У процесі течії рідин частина механічної енергії втрачається через опір потоку. Отже, для транспортування рідини з одного місця в інше, будь то для переміщення рідини з місця з нижчою загальною питомою енергією до місця з більшою загальною питомою енергією, або просто для подолання опору потоку, рідині повинна бути надана механічна енергія. Машина, яка використовується для транспортування рідин, називається насосом (Pump). Насоси в основному класифікуються на три категорії на основі їх конструктивних характеристик і принципів роботи:
I. Насоси лопатевого-типу: ці насоси працюють, коли обертові лопаті працюють над рідиною, збільшуючи тим самим механічну енергію рідини. Приклади включають різноманітні відцентрові насоси, вихрові насоси, аксіальні насоси тощо.
Об’ємні насоси II. Ці насоси використовують зворотно-поступальний рух поршнів або обертовий рух роторів для зміни об’єму робочої камери, стискаючи рідину та виконуючи роботу над рідиною, тим самим збільшуючи механічну енергію рідини. Приклади включають поршневі насоси, зубчасті насоси, гвинтові насоси тощо.
III Струминний насос: він працює за допомогою високо-швидкісного струменя, створюваного робочою рідиною, для виштовхування рідини, а потім завдяки обміну імпульсом збільшується енергія виштовхуваної рідини.
Завдяки своїй простій конструкції, простоті виготовлення, стабільному потоку, сильній адаптивності та зручній експлуатації відцентрові насоси широко використовуються в хімічному виробництві. Тому в цій статті ми зосередимося на представленні відцентрових насосів.
Принцип роботи відцентрового насоса
Коли відцентровий насос працює, він покладається на високошвидкісне робоче колесо, що обертається, щоб рідина отримувала енергію та збільшувала потенціал тиску під дією інерційної відцентрової сили. Перед початком роботи відцентрового насоса корпус насоса і вхідний трубопровід повинні бути заповнені рідким середовищем, щоб запобігти виникненню кавітації.
Коли робоче колесо обертається швидко, лопаті змушують середовище обертатися швидко. Середовище, що обертається, викидається з робочого колеса під дією відцентрової сили. Після викиду води всередині насоса в центрі робочого колеса утворюється вакуум. У той же час він безперервно всмоктує рідину і безперервно віддає певну енергію рідині, яка всмоктується-, а потім викидає рідину. Таким чином, відцентровий насос працює безперервно.
Будова відцентрового насоса
Існує багато типів відцентрових насосів. Незважаючи на те, що конструкції різних типів насосів відрізняються, основні компоненти в основному однакові.
До основних компонентів відцентрового насоса відносяться: робоче колесо, вал насоса, корпус насоса, основа насоса, сальникова коробка (ущільнювальний пристрій), ущільнювальне кільце, корпус підшипника тощо.
1. Крильчатка
Робочим елементом відцентрового насоса є робоче колесо. Він забезпечує перекачування рідин шляхом обертання з високою швидкістю та виконання роботи над рідинами. Це важлива частина відцентрового насоса.
Робоче колесо, як правило, складається з втулки, лопатей і кришки. Кришка робочого колеса ділиться на передню кришку та задню кришку. Кришка на стороні входу робочого колеса називається передньою кришкою, а кришка іншої сторони називається задньою кришкою.
Коли відцентровий насос запускається, вал насоса приводить в дію робоче колесо, яке разом обертається на високій швидкості. Це змушує рідину, попередньо-заповнену між лопатями, обертатися. Під дією відцентрової сили інерції рідина рухається радіально від центру до периферії робочого колеса.
У процесі протікання через крильчатку рідина набуває енергії, при цьому зростає її статичний тиск і збільшується швидкість потоку. Коли рідина залишає робоче колесо і потрапляє в корпус насоса, вона сповільнюється завдяки поступовому розширенню каналів потоку всередині корпусу. Частина кінетичної енергії перетворюється в енергію статичного тиску і, нарешті, тече по дотичній у напірний трубопровід.
Відповідно до конструктивних форм робочі колеса можна класифікувати на три типи.
(1) Закрите робоче колесо має кришки з обох боків. Між накладками розташовано від 4 до 6 лопатей. Закрите робоче колесо має високий ККД і є найбільш широко використовуваним типом. Він підходить для транспортування чистих рідин без твердих часток або волокон.
(2) Крильчатка відкритого-типу не має накладок з обох боків лопатей. Він підходить для транспортування рідин, що містять велику кількість зважених речовин. Однак його ефективність відносно низька, а тиск рідини, що транспортується, невисокий.
(3) Крильчатка напів-відкритого типу має лише задню кришку. Він підходить для транспортування рідин, які схильні до осідання або містять тверді зважені речовини. Його ефективність знаходиться між ефективністю робочих коліс відкритого та закритого типу.
2. Вал насоса
Основною функцією вала насоса відцентрового насоса є передача потужності та підтримка робочого колеса, щоб підтримувати його в робочому положенні та нормально працювати. Один кінець вала з'єднаний з валом двигуна через муфту, а інший кінець підтримує робоче колесо для обертального руху. Вал оснащений такими компонентами, як підшипники та осьові ущільнення.
Звичайними матеріалами для валів насосів є вуглецева та нержавіюча сталь.
Крильчатка і вал з'єднані шпонкою. Оскільки цей спосіб з’єднання може лише передавати крутний момент, але не може фіксувати осьове положення робочого колеса, у насосі для фіксації осьового положення робочого колеса використовуються осьова втулка та стопорна гайка.
Після того, як робоче колесо встановлено в осьовому положенні разом із стопорною гайкою та втулкою вала, щоб запобігти ослабленню стопорної гайки, необхідно запобігти реверсу насоса. Особливо для щойно встановлених насосів або насосів, які були розібрані та відремонтовані, перевірка напрямку обертання повинна бути проведена згідно з правилами, щоб переконатися в узгодженості із вказаним напрямком.
3. Рукав
Функція втулки вала полягає в тому, щоб захищати вал насоса, перетворюючи тертя між ущільненням і валом насоса в тертя між ущільненням і втулкою вала. Тому втулка вала є-схильною до зносу деталлю відцентрового насоса.
Поверхня втулки вала також може бути піддана таким обробкам, як цементація, азотування, хромування та напилення. Вимоги до шорсткості поверхні, як правило, потрібні для досягнення Ra3,2 мкм - Ra0,8 мкм. Це може знизити коефіцієнт тертя і збільшити термін служби.
4. Підшипники
Підшипники відіграють роль підтримки ваги та навантаження ротора. У відцентрових насосах в основному використовуються підшипники кочення. Зовнішнє кільце підшипника знаходиться в системі базового вала з отвором у корпусі підшипника, тоді як внутрішнє кільце знаходиться в системі базового отвору з обертовим валом. Національні стандарти відповідної категорії мають рекомендовані значення, і їх можна вибрати відповідно до конкретних обставин. Підшипники, як правило, змащуються мастилом і мастилом.
5. Наповнювач
Коли вал насоса виступає з корпусу насоса, між валом і корпусом залишається зазор. У одно-відцентрових насосах, якщо в цій частині не використовується ущільнювач вала, вода під високим-тиском усередині корпусу насоса витікає у великих кількостях. Сальникова коробка є одним із широко використовуваних пристроїв ущільнення валу. Сальникова коробка складається з п’яти компонентів: ущільнювальної втулки вала, сальника, труби гідрозатвору, кільця гідрозатвору та кришки сальника.
⒍蜗壳
Спіральний канал — це спіральний-проточний канал, площа поперечного-перерізу якого поступово збільшується від вихідного отвору робочого колеса до входу робочого колеса наступного ступеня або до вихідної труби насоса. Канал потоку поступово розширюється, а вихідний отвір має форму дифузорної трубки. Після того, як рідина витікає з робочого колеса, швидкість її потоку може бути плавно зменшена, перетворюючи значну частину її кінетичної енергії в енергію статичного тиску.
Переваги спірального насоса в тому, що він простий у виготовленні, має широку зону ефективності, а ККД насоса мало змінюється після обробки робочого колеса.
Недоліком є те, що форма волюти асиметрична. При використанні однієї спіралі тиск, що діє на ротор радіально, не є рівномірним, що може спричинити вигин валу. Таким чином, у багато-ступінчастих насосах лише перша й остання секції використовують спіралі, тоді як середня секція приймає пристрій із направляючим колесом.
Матеріалом спіралі зазвичай є чавун. Спіраль антикорозійного-насоса виготовлена з нержавіючої сталі або інших антикорозійних -матеріалів, таких як пластик, скловолокно тощо. Для багато-ступеневих насосів через високий тиск вимоги до міцності матеріалу є вищими, а їх спіралі, як правило, виготовляють із литої сталі.
⒎ Ведуче колесо
Направляюче колесо являє собою нерухомий диск із передніми направляючими лопатками, обгорнутими навколо зовнішнього краю з передньої сторони. Ці направляючі лопатки утворюють серію каналів потоку-у формі дифузора. На задній стороні розташовані зворотні напрямні лопатки, які направляють рідину на вхід крильчатки наступного ступеня. Після викиду рідини з робочого колеса вона плавно надходить у напрямне колесо та продовжує текти назовні вздовж передніх напрямних лопаток, при цьому її швидкість поступово зменшується, а більша частина її кінетичної енергії перетворюється на енергію статичного тиску.
Радіальний однобічний зазор між робочим колесом і направляючими лопатями становить приблизно 1 мм. Якщо зазор занадто великий, ефективність знизиться; якщо він занадто малий, це спричинить вібрацію та шум. Корпус сегментованого багато-ступінчастого відцентрового насоса з напрямними колесами легший у виготовленні та має більш високу ефективність перетворення енергії порівняно зі спіральним. Однак його встановлення та обслуговування складніше, ніж у волюти.
16. Кільце ущільнювальне
Щоб зменшити внутрішні витоки та захистити корпус насоса, змінне ущільнювальне кільце встановлено на корпусі, що відповідає входу робочого колеса. Радіальний зазор між внутрішнім отвором ущільнювального кільця та зовнішнім колом робочого колеса зазвичай становить від 0,1 до 0,2 мм. Після зносу ущільнювального кільця радіальний зазор збільшується, що призводить до зменшення об’єму нагнітання рідини насоса та зниження ефективності. Коли ущільнювальний зазор перевищує вказане значення, його необхідно вчасно замінити.
Конструктивні форми кільця ущільнювача бувають трьох видів:
Плоский-тип кільця, з простою структурою та легким виготовленням, але поганим ефектом ущільнення;
Ущільнювальне кільце під правим-кутом дозволяє витоку рідини проходити через канал під кутом 90 градусів, що забезпечує кращий ефект ущільнення порівняно з плоским-типом кільця. Він широко використовується.
Лабіринтове ущільнювальне кільце має хороший ущільнювальний ефект, але його структура складна, а виготовлення складне. Тому його рідко використовують у відцентрових насосах.
Процес роботи відцентрового насоса
Перед запуском насоса спочатку заповніть насос рідиною, яку потрібно транспортувати.
2. Після запуску насоса вал насоса змушує робоче колесо обертатися з високою швидкістю, створюючи відцентрову силу. Під дією цієї сили рідина відкидається від центру робочого колеса до периферії робочого колеса, її тиск зростає, і вона з дуже великою швидкістю (15-25 м/с) втікає в корпус насоса.
3. У корпусі насоса蜗形, оскільки канал потоку постійно розширюється, швидкість потоку рідини сповільнюється, в результаті чого більша частина кінетичної енергії перетворюється на енергію тиску. Нарешті, рідина витікає з нагнітального отвору з відносно високим статичним тиском і надходить у напірний трубопровід.
4. Після витіснення рідини всередині насоса в центрі робочого колеса утворюється вакуум. Під впливом різниці тиску між поверхневим тиском рідини (атмосферний тиск) і тиском усередині насоса (негативний тиск) рідина надходить у насос через всмоктувальний трубопровід і заповнює місце, звідки рідина була вигнана.
Класифікація відцентрових насосів
Продукти відцентрових насосів зазвичай класифікуються відповідно до їх структурних характеристик. Існують різні методи класифікації, включаючи шість типів: класифікація за робочим тиском, за кількістю робочих робочих коліс, за тим, як крильчатка вбирає воду тощо.
⒈ Відповідно до робочого тиску:
Насос низького{0}}тиску: тиск нижчий за 100 метрів водяного стовпа.
Насос середнього{0}}напору: діапазон тиску від 100 до 650 метрів водяного стовпа.
Насос високого{0}}тиску: тиск перевищує 650 метрів водяного стовпа.
2. За кількістю робочих робочих коліс:
Одноступінчастий-насос: це стосується насоса, де на валу насоса є лише одне робоче колесо.
Багато{0}}ступінчастий насос: цей тип насоса має два чи більше робочих колеса на валу. У цьому випадку загальний напір насоса є сумою напорів, створених кожним із n робочих коліс.
3. За способом водозабору робочого колеса:
Одно-боковий водяний-насос: також відомий як один-всмоктувальний насос, це означає, що на робочому колесі є лише один водозабірний отвір.
Двонаправлений всмоктуючий насос: також відомий як подвійний-всмоктуючий насос, він має вхідний отвір з обох боків робочого колеса. Його витрата вдвічі більша, ніж у одного-всмоктуючого насоса. Його можна приблизно вважати двома одинарними-крильчатками всмоктувального насоса, розташованими спиною--одно до іншої.
4. Відповідно до положення вала насоса:
Горизонтальний насос: вал насоса знаходиться в горизонтальному положенні.
Вертикальний насос: вал насоса знаходиться у вертикальному положенні.
5. За формою з'єднання корпусу насоса:
Горизонтальний роздільний насос: це такий, де з’єднувальний шов відкривається на горизонтальній площині, що проходить через вісь.
Насос з вертикальною поверхнею з’єднання: це насос, де поверхня з’єднання перпендикулярна до лінії осі.
6. Спосіб спрямування води, що виходить з робочого колеса, у напірну камеру:
Корпус насоса: після того, як вода виходить із робочого колеса, вона потрапляє безпосередньо в корпус насоса, який має спіральну форму.
Направляючий лопатевий насос: після того, як вода виходить із робочого колеса, вона надходить у напрямні лопаті, розташовані поза робочим колесом, а потім переходить до наступного етапу або надходить у вихідну трубу.
⒎ Відповідно до різних середовищ, що транспортуються, відцентрові насоси можна класифікувати на: водяні насоси, масляні насоси, корозійні-стійкі насоси тощо.
Кавітація і парозатвор
Явище ерозії
З принципу роботи відцентрового насоса можна знати, що після того, як рідина між лопатями викидається з робочого колеса, що обертається з високою-швидкістю, поблизу входу в робоче колесо утворюється область низького{1}}тиску. Коли тиск на вході в робоче колесо дорівнює або нижчий за тиск насиченої пари pV транспортованої рідини при робочій температурі, рідина в цій зоні випаровується та утворює бульбашки. Коли бульбашки рухаються разом із рідиною до зони високого-тиску, вони швидко конденсуються під дією тиску.
У момент конденсації бульбашки утворюється локальний вакуум. Навколишня рідина з високою швидкістю спрямовується до простору, який раніше займав бульбашка, викликаючи удар і вібрацію, що призводить до значної сили удару. Особливо, коли точка конденсації бульбашки знаходиться поблизу поверхні лопаті, численні частинки рідини впливають на лопаті з високою частотою та тиском; в той же час бульбашка може також містити невелику кількість кисню та інших речовин, які мають хімічну корозійну дію на металеві матеріали. Під спільною дією тривалого удару та хімічної корозії поверхня леза пошкоджується, утворюючи плями та тріщини, що призведе до передчасного пошкодження леза. У відцентрових насосах це явище називається кавітацією.
Явище зв'язування газу
Коли відцентровий насос запускається, якщо в насосі є повітря, через низьку щільність повітря відцентрова сила, що створюється після обертання, невелика. Як наслідок, низького тиску, що утворюється в центральній частині робочого колеса, недостатньо для всмоктування рідини. Навіть якщо запустити відцентровий насос, він не зможе виконати завдання транспортування. Це явище називається «повітряний замок».
Це означає, що відцентровий насос не має -здатності самовсмоктування. Тому перед запуском відцентрового насоса його необхідно заповнити рідиною, яку потрібно транспортувати. Звичайно, якщо всмоктувальний отвір відцентрового насоса розташований нижче рівня рідини, що транспортується, рідина буде автоматично надходити в насос. Це окремий випадок. Всмоктуючий трубопровід відцентрового насоса оснащений нижнім клапаном, щоб запобігти витіканню рідини, яка була заповнена перед запуском, з насоса. Сітка фільтра може запобігти всмоктуванню твердих речовин у рідині та блокуванню трубопроводів і напірної труби корпусу насоса. Регулюючий клапан, встановлений у напірній трубі, використовується для запуску насоса, зупинки насоса та регулювання витрати.
З точки зору різних причин кавітації та парових пробок:
Зв'язування повітря означає наявність повітря всередині корпусу насоса. Зазвичай це відбувається при запуску насоса. Основним проявом є те, що повітря всередині корпусу насоса не було повністю видалено. У той час як кавітація спричинена рідиною, яка досягає тиску випаровування при певній температурі. Можна побачити, що це тісно пов’язане з середовищем, що транспортується, та умовами роботи.
Щоб запобігти виникненню явища повітряних пробок, можна використовувати такі методи:
1. Перед початком залийте оболонку рідиною. Забезпечте щільне ущільнення оболонки. Заливний клапан води та душова лійка не повинні протікати. Ефективність ущільнення має бути хорошою.
2. Всмоктуючий трубопровід відцентрового насоса оснащений нижнім клапаном, щоб запобігти зворотному витіканню в насос рідини, яка була закачана перед запуском. Сітка фільтра може запобігти всмоктуванню твердих частинок рідини. Напірний трубопровід оснащений регулюючим клапаном, який використовується для запуску та зупинки насоса та регулювання витрати.
3. Розташуйте всмоктувальний отвір відцентрового насоса нижче рівня рідини, куди потрібно транспортувати рідину. Рідина автоматично потече в насос.
Причини та шляхи усунення кавітації
Основними причинами кавітації є:
1. Опір вхідного трубопроводу занадто високий або трубопровід занадто тонкий.
2. Температура середовища, що транспортується, занадто висока;
3. Надмірний потік, тобто вихідний клапан відкрито занадто широко;
4. Висота установки занадто велика, що впливає на пропускну здатність насоса.
5. Питання вибору, включаючи вибір насосів та вибір матеріалів для насосів тощо.
рішення:
1. Видаліть сторонні предмети з вхідного трубопроводу, щоб забезпечити плавний потік, або збільште діаметр трубопроводу.
2. Знизити температуру середовища, що транспортується;
3. Зменшити висоту установки;
4. Замініть насос або вдосконаліть певні компоненти насоса, наприклад, використовуючи матеріали, стійкі до кавітації.
