Under strømningsprocessen af væsker går noget mekanisk energi tabt på grund af strømningsmodstanden. Derfor, for at transportere væsken fra et sted til et andet, hvad enten det er at overføre væsken fra et sted med lavere total specifik energi til et sted med højere total specifik energi, eller blot for at overvinde strømningsmodstanden, skal der tilføres mekanisk energi til væsken. Maskineriet, der bruges til at transportere væsker, kaldes en pumpe (Pump). Pumper er hovedsageligt klassificeret i tre kategorier baseret på deres strukturelle egenskaber og arbejdsprincipper:
I. Vinge-pumper: Disse pumper virker ved, at de roterende skovle arbejder på væsken og øger derved væskens mekaniske energi. Eksempler omfatter forskellige centrifugalpumper, hvirvelpumper og aksialstrømspumper osv.
II Positive fortrængningspumper: Disse pumper udnytter stemplernes frem- og tilbagegående bevægelse eller rotorernes roterende bevægelse til at ændre volumen af arbejdskammeret, komprimere væsken og udføre arbejde på væsken, hvorved væskens mekaniske energi øges. Eksempler omfatter stempelpumper, tandhjulspumper og skruepumper osv.
III-jetpumpe: Den virker ved at bruge den-højhastighedsstråle, der genereres af arbejdsvæsken, til at udstøde væsken, og derefter øges energien i den udstødte væske gennem momentumudveksling.
På grund af dens enkle struktur, lette fremstilling, stabile flow, stærke tilpasningsevne og bekvem betjening, er centrifugalpumper meget udbredt i kemisk produktion. Derfor vil vi i denne artikel fokusere på at introducere centrifugalpumper.
Funktionsprincippet for en centrifugalpumpe
Når en centrifugalpumpe er i drift, er den afhængig af det højhastighedsroterende pumpehjul for at gøre det muligt for væsken at optage energi og øge sit trykpotentiale under påvirkning af inerticentrifugalkraft. Før centrifugalpumpen begynder at arbejde, skal pumpelegemet og indløbsrørledningen fyldes med flydende medium for at forhindre forekomst af kavitation.
Når pumpehjulet roterer hurtigt, får bladene mediet til at rotere hurtigt. Det roterende medium kastes ud af pumpehjulet under påvirkning af centrifugalkraften. Efter at vandet inde i pumpen er smidt ud, dannes et vakuumområde i midten af pumpehjulet. Samtidig suger den løbende væske ind og giver løbende en vis energi til den indsugte-væske, hvorefter væsken udledes. Centrifugalpumpen arbejder således kontinuerligt på denne måde.
Strukturen af en centrifugalpumpe
Der findes mange typer centrifugalpumper. Selvom strukturerne af forskellige typer pumper er forskellige, er hovedkomponenterne grundlæggende de samme.
Hovedkomponenterne i en centrifugalpumpe omfatter: pumpehjul, pumpeaksel, pumpehus, pumpebase, pakningsboks (tætningsanordning), tætningsring, lejehus osv.
1. Løbehjul
Løbehjulet er arbejdskomponenten i en centrifugalpumpe. Det opnår pumpning af væsker ved at rotere ved høj hastighed og udføre arbejde på væskerne. Det er en vigtig del af centrifugalpumpen.
Løbehjulet er generelt sammensat af navet, bladene og dækpladen. Løbehjulets dækplade er opdelt i den forreste dækplade og den bagerste dækplade. Dækpladen på pumpehjulets indløbsside kaldes den forreste dækplade, og den anden sides dækplade kaldes den bagerste dækplade.
Når centrifugalpumpen startes, driver pumpeakslen pumpehjulet til at rotere med høj hastighed sammen. Dette tvinger væsken, der er blevet forfyldt- mellem knivene, til at rotere. Under påvirkning af den inertielle centrifugalkraft bevæger væsken sig radialt fra midten til periferien af pumpehjulet.
Under strømningsprocessen gennem pumpehjulet optager væsken energi, hvor dets statiske tryk stiger og strømningshastigheden stiger. Når væsken forlader pumpehjulet og kommer ind i pumpehuset, bremses den på grund af de gradvist udvidende strømningskanaler inde i huset. Noget af den kinetiske energi omdannes til statisk trykenergi og strømmer til sidst tangentielt ind i udledningsrørledningen.
I henhold til deres strukturelle former kan løbehjulene klassificeres i følgende tre typer.
(1) Det lukkede pumpehjul har dækplader på begge sider. Der er 4 til 6 knive mellem dækpladerne. Det lukkede pumpehjul har en høj virkningsgrad og er den mest udbredte type. Den er velegnet til at transportere rene væsker uden faste partikler eller fibre.
(2) Det åbne -hjul har ingen dækplader på begge sider af bladene. Den er velegnet til transport af væsker, der indeholder en stor mængde suspenderede stoffer. Dens effektivitet er imidlertid relativt lav, og trykket af den transporterede væske er ikke højt.
(3) Det halv-åbne pumpehjul har kun en bageste dækplade. Den er velegnet til at transportere væsker, der er tilbøjelige til at sedimentere eller indeholder fast suspenderet materiale. Dens effektivitet ligger mellem den for de åbne og lukkede pumpehjul.
2. Pumpeaksel
Hovedfunktionen af pumpeakslen på en centrifugalpumpe er at overføre kraft og støtte pumpehjulet for at holde det i arbejdsposition og fungere normalt. Den ene ende af akslen er forbundet med motorakslen gennem en kobling, og den anden ende understøtter pumpehjulet til rotationsbevægelse. Akslen er udstyret med komponenter som lejer og aksialtætninger.
De almindelige materialer til pumpeaksler er kulstofstål og rustfrit stål.
Løbehjulet og akslen er forbundet med en nøgle. Da denne forbindelsesmetode kun kan overføre drejningsmoment, men ikke kan fiksere løbehjulets aksiale position, bruges der i pumpen en aksial bøsning og en låsemøtrik til at fiksere løbehjulets aksiale position.
Efter at pumpehjulet er placeret aksialt med låsemøtrikken og akselbøsningen, for at forhindre låsemøtrikken i at løsne sig, er det nødvendigt at forhindre pumpen i at vende. Især for nyinstallerede pumper eller pumper, der har gennemgået adskillelse og reparation, bør der udføres en drejningsretningskontrol i henhold til reglerne for at sikre overensstemmelse med den specificerede retning.
3. Ærme
Akselbøsningens funktion er at beskytte pumpeakslen og omdanne friktionen mellem pakningen og pumpeakslen til friktionen mellem pakningen og akselbøsningen. Derfor er akselbøsningen en-udsat komponent i centrifugalpumpen.
Overfladen af akselbøsningen kan også gennemgå behandlinger såsom karburering, nitrering, forkromning og sprøjtning. Kravet til overfladeruhed er generelt påkrævet for at nå Ra3,2μm - Ra0,8μm. Dette kan reducere friktionskoefficienten og øge levetiden.
4. Lejer
Lejerne spiller rollen som støtte for rotorens vægt og belastning. I centrifugalpumper bruges rullelejer mest. Lejets ydre ring er i et basisakselsystem med lejehusets hul, mens den indre ring er i et basishulsystem med den roterende aksel. Den matchende kategori nationale standarder har anbefalede værdier, og de kan vælges i henhold til specifikke omstændigheder. Lejer er generelt smurt med fedt og smøreolie.
5. Påfyldningsboks
Når pumpeakslen rager ud fra pumpehuset, er der et mellemrum mellem akslen og huset. I enkelt-sugende centrifugalpumper, hvis der ikke bruges en akseltætningsanordning på denne del, vil højtryksvandet inde i pumpehuset lække ud i store mængder. Pakkassen er en af de almindeligt anvendte akseltætningsanordninger. Pakkassen er sammensat af fem komponenter: akseltætningsbøsningen, pakningen, vandtætningsrøret, vandtætningsringen og pakningsdækslet.
⒍蜗壳
Spiralen er en spiral-formet strømningskanal, der gradvist øges i tværsnitsareal fra udløbet af pumpehjulet til indløbet på næste trins pumpehjul eller til pumpens udløbsrør. Strømningskanalen udvider sig gradvist, og udløbet er i form af et diffusorrør. Efter at væsken flyder ud af pumpehjulet, kan dens strømningshastighed reduceres jævnt, hvilket omdanner en stor del af dens kinetiske energi til statisk trykenergi.
Fordelene ved spiralen er, at den er nem at fremstille, har en bred effektivitetszone, og pumpens effektivitet ændrer sig lidt, efter at pumpehjulet er bearbejdet.
Ulempen er, at volutformen er asymmetrisk. Ved brug af en enkelt spiral er trykket, der virker på rotoren radialt, ikke ensartet, hvilket sandsynligvis vil få akslen til at bøje. I flertrinspumper er det derfor kun den første og sidste sektion, der bruger volutter, mens den midterste sektion anvender en styrehjulsanordning.
Voluttens materiale er normalt støbejern. Anti--korrosionspumpens spiral er lavet af rustfrit stål eller andre anti-korrosionsmaterialer, såsom plastik, glasfiber osv. For fler-pumper er kravene til materialestyrke højere på grund af det høje tryk, og deres spiraler er generelt lavet af støbt stål.
⒎ Drivhjul
Styrehjulet er en stationær skive med forreste styreskovle viklet rundt om yderkanten på forsiden. Disse ledeskovle danner en række diffusor-formede strømningskanaler. På bagsiden er der omvendte ledeskovle, der leder væsken til indløbet på næste trins pumpehjul. Efter at væsken er udstødt fra pumpehjulet, flyder den jævnt ind i styrehjulet og fortsætter med at strømme udad langs de forreste ledeskovle, hvor dens hastighed gradvist aftager, og det meste af dens kinetiske energi omdannes til statisk trykenergi.
Den radiale ensidige afstand mellem pumpehjulet og styreskovlene er ca. 1 mm. Hvis frigangen er for stor, vil effektiviteten falde; hvis den er for lille, vil den forårsage vibrationer og støj. Sammenlignet med spiralen er pumpehuset til den segmenterede flertrins centrifugalpumpe med styrehjul nemmere at fremstille og har en højere energiomdannelseseffektivitet. Installation og vedligeholdelse af den er dog vanskeligere end den af volut.
16. Tætningsring
For at reducere intern lækage og beskytte pumpehuset er en udskiftelig tætningsring installeret på skallen svarende til pumpehjulets indløb. Den radiale afstand mellem tætningsringens indre hul og løbehjulets ydre cirkel er generelt mellem 0,1 og 0,2 mm. Efter at tætningsringen er slidt, øges den radiale spillerum, hvilket resulterer i et fald i pumpens væskeudledningsvolumen og en reduktion i effektiviteten. Når tætningsgabet overstiger den angivne værdi, er det nødvendigt at udskifte det i tide.
De strukturelle former for tætningsringen er tre typer:
Flad-ringtype med en enkel struktur og nem fremstilling, men dårlig tætningseffekt;
Den retvinklede tætningsring tillader væskelækage at passere gennem en 90 graders kanal, hvilket resulterer i en bedre tætningseffekt sammenlignet med den flade-ringtype. Det er meget brugt.
Labyrinttætningsringen har en god tætningseffekt, men dens struktur er kompleks, og dens fremstilling er vanskelig. Derfor bruges det sjældent i centrifugalpumper.
Arbejdsprocessen for en centrifugalpumpe
Inden du starter pumpen, skal du først fylde pumpen med væsken, der skal transporteres.
2. Efter at pumpen er startet, driver pumpeakslen pumpehjulet til at rotere med høj hastighed, hvilket genererer centrifugalkraft. Under denne kraft kastes væsken fra midten af løbehjulet til periferien af løbehjulet, dens tryk stiger, og den strømmer ind i pumpehuset med en meget høj hastighed (15-25 m/s).
3. I 蜗形-pumpehuset, når strømningskanalen udvides kontinuerligt, aftager væskens strømningshastighed, hvilket medfører, at det meste af den kinetiske energi omdannes til trykenergi. Til sidst strømmer væsken ud fra udløbsporten med et relativt højt statisk tryk og kommer ind i udløbsrørledningen.
4. Efter at væsken inde i pumpen er udstødt, dannes et vakuum i midten af pumpehjulet. Under trykforskellen mellem væskeoverfladetrykket (atmosfærisk tryk) og trykket inde i pumpen (negativt tryk), kommer væsken ind i pumpen gennem sugerørledningen og fylder den position, hvor væsken blev udstødt.
Klassificering af centrifugalpumper
Centrifugalpumpeprodukter klassificeres generelt efter deres strukturelle egenskaber. Der er forskellige klassificeringsmetoder, herunder seks typer: klassificeret efter arbejdstryk, efter antallet af arbejdshjul, efter måden, hvorpå pumpehjulet suger vand ind, osv.
⒈ I henhold til arbejdspres:
Lavt-trykspumpe: Trykket er lavere end 100 meter vandsøjle.
Medium-trykpumpe: Trykket varierer fra 100 til 650 meter vandsøjle.
Høj-trykspumpe: Trykket er højere end 650 meter vandsøjle.
2. Ifølge antallet af arbejdshjul:
Enkelt-pumpe: Dette refererer til en pumpe, hvor der kun er ét pumpehjul på pumpeakslen.
Flertrinspumpe: Denne type pumpe har to eller flere pumpehjul på sin aksel. I dette tilfælde er pumpens samlede løftehøjde summen af de løftehøjder, der genereres af hver af de n pumpehjul.
3. Ifølge pumpehjulets vandindtagsmetode:
Enkelt-vandindtagspumpe-: Også kendt som enkelt-sugepumpe betyder det, at der kun er én vandindtagsport på pumpehjulet.
Tovejs sugepumpe: Også kendt som dobbelt-sugepumpe, den har en indløbsport på begge sider af pumpehjulet. Dens flowhastighed er dobbelt så stor som en enkelt-sugepumpe. Det kan groft set betragtes som to enkelt-sugepumpehjul placeret ryg-til-ryg.
4. I henhold til pumpeakslens position:
Vandret pumpe: Pumpeakslen er i vandret position.
Lodret pumpe: Pumpeakslen er i lodret position.
5. I henhold til formen på pumpehusets samling:
Vandret delt pumpe: Det er en, hvor fugesømmen åbnes på det vandrette plan, der passerer gennem aksen.
Lodret fugefladepumpe: Dette refererer til en pumpe, hvor fugefladen er vinkelret på akselinjen.
6. Metoden til at lede vandet, der forlader pumpehjulet, mod udløbskammeret:
Huspumpe: Når vandet kommer ud af pumpehjulet, kommer det direkte ind i pumpehuset, som har en spiralform.
Ledeskovlepumpe: Når vandet kommer ud af pumpehjulet, kommer det ind i styreskovlene, der er sat uden for pumpehjulet, og fortsætter derefter til næste trin eller strømmer ind i udløbsrøret.
⒎ Afhængigt af de forskellige medier, der transporteres, kan centrifugalpumper klassificeres som: vandpumper, oliepumper, korrosionsbestandige-pumper osv.
Kavitations- og damplås
Erosion fænomen
Fra centrifugalpumpens arbejdsprincip kan det vides, at efter at væsken mellem bladene er udstødt fra det højhastighedsroterende pumpehjul, dannes der et lav-trykområde nær pumpehjulets indløb. Når trykket ved pumpehjulets indløb er lig med eller lavere end det mættede damptryk pV af den transporterede væske ved driftstemperaturen, vil væsken i dette område fordampe og danne bobler. Når boblerne bevæger sig med væsken til højtryksområdet-, vil de hurtigt kondensere på grund af trykket.
I øjeblikket med boblekondensering dannes et lokalt vakuum. Den omgivende væske strømmer mod det rum, der tidligere var optaget af boblen med høj hastighed, hvilket forårsager stød og vibrationer, hvilket resulterer i en betydelig slagkraft. Især når boblens kondenseringspunkt er nær bladets overflade, støder talrige væskepartikler på bladet med høj frekvens og høj tryk; samtidig kan boblen også indeholde en lille mængde ilt og andre stoffer, der virker kemisk ætsende på metalmaterialer. Under den kombinerede virkning af kontinuerlig påvirkning og kemisk korrosion er bladets overflade beskadiget og danner pletter og revner, hvilket vil føre til for tidlig skade på bladet. Dette fænomen kaldes kavitation i centrifugalpumper.
Fænomenet gasbinding
Når en centrifugalpumpe startes, hvis der er luft i pumpen, på grund af luftens lave tæthed, er centrifugalkraften, der genereres efter rotation, lille. Som følge heraf er det lave tryk, der dannes i det midterste område af pumpehjulet, utilstrækkeligt til at suge væsken ind. Selvom centrifugalpumpen startes, kan den ikke fuldføre transportopgaven. Dette fænomen kaldes "luftsluse".
Dette indikerer, at centrifugalpumpen ikke har nogen selvansugende-evne. Før start af centrifugalpumpen skal den derfor fyldes med væsken, der skal transporteres. Hvis centrifugalpumpens sugeindløb er placeret under væskeniveauet for den transporterede væske, vil væsken naturligvis automatisk strømme ind i pumpen. Dette er et særligt tilfælde. Centrifugalpumpens sugerør er udstyret med en bundventil for at forhindre, at væsken, der blev fyldt før start, strømmer ud af pumpen. Filterskærmen kan forhindre faste stoffer i væsken i at blive suget ind og blokere rørledningerne og pumpehusets afgangsrør. Reguleringsventilen installeret i afgangsrøret bruges til at starte pumpen, stoppe pumpen og regulere flowet.
Fra perspektivet af de forskellige årsager til kavitation og damplås:
Luftbinding refererer til tilstedeværelsen af luft inde i pumpehuset. Det sker normalt, når pumpen startes. Den vigtigste manifestation er, at luften inde i pumpelegemet ikke er blevet fuldstændig fjernet. Mens kavitation er forårsaget af væsken når sit fordampningstryk ved en bestemt temperatur. Det kan ses, at det er tæt forbundet med det transporterede medium og arbejdsforholdene.
Følgende metoder kan bruges til at forhindre forekomsten af luftslusefænomenet:
1. Fyld skallen med væske inden start. Sørg for en tæt forsegling af skallen. Vandpåfyldningsventilen og brusehovedet må ikke lække. Forseglingsevnen skal være god.
2. Centrifugalpumpens sugerør er udstyret med en bundventil for at forhindre, at væsken, der blev pumpet ind før opstart, løber tilbage i pumpen. Filterskærmen kan forhindre faste partikler i væsken i at blive suget ind. Udløbsrørledningen er udstyret med en reguleringsventil, som bruges til at starte og stoppe pumpen og regulere flowet.
3. Placer centrifugalpumpens sugeindtag under det væskeniveau, hvor væsken skal transporteres. Væsken vil automatisk strømme ind i pumpen.
Årsagerne og løsningerne til kavitationsforekomst
De vigtigste årsager til kavitation er:
1. Indløbsrørledningens modstand er for høj, eller rørledningen er for tynd.
2. Temperaturen på det transporterede medium er for høj;
3. For stort flow, det vil sige, at udløbsventilen er åbnet for bredt;
4. Installationshøjden er for høj, hvilket påvirker pumpens væskeindtagskapacitet.
5. Udvælgelsesspørgsmål, herunder valg af pumper og valg af pumpematerialer mv.
Løsning:
1. Fjern fremmedlegemer fra indløbsrørledningen for at sikre jævn gennemstrømning, eller øg rørledningens diameter.
2. Reducer temperaturen på det transporterede medium;
3. Reducer installationshøjden;
4. Udskift pumpen, eller foretag forbedringer af visse komponenter i pumpen, såsom brug af materialer, der er modstandsdygtige over for kavitation.
