1. Načelo delovanja centrifugalne črpalke
Ko centrifugalna črpalka deluje, se zanaša na visokohitrostno vrteče se rotorje, da poveča tlačno energijo tekočine pod delovanjem vztrajnostne centrifugalne sile. Preden centrifugalna črpalka začne delovati, je treba telo črpalke in dovodni cevovod napolniti s tekočim medijem, da se prepreči kavitacija.
Ko se rotor hitro vrti, rezila spodbujajo hitro vrtenje medija. Rotacijski medij odleti iz rotorja pod delovanjem centrifugalne sile, voda v črpalki pa se vrže ven in tvori vakuumsko območje v središču rotorja. Nenehno vdihavanje tekočine, medtem ko nenehno zagotavlja določeno količino energije vdihani tekočini, da jo izloči. Centrifugalna črpalka tako deluje neprekinjeno.
2. Zgradba centrifugalne črpalke
Obstaja veliko vrst centrifugalnih črpalk in čeprav so strukture vsake vrste črpalk drugačne, so glavne komponente v bistvu enake.
Glavne komponente centrifugalne črpalke vključujejo: rotor, gred črpalke, ohišje črpalke, sedež črpalke, tesnilno škatlo (naprava za tesnjenje gredi), obroč za zmanjšanje puščanja, sedež ležaja itd.
Tekač je delovna komponenta centrifugalne črpalke, ki se zanaša na visoko hitrost vrtenja, da opravi delo s tekočino in doseže transport tekočine. Je pomemben sestavni del centrifugalne črpalke.
Tekač je na splošno sestavljen iz treh delov: pesta, lopatic in pokrovne plošče. Pokrovno ploščo rotorja lahko razdelimo na sprednjo in zadnjo pokrivno ploščo. Pokrivna plošča na strani vrat rotorja se imenuje sprednja pokrivna plošča, pokrivna plošča na drugi strani pa se imenuje zadnja pokrivna plošča.
Po zagonu centrifugalne črpalke gred črpalke poganja rotor, da se vrti z visoko hitrostjo, zaradi česar se tekočina, napolnjena med lopaticami, vrti. Pod delovanjem vztrajnostne centrifugalne sile se tekočina giblje radialno od središča rotorja proti zunanjemu obodu.
Tekočina pridobiva energijo med premikanjem skozi impeler, kar povzroči povečanje energije statičnega tlaka in povečanje hitrosti pretoka. Ko tekočina zapusti rotor in vstopi v ohišje črpalke, se upočasni zaradi postopnega širjenja pretočnega kanala znotraj ohišja. Del kinetične energije se pretvori v energijo statičnega tlaka in na koncu teče v tlačni cevovod po tangencialni smeri.
Glede na strukturno obliko lahko rotorje razdelimo na naslednje tri vrste.
(1) Zaprto rotorje ima pokrivne plošče na obeh straneh rotorja z 4-6 lopaticami med pokrivnima ploščama. Zaprto rotorje ima visoko učinkovitost in se široko uporablja, primerno za transport čistih tekočin brez trdnih delcev in vlaken.
(2) Odprto rotorje nima pokrivnih plošč na obeh straneh lopatice, kar je primerno za transport tekočin, ki vsebujejo veliko količino suspendiranih trdnih snovi. Ima nizko učinkovitost in tlak transportirane tekočine ni visok.
Polodprto rotorje ima samo zadnjo pokrovno ploščo in je primerno za transport tekočin, ki se zlahka usedejo ali vsebujejo trdne suspendirane trdne snovi. Njegova učinkovitost je med odprtim in zaprtim tekačem.
Glavna funkcija gredi črpalke centrifugalne črpalke je prenos moči in podpora rotorju za vzdrževanje normalnega delovanja v delovnem položaju. Na enem koncu je povezan z gredjo motorja prek sklopke, na drugem koncu pa podpira rotor za rotacijsko gibanje. Gred je opremljena z ležaji, aksialnimi tesnili in drugimi komponentami.
Običajno uporabljeni materiali za gredi črpalke so ogljikovo jeklo in nerjavno jeklo.
Tekač in gred sta povezana s ključi. Ker lahko ta način povezave prenaša samo navor in ne more določiti aksialnega položaja tekača, sta v vodni črpalki uporabljena tudi tulec gredi in zaklepna matica za fiksiranje aksialnega položaja tekača.
Ko je rotor aksialno nameščen z zaklepno matico in tulcem gredi, je treba preprečiti, da bi se zaklepna matica umaknila, preprečiti obračanje vodne črpalke, zlasti pri začetni namestitvi vodne črpalke ali vodni črpalki po demontaži in vzdrževanje, je treba pregled krmiljenja opraviti v skladu s predpisi, da se zagotovi skladnost z navedenim krmiljenjem.
Funkcija tulca gredi je zaščititi gred črpalke, pri čemer se trenje med tesnilom in gredjo črpalke spremeni v trenje med tesnilom in tulcem gredi. Zato je tulec gredi zlahka obrabljiv del centrifugalne črpalke.
Površino tulca gredi je na splošno mogoče obdelati z metodami, kot so naogljičenje, nitriranje, kromiranje, brizganje itd. Zahtevana površinska hrapavost je na splošno Ra3,2 μm do Ra0,8 μm. Lahko zmanjša koeficient trenja in izboljša življenjsko dobo.
Ležaji igrajo vlogo pri podpiranju teže in nosilnosti rotorja. Kotalni ležaji se običajno uporabljajo na centrifugalnih črpalkah, pri čemer zunanji obroč in luknje za sedeže ležaja uporabljajo sistem osnovne gredi, notranji obroč in gred pa sistem osnovnih lukenj. Ležaji so običajno mazani z mastjo in oljem.
Ko gred črpalke skozi ohišje črpalke, nastane reža med gredjo in ohišjem. Če v centrifugalni črpalki z enim samim sesanjem na tem mestu ne uporabljate naprave za tesnilo gredi, bo visokotlačna voda iz ohišja črpalke iztekla v velikih količinah. Tesnilna škatla je pogosto uporabljena naprava za tesnjenje gredi. Tesnilna škatla je sestavljena iz petih komponent: tesnilo gredi, tesnilo, vodna tesnilna cev, vodni tesnilni obroč in tesnilna uvodnica.
Voluta se nanaša na spiralni pretočni kanal s postopno naraščajočim prečnim prerezom od izhoda rotorja do vstopa rotorja naslednje stopnje ali do izstopne cevi črpalke. Pretočni kanal se postopoma širi in iztok ima obliko difuzijske cevi. Ko tekočina izteče iz propelerja, se lahko njen pretok počasi zmanjša, pri čemer se velik del kinetične energije pretvori v energijo statičnega tlaka.
Prednosti spirale so enostavna izdelava, široko območje učinkovitosti in minimalne spremembe učinkovitosti črpalke po vrtenju tekača.
Pomanjkljivost je, da je oblika spirale asimetrična, pri uporabi ene same spirale pa je pritisk, ki deluje na radialno smer rotorja, neenakomeren, kar lahko zlahka povzroči ukrivljanje gredi. Zato v večstopenjskih črpalkah samo prvi in zadnji del uporabljata volute, medtem ko se v srednjem delu uporabljajo naprave z vodilnim kolesom.
Material polžjih hišic je na splošno lito železo. Voluta protikorozijske črpalke je izdelana iz nerjavečega jekla ali drugih protikorozijskih materialov, kot so plastika, steklena vlakna itd. Zaradi visokega tlaka večstopenjske črpalke zahtevajo visoko trdnost materiala, njihove spirale pa so običajno izdelane iz lito jeklo.
Vodilno kolo je fiksni disk z vodilnimi lopaticami, ki so spredaj oviti okoli zunanjega roba rotorja in tvorijo pretočne kanale v obliki difuzije. Na zadnji strani so vzvratne vodilne lopatice, ki vodijo tekočino proti naslednji stopnji rotorja. Ko je tekočina vržena iz propelerja, počasi vstopi v vodilne lopatice in nadaljuje s tokom navzven vzdolž sprednjih vodilnih lopatic. Hitrost se postopoma zmanjšuje in večina kinetične energije se pretvori v energijo statičnega tlaka.
Radialna enostranska zračnost med rotorjem in vodilnimi lopaticami je približno 1 mm. Če je vrzel prevelika, se bo učinkovitost zmanjšala; Če je reža premajhna, bo povzročila vibracije in hrup. V primerjavi z spiralo je ohišje segmentirane večstopenjske centrifugalne črpalke z vodilnimi kolesi enostavnejše za izdelavo in ima večjo učinkovitost pri pretvorbi energije. Toda namestitev in vzdrževanje sta zahtevnejša od polžjih hišic.
Da bi zmanjšali notranje puščanje in zaščitili ohišje črpalke, so na ohišje nameščeni zamenljivi tesnilni obroči, ki ustrezajo vstopu v rotor. Radialna zračnost med notranjo luknjo tesnilnega obroča in zunanjim krogom rotorja je na splošno med 0.1-0.2 mm. Po obrabi tesnilnega obroča se radialna zračnost poveča, izpustna prostornina črpalke se zmanjša in učinkovitost zmanjša. Ko tesnilna zračnost preseže navedeno vrednost, jo je treba pravočasno zamenjati.
Obstajajo tri strukturne oblike tesnilnih obročev:
Prvič, ploščati obroč ima preprosto strukturo in je enostaven za izdelavo, vendar je učinek tesnjenja slab. Drugič, tesnilni obroč pod pravim kotom zagotavlja 90-stopinjski kanal za uhajanje tekočine, kar ima za posledico boljše tesnjenje kot tip ploščatega obroča in se pogosto uporablja. Tretjič, labirintni tesnilni obroč ima dober tesnilni učinek, vendar je njegova struktura zapletena in težka za izdelavo, kar se redko uporablja v centrifugalnih črpalkah.
3. Delovni proces centrifugalne črpalke
(1) Pred zagonom črpalke napolnite črpalko s tekočino, ki jo želite prenesti.
(2) Po zagonu črpalke gred črpalke poganja rotor, da se skupaj vrtita z visoko hitrostjo, kar ustvarja centrifugalno silo. Pri tem delovanju se tekočina iz središča vrže proti zunanjemu obodu rotorja, kar povzroči povečanje tlaka in teče v ohišje črpalke z veliko hitrostjo (15-25 m/s).
(3) V ohišju spiralne črpalke se zaradi nenehnega širjenja pretočnega kanala stopnja pretoka tekočine upočasni, pri čemer se večina kinetične energije pretvori v tlačno energijo. Končno teče tekočina v izpustni cevovod pri višjem statičnem tlaku iz izpustne odprtine.
(4) Ko se tekočina iz črpalke vrže ven, nastane vakuum v središču rotorja. Pod tlačno razliko med tlakom nivoja tekočine (atmosferski tlak) in tlakom črpalke (negativni tlak) tekočina vstopi v črpalko skozi sesalni cevovod in zapolni položaj, kjer se tekočina izprazni.
4. Razvrstitev centrifugalnih črpalk
Izdelki centrifugalnih črpalk so na splošno razvrščeni glede na njihove strukturne značilnosti, z več metodami razvrščanja, vključno z delovnim tlakom, številom delujočih tekačev in načinom vstopa v tekače.
(1) Glede na delovni tlak:
Nizkotlačna črpalka: tlak pod 100 metrov vodnega stolpca;
Srednjetlačna črpalka: tlak med 100-650 metrov vodnega stolpca;
Visokotlačna črpalka: Tlak je višji od 650 metrov vodnega stolpca.
(2) Glede na število delovnih tekačev:
Enostopenjska črpalka: pomeni samo en tekač na gredi črpalke.
Večstopenjska črpalka.: Na gredi črpalke sta dva ali več tekačev, skupna višina črpalke pa je vsota glav, ki jih ustvari n tekačev.
(3) Glede na metodo vstopa rotorja:
Enostranska vstopna črpalka: znana tudi kot enostranska sesalna črpalka, kar pomeni, da je na tekaču samo en vstop.
Dvostranska dovodna črpalka: znana tudi kot dvojna sesalna črpalka, kar pomeni, da je dovod na obeh straneh rotorja. Njen pretok je dvakrat večji kot pri eni sami sesalni črpalki, kar je mogoče približati kot dva rotorja enojne sesalne črpalke, ki sta nameščena drug ob drugem.
(4) Glede na položaj gredi črpalke:
Horizontalna črpalka: Gred črpalke se nahaja v vodoravnem položaju.
Vertikalna črpalka: Gred črpalke je nameščena v navpičnem položaju.
(5) Glede na skupno obliko ohišja črpalke:
Horizontalna črpalka odprtega tipa: nanaša se na spojni šiv, odprt na vodoravni ravnini, ki poteka skozi os.
Črpalka navpične površine sklepa: to pomeni, da je površina sklepa pravokotna na os.
(6) Metoda vodenja vode od propelerja proti tlačni komori je naslednja:
Črpalka s spiralnim ohišjem: Ko voda izteče iz rotorja, vstopi neposredno v ohišje črpalke s spiralno obliko.
Črpalka z vodilnimi lopaticami: Ko voda izteče iz rotorja, vstopi v vodilne lopatice, ki so postavljene zunaj njega, in nato vstopi v naslednjo stopnjo ali teče v izhodno cev.
(7) Glede na različne medije, ki jih prenašajo centrifugalne črpalke, jih lahko razdelimo na črpalke za čisto vodo, oljne črpalke, črpalke, odporne proti koroziji itd.
5. Kavitacija in vezava plina
V skladu z načelom delovanja centrifugalne črpalke, ko se tekočina med lopaticami vrže iz vrtljivega propelerja z visoko hitrostjo, se v bližini vstopne odprtine propelerja oblikuje območje nizkega tlaka. Ko je tlak na vstopu v propeler enak ali nižji od nasičenega parnega tlaka pV transportirane tekočine pri delovni temperaturi, bo tekočina na tem mestu uparila in proizvedla mehurčke. Ko mehurčki tečejo s tekočino v območje visokega tlaka, se pod pritiskom hitro kondenzirajo.
V trenutku kondenzacije mehurčkov nastane lokalni vakuum in okoliška tekočina z veliko hitrostjo hiti proti prostoru, ki ga zaseda mehurček, kar povzroča udarce in vibracije, kar ima za posledico znatno udarno silo. Še posebej, ko je kondenzacijska točka mehurčkov blizu površine rezila, številni delci tekočine udarijo v rezilo z visoko frekvenco in pritiskom; Hkrati lahko mehurčki vsebujejo tudi majhno količino kisika, ki lahko povzroči kemično korozijo kovinskih materialov. Pod kombiniranim delovanjem neprekinjenega udarca in kemične korozije se površina rezil poškoduje, kar povzroči lise in razpoke, kar vodi do prezgodnje poškodbe rezil. Ta pojav v centrifugalnih črpalkah imenujemo kavitacija.
Ko se centrifugalna črpalka zažene, če je v črpalki zrak, je zaradi nizke gostote zraka centrifugalna sila, ki nastane po vrtenju, majhna in nizek tlak, ki nastane v središču rotorja, ni dovolj za vsesavanje tekočina. Tudi če se centrifugalna črpalka zažene, ne more dokončati naloge transporta. Ta pojav imenujemo vezava zraka.
To pomeni, da centrifugalna črpalka nima samosesalne zmogljivosti, zato jo je treba pred zagonom napolniti s pretočno tekočino. Seveda, če je sesalna odprtina centrifugalne črpalke nameščena pod nivojem tekočine, ki se prenaša, bo tekočina samodejno stekla v črpalko, kar je poseben primer. Sesalni cevovod centrifugalne črpalke je opremljen s spodnjim ventilom, ki preprečuje, da bi tekočina, vbrizgana pred začetkom, iztekla iz črpalke. Filter lahko blokira sesanje trdne snovi v tekočini in blokira cevovod, regulacijski ventil, nameščen v izpustnem cevovodu ohišja črpalke, pa se uporablja za zagon, zaustavitev in uravnavanje pretoka črpalke.
Od različnih vzrokov kavitacije in vezave plina:
Vezava zraka se nanaša na prisotnost zraka v ohišju črpalke, ki se običajno pojavi ob zagonu črpalke in se kaže predvsem kot zrak v ohišju črpalke, ki ni popolnoma izpraznjen; In kavitacija je posledica tega, da tekočina doseže svoj uparjevalni tlak pri določeni temperaturi, ki je tesno povezana s transportnim medijem in pogoji delovanja.
Obstajajo naslednje metode za preprečevanje pojava pojava vezave plina:
(1) Pred začetkom napolnite školjko s tekočino. Poskrbite za pravilno tesnjenje ohišja in zagotovite, da ventil in glava prhe za polnjenje vode ne puščata. Zagotovite dobro tesnjenje.
(2) Sesalni cevovod centrifugalne črpalke je opremljen s spodnjim ventilom, ki preprečuje, da bi tekočina, vbrizgana pred začetkom, iztekla iz črpalke. Filter lahko prepreči vsesanje trdne snovi v tekočini. Izpustni cevovod je opremljen z regulacijskim ventilom za uporabo pri zagonu, zaustavitvi in uravnavanju pretoka črpalke.
(3) Namestite sesalni priključek centrifugalne črpalke pod nivo tekočine, ki jo želite prevažati, in tekočina bo samodejno stekla v črpalko.
Glavni vzroki kavitacije so:
(1) Dovodni cevovod ima prevelik upor ali pa je cevovod pretanek
(2) Temperatura transportnega medija je previsoka;
(3) Prevelik pretok, kar pomeni, da je izhodni ventil preširoko odprt;
(4) Višina namestitve je previsoka, kar vpliva na sesalno zmogljivost črpalke;
(5) Težave z izbiro, vključno z izbiro črpalke, izbiro materiala črpalke itd
pogoji poravnave:
(1) Očistite tujke v dovodnem cevovodu, da bo dovod neoviran, ali povečajte velikost premera cevi;
(2) Zmanjšajte temperaturo transportnega medija;
(3) Zmanjšajte višino namestitve;
(4) Ponovno izberite črpalko ali izboljšajte nekatere komponente črpalke, na primer z uporabo materialov, odpornih proti koroziji.