Under flödesprocessen av vätskor går viss mekanisk energi förlorad på grund av flödesmotståndet. Därför, för att transportera vätskan från en plats till en annan, oavsett om det är att överföra vätskan från en plats med lägre total specifik energi till en plats med högre total specifik energi, eller bara för att övervinna flödesmotståndet, måste mekanisk energi tillföras vätskan. Maskineriet som används för att transportera vätskor kallas en pump (Pump). Pumpar delas huvudsakligen in i tre kategorier baserat på deras strukturella egenskaper och arbetsprinciper:
I. Vane-pumpar: Dessa pumpar fungerar genom att de roterande bladen fungerar på vätskan och ökar därmed vätskans mekaniska energi. Exempel inkluderar olika centrifugalpumpar, vortexpumpar och axialflödespumpar, etc.
II Positiva deplacementpumpar: Dessa pumpar använder kolvarnas fram- och återgående rörelse eller rotorernas roterande rörelse för att ändra arbetskammarens volym, komprimera vätskan och utföra arbete på vätskan, vilket ökar vätskans mekaniska energi. Exempel inkluderar kolvpumpar, kugghjulspumpar och skruvpumpar etc.
III Jet Pump: Den fungerar genom att använda den-höghastighetsstråle som genereras av arbetsvätskan för att spruta ut vätskan, och sedan genom momentumväxling ökar energin i den utstötade vätskan.
På grund av sin enkla struktur, enkla tillverkning, stabila flöde, starka anpassningsförmåga och bekväma drift, används centrifugalpumpar i stor utsträckning i kemisk produktion. Därför kommer vi i den här artikeln att fokusera på att introducera centrifugalpumpar.
Funktionsprincipen för en centrifugalpump
När en centrifugalpump är i drift, förlitar den sig på det höghastighetsroterande impellern för att göra det möjligt för vätskan att få energi och öka sin tryckpotential under inverkan av tröghetscentrifugalkraften. Innan centrifugalpumpen börjar fungera måste pumpkroppen och inloppsrörledningen fyllas med flytande medium för att förhindra uppkomst av kavitation.
När pumphjulet roterar snabbt får bladen mediet att rotera snabbt. Det roterande mediet kastas ut ur pumphjulet under inverkan av centrifugalkraften. Efter att vattnet inuti pumpen kastats ut bildas ett vakuumområde i mitten av pumphjulet. Samtidigt suger den kontinuerligt in vätska och ger kontinuerligt viss energi till den insugna -vätskan och släpper sedan ut vätskan. Centrifugalpumpen arbetar således kontinuerligt på detta sätt.
Strukturen av en centrifugalpump
Det finns många typer av centrifugalpumpar. Även om strukturerna för olika typer av pumpar är olika, är huvudkomponenterna i princip desamma.
Huvudkomponenterna i en centrifugalpump inkluderar: impeller, pumpaxel, pumphus, pumpbas, packbox (tätningsanordning), tätningsring, lagerhus, etc.
1. Impeller
Impellern är arbetskomponenten i en centrifugalpump. Den uppnår pumpning av vätskor genom att rotera med hög hastighet och utföra arbete på vätskorna. Det är en viktig del av centrifugalpumpen.
Fläkthjulet består i allmänhet av navet, bladen och täckplattan. Fläkthjulets täckplåt är uppdelad i den främre täckplåten och den bakre täckplåten. Täckplåten på pumphjulets inloppssida kallas den främre täckplattan och den andra sidans täckplåt kallas den bakre täckplattan.
När centrifugalpumpen startas driver pumpaxeln pumphjulet att rotera med hög hastighet tillsammans. Detta tvingar vätskan som har förfyllts- mellan bladen att rotera. Under inverkan av den tröga centrifugalkraften rör sig vätskan radiellt från mitten till impellerns periferi.
Under flödesprocessen genom pumphjulet får vätskan energi, vars statiska tryck ökar och flödeshastigheten ökar. När vätskan lämnar pumphjulet och kommer in i pumphuset saktar den ner på grund av de gradvis expanderande flödeskanalerna inuti huset. En del av den kinetiska energin omvandlas till statisk tryckenergi och flödar slutligen tangentiellt in i utloppsrörledningen.
Beroende på deras strukturella former kan pumphjulen klassificeras i följande tre typer.
(1) Det stängda pumphjulet har täckplåtar på båda sidor. Det finns 4 till 6 blad mellan täckplåtarna. Det slutna pumphjulet har hög verkningsgrad och är den mest använda typen. Den är lämplig för att transportera rena vätskor utan fasta partiklar eller fibrer.
(2) Det öppna pumphjulet av -typ har inga täckplåtar på båda sidor av bladen. Den är lämplig för transport av vätskor som innehåller en stor mängd suspenderade ämnen. Emellertid är dess effektivitet relativt låg och trycket hos den transporterade vätskan är inte högt.
(3) Det halv-öppna pumphjulet har endast en bakre täckplatta. Den är lämplig för att transportera vätskor som är benägna att sedimentera eller innehåller fast suspenderat material. Dess effektivitet ligger mellan den för de öppna och stängda pumphjulen.
2. Pumpaxel
Huvudfunktionen för pumpaxeln på en centrifugalpump är att överföra kraft och stödja pumphjulet för att hålla det i arbetsläge och fungera normalt. Ena änden av axeln är ansluten till motoraxeln genom en koppling, och den andra änden stöder pumphjulet för rotationsrörelse. Axeln är utrustad med komponenter som lager och axialtätningar.
De vanliga materialen för pumpaxlar är kolstål och rostfritt stål.
Fläkthjulet och axeln är förbundna med en nyckel. Eftersom denna anslutningsmetod endast kan överföra vridmoment men inte kan fixera pumphjulets axiella position, används i pumpen en axiell hylsa och en låsmutter för att fixera pumphjulets axiella position.
Efter att pumphjulet har placerats axiellt med låsmuttern och axelhylsan, för att förhindra att låsmuttern lossnar, är det nödvändigt att förhindra att pumpen backar. Speciellt för nyinstallerade pumpar eller pumpar som har genomgått demontering och reparation, bör en svängriktningskontroll utföras enligt bestämmelserna för att säkerställa överensstämmelse med den specificerade riktningen.
3. Ärm
Axelhylsans funktion är att skydda pumpaxeln och omvandla friktionen mellan packningen och pumpaxeln till friktionen mellan packningen och axelhylsan. Därför är axelhylsan en-nötningsbenägen komponent i centrifugalpumpen.
Ytan på axelhylsan kan också genomgå behandlingar såsom uppkolning, nitrering, förkromning och sprayning. Ytgrovhetskravet krävs i allmänhet för att nå Ra3,2μm - Ra0,8μm. Detta kan minska friktionskoefficienten och öka livslängden.
4. Kullager
Lagren spelar rollen som stöd för rotorns vikt och belastning. I centrifugalpumpar används mestadels rullningslager. Den yttre ringen på lagret är i ett basaxelsystem med lagerhushålet, medan den inre ringen är i ett bashålsystem med den roterande axeln. Matchande kategori nationella standarder har rekommenderade värden, och de kan väljas efter specifika omständigheter. Lager smörjs vanligtvis med fett och smörjolja.
5. Påfyllningslåda
När pumpaxeln sticker ut från pumphuset finns det ett gap mellan axeln och huset. I enkelsugande centrifugalpumpar, om ingen axeltätningsanordning används vid denna del, kommer högtrycksvattnet inuti pumphuset att läcka ut i stora mängder. Packboxen är en av de vanligaste axeltätningsanordningarna. Packboxen består av fem komponenter: axeltätningshylsan, packningen, vattentätningsröret, vattentätningsringen och packlocket.
⒍蜗壳
Spiralen är en spiral-formad flödeskanal som gradvis ökar i tvärsnittsarea från utloppet av pumphjulet till inloppet på nästa stegs pumphjul eller till pumpens utloppsrör. Flödeskanalen expanderar gradvis och utloppet är i form av ett diffusorrör. Efter att vätskan strömmar ut ur pumphjulet kan dess flödeshastighet minskas smidigt, vilket omvandlar en stor del av dess kinetiska energi till statisk tryckenergi.
Fördelarna med voluten är att den är lätt att tillverka, har en bred verkningsgradszon och pumpens verkningsgrad ändras lite efter att pumphjulet har bearbetats.
Nackdelen är att volytformen är asymmetrisk. När en enda spiral används är trycket som verkar på rotorn radiellt inte enhetligt, vilket sannolikt kommer att få axeln att böjas. Därför, i flerstegspumpar, använder endast den första och sista sektionen voluter, medan mittsektionen använder en styrhjulsanordning.
Materialet i voluten är vanligtvis gjutjärn. Anti-korrosionspumpens spiral är gjord av rostfritt stål eller andra anti-korrosionsmaterial, såsom plast, glasfiber, etc. För flerstegspumpar, på grund av det höga trycket, är kraven på materialhållfasthet högre, och deras spiraler är vanligtvis gjorda av gjutet stål.
⒎ Drivhjul
Styrhjulet är en stationär skiva med främre ledskovlar lindade runt sin ytterkant på framsidan. Dessa ledskenor bildar en serie diffusorformade-flödeskanaler. På baksidan finns det omvända ledskovlar som leder vätskan till inloppet på nästa stegs pumphjul. Efter att vätskan har stötts ut från pumphjulet flyter den mjukt in i styrhjulet och fortsätter att strömma utåt längs de främre ledskovlarna, med dess hastighet gradvis minskande och det mesta av dess kinetiska energi omvandlas till statisk tryckenergi.
Det radiella ensidiga spelet mellan pumphjulet och ledskovlarna är cirka 1 mm. Om spelrummet är för stort kommer effektiviteten att minska; om den är för liten kommer den att orsaka vibrationer och buller. Jämfört med voluten är pumphuset till den segmenterade flerstegscentrifugalpumpen med styrhjul lättare att tillverka och har en högre effektivitet för energiomvandling. Dock är installationen och underhållet svårare än volutens.
16. Tätningsring
För att minska internt läckage och skydda pumphuset, är en utbytbar tätningsring installerad på skalet som motsvarar pumphjulets inlopp. Det radiella spelet mellan tätningsringens inre hål och pumphjulets yttre cirkel är vanligtvis mellan 0,1 och 0,2 mm. Efter att tätningsringen slits ut ökar det radiella spelet, vilket resulterar i en minskning av pumpens vätskeutloppsvolym och en minskning av effektiviteten. När tätningsgapet överstiger det angivna värdet är det nödvändigt att byta ut det i tid.
Tätningsringens strukturella former är tre typer:
Platt-ringtyp, med enkel struktur och enkel tillverkning, men dålig tätningseffekt;
Den rätvinkliga tätningsringen gör att vätskeläckage kan passera genom en 90 graders kanal, vilket resulterar i en bättre tätningseffekt jämfört med den platta-ringtypen. Det används flitigt.
Labyrinttätningsringen har en bra tätningseffekt, men dess struktur är komplex och dess tillverkning är svår. Därför används den sällan i centrifugalpumpar.
Arbetsprocessen för en centrifugalpump
Innan du startar pumpen, fyll pumpen med vätskan som ska transporteras först.
2. Efter att pumpen har startat driver pumpaxeln pumphjulet att rotera med hög hastighet, vilket genererar centrifugalkraft. Under denna kraft kastas vätskan från pumphjulets centrum till impellerns periferi, dess tryck ökar och den strömmar in i pumphuset med en mycket hög hastighet (15-25 m/s).
3. I pumphuset, när flödeskanalen kontinuerligt expanderar, saktar vätskans flödeshastighet ner, vilket gör att det mesta av den kinetiska energin omvandlas till tryckenergi. Slutligen strömmar vätskan ut från utloppsporten med ett relativt högt statiskt tryck och kommer in i utloppsröret.
4. Efter att vätskan inuti pumpen har drivits ut bildas ett vakuum i mitten av pumphjulet. Under tryckskillnaden mellan vätskeyttrycket (atmosfäriskt tryck) och trycket inuti pumpen (negativt tryck), kommer vätskan in i pumpen genom sugledningen och fyller den position där vätskan drevs ut.
Klassificering av centrifugalpumpar
Centrifugalpumpsprodukter klassificeras i allmänhet efter deras strukturella egenskaper. Det finns olika klassificeringsmetoder, inklusive sex typer: klassificeras efter arbetstryck, efter antalet fungerande pumphjul, efter hur pumphjulet tar in vatten, etc.
⒈ Enligt arbetstryck:
Låg-tryckspump: Trycket är lägre än 100 meter vattenpelare.
Medium-tryckpump: Trycket varierar från 100 till 650 meter vattenpelare.
Hög-tryckspump: Trycket är högre än 650 meter vattenpelare.
2. Enligt antalet fungerande pumphjul:
Enkel-pump: Detta syftar på en pump där det bara finns ett pumphjul på pumpaxeln.
Flerstegspump: Den här typen av pump har två eller flera pumphjul på sin axel. I detta fall är pumpens totala tryckhöjd summan av de tryckhöjder som genereras av var och en av de n pumphjulen.
3. Enligt pumphjulets vattenintagsmetod:
Enkel-sida vattenintagspump-: Även känd som enkel-sugpump betyder det att det bara finns en vattenintagsport på pumphjulet.
Dubbelriktad sugpump: Även känd som dubbel-sugpump, den har en inloppsport på båda sidor av pumphjulet. Dess flödeshastighet är dubbelt så stor som den för en enda-sugpump. Det kan grovt sett betraktas som två enkla-sugpumpshjul placerade rygg-till-rygg.
4. Beroende på pumpaxelns position:
Horisontell pump: Pumpaxeln är i horisontellt läge.
Vertikal pump: Pumpaxeln är i vertikalt läge.
5. Enligt formen på pumphusets skarv:
Horisontell delad pump: Det är en där fogsömmen öppnas på det horisontella planet som passerar genom axeln.
Vertikal fogyta pump: Detta avser en pump där fogytan är vinkelrät mot axellinjen.
6. Metoden för att rikta vattnet som lämnar pumphjulet mot utloppskammaren:
Huspump: Efter att vatten har lämnat pumphjulet kommer det direkt in i pumphuset som har en spiralform.
Ledskovelpump: Efter att vatten har lämnat pumphjulet kommer det in i ledskovlarna utanför pumphjulet och fortsätter sedan till nästa steg eller rinner in i utloppsröret.
⒎ Beroende på de olika medier som transporteras kan centrifugalpumpar klassificeras som: vattenpumpar, oljepumpar, korrosionsbeständiga-pumpar, etc.
Kavitations- och ånglås
Erosionsfenomen
Från centrifugalpumpens arbetsprincip kan man veta att efter det att vätskan mellan bladen sprutats ut från det höghastighetsroterande pumphjulet, bildas ett låg-trycksområde nära pumphjulets inlopp. När trycket vid pumphjulsinloppet är lika med eller lägre än det mättade ångtrycket pV för den transporterade vätskan vid driftstemperaturen kommer vätskan i detta område att förångas och bilda bubblor. När bubblorna färdas med vätskan till högtrycksområdet- kommer de snabbt att kondensera på grund av trycket.
Vid ögonblicket av bubbelkondensation bildas ett lokalt vakuum. Den omgivande vätskan rusar mot det utrymme som tidigare upptagits av bubblan med hög hastighet, vilket orsakar stötar och vibrationer, vilket resulterar i en betydande stötkraft. Speciellt när kondensationspunkten för bubblan är nära bladets yta, träffar många vätskepartiklar bladet med hög frekvens och högt tryck; samtidigt kan bubblan också innehålla en liten mängd syre och andra ämnen som har en kemisk frätande effekt på metallmaterial. Under den kombinerade verkan av kontinuerlig stöt och kemisk korrosion skadas bladets yta, vilket bildar fläckar och sprickor, vilket kommer att leda till för tidig skada på bladet. Detta fenomen kallas kavitation i centrifugalpumpar.
Fenomenet gasbindning
När en centrifugalpump startas, om det finns luft i pumpen, på grund av den låga densiteten av luft, är centrifugalkraften som genereras efter rotation liten. Som ett resultat är det låga tryck som bildas i pumphjulets centrumområde otillräckligt för att suga in vätskan. Även om centrifugalpumpen startas kan den inte slutföra transportuppgiften. Detta fenomen kallas "luftsluss".
Detta indikerar att centrifugalpumpen inte har någon självsugande-förmåga. Innan centrifugalpumpen startas måste den därför fyllas med vätskan som ska transporteras. Naturligtvis, om centrifugalpumpens suginlopp placeras under vätskenivån för den transporterade vätskan, kommer vätskan automatiskt att strömma in i pumpen. Detta är ett specialfall. Centrifugalpumpens sugledning är utrustad med en bottenventil för att förhindra att vätskan som fylldes på innan den började rinna ut ur pumpen. Filtersilen kan förhindra att fasta ämnen i vätskan sugs in och blockerar rörledningarna och pumphusets utloppsrör. Reglerventilen installerad i utloppsröret används för att starta pumpen, stoppa pumpen och reglera flödet.
Ur perspektivet av de olika orsakerna till kavitation och ånglås:
Luftbindning avser närvaron av luft inuti pumpkroppen. Det uppstår vanligtvis när pumpen startas. Den huvudsakliga manifestationen är att luften inuti pumpkroppen inte har avlägsnats helt. Medan kavitation orsakas av att vätskan når sitt förångningstryck vid en viss temperatur. Det kan ses att det är nära relaterat till det transporterade mediet och arbetsförhållandena.
Följande metoder kan användas för att förhindra uppkomsten av luftslussfenomenet:
1. Innan du börjar, fyll skalet med vätska. Se till att skalet är tätt. Vattenpåfyllningsventilen och duschmunstycket får inte läcka. Tätningsprestandan bör vara bra.
2. Centrifugalpumpens sugledning är försedd med en bottenventil för att förhindra att vätskan som pumpades in innan start strömmar tillbaka in i pumpen. Filtersilen kan förhindra att fasta partiklar i vätskan sugs in. Utloppsledningen är försedd med en reglerventil som används för att starta och stoppa pumpen och reglera flödet.
3. Placera centrifugalpumpens suginlopp under vätskenivån dit vätskan behöver transporteras. Vätskan kommer automatiskt att flöda in i pumpen.
Orsakerna och lösningarna för kavitationsförekomst
De främsta orsakerna till kavitation är:
1. Motståndet i inloppsrörledningen är för högt eller rörledningen är för tunn.
2. Temperaturen på det transporterade mediet är för hög;
3. För stort flöde, det vill säga att utloppsventilen öppnas för brett;
4. Installationshöjden är för hög, vilket påverkar pumpens vätskeintagskapacitet.
5. Urvalsfrågor, inklusive val av pumpar och val av pumpmaterial m.m.
Lösning:
1. Ta bort främmande föremål från inloppsrörledningen för att säkerställa jämnt flöde, eller öka rörledningens diameter.
2. Sänk temperaturen på det transporterade mediet;
3. Minska installationshöjden;
4. Byt ut pumpen eller gör förbättringar av vissa komponenter i pumpen, till exempel att använda material som är resistenta mot kavitation.
