što rezultira mrljama i pukotinama, što će dovesti do preranog oštećenja lopatica. Taj se fenomen kod centrifugalnih pumpi naziva kavitacija.
Kada se centrifugalna crpka pokrene, ako unutar crpke ima zraka, zbog niske gustoće zraka, centrifugalna sila koja se stvara nakon rotacije je mala, a niski tlak formiran u središnjem području rotora nije dovoljan da usisava tekućina. Čak i ako se centrifugalna pumpa pokrene, ona ne može dovršiti zadatak transporta. Taj se fenomen naziva vezivanje zraka.
To znači da centrifugalna pumpa nema kapacitet samousisavanja, pa se pumpa mora napuniti transportiranom tekućinom prije pokretanja. Naravno, ako je usisni otvor centrifugalne pumpe postavljen ispod razine tekućine transportirane tekućine, tekućina će automatski teći u pumpu, što je poseban slučaj. Usisni cjevovod centrifugalne pumpe opremljen je donjim ventilom kako bi se spriječilo da tekućina ubrizgana prije početka istječe iz pumpe. Filter može blokirati usis čvrste tekućine i blokirati cjevovod, a regulacijski ventil ugrađen u ispusni cjevovod kućišta crpke koristi se za pokretanje, zaustavljanje i regulaciju protoka crpke.
Od različitih uzroka kavitacije i vezivanja plina:
Vezivanje zraka odnosi se na prisutnost zraka u tijelu pumpe, što se obično događa kada se pumpa pokrene i uglavnom se očituje tako što zrak unutar tijela pumpe nije potpuno ispušten; A kavitacija nastaje zbog toga što tekućina dostiže svoj tlak isparavanja na određenoj temperaturi, što je usko povezano s prijenosnim medijem i radnim uvjetima.
Postoje sljedeće metode za sprječavanje pojave fenomena vezanja plina:
(1) Napunite školjku tekućinom prije početka. Osigurajte pravilno brtvljenje kućišta i osigurajte da ventil i glava tuša za punjenje vode ne propuštaju. Osigurajte dobru izvedbu brtvljenja.
(2) Usisni cjevovod centrifugalne pumpe opremljen je donjim ventilom kako bi se spriječilo da tekućina ubrizgana prije početka istječe iz pumpe. Filtar može spriječiti usisavanje krutine u tekućini. Ispusni cjevovod opremljen je regulacijskim ventilom za upotrebu prilikom pokretanja, zaustavljanja i regulacije protoka crpke.
(3) Postavite usisni priključak centrifugalne pumpe ispod razine tekućine koju želite transportirati i tekućina će automatski teći u pumpu.
Glavni uzroci kavitacije su:
(1) Ulazni cjevovod ima prevelik otpor ili je cjevovod pretanak
(2) Temperatura transportnog medija je previsoka;
(3) Prevelik protok, što znači da je izlazni ventil preširoko otvoren;
(4) Visina postavljanja je previsoka, što utječe na usisni kapacitet crpke;
(5) Pitanja odabira, uključujući odabir pumpe, izbor materijala pumpe itd
uvjeti poravnanja:
(1) Očistite strane predmete u ulaznom cjevovodu kako bi ulaz bio nesmetan ili povećajte promjer cijevi;
(2) Smanjite temperaturu prijenosnog medija;
(3) Smanjite visinu ugradnje;
(4) Ponovno odaberite crpku ili poboljšajte određene komponente crpke, poput upotrebe materijala otpornih na koroziju.
