Počas procesu prúdenia tekutín sa v dôsledku odporu prúdenia stráca určitá mechanická energia. Preto na prepravu tekutiny z jedného miesta na druhé, či už ide o prenos tekutiny z miesta s nižšou celkovou špecifickou energiou do miesta s vyššou celkovou špecifickou energiou, alebo len na prekonanie prietokového odporu, musí byť tekutine poskytnutá mechanická energia. Strojové zariadenie používané na prepravu kvapalín sa nazýva čerpadlo (Pump). Čerpadlá sú rozdelené do troch kategórií na základe ich konštrukčných charakteristík a pracovných princípov:
I. Lopatkové čerpadlá-: Tieto čerpadlá fungujú tak, že rotujúce lopatky pracujú na kvapaline, čím zvyšujú mechanickú energiu kvapaliny. Príklady zahŕňajú rôzne odstredivé čerpadlá, vírivé čerpadlá a čerpadlá s axiálnym prietokom atď.
II Objemové čerpadlá: Tieto čerpadlá využívajú vratný pohyb piestov alebo rotačný pohyb rotorov na zmenu objemu pracovnej komory, stláčanie kvapaliny a vykonávanie práce na kvapaline, čím sa zvyšuje mechanická energia kvapaliny. Príklady zahŕňajú piestové čerpadlá, zubové čerpadlá a skrutkové čerpadlá atď.
III Prúdové čerpadlo: Funguje tak, že na vytlačenie tekutiny využíva vysokorýchlostný prúd generovaný pracovnou tekutinou a potom sa prostredníctvom výmeny hybnosti zvýši energia vytlačenej tekutiny.
Vďaka svojej jednoduchej štruktúre, ľahkej výrobe, stabilnému prietoku, silnej prispôsobivosti a pohodlnej prevádzke sú odstredivé čerpadlá široko používané v chemickej výrobe. Preto sa v tomto článku zameriame na predstavenie odstredivých čerpadiel.
Princíp činnosti odstredivého čerpadla
Keď je odstredivé čerpadlo v prevádzke, spolieha sa na-obežné koleso s vysokou rýchlosťou, ktoré umožňuje kvapaline získať energiu a zvýšiť svoj tlakový potenciál vplyvom zotrvačnej odstredivej sily. Pred spustením odstredivého čerpadla je potrebné naplniť teleso čerpadla a prívodné potrubie kvapalným médiom, aby sa zabránilo vzniku kavitácie.
Keď sa obežné koleso rýchlo otáča, lopatky spôsobujú rýchle otáčanie média. Rotujúce médium je vymrštené z obežného kolesa pôsobením odstredivej sily. Po vypustení vody z čerpadla sa v strede obežného kolesa vytvorí vákuová oblasť. Súčasne nepretržite nasáva kvapalinu a nepretržite dodáva určitú energiu nasanej-kvapaline a následne kvapalinu vypúšťa. Odstredivé čerpadlo teda pracuje nepretržite týmto spôsobom.
Konštrukcia odstredivého čerpadla
Existuje mnoho typov odstredivých čerpadiel. Hoci sú konštrukcie rôznych typov čerpadiel odlišné, hlavné komponenty sú v podstate rovnaké.
Medzi hlavné komponenty odstredivého čerpadla patria: obežné koleso, hriadeľ čerpadla, teleso čerpadla, základňa čerpadla, tesniaca skriňa (tesniace zariadenie), tesniaci krúžok, puzdro ložiska atď.
1. Obežné koleso
Obežné koleso je pracovnou súčasťou odstredivého čerpadla. Dosahuje čerpanie kvapalín otáčaním vysokou rýchlosťou a vykonávaním práce na kvapalinách. Je dôležitou súčasťou odstredivého čerpadla.
Obežné koleso sa vo všeobecnosti skladá z náboja, lopatiek a krycej dosky. Krycia doska obežného kolesa je rozdelená na prednú kryciu dosku a zadnú kryciu dosku. Krycia doska na vstupnej strane obežného kolesa sa nazýva predná krycia doska a krycia doska druhej strany sa nazýva zadná krycia doska.
Keď sa odstredivé čerpadlo spustí, hriadeľ čerpadla poháňa obežné koleso, aby sa spoločne otáčalo vysokou rýchlosťou. To núti kvapalinu, ktorá bola pred-naplnená medzi lopatky, aby sa otáčala. Pôsobením zotrvačnej odstredivej sily sa kvapalina pohybuje radiálne od stredu k obvodu obežného kolesa.
Počas procesu prúdenia cez obežné koleso získava kvapalina energiu, pričom sa zvyšuje jej statický tlak a zvyšuje sa rýchlosť prúdenia. Keď kvapalina opúšťa obežné koleso a vstupuje do telesa čerpadla, spomaľuje sa v dôsledku postupne sa rozširujúcich prietokových kanálov vo vnútri telesa. Časť kinetickej energie sa premení na statickú tlakovú energiu a nakoniec prúdi tangenciálne do výtlačného potrubia.
Podľa ich konštrukčných foriem možno obežné kolesá rozdeliť do nasledujúcich troch typov.
(1) Uzavreté obežné koleso má na oboch stranách krycie dosky. Medzi krycími doskami je 4 až 6 lopatiek. Uzavreté obežné koleso má vysokú účinnosť a je najpoužívanejším typom. Je vhodný na dopravu čistých kvapalín bez pevných častíc alebo vlákien.
(2) Obežné koleso otvoreného -typu nemá žiadne krycie dosky na oboch stranách lopatiek. Je vhodný na prepravu kvapalín obsahujúcich veľké množstvo nerozpustených látok. Jeho účinnosť je však pomerne nízka a tlak prepravovanej kvapaliny nie je vysoký.
(3) Polo-obežné koleso má iba zadnú kryciu dosku. Je vhodný na dopravu kvapalín, ktoré sú náchylné na sedimentáciu alebo obsahujú pevné suspendované látky. Jeho účinnosť leží medzi účinnosťou obežných kolies otvoreného a uzavretého typu.
2. Hriadeľ čerpadla
Hlavnou funkciou hriadeľa čerpadla odstredivého čerpadla je prenášať výkon a podporovať obežné koleso, aby ho udržalo v pracovnej polohe a fungovalo normálne. Jeden koniec hriadeľa je spojený s hriadeľom motora cez spojku a druhý koniec podopiera obežné koleso pre rotačný pohyb. Hriadeľ je vybavený komponentmi, ako sú ložiská a axiálne tesnenia.
Bežné materiály pre hriadele čerpadiel sú uhlíková oceľ a nehrdzavejúca oceľ.
Obežné koleso a hriadeľ sú spojené perom. Pretože tento spôsob pripojenia môže prenášať iba krútiaci moment, ale nemôže fixovať axiálnu polohu obežného kolesa, v čerpadle sa na upevnenie axiálnej polohy obežného kolesa používa axiálne puzdro a poistná matica.
Po axiálnom umiestnení obežného kolesa s poistnou maticou a puzdrom hriadeľa, aby sa zabránilo uvoľneniu poistnej matice, je potrebné zabrániť reverzácii čerpadla. Najmä pri novo inštalovaných čerpadlách alebo čerpadlách, ktoré prešli demontážou a opravou, by sa mala vykonať kontrola smeru otáčania podľa predpisov, aby sa zabezpečil súlad so špecifikovaným smerom.
3. Rukáv
Funkciou puzdra hriadeľa je chrániť hriadeľ čerpadla, pričom premieňa trenie medzi tesnením a hriadeľom čerpadla na trenie medzi tesnením a puzdrom hriadeľa. Preto je puzdro hriadeľa súčasťou odstredivého čerpadla- náchylného na opotrebovanie.
Povrch puzdra hriadeľa môže byť tiež ošetrený, ako je nauhličovanie, nitridovanie, chrómovanie a striekanie. Požiadavka na drsnosť povrchu je vo všeobecnosti potrebná na dosiahnutie Ra3,2 μm - Ra0,8 μm. To môže znížiť koeficient trenia a zvýšiť životnosť.
4. Ložiská
Ložiská zohrávajú úlohu podpory hmotnosti a zaťaženia rotora. V odstredivých čerpadlách sa väčšinou používajú valivé ložiská. Vonkajší krúžok ložiska je v systéme základného hriadeľa s otvorom telesa ložiska, zatiaľ čo vnútorný krúžok je v systéme základných otvorov s otočným hriadeľom. Zodpovedajúce kategórie národných noriem majú odporúčané hodnoty a možno ich vybrať podľa špecifických okolností. Ložiská sú vo všeobecnosti mazané tukom a mazacím olejom.
5. Plniaci box
Keď hriadeľ čerpadla vyčnieva z telesa čerpadla, medzi hriadeľom a puzdrom je medzera. Ak v odstredivých čerpadlách s jednoduchým nasávaním{1}} nie je v tejto časti použité žiadne zariadenie na utesnenie hriadeľa, vysokotlaková- voda z telesa čerpadla bude unikať vo veľkých množstvách. Baliaci box je jedným z bežne používaných zariadení na utesnenie hriadeľa. Baliaci box sa skladá z piatich komponentov: tesniace puzdro hriadeľa, upchávka, vodná tesniaca rúrka, vodný tesniaci krúžok a kryt upchávky.
⒍蜗壳
Spirála je prietokový kanál v tvare špirály-, ktorého prierezová plocha sa postupne zväčšuje- od výstupu obežného kolesa po vstup obežného kolesa ďalšieho stupňa alebo po výstupné potrubie čerpadla. Prietokový kanál sa postupne rozširuje a výstup je vo forme difúznej trubice. Potom, čo kvapalina vytečie z obežného kolesa, jej rýchlosť prúdenia môže byť plynulo znížená, pričom sa veľká časť jej kinetickej energie premení na statickú tlakovú energiu.
Výhody špirály spočívajú v tom, že sa ľahko vyrába, má širokú zónu účinnosti a účinnosť čerpadla sa po opracovaní obežného kolesa len málo mení.
Nevýhodou je, že tvar špirály je asymetrický. Pri použití jednej špirály tlak pôsobiaci na rotor radiálne nie je rovnomerný, čo pravdepodobne spôsobí ohyb hriadeľa. Preto vo viacstupňových čerpadlách iba prvá a posledná sekcia používajú špirály, zatiaľ čo stredná sekcia využíva vodiace koleso.
Materiálom špirály je zvyčajne liatina. Skrutka antikorózneho-čerpadla je vyrobená z nehrdzavejúcej ocele alebo iných-materiálov proti korózii, ako je plast, sklolaminát atď. V prípade viacstupňových čerpadiel sú kvôli vysokému tlaku vyššie požiadavky na pevnosť materiálu a ich špirály sú vo všeobecnosti vyrobené z liatej ocele.
⒎ Hnacie koleso
Vodiace koleso je stacionárny disk s prednými vodiacimi lopatkami ovinutými okolo jeho vonkajšieho okraja na prednej strane. Tieto vodiace lopatky tvoria sériu prietokových kanálov-v tvare difúzora. Na zadnej strane sú reverzné vodiace lopatky, ktoré usmerňujú kvapalinu na vstup obežného kolesa ďalšieho stupňa. Kvapalina po vyvrhnutí z obežného kolesa plynulo prúdi do vodiaceho kolesa a ďalej prúdi smerom von pozdĺž predných vodiacich lopatiek, pričom jej rýchlosť sa postupne znižuje a väčšina jej kinetickej energie sa premieňa na statickú tlakovú energiu.
Radiálna jednostranná vôľa medzi obežným kolesom a vodiacimi lopatkami je približne 1 mm. Ak je vôľa príliš veľká, účinnosť sa zníži; ak je príliš malý, spôsobí vibrácie a hluk. Teleso segmentovaného viacstupňového odstredivého čerpadla s vodiacimi kolesami je v porovnaní so špirálovým jednoduchšie na výrobu a má vyššiu účinnosť premeny energie. Jeho inštalácia a údržba sú však náročnejšie ako pri volute.
16. Tesniaci krúžok
Na zníženie vnútornej netesnosti a ochranu telesa čerpadla je na plášti, ktorý zodpovedá vstupu obežného kolesa, inštalovaný vymeniteľný tesniaci krúžok. Radiálna vôľa medzi vnútorným otvorom tesniaceho krúžku a vonkajším kruhom obežného kolesa je všeobecne medzi 0,1 a 0,2 mm. Po opotrebení tesniaceho krúžku sa radiálna vôľa zväčší, čo má za následok zníženie výtlačného objemu kvapaliny z čerpadla a zníženie účinnosti. Keď tesniaca medzera prekročí stanovenú hodnotu, je potrebné ju včas vymeniť.
Konštrukčné formy tesniaceho krúžku sú tri typy:
Plochý typ{0} krúžku s jednoduchou štruktúrou a jednoduchou výrobou, ale slabým tesniacim účinkom;
Pravoúhlý tesniaci krúžok typu -umožňuje úniku kvapaliny cez 90-stupňový kanál, čo má za následok lepší tesniaci účinok v porovnaní s plochým -typom krúžku. Je široko používaný.
Labyrintový tesniaci krúžok má dobrý tesniaci účinok, ale jeho štruktúra je zložitá a jeho výroba je náročná. Preto sa zriedka používa v odstredivých čerpadlách.
Pracovný proces odstredivého čerpadla
Pred spustením čerpadla najskôr naplňte čerpadlo prepravovanou kvapalinou.
2. Po spustení čerpadla hriadeľ čerpadla poháňa obežné koleso, aby sa otáčalo vysokou rýchlosťou a vytváralo odstredivú silu. Pod touto silou je kvapalina vrhaná zo stredu obežného kolesa na okraj obežného kolesa, jej tlak sa zvyšuje a prúdi do telesa čerpadla veľmi vysokou rýchlosťou (15-25 m/s).
3. V telese čerpadla 蜗形, keď sa prietokový kanál neustále rozširuje, rýchlosť prúdenia kvapaliny sa spomaľuje, čo spôsobuje, že väčšina kinetickej energie sa premieňa na tlakovú energiu. Nakoniec kvapalina vyteká z výtlačného otvoru s relatívne vysokým statickým tlakom a vstupuje do výtlačného potrubia.
4. Po vytlačení kvapaliny z čerpadla sa v strede obežného kolesa vytvorí vákuum. Pri rozdiele tlakov medzi povrchovým tlakom kvapaliny (atmosférický tlak) a tlakom vo vnútri čerpadla (podtlak) vstupuje kvapalina do čerpadla cez sacie potrubie a vypĺňa miesto, kde bola kvapalina vytlačená.
Klasifikácia odstredivých čerpadiel
Produkty odstredivých čerpadiel sú všeobecne klasifikované podľa ich konštrukčných charakteristík. Existujú rôzne metódy klasifikácie, vrátane šiestich typov: klasifikované podľa pracovného tlaku, podľa počtu pracovných obežných kolies, podľa spôsobu, akým obežné koleso nasáva vodu atď.
⒈ Podľa pracovného tlaku:
Nízkotlakové čerpadlo{0}: Tlak je nižší ako 100 metrov vodného stĺpca.
Stredné{0}}tlakové čerpadlo: Tlak sa pohybuje od 100 do 650 metrov vodného stĺpca.
Vysokotlakové-čerpadlo: Tlak je vyšší ako 650 metrov vodného stĺpca.
2. Podľa počtu pracovných obežných kolies:
Jedno{0}stupňové čerpadlo: Ide o čerpadlo, ktoré má na hriadeli čerpadla iba jedno obežné koleso.
Viac{0}}stupňové čerpadlo: Tento typ čerpadla má na hriadeli dve alebo viac obežných kolies. V tomto prípade je celková dopravná výška čerpadla súčtom dopravnej výšky generovanej každým z n obežných kolies.
3. Podľa spôsobu nasávania vody obežného kolesa:
Jedno{0}}bočné vodné-čerpadlo: Známe aj ako jednoduché{2}}nasávacie čerpadlo, čo znamená, že na obežnom kolese je len jeden prívod vody.
Obojsmerné sacie čerpadlo: Známe tiež ako dvojité sacie čerpadlo{0}}, ktoré má vstupný otvor na oboch stranách obežného kolesa. Jeho prietok je dvakrát väčší ako prietok jedného-sacieho čerpadla. Zhruba ho možno považovať za dve samostatné-obežné kolesá sacieho čerpadla umiestnené-za-za sebou.
4. Podľa polohy hriadeľa čerpadla:
Horizontálne čerpadlo: Hriadeľ čerpadla je vo vodorovnej polohe.
Vertikálne čerpadlo: Hriadeľ čerpadla je vo vertikálnej polohe.
5. Podľa tvaru spoja telesa čerpadla:
Horizontálne delené čerpadlo: Ide o čerpadlo, kde je spojový šev otvorený na horizontálnej rovine prechádzajúcej osou.
Vertikálne čerpadlo povrchu kĺbu: Toto sa týka čerpadla, kde je povrch kĺbu kolmý na os.
6. Spôsob nasmerovania vody vystupujúcej z obežného kolesa smerom k výtlačnej komore:
Puzdro čerpadla: Potom, čo voda opustí obežné koleso, vstúpi priamo do telesa čerpadla, ktoré má špirálový tvar.
Vodiace lopatkové čerpadlo: Potom, čo voda opustí obežné koleso, vstúpi do vodiacich lopatiek umiestnených mimo obežného kolesa a potom pokračuje do ďalšej fázy alebo prúdi do výstupného potrubia.
⒎ Podľa rôznych prepravovaných médií možno odstredivé čerpadlá klasifikovať ako: vodné čerpadlá, olejové čerpadlá, čerpadlá- odolné voči korózii atď.
Kavitačný a parný zámok
Fenomén erózie
Z princípu činnosti odstredivého čerpadla je známe, že po vytlačení kvapaliny medzi lopatkami z vysokootáčkového obežného kolesa sa v blízkosti vstupu obežného kolesa vytvorí oblasť nízkeho tlaku-. Keď je tlak na vstupe obežného kolesa rovnaký alebo nižší ako tlak nasýtených pár pV prepravovanej kvapaliny pri prevádzkovej teplote, kvapalina v tejto oblasti sa vyparí a vytvorí bubliny. Keď bubliny putujú s kvapalinou do oblasti vysokého-tlaku, vplyvom tlaku rýchlo kondenzujú.
V momente kondenzácie bublín vzniká lokálne vákuum. Okolitá kvapalina sa rúti smerom k priestoru, ktorý predtým zaberala bublina, vysokou rýchlosťou, čo spôsobuje náraz a vibrácie, čo má za následok značnú nárazovú silu. Najmä keď je bod kondenzácie bubliny blízko povrchu čepele, na čepeľ naráža množstvo kvapalných častíc pri vysokej frekvencii a tlaku; zároveň môže bublina obsahovať aj malé množstvo kyslíka a iných látok, ktoré majú chemický korozívny účinok na kovové materiály. Pri kombinovanom pôsobení nepretržitého nárazu a chemickej korózie sa povrch čepele poškodí, tvoria sa škvrny a praskliny, čo vedie k predčasnému poškodeniu čepele. Tento jav sa v odstredivých čerpadlách nazýva kavitácia.
Fenomén väzby plynu
Keď sa spustí odstredivé čerpadlo, ak je v čerpadle vzduch, v dôsledku nízkej hustoty vzduchu je odstredivá sila generovaná po otáčaní malá. V dôsledku toho nízky tlak vytvorený v strednej oblasti obežného kolesa nestačí na nasávanie kvapaliny. Aj keď je odstredivé čerpadlo spustené, nemôže dokončiť prepravnú úlohu. Tento jav sa nazýva "vzduchový zámok".
Znamená to, že odstredivé čerpadlo nemá žiadnu-schopnosť samonasávania. Preto pred spustením odstredivého čerpadla musí byť naplnené kvapalinou, ktorá sa má dopravovať. Samozrejme, ak je sací vstup odstredivého čerpadla umiestnený pod hladinou kvapaliny dopravovanej kvapaliny, kvapalina bude automaticky prúdiť do čerpadla. Toto je špeciálny prípad. Sacie potrubie odstredivého čerpadla je vybavené spodným ventilom, aby sa zabránilo vytekaniu kvapaliny, ktorá bola naplnená pred spustením z čerpadla. Filtračné sito môže zabrániť nasatiu pevných látok v kvapaline a zablokovaniu potrubia a výtlačného potrubia telesa čerpadla. Regulačný ventil inštalovaný vo výtlačnom potrubí sa používa na spustenie čerpadla, zastavenie čerpadla a reguláciu prietoku.
Z pohľadu rôznych príčin kavitácie a parného uzáveru:
Väzba vzduchu sa vzťahuje na prítomnosť vzduchu vo vnútri telesa čerpadla. Zvyčajne sa vyskytuje pri spustení čerpadla. Hlavným prejavom je, že vzduch vo vnútri telesa čerpadla nebol úplne odstránený. Zatiaľ čo kavitácia je spôsobená kvapalinou, ktorá dosiahne svoj tlak odparovania pri určitej teplote. Je vidieť, že to úzko súvisí s prepravovaným médiom a pracovnými podmienkami.
Na zabránenie výskytu fenoménu vzduchového uzáveru možno použiť nasledujúce metódy:
1. Pred spustením naplňte škrupinu kvapalinou. Zabezpečte pevné utesnenie plášťa. Plniaci ventil vody a sprchová hlavica nesmú pretekať. Tesniaci výkon by mal byť dobrý.
2. Sacie potrubie odstredivého čerpadla je vybavené spodným ventilom, aby sa zabránilo spätnému toku kvapaliny, ktorá bola čerpaná pred spustením, späť do čerpadla. Filtračné sito môže zabrániť nasávaniu pevných častíc v kvapaline. Výtlačné potrubie je vybavené regulačným ventilom, ktorý slúži na spustenie a zastavenie čerpadla a reguláciu prietoku.
3. Umiestnite sací vstup odstredivého čerpadla pod hladinu kvapaliny, kde je potrebné kvapalinu dopraviť. Kvapalina bude automaticky prúdiť do čerpadla.
Príčiny a riešenia vzniku kavitácie
Hlavné príčiny kavitácie sú:
1. Odpor vstupného potrubia je príliš vysoký alebo potrubie je príliš tenké.
2. Teplota dopravovaného média je príliš vysoká;
3. Nadmerný prietok, to znamená, že výstupný ventil je otvorený príliš široko;
4. Inštalačná výška je príliš vysoká, čo ovplyvňuje kapacitu nasávania kvapaliny do čerpadla.
5. Otázky výberu, vrátane výberu čerpadiel a výberu materiálov čerpadiel atď.
Riešenie:
1. Odstráňte cudzie predmety zo vstupného potrubia, aby ste zabezpečili hladký prietok, alebo zväčšite priemer potrubia.
2. Znížte teplotu prepravovaného média;
3. Znížte výšku inštalácie;
4. Vymeňte čerpadlo alebo vykonajte vylepšenia určitých komponentov čerpadla, napríklad použitím materiálov odolných voči kavitácii.
