1. Принцип на работа на центробежната помпа
Когато центробежната помпа работи, тя разчита на високоскоростното въртящо се работно колело, за да увеличи енергията на налягането на течността под действието 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 кавитация.
Когато работното колело се върти бързо, лопатките насърчават бързото въртене на средата. Въртящата се среда излита от работното колело под действието на центробежна сила и водата вътре в помпата се изхвърля, образувайки вакуумна зона в центъра на работното колело. Непрекъснато вдишване на течност, като същевременно непрекъснато осигурява определено количество енергия на вдишаната течност, за да я изхвърли. Центробежната помпа работи непрекъснато по този начин.
2. Устройство на центробежна помпа
Има много разновидности на центробежни помпи и въпреки че структурите на всеки тип помпи са различни, основните компоненти са основно едни и същи.
Основните компоненти на центробежната помпа включват: работно колело, вал на помпата, корпус на помпата, седалка на помпата, уплътнителна кутия (уплътнително устройство на вала), пръстен за намаляване на течовете, опора на лагера и др.
Работното колело е работният компонент на центробежна помпа, която разчита на високоскоростното си въртене, за да извърши работа върху течността и да постигне транспортиране на течността. Той е важен компонент на центробежната помпа.
Работното колело обикновено се състои от три части: главина, лопатки и покриваща плоча. Покриващата плоча на работното колело може да бъде разделена на предна и задна капачна плоча. Покриващата плоча от страната на входа на работното колело се нарича предна покривна плоча, а покриващата плоча от другата страна се нарича задна капачна плоча.
След стартиране на центробежната помпа валът на помпата задвижва работното колело да се върти с висока скорост, принуждавайки течността, предварително напълнена между лопатките, да се върти. Под действието на инерционната центробежна сила течността се движи радиално от центъра на работното колело към външната обиколка.
Течността получава енергия по време на движението си през работното колело, което води до увеличаване на енергията на статичното налягане и увеличаване на скоростта на потока. Когато течността напусне работното колело и навлезе в корпуса на помпата, тя се забавя поради постепенното разширяване на канала за потока вътре в корпуса. Част от кинетичната енергия се преобразува в енергия на статично налягане и накрая се влива в нагнетателния тръбопровод по тангенциална посока.
Според структурната форма работните колела могат да бъдат разделени на следните три типа.
(1) Затвореното работно колело има покриващи плочи от двете страни на работното колело, с 4-6 лопатки между покриващите плочи. Затвореното работно колело има висока ефективност и е широко използвано, подходящо за пренасяне на чисти течности без твърди частици и влакна.
(2) Отвореното работно колело няма покриващи плочи от двете страни на лопатката, което е подходящо за транспортиране на течности, съдържащи голямо количество суспендирани твърди частици. Има ниска ефективност и налягането на пренасяната течност не е високо.
Полуотвореното работно колело има само заден капак и е подходящо за транспортиране на течности, които лесно се утаяват или съдържат твърди суспендирани твърди частици. Ефективността му е между отворено и затворено работно колело.
Основната функция на помпения вал на центробежна помпа е да предава мощност и да поддържа работното колело, за да поддържа нормална работа в работно положение. Той е свързан към вала на двигателя чрез съединител в единия край и поддържа работното колело за въртеливо движение в другия край. Валът е оборудван с лагери, аксиални уплътнения и други компоненти.
Често използваните материали за валовете на помпата са въглеродна стомана и неръждаема стомана.
Работното колело и валът са свързани с ключове. Тъй като този метод на свързване може да предава само въртящ момент и не може да фиксира аксиалната позиция на работното колело, във водната помпа също се използват втулка на вала и фиксираща гайка за фиксиране на аксиалната позиция на работното колело.
След като работното колело е аксиално позиционирано с фиксираща гайка и втулка на вала, за да се предотврати прибиране на фиксиращата гайка, е необходимо да се предотврати обръщането на водната помпа, особено при първоначалния монтаж на водната помпа или водната помпа след разглобяване и поддръжка, проверката на кормилното управление трябва да се извърши в съответствие с разпоредбите, за да се гарантира съответствие с определеното управление.
Функцията на втулката на вала е да защитава вала на помпата, трансформирайки триенето между уплътнението и вала на помпата в триенето между уплътнението и втулката на вала. Следователно втулката на вала е лесно износваща се част от центробежната помпа.
Повърхността на втулката на вала обикновено може да се обработва с методи като карбуризация, азотиране, хромиране, пръскане и т.н. Изискването за грапавост на повърхността обикновено е Ra3,2 μm до Ra0.8 μm. Може да намали коефициента на триене и да подобри експлоатационния живот.
Лагерите играят роля в поддържането на теглото и товароносимостта на ротора. Търкалящите лагери обикновено се използват при центробежни помпи, като външният пръстен и отворите на седлото на лагера използват система с основен вал, а вътрешният пръстен и вал използват система с основни отвори. Лагерите обикновено се смазват с грес и масло.
Когато валът на помпата преминава през корпуса на помпата, има празнина между вала и корпуса. При единична смукателна центробежна помпа, ако устройството за уплътнение на вала не се използва на това място, водата под високо налягане вътре в корпуса на помпата ще изтече в големи количества. Опаковъчната кутия е често използвано устройство за уплътняване на вал. Уплътнителната кутия се състои от пет компонента: уплътнение на вала, уплътнение, тръба за водно уплътнение, пръстен за водно уплътнение и уплътнителен уплътнител.
Спиралата се отнася до спирален канал на потока с постепенно нарастваща площ на напречното сечение от изхода на работното колело до входа на работното колело на следващия етап или до изходната тръба на помпата. Каналът на потока постепенно се разширява и изходът е във формата на дифузионна тръба. След като течността изтича от работното колело, нейният дебит може бавно да намалее, преобразувайки голяма част от кинетичната енергия в енергия на статичното налягане.
Предимствата на спиралата са лесното производство, широката зона на ефективност и минималните промени в ефективността на помпата след завъртане на работното колело.
Недостатъкът е, че формата на спиралата е асиметрична и при използване на една спирала налягането, действащо върху радиалната посока на ротора, е неравномерно, което може лесно да доведе до огъване на вала. Следователно при многостъпалните помпи само първата и последната секции използват спирали, докато в средната секция се използват устройства с водещи колела.
Материалът на черупките на охлювите обикновено е чугун. Спиралата на антикорозионната помпа е направена от неръждаема стомана или други антикорозионни материали, като пластмаса, фибростъкло и др. Поради високото налягане, многостъпалните помпи изискват висока якост на материала и техните спирали обикновено са направени от лята стомана.
Водещото колело е фиксиран диск с предни водещи лопатки, увити около външния ръб на работното колело отпред, образувайки дифузионно оформени канали за потока. На гърба има обратни водещи лопатки, които насочват течността към следващия етап на работното колело. След като бъде изхвърлена от работното колело, течността бавно навлиза в направляващите лопатки и продължава да тече навън по предните направляващи лопатки. Скоростта постепенно намалява и по-голямата част от кинетичната енергия се превръща в енергия на статично налягане.
Радиалната едностранна хлабина между работното колело и водещите лопатки е приблизително 1 mm. Ако празнината е твърде голяма, ефективността ще намалее; Ако празнината е твърде малка, това ще причини вибрации и шум. В сравнение със спиралата, корпусът на сегментираната многостепенна центробежна помпа с водещи колела е по-лесен за производство и има по-висока ефективност при преобразуване на енергия. Но инсталирането и поддръжката са по-трудни от черупките на охлюви.
За да се намалят вътрешните течове и да се защити корпусът на помпата, на корпуса, съответстващ на входа на работното колело, са монтирани сменяеми уплътнителни пръстени. Радиалната хлабина между вътрешния отвор на уплътнителния пръстен и външния кръг на работното колело обикновено е между 0.1-0.2 mm. След износването на уплътнителния пръстен, радиалната хлабина се увеличава, изпускателният обем на помпата намалява и ефективността намалява. Когато хлабината на уплътнението надвишава определената стойност, тя трябва да бъде заменена своевременно.
Има три структурни форми на уплътнителни пръстени:
Първо, типът с плосък пръстен има проста структура и е лесен за производство, но ефектът на уплътняване е слаб. Второ, уплътнителният пръстен под прав ъгъл осигурява канал от 90 градуса за изтичане на течност, което води до по-добро уплътняване в сравнение с плоския тип пръстен и се използва широко. Трето, лабиринтният уплътнителен пръстен има добър уплътнителен ефект, но структурата му е сложна и трудна за производство, което рядко се използва в центробежни помпи.
3. Работен процес на центробежна помпа
(1) Преди да стартирате помпата, напълнете помпата с течността, която ще пренасяте.
(2) След стартиране на помпата, валът на помпата задвижва работното колело, за да се върти заедно с висока скорост, генерирайки центробежна сила. При това действие течността се изхвърля към външната обиколка на работното колело от центъра, което води до повишаване на налягането и се влива в корпуса на помпата с висока скорост (15-25 m/s).
(3) В корпуса на спиралната помпа, поради непрекъснатото разширяване на канала за потока, скоростта на потока на течността се забавя, преобразувайки по-голямата част от кинетичната енергия в енергия на налягането. Накрая течността се влива в изпускателния тръбопровод при по-високо статично налягане от изпускателния отвор.
(4) След като течността вътре в помпата бъде изхвърлена, в центъра на работното колело се образува вакуум. При разликата в налягането между налягането на нивото на течността (атмосферно налягане) и налягането на помпата (отрицателно налягане), течността навлиза в помпата през смукателния тръбопровод, запълвайки позицията, където течността се изпуска.
4. Класификация на центробежните помпи
Продуктите с центробежни помпи обикновено се класифицират според техните структурни характеристики, с множество методи за класификация, включително работно налягане, брой работещи работни колела и метод на вход на работните колела.
(1) Според работното налягане:
Помпа за ниско налягане: налягане под 100 метра воден стълб;
Помпа със средно налягане: налягане между 100-650 метра воден стълб;
Помпа за високо налягане: Налягането е по-високо от 650 метра воден стълб.
(2) Според броя на работните колела:
Едностепенна помпа: отнася се за наличието само на едно работно колело на вала на помпата.
Многостепенна помпа.: Има две или повече работни колела на вала на помпата и общият напор на помпата е сумата от напорите, генерирани от n работни колела.
(3) Според метода на входа на работното колело:
Едностранна входна помпа: известна също като единична смукателна помпа, което означава, че има само един вход на работното колело.
Двустранна входяща помпа: известна също като двойно всмукателна помпа, което означава, че има вход от двете страни на работното колело. Неговият дебит е два пъти по-голям от този на единична смукателна помпа, което може да се опише приблизително като две единични работни колела на смукателна помпа, разположени едно до друго.
(4) Според позицията на вала на помпата:
Хоризонтална помпа: Валът на помпата е разположен в хоризонтално положение.
Вертикална помпа: Валът на помпата е разположен във вертикално положение.
(5) Според формата на съединението на корпуса на помпата:
Хоризонтална помпа от отворен тип: отнася се до фуга, отворена в хоризонталната равнина, минаваща през оста.
Вертикална помпа на повърхността на съединението: това означава, че повърхността на съединението е перпендикулярна на оста.
(6) Методът за насочване на водата от работното колело към камерата под налягане е както следва:
Спирална помпа: След като водата излезе от работното колело, тя директно навлиза в корпуса на помпата със спираловидна форма.
Помпа с направляващи лопатки: След като водата излезе от работното колело, тя навлиза във водещите лопатки, разположени извън него, и след това навлиза в следващия етап или се влива в изходящата тръба.
(7) Според различните среди, пренасяни от центробежни помпи, те могат да бъдат разделени на помпи за чиста вода, маслени помпи, устойчиви на корозия помпи и др.
5. Кавитация и газово свързване
Според принципа на работа на центробежна помпа, когато течността между лопатките се изхвърля от високоскоростното въртящо се работно колело, се образува зона с ниско налягане близо до входа на работното колело. 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 на това място ще се изпари и ще произведе мехурчета. Когато мехурчетата текат с течността към зоната с високо налягане, те бързо кондензират под налягане.
В момента на кондензация на мехурчета се генерира локален вакуум и околната течност се втурва към пространството, заето от мехурчетата с висока скорост, причинявайки удар и вибрации, което води до значителна сила на удара. Особено когато точката на кондензация на мехурчетата е разположена близо до повърхността на острието, множество течни частици удрят острието с висока честота и налягане; В същото време мехурчетата могат да съдържат и малко количество кислород, което може да причини химическа корозия на металните материали. При комбинираното действие на продължителен удар и химическа корозия, повърхността на остриетата се поврежда, което води до петна и пукнатини, което ще доведе до преждевременна повреда на остриетата. Това явление се нарича кавитация в центробежните помпи.
Когато се стартира центробежна помпа, ако има въздух вътре в помпата, поради ниската плътност на въздуха, центробежната сила, генерирана след въртене, е малка и ниското налягане, образувано в централната част на работното колело, не е достатъчно, за да засмуче течност. Дори центробежната помпа да бъде стартирана, тя не може да изпълни задачата за транспортиране. Това явление се нарича въздушно свързване.
Това показва, че центробежната помпа няма капацитет на самозасмукване, така че помпата трябва да се напълни с транспортираната течност преди стартиране. Разбира се, ако смукателният порт на центробежната помпа е поставен под нивото на течността на пренасяната течност, течността автоматично ще потече в помпата, което е специален случай. Смукателният тръбопровод на центробежната помпа е снабден с долен клапан, за да се предотврати изтичането на течността, инжектирана преди стартиране, от помпата. Филтърът може да блокира засмукването на твърдо вещество в течността и да блокира тръбопровода, а регулиращият клапан, монтиран в изпускателния тръбопровод на корпуса на помпата, се използва за стартиране, спиране и регулиране на дебита на помпата.
От различните причини за кавитация и свързване на газ:
Свързването на въздуха се отнася до наличието на въздух в тялото на помпата, което обикновено се случва, когато помпата се стартира и се проявява главно като въздухът вътре в тялото на помпата не е напълно изпразнен; А кавитацията се дължи на течността, достигаща своето налягане на изпарение при определена температура, която е тясно свързана с транспортната среда и работните условия.
Съществуват следните методи за предотвратяване на появата на феномен на свързване на газ:
(1) Напълнете черупката с течност преди да започнете. Уверете се, че корпусът е добре уплътнен и се уверете, че вентилът и душът за пълнене на вода не изтичат. Осигурете добро уплътняване.
(2) Смукателният тръбопровод на центробежната помпа е снабден с долен клапан, за да се предотврати изтичането на течността, инжектирана преди стартиране, от помпата. Филтърът може да предотврати засмукването на твърдо вещество в течността. Изпускателният тръбопровод е оборудван с регулиращ клапан за използване при стартиране, спиране и регулиране на дебита на помпата.
(3) Поставете смукателния порт на центробежната помпа под нивото на течността, която ще се транспортира, и течността автоматично ще потече в помпата.
Основните причини за кавитация са:
(1) Входящият тръбопровод има прекомерно съпротивление или тръбопроводът е твърде тънък
(2) Температурата на транспортната среда е твърде висока;
(3) Прекомерен поток, което означава, че изходният клапан е отворен твърде широко;
(4) Височината на монтаж е твърде висока, което се отразява на смукателния капацитет на помпата;
(5) Проблеми с избора, включително избор на помпа, избор на материал за помпата и др
условия на уреждане:
(1) Почистете чуждите предмети във входящия тръбопровод, за да направите входа безпрепятствен, или увеличете размера на диаметъра на тръбата;
(2) Намалете температурата на транспортната среда;
(3) Намалете височината на монтаж;
(4) Изберете отново помпата или направете подобрения на определени компоненти на помпата, като например използване на устойчиви на корозия материали.