Během procesu proudění tekutin dochází vlivem odporu proudění ke ztrátě určité mechanické energie. Proto, aby se tekutina přepravila z jednoho místa na druhé, ať už se jedná o přenos tekutiny z místa s nižší celkovou měrnou energií do místa s vyšší celkovou měrnou energií, nebo pouze pro překonání odporu proudění, musí být tekutině poskytnuta mechanická energie. Strojní zařízení používané k přepravě kapalin se nazývá čerpadlo (Pump). Čerpadla jsou rozdělena do tří kategorií na základě jejich konstrukčních charakteristik a pracovních principů:
I. Lopatková-čerpadla: Tato čerpadla fungují tak, že rotující lopatky pracují na kapalině, čímž zvyšují mechanickou energii kapaliny. Příklady zahrnují různá odstředivá čerpadla, vířivá čerpadla a axiální průtoková čerpadla atd.
II Objemová čerpadla: Tato čerpadla využívají vratný pohyb pístů nebo rotační pohyb rotorů ke změně objemu pracovní komory, stlačování kapaliny a provádění práce na kapalině, čímž se zvyšuje mechanická energie kapaliny. Příklady zahrnují pístová čerpadla, zubová čerpadla a šroubová čerpadla atd.
III Proudové čerpadlo: Funguje tak, že využívá vysokorychlostní proud generovaný pracovní tekutinou k vytlačení tekutiny a poté prostřednictvím výměny hybnosti se energie vytlačované tekutiny zvýší.
Díky své jednoduché konstrukci, snadné výrobě, stabilnímu průtoku, silné přizpůsobivosti a pohodlnému ovládání jsou odstředivá čerpadla široce používána v chemické výrobě. Proto se v tomto článku zaměříme na představení odstředivých čerpadel.
Princip činnosti odstředivého čerpadla
Když je odstředivé čerpadlo v provozu, spoléhá se na vysokorychlostní rotující oběžné kolo, které umožňuje kapalině získat energii a zvýšit svůj tlakový potenciál účinkem setrvačné odstředivé síly. Než odstředivé čerpadlo začne pracovat, musí být těleso čerpadla a vstupní potrubí naplněny kapalným médiem, aby se zabránilo vzniku kavitace.
Když se oběžné kolo otáčí rychle, lopatky způsobují rychlé otáčení média. Rotující médium je vymrštěno z oběžného kola působením odstředivé síly. Po vypuštění vody z čerpadla se ve středu oběžného kola vytvoří vakuová oblast. Současně nepřetržitě nasává kapalinu a nepřetržitě dodává určitou energii nasávané-kapalině a poté kapalinu vypouští. Odstředivé čerpadlo tak pracuje nepřetržitě tímto způsobem.
Konstrukce odstředivého čerpadla
Existuje mnoho typů odstředivých čerpadel. Přestože se konstrukce různých typů čerpadel liší, hlavní součásti jsou v zásadě stejné.
Mezi hlavní součásti odstředivého čerpadla patří: oběžné kolo, hřídel čerpadla, těleso čerpadla, základna čerpadla, ucpávka (těsnící zařízení), těsnicí kroužek, pouzdro ložiska atd.
1. Oběžné kolo
Oběžné kolo je pracovní součástí odstředivého čerpadla. Dosahuje čerpání kapalin rotací vysokou rychlostí a prováděním práce na kapalinách. Je důležitou součástí odstředivého čerpadla.
Oběžné kolo se obecně skládá z náboje, lopatek a krycí desky. Krycí deska oběžného kola je rozdělena na přední krycí desku a zadní krycí desku. Krycí deska na vstupní straně oběžného kola se nazývá přední krycí deska a krycí deska druhé strany se nazývá zadní krycí deska.
Když je odstředivé čerpadlo spuštěno, hřídel čerpadla pohání oběžné kolo, aby se společně otáčelo vysokou rychlostí. To nutí kapalinu, která byla před-naplněna mezi lopatky, aby se otáčela. Působením setrvačné odstředivé síly se kapalina pohybuje radiálně od středu k obvodu oběžného kola.
Během procesu proudění oběžným kolem získává kapalina energii, přičemž se zvyšuje její statický tlak a zvyšuje se rychlost proudění. Když kapalina opouští oběžné kolo a vstupuje do tělesa čerpadla, zpomaluje se v důsledku postupně se rozšiřujících průtokových kanálů uvnitř tělesa. Část kinetické energie se přemění na energii statického tlaku a nakonec proudí tangenciálně do výtlačného potrubí.
Podle jejich konstrukčních forem lze oběžná kola rozdělit do následujících tří typů.
(1) Uzavřené oběžné kolo má na obou stranách krycí desky. Mezi krycími deskami je 4 až 6 lopatek. Uzavřené oběžné kolo má vysokou účinnost a je nejpoužívanějším typem. Je vhodný pro dopravu čistých kapalin bez pevných částic nebo vláken.
(2) Oběžné kolo otevřeného typu- nemá na obou stranách lopatek žádné krycí desky. Je vhodný pro přepravu kapalin obsahujících velké množství nerozpuštěných látek. Jeho účinnost je však poměrně nízká a tlak dopravované kapaliny není vysoký.
(3) Polo-otevřené oběžné kolo má pouze zadní krycí desku. Je vhodný pro dopravu kapalin, které jsou náchylné k sedimentaci nebo obsahují pevné suspendované látky. Jeho účinnost leží mezi účinností oběžných kol otevřeného a uzavřeného typu.
2. Hřídel čerpadla
Hlavní funkcí hřídele čerpadla odstředivého čerpadla je přenášet výkon a podporovat oběžné kolo, aby je udrželo v pracovní poloze a fungovalo normálně. Jeden konec hřídele je připojen k hřídeli motoru pomocí spojky a druhý konec nese oběžné kolo pro rotační pohyb. Hřídel je vybavena komponenty, jako jsou ložiska a axiální těsnění.
Běžnými materiály pro hřídele čerpadel jsou uhlíková ocel a nerezová ocel.
Oběžné kolo a hřídel jsou spojeny perem. Protože tento způsob připojení může přenášet pouze krouticí moment, ale nemůže fixovat axiální polohu oběžného kola, v čerpadle se k fixaci axiální polohy oběžného kola používá axiální pouzdro a pojistná matice.
Po axiálním umístění oběžného kola s pojistnou maticí a pouzdrem hřídele, aby se zabránilo uvolnění pojistné matice, je nutné zabránit reverzaci čerpadla. Zejména u nově instalovaných čerpadel nebo čerpadel, která prošla demontáží a opravou, by měla být provedena kontrola směru otáčení podle předpisů, aby byl zajištěn soulad se specifikovaným směrem.
3. Rukáv
Funkcí pouzdra hřídele je chránit hřídel čerpadla tím, že převádí tření mezi ucpávkou a hřídelí čerpadla na tření mezi těsněním a pouzdrem hřídele. Proto je pouzdro hřídele součástí odstředivého čerpadla- náchylnou k opotřebení.
Povrch pouzdra hřídele může také podléhat úpravám, jako je nauhličování, nitridování, chromování a stříkání. Požadavek na drsnost povrchu je obecně vyžadován pro dosažení Ra3,2μm - Ra0,8μm. To může snížit koeficient tření a zvýšit životnost.
4. Ložiska
Ložiska plní roli podpory hmotnosti a zatížení rotoru. U odstředivých čerpadel se většinou používají valivá ložiska. Vnější kroužek ložiska je v systému základního hřídele s otvorem v ložiskovém tělese, zatímco vnitřní kroužek je v systému základních otvorů s otočným hřídelem. Odpovídající kategorie národních norem mají doporučené hodnoty a lze je vybrat podle konkrétních okolností. Ložiska jsou obecně mazána tukem a mazacím olejem.
5. Plnicí box
Když hřídel čerpadla vyčnívá z tělesa čerpadla, je mezi hřídelí a tělesem mezera. Pokud u odstředivých čerpadel s jednoduchým{1}}sáním není v této části použito žádné zařízení na utěsnění hřídele, vysokotlaká-voda uvnitř tělesa čerpadla bude unikat ve velkém množství. Těsnící box je jedním z běžně používaných zařízení pro těsnění hřídele. Těsnicí krabice se skládá z pěti součástí: těsnicí manžeta hřídele, těsnění, trubka vodního těsnění, kroužek vodního těsnění a víko ucpávky.
⒍蜗壳
Spirála je spirálový-průtokový kanál, jehož průřezová plocha se postupně zvětšuje-od výstupu oběžného kola ke vstupu oběžného kola dalšího stupně nebo k výstupní trubce čerpadla. Průtokový kanál se postupně rozšiřuje a výstup má formu difuzorové trubice. Poté, co kapalina vyteče z oběžného kola, lze plynule snižovat její rychlost proudění, čímž se velká část její kinetické energie přemění na energii statického tlaku.
Výhody spirály spočívají v tom, že se snadno vyrábí, má širokou zónu účinnosti a účinnost čerpadla se po opracování oběžného kola mění jen málo.
Nevýhodou je, že volutový tvar je asymetrický. Při použití jedné spirály není tlak působící na rotor radiálně rovnoměrný, což pravděpodobně způsobí ohyb hřídele. U vícestupňových čerpadel proto pouze první a poslední sekce používají spirály, zatímco prostřední sekce využívá zařízení s vodicím kolem.
Materiálem spirály je obvykle litina. Spirála antikorozního čerpadla je vyrobena z nerezové oceli nebo jiných antikorozních materiálů, jako je plast, sklolaminát atd. U vícestupňových čerpadel jsou kvůli vysokému tlaku vyšší požadavky na pevnost materiálu a jejich spirály jsou obecně vyrobeny z ocelolitiny.
⒎ Hnací kolo
Vodicí kolo je stacionární disk s předními vodicími lopatkami ovinutými kolem jeho vnějšího okraje na přední straně. Tyto vodicí lopatky tvoří řadu průtokových kanálů-ve tvaru difuzoru. Na zadní straně jsou reverzní vodicí lopatky, které směřují kapalinu na vstup oběžného kola dalšího stupně. Kapalina po vyvržení z oběžného kola plynule proudí do vodícího kola a dále proudí směrem ven podél předních vodicích lopatek, přičemž její rychlost se postupně snižuje a většina její kinetické energie se přeměňuje na energii statického tlaku.
Radiální jednostranná vůle mezi oběžným kolem a rozváděcími lopatkami je přibližně 1 mm. Pokud je vůle příliš velká, účinnost se sníží; pokud je příliš malý, způsobí vibrace a hluk. Těleso segmentového vícestupňového odstředivého čerpadla s vodicími koly je ve srovnání se spirálním jednodušším na výrobu a má vyšší účinnost přeměny energie. Jeho instalace a údržba jsou však náročnější než u voluty.
16. Těsnicí kroužek
Pro snížení vnitřní netěsnosti a ochranu tělesa čerpadla je na plášti odpovídajícím vstupu oběžného kola instalován vyměnitelný těsnicí kroužek. Radiální vůle mezi vnitřním otvorem těsnicího kroužku a vnějším kruhem oběžného kola je obecně mezi 0,1 a 0,2 mm. Po opotřebení těsnicího kroužku se zvětší radiální vůle, což má za následek zmenšení výtlačného objemu kapaliny čerpadla a snížení účinnosti. Když těsnicí mezera překročí stanovenou hodnotu, je nutné ji včas vyměnit.
Konstrukční formy těsnicího kroužku jsou tři typy:
Plochý-typ kroužku s jednoduchou strukturou a snadnou výrobou, ale špatným těsnícím účinkem;
Pravoúhlý těsnící kroužek pravoúhlého typu umožňuje prosakování kapaliny 90stupňovým kanálem, což má za následek lepší těsnicí účinek ve srovnání s plochým -typem kroužku. Je široce používán.
Labyrintový těsnicí kroužek má dobrý těsnící účinek, ale jeho struktura je složitá a jeho výroba je obtížná. Proto se zřídka používá v odstředivých čerpadlech.
Pracovní proces odstředivého čerpadla
Před spuštěním čerpadla nejprve naplňte čerpadlo přepravovanou kapalinou.
2. Po spuštění čerpadla hřídel čerpadla pohání oběžné kolo tak, aby se otáčilo vysokou rychlostí a generovalo odstředivou sílu. Pod touto silou je kapalina vrhána ze středu oběžného kola na okraj oběžného kola, zvyšuje se její tlak a proudí do tělesa čerpadla velmi vysokou rychlostí (15-25 m/s).
3. V tělese čerpadla 蜗形, jak se průtokový kanál neustále rozšiřuje, rychlost proudění kapaliny se zpomaluje, což způsobuje, že se většina kinetické energie přemění na tlakovou energii. Nakonec kapalina vytéká z výtlačného otvoru s relativně vysokým statickým tlakem a vstupuje do výtlačného potrubí.
4. Po vytlačení kapaliny z čerpadla se ve středu oběžného kola vytvoří vakuum. Při rozdílu tlaků mezi povrchovým tlakem kapaliny (atmosférický tlak) a tlakem uvnitř čerpadla (podtlak) vstupuje kapalina do čerpadla sacím potrubím a zaplňuje místo, kde byla kapalina vytlačena.
Klasifikace odstředivých čerpadel
Produkty odstředivých čerpadel jsou obecně klasifikovány podle jejich konstrukčních charakteristik. Existují různé metody klasifikace, včetně šesti typů: klasifikované podle pracovního tlaku, podle počtu pracovních oběžných kol, podle způsobu, jakým oběžné kolo nasává vodu atd.
⒈ Podle pracovního tlaku:
Nízkotlaké-čerpadlo: Tlak je nižší než 100 metrů vodního sloupce.
Středně{0}}tlakové čerpadlo: Tlak se pohybuje od 100 do 650 metrů vodního sloupce.
Vysokotlaké-čerpadlo: Tlak je vyšší než 650 metrů vodního sloupce.
2. Podle počtu pracovních oběžných kol:
Jedno{0}}stupňové čerpadlo: Označuje čerpadlo, které má na hřídeli pouze jedno oběžné kolo.
Více{0}}stupňové čerpadlo: Tento typ čerpadla má na hřídeli dvě nebo více oběžných kol. V tomto případě je celková dopravní výška čerpadla součtem dopravní výšky generované každým z n oběžných kol.
3. Podle způsobu nasávání vody oběžného kola:
Jedno{0}}postranní vodní-čerpadlo: Také známé jako jednoduché-sací čerpadlo, což znamená, že na oběžném kole je pouze jeden přívod vody.
Obousměrné sací čerpadlo: Známé také jako dvojité-sací čerpadlo a má vstupní port na obou stranách oběžného kola. Jeho průtok je dvakrát větší než u jednoho-sacího čerpadla. Lze to zhruba považovat za dvě jednotlivá-oběžná kola sacího čerpadla umístěná zády-k-zády.
4. Podle polohy hřídele čerpadla:
Horizontální čerpadlo: Hřídel čerpadla je ve vodorovné poloze.
Vertikální čerpadlo: Hřídel čerpadla je ve svislé poloze.
5. Podle tvaru spoje tělesa čerpadla:
Horizontální dělené čerpadlo: Jedná se o čerpadlo, kde je spojový šev otevřen na vodorovné rovině procházející osou.
Vertikální čerpadlo povrchu kloubu: Toto se týká čerpadla, kde je povrch kloubu kolmý k ose.
6. Způsob nasměrování vody vystupující z oběžného kola směrem k výtlačné komoře:
Skříň čerpadla: Poté, co voda opustí oběžné kolo, vstupuje přímo do skříně čerpadla, která má spirálovitý tvar.
Vodící lopatkové čerpadlo: Poté, co voda opustí oběžné kolo, vstupuje do vodicích lopatek umístěných vně oběžného kola a poté pokračuje do dalšího stupně nebo proudí do výstupního potrubí.
⒎ Podle různých přepravovaných médií lze odstředivá čerpadla klasifikovat jako: vodní čerpadla, olejová čerpadla, čerpadla odolná vůči korozi- atd.
Kavitační a parní uzávěr
Fenomén eroze
Z principu činnosti odstředivého čerpadla lze poznat, že po vytlačení kapaliny mezi lopatkami z vysokootáčkového oběžného kola se v blízkosti vstupu oběžného kola vytvoří nízkotlaká- oblast. Když je tlak na vstupu oběžného kola roven nebo nižší než tlak nasycených par pV přepravované kapaliny při provozní teplotě, kapalina v této oblasti se bude vypařovat a tvořit bubliny. Když bubliny putují s kapalinou do oblasti vysokého-tlaku, vlivem tlaku rychle kondenzují.
V okamžiku kondenzace bublin vzniká lokální vakuum. Okolní kapalina se řítí směrem k prostoru dříve obsazenému bublinou vysokou rychlostí, což způsobuje náraz a vibrace, což má za následek značnou nárazovou sílu. Zejména když je bod kondenzace bubliny blízko povrchu čepele, na čepel naráží četné kapalné částice při vysoké frekvenci a tlaku; zároveň může bublina obsahovat i malé množství kyslíku a dalších látek, které působí chemicky korozně na kovové materiály. Při kombinovaném působení nepřetržitého nárazu a chemické koroze se povrch čepele poškozuje, tvoří se skvrny a praskliny, což vede k předčasnému poškození čepele. Tento jev se u odstředivých čerpadel nazývá kavitace.
Fenomén vazby plynu
Když je odstředivé čerpadlo spuštěno, pokud je v čerpadle vzduch, je odstředivá síla generovaná po rotaci kvůli nízké hustotě vzduchu malá. V důsledku toho je nízký tlak vytvořený ve středové oblasti oběžného kola nedostatečný pro nasávání kapaliny. I když je odstředivé čerpadlo spuštěno, nemůže dokončit přepravní úkol. Tento jev se nazývá „vzduchový zámek“.
To znamená, že odstředivé čerpadlo nemá žádnou -schopnost samonasávání. Proto musí být před spuštěním odstředivého čerpadla naplněno čerpanou kapalinou. Samozřejmě pokud je sací vstup odstředivého čerpadla umístěn pod hladinou kapaliny dopravované kapaliny, kapalina bude automaticky proudit do čerpadla. Toto je zvláštní případ. Sací potrubí odstředivého čerpadla je opatřeno spodním ventilem, který zabraňuje vytékání kapaliny, která byla naplněna před spuštěním čerpadla. Filtrační síto může zabránit nasávání pevných látek v kapalině a ucpání potrubí a výtlačného potrubí skříně čerpadla. Regulační ventil instalovaný ve výtlačném potrubí slouží ke spouštění čerpadla, zastavování čerpadla a regulaci průtoku.
Z pohledu různých příčin kavitace a parozámku:
Vazba vzduchu se týká přítomnosti vzduchu uvnitř těla čerpadla. Obvykle se vyskytuje při spuštění čerpadla. Hlavním projevem je, že vzduch uvnitř tělesa čerpadla nebyl zcela odstraněn. Zatímco kavitace je způsobena tím, že kapalina dosáhne svého odpařovacího tlaku při určité teplotě. Je vidět, že to úzce souvisí s dopravovaným médiem a pracovními podmínkami.
K zabránění výskytu jevu vzduchového uzávěru lze použít následující metody:
1. Před spuštěním naplňte plášť kapalinou. Zajistěte těsné utěsnění pláště. Napouštěcí ventil vody a sprchová hlavice nesmí prosakovat. Těsnicí výkon by měl být dobrý.
2. Sací potrubí odstředivého čerpadla je vybaveno spodním ventilem, který zabraňuje zpětnému toku kapaliny, která byla načerpána před spuštěním, zpět do čerpadla. Filtrační síto může zabránit nasávání pevných částic v kapalině. Výtlačné potrubí je vybaveno regulačním ventilem, který slouží pro spouštění a vypínání čerpadla a regulaci průtoku.
3. Umístěte sací vstup odstředivého čerpadla pod hladinu kapaliny, kam je třeba kapalinu dopravit. Kapalina bude automaticky proudit do čerpadla.
Příčiny a řešení vzniku kavitace
Hlavní příčiny kavitace jsou:
1. Odpor vstupního potrubí je příliš vysoký nebo potrubí je příliš tenké.
2. Teplota dopravovaného média je příliš vysoká;
3. Nadměrný průtok, to znamená, že výstupní ventil je otevřen příliš široce;
4. Instalační výška je příliš vysoká, což ovlivňuje sací kapacitu čerpadla.
5. Otázky výběru, včetně výběru čerpadel a výběru materiálů čerpadel atd.
Řešení:
1. Odstraňte cizí předměty ze vstupního potrubí, abyste zajistili hladký průtok, nebo zvyšte průměr potrubí.
2. Snižte teplotu dopravovaného média;
3. Snižte výšku instalace;
4. Vyměňte čerpadlo nebo proveďte vylepšení určitých součástí čerpadla, například použitím materiálů odolných vůči kavitaci.
