Med pretočnim procesom tekočin se nekaj mehanske energije izgubi zaradi upora pretoka. Zato je treba tekočini zagotoviti mehansko energijo za prenos tekočine z enega mesta na drugo, ne glede na to, ali gre za prenos tekočine z lokacije z nižjo skupno specifično energijo na lokacijo z višjo skupno specifično energijo ali zgolj za premagovanje upora pretoka. Stroj, ki se uporablja za transport tekočin, se imenuje črpalka (Pump). Črpalke so v glavnem razvrščene v tri kategorije glede na strukturne značilnosti in načela delovanja:
I. Črpalke tipa-lopatice: Te črpalke delujejo tako, da vrteče se lopatice delujejo na tekočino, s čimer se poveča mehanska energija tekočine. Primeri vključujejo različne centrifugalne črpalke, vrtinčne črpalke in črpalke z aksialnim tokom itd.
II. Prostorninske črpalke: Te črpalke uporabljajo povratno gibanje batov ali vrtljivo gibanje rotorjev za spreminjanje prostornine delovne komore, stiskanje tekočine in izvajanje dela na tekočini, s čimer se poveča mehanska energija tekočine. Primeri vključujejo batne črpalke, zobniške črpalke in vijačne črpalke itd.
III Reaktivna črpalka: deluje tako, da za izmet tekočine uporablja-hitrostni curek, ki ga ustvari delovna tekočina, nato pa se z izmenjavo zagona poveča energija izbite tekočine.
Zaradi svoje preproste strukture, enostavne izdelave, stabilnega pretoka, močne prilagodljivosti in priročnega delovanja se centrifugalne črpalke pogosto uporabljajo v kemični proizvodnji. Zato se bomo v tem članku osredotočili na uvedbo centrifugalnih črpalk.
Načelo delovanja centrifugalne črpalke
Ko centrifugalna črpalka deluje, se zanaša na-vrteče rotorje z visoko hitrostjo, ki omogoča tekočini, da pridobi energijo in poveča svoj tlačni potencial pod vplivom vztrajnostne centrifugalne sile. Pred začetkom delovanja centrifugalne črpalke je treba telo črpalke in dovodni cevovod napolniti s tekočim medijem, da preprečimo pojav kavitacije.
Ko se impeler hitro vrti, rezila povzročijo hitro vrtenje medija. Rotacijski medij se vrže iz rotorja pod delovanjem centrifugalne sile. Ko se voda iz črpalke vrže ven, se na sredini rotorja oblikuje vakuumsko območje. Hkrati nenehno sesa tekočino in neprekinjeno daje določeno energijo vse-tekočini, nato pa tekočino odvaja. Tako centrifugalna črpalka na ta način deluje neprekinjeno.
Struktura centrifugalne črpalke
Obstaja veliko vrst centrifugalnih črpalk. Čeprav so strukture različnih tipov črpalk različne, so glavne komponente v bistvu enake.
Glavni sestavni deli centrifugalne črpalke vključujejo: rotor, gred črpalke, ohišje črpalke, podnožje črpalke, tesnilna škatla (tesnilna naprava), tesnilni obroč, ohišje ležaja itd.
1. Tekač
Tekač je delovni del centrifugalne črpalke. Črpanje tekočin doseže tako, da se vrti z veliko hitrostjo in opravlja delo na tekočinah. Je pomemben del centrifugalne črpalke.
Tekač je na splošno sestavljen iz pesta, lopatic in pokrovne plošče. Pokrovna plošča rotorja je razdeljena na sprednjo in zadnjo pokrivno ploščo. Pokrivna plošča na vstopni strani rotorja se imenuje sprednja pokrivna plošča, pokrivna plošča druge strani pa se imenuje zadnja pokrivna plošča.
Ko se centrifugalna črpalka zažene, gred črpalke poganja rotor, da se skupaj vrtita z visoko hitrostjo. To prisili tekočino, ki je bila pred-napolnjena med rezili, da se vrti. Pod delovanjem vztrajnostne centrifugalne sile se tekočina premika radialno od središča proti obodu rotorja.
Pri pretakanju skozi impeler tekočina pridobiva energijo, pri čemer se povečuje njen statični tlak in povečuje hitrost pretoka. Ko tekočina zapusti rotor in vstopi v ohišje črpalke, se upočasni zaradi postopnega širjenja pretočnih kanalov znotraj ohišja. Nekaj kinetične energije se pretvori v energijo statičnega tlaka in končno teče tangencialno v izpustni cevovod.
Glede na njihovo strukturno obliko lahko tekače razvrstimo v naslednje tri vrste.
(1) Zaprto rotorje ima na obeh straneh pokrivne plošče. Med pokrivnimi ploščami je 4 do 6 rezil. Zaprto rotorje ima visoko učinkovitost in je najpogosteje uporabljen tip. Primeren je za transport čistih tekočin brez trdnih delcev ali vlaken.
(2) Tekač odprtega-tipa nima pokrivnih plošč na obeh straneh lopatic. Primeren je za prevoz tekočin, ki vsebujejo veliko količino suspendiranih trdnih snovi. Vendar je njegova učinkovitost razmeroma nizka in tlak transportirane tekočine ni visok.
(3) Tekač pol-odprtega tipa ima samo zadnjo pokrovno ploščo. Primeren je za transport tekočin, ki so nagnjene k sedimentaciji ali vsebujejo trdne suspendirane snovi. Njegova učinkovitost je med učinkovitostjo tekačev odprtega in zaprtega tipa.
2. Gred črpalke
Glavna funkcija gredi črpalke centrifugalne črpalke je prenos moči in podpora rotorju, da ostane v delovnem položaju in normalno deluje. En konec gredi je povezan z gredjo motorja preko sklopke, drugi konec pa podpira rotor za rotacijsko gibanje. Gred je opremljena s komponentami, kot so ležaji in aksialna tesnila.
Običajni materiali za gredi črpalke so ogljikovo jeklo in nerjavno jeklo.
Tekač in gred sta povezana s ključem. Ker lahko ta način povezave le prenaša navor, ne more pa določiti aksialnega položaja tekača, se v črpalki za pritrditev aksialnega položaja rotorja uporabljata aksialni tulec in zaklepna matica.
Ko je tekač osno nameščen z zaklepno matico in pušo gredi, je treba preprečiti, da bi se zaklepna matica zrahljala, preprečiti vzvratno vožnjo črpalke. Zlasti pri na novo nameščenih črpalkah ali črpalkah, ki so bile razstavljene in popravljene, je treba opraviti preverjanje smeri vrtenja v skladu s predpisi, da se zagotovi skladnost z navedeno smerjo.
3. Rokav
Funkcija tulca gredi je zaščititi gred črpalke, pretvarjanje trenja med tesnilom in gredjo črpalke v trenje med tesnilom in tulcem gredi. Zato je tulec gredi del centrifugalne črpalke,-ki je nagnjen k obrabi.
Površino tulca gredi je mogoče tudi obdelati, kot so naogljičenje, nitriranje, kromiranje in brizganje. Zahteva glede površinske hrapavosti je običajno potrebna za doseganje Ra3,2 μm - Ra0,8 μm. To lahko zmanjša koeficient trenja in podaljša življenjsko dobo.
4. Ležaji
Ležaji igrajo vlogo podpiranja teže in obremenitve rotorja. V centrifugalnih črpalkah se večinoma uporabljajo kotalni ležaji. Zunanji obroč ležaja je v sistemu osnovne gredi z luknjo ohišja ležaja, medtem ko je notranji obroč v sistemu osnovne luknje z vrtljivo gredjo. Nacionalni standardi ustrezne kategorije imajo priporočene vrednosti in jih je mogoče izbrati glede na posebne okoliščine. Ležaji so običajno mazani z mastjo in mazalnim oljem.
5. Polnilna škatla
Ko gred črpalke štrli iz ohišja črpalke, je med gredjo in ohišjem reža. Pri eno-sesalnih centrifugalnih črpalkah bo, če na tem delu ni uporabljena naprava za tesnjenje gredi, visokotlačna-voda v ohišju črpalke iztekla v velikih količinah. Tesnilna škatla je ena izmed pogosto uporabljenih naprav za tesnjenje gredi. Tesnilna škatla je sestavljena iz petih komponent: tesnilnega tulca gredi, tesnila, vodne tesnilne cevi, vodnega tesnilnega obroča in pokrova tesnila.
⒍蜗壳
Zavoj je pretočni kanal v obliki spirale-, ki postopoma povečuje površino prečnega-prereza od izhoda propelerja do vstopa propelerja naslednje stopnje ali do izstopne cevi črpalke. Pretočni kanal se postopoma širi, iztok pa je v obliki difuzorske cevi. Ko tekočina izteče iz propelerja, se lahko njena hitrost pretoka gladko zmanjša, pri čemer se velik del njene kinetične energije pretvori v energijo statičnega tlaka.
Prednosti spirale so, da je enostavna za izdelavo, ima široko območje učinkovitosti in da se učinkovitost črpalke po strojni obdelavi rotorja malo spremeni.
Pomanjkljivost je, da je volutasta oblika asimetrična. Pri uporabi ene spirale tlak, ki radialno deluje na rotor, ni enakomeren, kar lahko povzroči ukrivljanje gredi. Zato pri več-stopenjskih črpalkah samo prvi in zadnji del uporabljata spirale, medtem ko srednji del uporablja napravo z vodilnim kolesom.
Material volute je običajno lito železo. Voluta proti-korozivne črpalke je narejena iz nerjavečega jekla ali drugih proti-korozijskih materialov, kot so plastika, steklena vlakna itd. Pri več-stopenjskih črpalkah so zaradi visokega tlaka zahteve glede trdnosti materiala višje, njihove volute pa so običajno izdelane iz litega jekla.
⒎ Pogonsko kolo
Vodilno kolo je mirujoča plošča z sprednjimi vodilnimi lopaticami, ovitimi okoli njegovega zunanjega roba na sprednji strani. Te vodilne lopatice tvorijo vrsto pretočnih kanalov-v obliki difuzorja. Na hrbtni strani so vzvratne vodilne lopatice, ki usmerjajo tekočino do vstopa rotorja naslednje stopnje. Ko je tekočina izpuščena iz propelerja, gladko teče v vodilno kolo in še naprej teče navzven vzdolž sprednjih vodilnih lopatic, pri čemer se njena hitrost postopoma zmanjšuje in večina njene kinetične energije se pretvori v energijo statičnega tlaka.
Radialna enostranska zračnost med rotorjem in vodilnimi lopaticami je približno 1 mm. Če je razmik prevelik, se bo učinkovitost zmanjšala; če je premajhen, bo povzročal tresljaje in hrup. V primerjavi z spiralno je ohišje črpalke segmentirane več-stopenjske centrifugalne črpalke z vodilnimi kolesi enostavnejše za izdelavo in ima večjo učinkovitost pretvorbe energije. Vendar sta njegova namestitev in vzdrževanje težja kot pri spirali.
16. Tesnilni obroč
Za zmanjšanje notranjega puščanja in zaščito ohišja črpalke je na ohišju nameščen zamenljiv tesnilni obroč, ki ustreza vstopu rotorja. Radialna zračnost med notranjo luknjo tesnilnega obroča in zunanjim krogom rotorja je običajno med 0,1 in 0,2 mm. Ko se tesnilni obroč obrabi, se radialna zračnost poveča, kar povzroči zmanjšanje prostornine izpusta tekočine črpalke in zmanjšanje učinkovitosti. Ko tesnilna reža preseže navedeno vrednost, jo je potrebno pravočasno zamenjati.
Strukturne oblike tesnilnega obroča so tri vrste:
Tip-ploščati obroč, s preprosto strukturo in enostavno izdelavo, vendar slabim tesnilnim učinkom;
Pravi{0}}tesnilni obroč omogoča, da puščanje tekočine prehaja skozi 90-stopinjski kanal, kar ima za posledico boljši tesnilni učinek v primerjavi s ravnim-obročem. Veliko se uporablja.
Labirintni tesnilni obroč ima dober tesnilni učinek, vendar je njegova struktura zapletena in izdelava težavna. Zato se redko uporablja v centrifugalnih črpalkah.
Delovni proces centrifugalne črpalke
Preden zaženete črpalko, jo najprej napolnite s tekočino, ki jo želite transportirati.
2. Po zagonu črpalke gred črpalke poganja rotor, da se vrti z visoko hitrostjo, kar ustvarja centrifugalno silo. Pod to silo se tekočina vrže iz središča rotorja na obrobje rotorja, njen tlak se poveča in teče v ohišje črpalke z zelo veliko hitrostjo (15-25 m/s).
3. V ohišju črpalke蜗形 se pretočni kanal nenehno širi, hitrost pretoka tekočine pade, zaradi česar se večina kinetične energije pretvori v tlačno energijo. Končno tekočina izteče iz izpustne odprtine z relativno visokim statičnim tlakom in vstopi v izpustni cevovod.
4. Ko je tekočina iz črpalke iztisnjena, se na sredini tekača ustvari vakuum. Pod tlačno razliko med površinskim tlakom tekočine (atmosferski tlak) in tlakom v črpalki (podtlak) tekočina vstopi v črpalko skozi sesalni cevovod in zapolni položaj, kjer je bila tekočina iztisnjena.
Razvrstitev centrifugalnih črpalk
Izdelki centrifugalnih črpalk so na splošno razvrščeni glede na njihove strukturne značilnosti. Obstajajo različne metode razvrščanja, vključno s šestimi vrstami: razvrščeni po delovnem tlaku, po številu delujočih rotorjev, po načinu, kako rotor sprejema vodo itd.
⒈ Glede na delovni tlak:
Niz{0}}tlačna črpalka: tlak je nižji od 100 metrov vodnega stolpca.
Srednje{0}}tlačna črpalka: Tlak se giblje od 100 do 650 metrov vodnega stolpca.
Visok{0}}tlačna črpalka: tlak je višji od 650 metrov vodnega stolpca.
2. Glede na število delovnih rotorjev:
Eno{0}}stopenjska črpalka: To se nanaša na črpalko, pri kateri je na gredi črpalke samo en tekač.
Več{0}}stopenjska črpalka: Ta vrsta črpalke ima dva ali več tekačev na gredi. V tem primeru je skupna višina črpalke vsota višin, ki jih ustvari vsak od n rotorjev.
3. Glede na način dovoda vode rotorja:
Eno-stranska dovodna-črpalka za vodo: znana tudi kot enojna{2}}sesalna črpalka, kar pomeni, da je na rotorju samo en dovod vode.
Dvosmerna sesalna črpalka: znana tudi kot dvojna-sesalna črpalka, ima vstopno odprtino na obeh straneh rotorja. Njen pretok je dvakrat večji kot pri eni-sesalni črpalki. V grobem ga lahko obravnavamo kot dva enojna-rotorja sesalne črpalke, nameščena --nazaj.
4. Glede na položaj gredi črpalke:
Horizontalna črpalka: Gred črpalke je v vodoravnem položaju.
Navpična črpalka: gred črpalke je v navpičnem položaju.
5. Glede na obliko spoja ohišja črpalke:
Horizontalna deljena črpalka: je tista, pri kateri se spojni šiv odpre na vodoravni ravnini, ki poteka skozi os.
Črpalka za navpično površino spoja: To se nanaša na črpalko, kjer je površina spoja pravokotna na os.
6. Metoda usmerjanja vode, ki izstopa iz rotorja, proti izpustni komori:
Ohišje črpalke: Ko voda zapusti rotor, vstopi neposredno v ohišje črpalke, ki ima spiralno obliko.
Črpalka z vodilnimi lopaticami: Ko voda zapusti rotor, vstopi v vodilne lopatice, ki so nameščene zunaj rotorja, in nato nadaljuje na naslednjo stopnjo ali teče v odvodno cev.
⒎ Glede na različne medije, ki se prevažajo, lahko centrifugalne črpalke razvrstimo na: vodne črpalke, oljne črpalke, črpalke,-odporne proti koroziji itd.
Kavitacija in parna zapora
Pojav erozije
Iz principa delovanja centrifugalne črpalke je razvidno, da potem, ko je tekočina med lopaticami izvržena iz rotirajočega rotorja z visoko-hitrostjo, se v bližini vstopne odprtine rotorja oblikuje območje nizkega{1}}tlaka. Ko je tlak na vstopu v propeler enak ali nižji od tlaka nasičene pare pV transportirane tekočine pri delovni temperaturi, bo tekočina v tem območju uparila in oblikovala mehurčke. Ko mehurčki skupaj s tekočino potujejo do-območja visokega tlaka, se bodo zaradi tlaka hitro kondenzirali.
V trenutku kondenzacije mehurčkov nastane lokalni vakuum. Okoliška tekočina hiti proti prostoru, ki ga je prej zasedal mehurček, z veliko hitrostjo, povzroča udarce in vibracije, kar ima za posledico znatno moč udarca. Še posebej, ko je kondenzacijska točka mehurčka blizu površine rezila, številni delci tekočine udarijo v rezilo z visoko frekvenco in pritiskom; hkrati pa lahko mehurček vsebuje tudi majhno količino kisika in drugih snovi, ki kemično jedko vplivajo na kovinske materiale. Pod kombiniranim delovanjem neprekinjenega udarca in kemične korozije se površina rezila poškoduje, nastanejo lise in razpoke, kar vodi do prezgodnje poškodbe rezila. Ta pojav v centrifugalnih črpalkah imenujemo kavitacija.
Pojav vezave plina
Ko se centrifugalna črpalka zažene, če je v črpalki zrak, je zaradi nizke gostote zraka centrifugalna sila, ki nastane po vrtenju, majhna. Posledica tega je, da nizek tlak, ki nastane v središču rotorja, ni zadosten za vsesavanje tekočine. Tudi če se centrifugalna črpalka zažene, ne more dokončati transportne naloge. Ta pojav se imenuje "zračna zapora".
To pomeni, da centrifugalna črpalka nima-zmožnosti samosesanja. Zato je treba centrifugalno črpalko pred zagonom napolniti s tekočino za transport. Seveda, če je sesalni dovod centrifugalne črpalke nameščen pod nivojem tekočine, ki se prenaša, bo tekočina samodejno stekla v črpalko. To je poseben primer. Sesalni cevovod centrifugalne črpalke je opremljen s spodnjim ventilom, ki preprečuje iztekanje tekočine, ki je bila napolnjena pred zagonom, iz črpalke. Filtrirna mreža lahko prepreči, da bi se trdne snovi v tekočini vsesale in blokirale cevovode in izpustno cev ohišja črpalke. Regulacijski ventil, nameščen v tlačni cevi, se uporablja za zagon črpalke, zaustavitev črpalke in regulacijo pretoka.
Z vidika različnih vzrokov kavitacije in parne zapore:
Vezava zraka se nanaša na prisotnost zraka v ohišju črpalke. Običajno se pojavi ob zagonu črpalke. Glavna manifestacija je, da zrak v ohišju črpalke ni bil popolnoma odstranjen. Medtem ko kavitacijo povzroči tekočina, ki pri določeni temperaturi doseže svoj uparjevalni tlak. Vidimo lahko, da je tesno povezan s transportiranim medijem in delovnimi pogoji.
Za preprečevanje pojava zračne zapore lahko uporabite naslednje metode:
1. Pred začetkom napolnite školjko s tekočino. Zagotovite tesno tesnjenje na lupini. Ventil za polnjenje vode in glava prhe ne smeta puščati. Učinkovitost tesnjenja mora biti dobra.
2. Sesalni cevovod centrifugalne črpalke je opremljen s spodnjim ventilom, ki preprečuje, da bi tekočina, ki je bila črpana pred zagonom, stekla nazaj v črpalko. Filtrirna mreža lahko prepreči vsesanje trdnih delcev v tekočini. Izpustni cevovod je opremljen z regulacijskim ventilom, ki se uporablja za zagon in zaustavitev črpalke ter regulacijo pretoka.
3. Namestite sesalni dovod centrifugalne črpalke pod nivo tekočine, kamor je treba tekočino transportirati. Tekočina bo samodejno stekla v črpalko.
Vzroki in rešitve pojava kavitacije
Glavni vzroki kavitacije so:
1. Upor dovodnega cevovoda je previsok ali pa je cevovod pretanek.
2. Temperatura transportiranega medija je previsoka;
3. Prevelik pretok, to pomeni, da je izstopni ventil preširoko odprt;
4. Višina namestitve je previsoka, kar vpliva na zmogljivost črpanja tekočine.
5. Težave z izbiro, vključno z izbiro črpalk in izbiro materialov za črpalke itd.
rešitev:
1. Odstranite tujke iz vstopnega cevovoda, da zagotovite nemoten pretok, ali povečajte premer cevovoda.
2. Znižajte temperaturo transportiranega medija;
3. Zmanjšajte višino namestitve;
4. Zamenjajte črpalko ali izboljšajte določene komponente črpalke, na primer z uporabo materialov, odpornih proti kavitaciji.
