1. Principio di funzionamento della pompa centrifuga
Quando una pompa centrifuga è in funzione, si affida alla girante rotante ad alta velocità per aumentare l'energia di pressione del liquido sotto l'azione della forza centrifuga inerziale. Prima che la pompa centrifuga inizi a funzionare, il corpo della pompa e la tubazione di ingresso devono essere riempiti con mezzo liquido per evitare la cavitazione.
Quando la girante ruota rapidamente, le pale favoriscono la rotazione rapida del mezzo. Il mezzo rotante vola fuori dalla girante sotto l'azione della forza centrifuga e l'acqua all'interno della pompa viene espulsa, formando un'area di vuoto al centro della girante. Inalare continuamente il liquido fornendo continuamente una certa quantità di energia al liquido inalato per espellerlo. La pompa centrifuga funziona continuamente in questo modo.
2. Struttura della pompa centrifuga
Esistono molte varietà di pompe centrifughe e, sebbene le strutture di ciascun tipo di pompa siano diverse, i componenti principali sono sostanzialmente gli stessi.
I componenti principali di una pompa centrifuga includono: girante, albero della pompa, corpo della pompa, sede della pompa, premistoppa (dispositivo di tenuta dell'albero), anello di riduzione delle perdite, sede del cuscinetto, ecc.
La girante è il componente operativo di una pompa centrifuga, che si affida alla sua rotazione ad alta velocità per lavorare sul liquido e ottenere il trasporto del liquido. È un componente importante di una pompa centrifuga.
La girante è generalmente composta da tre parti: il mozzo, le pale e la piastra di copertura. La piastra di copertura della girante può essere divisa in piastra di copertura anteriore e piastra di copertura posteriore. La piastra di copertura sul lato della porta della girante è chiamata piastra di copertura anteriore, mentre la piastra di copertura sull'altro lato è chiamata piastra di copertura posteriore.
Dopo l'avvio della pompa centrifuga, l'albero della pompa fa ruotare la girante ad alta velocità, costringendo il liquido preriempito tra le pale a ruotare. Sotto l'azione della forza centrifuga inerziale, il liquido si muove radialmente dal centro della girante verso la circonferenza esterna.
Il liquido acquista energia durante il suo movimento attraverso la girante, determinando un aumento dell'energia della pressione statica e un aumento della velocità del flusso. Quando il liquido lascia la girante ed entra nel corpo della pompa, rallenta a causa della progressiva espansione del canale di flusso all'interno del corpo. Parte dell'energia cinetica viene convertita in energia di pressione statica e infine confluisce nella tubazione di scarico lungo la direzione tangenziale.
In base alla forma strutturale, le giranti possono essere suddivise nei tre tipi seguenti.
(1)La girante chiusa è dotata di piastre di copertura su entrambi i lati della girante, con 4-6 pale tra le piastre di copertura. La girante chiusa ha un elevato rendimento ed è largamente utilizzata, adatta a convogliare liquidi puliti senza particelle solide e fibre.
(2) La girante aperta non ha piastre di copertura su entrambi i lati della pala, adatta al convogliamento di liquidi contenenti una grande quantità di solidi sospesi. Ha una bassa efficienza e la pressione del liquido convogliato non è elevata.
La girante semiaperta ha la sola piastra di copertura posteriore ed è adatta a convogliare liquidi facili a sedimentare o contenenti solidi in sospensione. La sua efficienza è tra giranti aperte e chiuse.
La funzione principale dell'albero della pompa centrifuga è trasmettere potenza e supportare la girante per mantenere il normale funzionamento in posizione di lavoro. È collegato all'albero motore tramite un giunto a un'estremità e supporta la girante per il movimento rotatorio all'altra estremità. L'albero è dotato di cuscinetti, tenute assiali e altri componenti.
I materiali comunemente utilizzati per gli alberi delle pompe sono acciaio al carbonio e acciaio inossidabile.
La girante e l'albero sono collegati tramite chiavette. Poiché questo metodo di collegamento può solo trasmettere coppia e non può fissare la posizione assiale della girante, nella pompa dell'acqua vengono utilizzati anche un manicotto dell'albero e un dado di bloccaggio per fissare la posizione assiale della girante.
Dopo aver posizionato assialmente la girante con un dado di bloccaggio e una manica dell'albero, per evitare che il dado di bloccaggio si ritragga, è necessario impedire l'inversione della pompa dell'acqua, soprattutto per l'installazione iniziale della pompa dell'acqua o della pompa dell'acqua dopo lo smontaggio e manutenzione, l'ispezione dello sterzo deve essere eseguita secondo le normative per garantire la coerenza con lo sterzo specificato.
La funzione della bussola dell'albero è quella di proteggere l'albero della pompa, trasformando l'attrito tra la baderna e l'albero della pompa nell'attrito tra la baderna e la camicia dell'albero. Pertanto, la camicia dell'albero è una parte della pompa centrifuga facilmente soggetta a usura.
La superficie della manica dell'albero può generalmente essere trattata con metodi quali carburazione, nitrurazione, cromatura, spruzzatura, ecc. Il requisito di rugosità superficiale è generalmente compreso tra Ra3,2 μ m e Ra0,8 μ m. Può ridurre il coefficiente di attrito e migliorare la durata.
I cuscinetti svolgono un ruolo nel supportare il peso e la capacità di carico del rotore. I cuscinetti volventi sono comunemente utilizzati sulle pompe centrifughe, con l'anello esterno e i fori della sede del cuscinetto che utilizzano un sistema ad albero di base, mentre l'anello interno e l'albero utilizzano un sistema di fori di base. I cuscinetti sono generalmente lubrificati con grasso e olio.
Quando l'albero della pompa passa attraverso il corpo della pompa, c'è uno spazio tra l'albero e il corpo. In una pompa centrifuga ad aspirazione singola, se il dispositivo di tenuta meccanica non viene utilizzato in questa posizione, l'acqua ad alta pressione all'interno del corpo della pompa fuoriuscirà in grandi quantità. La scatola di imballaggio è un dispositivo di tenuta dell'albero comunemente usato. La scatola di tenuta è composta da cinque componenti: tenuta dell'albero, baderna, tubo di tenuta dell'acqua, anello di tenuta dell'acqua e premistoppa.
Una voluta si riferisce a un canale di flusso a spirale con un'area trasversale gradualmente crescente dall'uscita della girante all'ingresso della girante dello stadio successivo o al tubo di uscita della pompa. Il canale di flusso si espande gradualmente e l'uscita ha la forma di un tubo di diffusione. Dopo che il liquido fuoriesce dalla girante, la sua portata può diminuire lentamente, convertendo una grande porzione di energia cinetica in energia di pressione statica.
I vantaggi di una voluta sono la facilità di produzione, un'ampia zona di efficienza e variazioni minime di efficienza nella pompa dopo la rotazione della girante.
Lo svantaggio è che la forma della voluta è asimmetrica e, quando si utilizza una voluta singola, la pressione che agisce sulla direzione radiale del rotore non è uniforme, il che può facilmente causare la flessione dell'albero. Pertanto, nelle pompe multistadio, solo la prima e l'ultima sezione utilizzano volute, mentre nella sezione centrale vengono utilizzati dispositivi a ruota di guida.
Il materiale dei gusci delle lumache è generalmente la ghisa. La voluta della pompa anticorrosione è realizzata in acciaio inossidabile o altri materiali anticorrosione, come plastica, fibra di vetro, ecc. A causa dell'alta pressione, le pompe multistadio richiedono un'elevata resistenza del materiale e le loro volute sono generalmente realizzate in acciaio fuso.
La ruota di guida è un disco fisso con alette di guida in avanti avvolte attorno al bordo esterno della girante sulla parte anteriore, formando canali di flusso a forma di diffusione. Sul retro sono presenti palette di guida inversa che guidano il liquido verso lo stadio successivo della girante. Dopo essere stato espulso dalla girante, il liquido entra lentamente nelle palette direttrici e continua a fluire verso l'esterno lungo le palette direttrici anteriori. La velocità diminuisce gradualmente e la maggior parte dell'energia cinetica viene convertita in energia di pressione statica.
Il gioco radiale unilaterale tra la girante e le pale di guida è di circa 1 mm. Se il divario è troppo ampio, l’efficienza diminuirà; Se lo spazio è troppo piccolo, causerà vibrazioni e rumore. Rispetto alla voluta, il corpo della pompa centrifuga multistadio segmentato con ruote guida è più facile da produrre e ha una maggiore efficienza nella conversione dell'energia. Ma l’installazione e la manutenzione sono più difficili dei gusci delle lumache.
Per ridurre le perdite interne e proteggere il corpo della pompa, sul corpo corrispondente all'ingresso della girante sono installati anelli di tenuta sostituibili. Il gioco radiale tra il foro interno dell'anello di tenuta e il cerchio esterno della girante è generalmente compreso tra 0,1-0,2 mm. Dopo l'usura dell'anello di tenuta, il gioco radiale aumenta, il volume di scarico della pompa diminuisce e l'efficienza diminuisce. Quando il gioco di tenuta supera il valore specificato, deve essere sostituito tempestivamente.
Esistono tre forme strutturali di anelli di tenuta:
Innanzitutto, il tipo ad anello piatto ha una struttura semplice ed è facile da produrre, ma l'effetto di tenuta è scarso. In secondo luogo, l'anello di tenuta ad angolo retto fornisce un canale a 90 gradi per le perdite di liquido, con conseguenti prestazioni di tenuta migliori rispetto al tipo ad anello piatto ed è ampiamente utilizzato. In terzo luogo, l'anello di tenuta a labirinto ha un buon effetto di tenuta, ma la sua struttura è complessa e difficile da produrre, il che viene utilizzato raramente nelle pompe centrifughe.
3. Processo di funzionamento della pompa centrifuga
(1) Prima di avviare la pompa, riempire la pompa con il liquido da trasportare.
(2) Dopo aver avviato la pompa, l'albero della pompa fa ruotare insieme la girante ad alta velocità, generando forza centrifuga. Durante questa azione, il liquido viene proiettato dal centro verso la circonferenza esterna della girante, provocando un aumento di pressione e fluendo nel corpo della pompa ad alta velocità (15-25 m/s).
(3) Nel corpo della pompa a voluta, a causa della continua espansione del canale di flusso, la portata del liquido rallenta, convertendo gran parte dell'energia cinetica in energia di pressione. Infine, il liquido fluisce nella tubazione di scarico ad una pressione statica più elevata dalla porta di scarico.
(4) Dopo che il liquido all'interno della pompa viene espulso, al centro della girante si forma il vuoto. Sotto la differenza di pressione tra la pressione del livello del liquido (pressione atmosferica) e la pressione della pompa (pressione negativa), il liquido entra nella pompa attraverso la tubazione di aspirazione, riempiendo la posizione in cui il liquido viene scaricato.
4. Classificazione delle pompe centrifughe
I prodotti delle pompe centrifughe sono generalmente classificati in base alle loro caratteristiche strutturali, con molteplici metodi di classificazione tra cui pressione di esercizio, numero di giranti funzionanti e metodo di ingresso delle giranti.
(1) In base alla pressione di lavoro:
Pompa a bassa pressione: pressione inferiore a 100 metri di colonna d'acqua;
Pompa a media pressione: pressione tra 100-650 metri di colonna d'acqua;
Pompa ad alta pressione: La pressione è superiore a 650 metri di colonna d'acqua.
(2) In base al numero di giranti funzionanti:
Pompa monostadio: si riferisce ad avere una sola girante sull'albero della pompa.
Pompa multistadio: sull'albero della pompa sono presenti due o più giranti e la prevalenza totale della pompa è la somma delle prevalenza generate da n giranti.
(3) Secondo il metodo di ingresso della girante:
Pompa con ingresso laterale singolo: nota anche come pompa ad aspirazione singola, il che significa che sulla girante è presente un solo ingresso.
Pompa a doppia aspirazione: nota anche come pompa a doppia aspirazione, il che significa che è presente un'aspirazione su entrambi i lati della girante. La sua portata è doppia rispetto a quella di una singola pompa di aspirazione, che può essere approssimata come se fossero due giranti di una singola pompa di aspirazione poste insieme una contro l'altra.
(4) In base alla posizione dell'albero della pompa:
Pompa orizzontale: l'albero della pompa si trova in posizione orizzontale.
Pompa verticale: l'albero della pompa si trova in posizione verticale.
(5) A seconda della forma del giunto del corpo pompa:
Pompa di tipo aperto orizzontale: si riferisce ad una giuntura di giunzione aperta sul piano orizzontale passante per l'asse.
Pompa a superficie articolare verticale: ovvero la superficie articolare è perpendicolare all'asse.
(6) Il metodo per guidare l'acqua dalla girante verso la camera di pressione è il seguente:
Pompa con corpo a spirale: dopo che l'acqua esce dalla girante, entra direttamente nel corpo della pompa con una forma a spirale.
Pompa a palette: dopo che l'acqua esce dalla girante, entra nelle palette posizionate all'esterno, quindi entra nella fase successiva o scorre nel tubo di uscita.
(7) A seconda dei diversi mezzi trasportati dalle pompe centrifughe, possono essere suddivise in pompe per acqua pulita, pompe per olio, pompe resistenti alla corrosione, ecc.
5. Cavitazione e legame di gas
Secondo il principio di funzionamento di una pompa centrifuga, quando il liquido tra le pale viene espulso dalla girante che ruota ad alta velocità, si forma una zona a bassa pressione vicino all'ingresso della girante. Quando la pressione all'ingresso della girante è uguale o inferiore alla pressione di vapore saturo pV del liquido trasportato alla temperatura operativa, il liquido in quella posizione vaporizza e produce bolle. Quando le bolle fluiscono con il liquido nella zona ad alta pressione, si condensano rapidamente sotto pressione.
Al momento della condensazione delle bolle, viene generato un vuoto locale e il liquido circostante si precipita verso lo spazio occupato dalla bolla ad alta velocità, provocando urti e vibrazioni, con conseguente forza d'impatto significativa. Soprattutto quando il punto di condensazione delle bolle si trova vicino alla superficie della lama, numerose particelle liquide colpiscono la lama con elevata frequenza e pressione; Allo stesso tempo, le bolle possono contenere anche una piccola quantità di ossigeno, che può causare corrosione chimica ai materiali metallici. Sotto l'azione combinata di urti continui e corrosione chimica, la superficie delle lame viene danneggiata, provocando macchie e crepe che porteranno al danneggiamento prematuro delle lame. Questo fenomeno è chiamato cavitazione nelle pompe centrifughe.
Quando si avvia una pompa centrifuga, se c'è aria all'interno della pompa, a causa della bassa densità dell'aria, la forza centrifuga generata dopo la rotazione è piccola e la bassa pressione che si forma nella zona centrale della girante non è sufficiente per aspirare l'aria. liquido. Anche se la pompa centrifuga viene avviata, non può completare l'operazione di trasporto. Questo fenomeno è chiamato legame d'aria.
Ciò indica che la pompa centrifuga non ha capacità di autoaspirazione, quindi la pompa deve essere riempita con il liquido convogliato prima dell'avviamento. Naturalmente, se la bocca di aspirazione della pompa centrifuga è posizionata al di sotto del livello del liquido convogliato, il liquido scorrerà automaticamente nella pompa, il che è un caso speciale. La tubazione di aspirazione della pompa centrifuga è dotata di una valvola di fondo per evitare che il liquido iniettato prima dell'avviamento fuoriesca dalla pompa. Il filtro può bloccare l'aspirazione dei solidi nel liquido e bloccare la tubazione e la valvola di regolazione installata nella tubazione di scarico del corpo della pompa viene utilizzata per avviare, arrestare e regolare la portata della pompa.
Dalle diverse cause di cavitazione e legame del gas:
Per grippaggio d'aria si intende la presenza di aria nel corpo pompa, che solitamente si verifica all'avvio della pompa e si manifesta principalmente come l'aria all'interno del corpo pompa non viene scaricata completamente; Inoltre, la cavitazione è dovuta al fatto che il liquido raggiunge la pressione di vaporizzazione ad una determinata temperatura, che è strettamente correlata al mezzo di trasporto e alle condizioni operative.
Esistono i seguenti metodi per prevenire il verificarsi del fenomeno di legame del gas:
(1) Riempire il guscio con liquido prima di iniziare. Assicurarsi che l'involucro sia adeguatamente sigillato e che la valvola e il soffione della doccia per il riempimento dell'acqua non perdano. Garantire buone prestazioni di tenuta.
(2) La tubazione di aspirazione della pompa centrifuga è dotata di una valvola di fondo per impedire che il liquido iniettato prima dell'avvio fuoriesca dalla pompa. Il filtro può impedire che il solido nel liquido venga aspirato. La tubazione di scarico è dotata di una valvola di regolazione da utilizzare durante l'avvio, l'arresto e la regolazione della portata della pompa.
(3) Posizionare la porta di aspirazione della pompa centrifuga al di sotto del livello del liquido da trasportare e il liquido scorrerà automaticamente nella pompa.
Le principali cause della cavitazione sono:
(1) La tubazione di ingresso presenta una resistenza eccessiva oppure la tubazione è troppo sottile
(2) La temperatura del mezzo di trasporto è troppo alta;
(3) Flusso eccessivo, il che significa che la valvola di uscita è aperta troppo;
(4) L'altezza di installazione è troppo elevata e ciò influisce sulla capacità di aspirazione della pompa;
(5) Problemi di selezione, inclusa la scelta della pompa, la scelta del materiale della pompa, ecc
termini di liquidazione:
(1) Pulire i corpi estranei nella tubazione di ingresso per liberare l'ingresso o aumentare le dimensioni del diametro del tubo;
(2) Ridurre la temperatura del mezzo di trasporto;
(3) Ridurre l'altezza di installazione;
(4) Riselezionare la pompa o apportare miglioramenti ad alcuni componenti della pompa, ad esempio utilizzando materiali resistenti alla corrosione.