A folyadékok áramlási folyamata során az áramlási ellenállás miatt némi mechanikai energia elvész. Ezért ahhoz, hogy a folyadékot egyik helyről a másikra szállítsuk, akár egy alacsonyabb összfajlagos energiájú helyről egy nagyobb összfajlagos energiájú helyre, akár csak az áramlási ellenállás leküzdésére, mechanikai energiát kell biztosítani a folyadéknak. A folyadékok szállítására használt gépeket szivattyúnak (Pump) nevezik. A szivattyúkat alapvetően három kategóriába sorolják szerkezeti jellemzőik és működési elveik alapján:
I. Lapát{1}}típusú szivattyúk: Ezek a szivattyúk úgy működnek, hogy a forgó lapátok a folyadékon dolgoznak, ezáltal növelve a folyadék mechanikai energiáját. Ilyenek például a különböző centrifugálszivattyúk, örvényszivattyúk és axiális áramlású szivattyúk stb.
II Kiszorításos szivattyúk: Ezek a szivattyúk a dugattyúk oda-vissza mozgását vagy a forgórészek forgó mozgását használják fel a munkakamra térfogatának megváltoztatására, a folyadék összenyomására és a folyadékon végzett munkára, ezáltal növelve a folyadék mechanikai energiáját. Ilyenek például a dugattyús szivattyúk, fogaskerekes szivattyúk és csavarszivattyúk stb.
III. Jet Pump: A munkafolyadék által generált nagy sebességű{0}}sugárral működik a folyadék kilökésére, majd impulzuscsere révén megnő a kilökött folyadék energiája.
Egyszerű szerkezetének, könnyű gyártási képességének, stabil áramlásának, erős alkalmazkodóképességének és kényelmes működésének köszönhetően a centrifugálszivattyúkat széles körben használják a vegyiparban. Ezért ebben a cikkben a centrifugálszivattyúk bemutatására fogunk összpontosítani.
A centrifugálszivattyú működési elve
Amikor egy centrifugálszivattyú működik, a nagy sebességű{0}}forgó járókerékre támaszkodik, hogy a folyadék energiát nyerjen és növelje nyomáspotenciálját a tehetetlenségi centrifugális erő hatására. A centrifugálszivattyú működésének megkezdése előtt a szivattyútestet és a bemeneti csővezetéket fel kell tölteni folyékony közeggel, hogy megakadályozzuk a kavitáció előfordulását.
Amikor a járókerék gyorsan forog, a lapátok hatására a közeg gyorsan forog. A forgó közeget centrifugális erő hatására kidobják a járókerékből. A szivattyú belsejében lévő víz kiöntése után a járókerék közepén vákuumterület alakul ki. Ugyanakkor folyamatosan beszívja a folyadékot, és folyamatosan bizonyos energiát ad a beszívott-folyadéknak, majd kiüríti a folyadékot. Így a centrifugálszivattyú folyamatosan ilyen módon működik.
A centrifugálszivattyú felépítése
Sokféle centrifugálszivattyú létezik. Bár a különböző típusú szivattyúk felépítése eltérő, a fő alkotóelemek alapvetően azonosak.
A centrifugálszivattyú fő alkotóelemei: járókerék, szivattyútengely, szivattyúház, szivattyútalp, tömítődoboz (tömítőeszköz), tömítőgyűrű, csapágyház stb.
1. Járókerék
A járókerék a centrifugálszivattyú munkaeleme. A folyadékok szivattyúzását nagy sebességgel forogva és a folyadékokon végzett munkával éri el. A centrifugálszivattyú fontos része.
A járókerék általában az agyból, a lapátokból és a fedőlemezből áll. A járókerék fedőlemeze az első és a hátsó fedőlemezre oszlik. A járókerék bemeneti oldalán lévő fedőlemezt elülső fedőlemeznek, a másik oldal fedőlemezét pedig hátsó fedőlemeznek nevezzük.
A centrifugálszivattyú indításakor a szivattyú tengelye együtt hajtja a járókereket, hogy nagy sebességgel forogjanak. Ez a pengék közé{1}}előre feltöltött folyadékot forgásra kényszeríti. A tehetetlenségi centrifugális erő hatására a folyadék sugárirányban mozog a járókerék közepétől a kerülete felé.
A járókeréken való áramlás során a folyadék energiához jut, statikus nyomása nő, áramlási sebessége pedig nő. Amikor a folyadék elhagyja a járókereket és belép a szivattyúházba, az lelassul a ház belsejében fokozatosan bővülő áramlási csatornák miatt. A kinetikus energia egy része statikus nyomásenergiává alakul, és végül érintőlegesen áramlik a nyomócsőbe.
Szerkezeti formájuk szerint a járókerekek a következő három típusba sorolhatók.
(1) A zárt járókerék mindkét oldalán fedőlemezzel rendelkezik. A fedőlemezek között 4-6 penge található. A zárt járókerék nagy hatásfokú és a legszélesebb körben használt típus. Tiszta folyadékok szállítására alkalmas szilárd részecskék vagy szálak nélkül.
(2) A nyitott- típusú járókeréknek nincs fedőlemeze a lapátok mindkét oldalán. Nagy mennyiségű lebegőanyagot tartalmazó folyadékok szállítására alkalmas. Hatékonysága azonban viszonylag alacsony, és a szállított folyadék nyomása sem magas.
(3) A félig{1}}nyitott típusú járókeréknek csak hátsó fedlapja van. Alkalmas olyan folyadékok szállítására, amelyek hajlamosak ülepedésre vagy szilárd lebegő anyagot tartalmaznak. Hatékonysága a nyitott és zárt típusú járókereke közé esik.
2. Szivattyútengely
A centrifugálszivattyú szivattyútengelyének fő funkciója az erőátvitel és a járókerék támogatása, hogy az üzemi helyzetben maradjon és normálisan működjön. A tengely egyik vége egy tengelykapcsolón keresztül kapcsolódik a motor tengelyéhez, a másik vége pedig a járókereket tartja a forgó mozgáshoz. A tengely olyan alkatrészekkel van felszerelve, mint a csapágyak és axiális tömítések.
A szivattyútengelyek általános anyagai a szénacél és a rozsdamentes acél.
A járókerék és a tengely egy kulccsal van összekötve. Mivel ez a csatlakozási mód csak nyomatékot tud továbbítani, de a járókerék axiális helyzetét nem rögzíti, a szivattyúban a tengelyirányú hüvelyt és egy záróanyát használnak a járókerék axiális helyzetének rögzítésére.
Miután a járókerék axiálisan el lett helyezve a záróanyával és a tengelyhüvellyel, a záróanya kilazulásának megakadályozása érdekében meg kell akadályozni a szivattyú irányváltását. Különösen az újonnan beszerelt szivattyúk vagy a szétszerelésen és javításon átesett szivattyúk esetében el kell végezni a forgásirány ellenőrzését az előírások szerint, hogy megbizonyosodjon arról, hogy a megadott irány megfelel.
3. Hüvely
A tengelyhüvely feladata a szivattyú tengelyének védelme, a tömítés és a szivattyútengely közötti súrlódást a tömítés és a tengelyhüvely közötti súrlódássá alakítva. Ezért a tengelyhüvely a centrifugálszivattyú-kopásra hajlamos alkatrésze.
A tengelyhüvely felülete olyan kezeléseken is áteshet, mint a karburálás, nitridálás, krómozás és permetezés. A felületi érdesség követelménye általában az Ra3,2μm - Ra0,8μm eléréséhez szükséges. Ez csökkentheti a súrlódási együtthatót és növelheti az élettartamot.
4. Csapágyak
A csapágyak a rotor súlyának és terhelésének támogatásában játszanak szerepet. A centrifugálszivattyúkban leginkább gördülőcsapágyakat használnak. A csapágy külső gyűrűje alaptengely rendszerben van a csapágyház furattal, míg a belső gyűrű egy alapfurat rendszerben van a forgó tengellyel. A megfelelő kategóriájú nemzeti szabványok ajánlott értékekkel rendelkeznek, és az adott körülményeknek megfelelően választhatók. A csapágyakat általában zsírral és kenőolajjal kenik.
5. Töltődoboz
Amikor a szivattyú tengelye kilóg a szivattyúházból, rés van a tengely és a ház között. Egy-szívású centrifugálszivattyúknál, ha ezen a részen nem használnak tengelytömítést, a szivattyúházon belüli nagynyomású-víz nagy mennyiségben kiszivárog. A csomagolódoboz az egyik leggyakrabban használt tengelytömítő eszköz. A tömítődoboz öt részből áll: a tengelytömítő hüvelyből, a tömítésből, a vízzáró csőből, a vízzáró gyűrűből és a tömítőfedélből.
⒍蜗壳
A tekercs egy spirál{0}}alakú áramlási csatorna, amely fokozatosan növekszik a keresztmetszete{1}} a járókerék kimenetétől a következő fokozatú járókerék bemenetéig vagy a szivattyú kimeneti csövéig. Az áramlási csatorna fokozatosan kitágul, és a kimenet diffúzor cső formájában van. Miután a folyadék kiáramlik a járókerékből, áramlási sebessége simán csökkenthető, kinetikus energiájának nagy része statikus nyomásenergiává alakítható.
A tekercs előnyei, hogy könnyen gyártható, széles hatásfok zónával rendelkezik, és a szivattyú hatásfoka a járókerék megmunkálása után alig változik.
Hátránya, hogy a tekercs alakja aszimmetrikus. Egyetlen tekercs használatakor a rotorra sugárirányban ható nyomás nem egyenletes, ami valószínűleg a tengely elhajlását okozza. Ezért a többfokozatú szivattyúkban csak az első és az utolsó szakasz használ tekercseket, míg a középső szakasz vezetőkerék-szerkezetet alkalmaz.
A voluta anyaga általában öntöttvas. A korróziógátló szivattyú tekercse -rozsdamentes acélból vagy más korróziógátló anyagból, például műanyagból, üvegszálból stb. készül. A többfokozatú szivattyúknál a nagy nyomás miatt magasabbak az anyagszilárdsági követelmények, és a tekercsek általában acélöntvényből készülnek.
⒎ Hajtókerék
A vezetőkerék egy helyhez kötött tárcsa, amelynek elülső oldalán a külső széle körül előremenő vezetőlapátokat helyeztek el. Ezek a vezetőlapátok diffúzor{1}}alakú áramlási csatornák sorozatát alkotják. A hátoldalon fordított vezetőlapátok találhatók, amelyek a folyadékot a következő fokozatú járókerék bemenetéhez irányítják. A folyadék a járókerékből való kilökődése után simán beáramlik a vezetőkerékbe, és tovább folyik kifelé az elülső vezetőlapátok mentén, sebessége fokozatosan csökken, és mozgási energiájának nagy része statikus nyomásenergiává alakul.
A járókerék és a vezetőlapátok közötti sugárirányú egyoldalú hézag körülbelül 1 mm. Ha a hézag túl nagy, a hatékonyság csökken; ha túl kicsi, rezgést és zajt okoz. A szegmentált több-lépcsős, vezetőkerekes centrifugálszivattyú szivattyúháza a tekercshez képest könnyebben gyártható, és hatékonyabb az energiaátalakítás. Felszerelése és karbantartása azonban nehezebb, mint a volutéé.
16. Tömítőgyűrű
A belső szivárgás csökkentése és a szivattyúház védelme érdekében a járókerék bemenetének megfelelő cserélhető tömítőgyűrűt szerelnek fel a házra. A sugárirányú hézag a tömítőgyűrű belső furata és a járókerék külső köre között általában 0,1 és 0,2 mm között van. A tömítőgyűrű elhasználódása után a radiális hézag megnő, ami a szivattyú folyadékkibocsátási térfogatának csökkenését és a hatásfok csökkenését eredményezi. Ha a tömítési hézag meghaladja a megadott értéket, akkor azt időben ki kell cserélni.
A tömítőgyűrű szerkezeti formája háromféle:
Lapos-gyűrűs típus, egyszerű szerkezettel és könnyen gyártható, de gyenge tömítő hatású;
A derékszögű tömítőgyűrű lehetővé teszi a folyadékszivárgás áthaladását egy 90 fokos csatornán, ami jobb tömítést eredményez a lapos-gyűrűtípushoz képest. Széles körben használják.
A labirintus tömítőgyűrű jó tömítő hatású, de felépítése összetett, gyártása nehézkes. Ezért ritkán használják centrifugálszivattyúkban.
A centrifugálszivattyú munkafolyamata
A szivattyú elindítása előtt töltse fel a szivattyút a szállítandó folyadékkal.
2. A szivattyú elindítása után a szivattyú tengelye nagy fordulatszámon forog a járókereket, centrifugális erőt generálva. Ezen erő hatására a folyadék a járókerék közepétől a járókerék peremére kerül, nyomása megnő, és nagyon nagy sebességgel (15-25 m/s) áramlik a szivattyúházba.
3. A 蜗形 szivattyúházában, ahogy az áramlási csatorna folyamatosan tágul, a folyadék áramlási sebessége lelassul, aminek következtében a kinetikus energia nagy része nyomási energiává alakul. Végül a folyadék viszonylag nagy statikus nyomással kiáramlik a nyomónyíláson és belép a nyomócsőbe.
4. A szivattyú belsejében lévő folyadék kiürítése után a járókerék közepén vákuum képződik. A folyadék felületi nyomása (atmoszférikus nyomás) és a szivattyún belüli nyomás (negatív nyomás) közötti nyomáskülönbség alatt a folyadék a szívóvezetéken keresztül belép a szivattyúba, és kitölti azt a helyet, ahol a folyadékot kiengedték.
A centrifugálszivattyúk osztályozása
A centrifugálszivattyús termékeket általában szerkezeti jellemzőik alapján osztályozzák. Különféle osztályozási módszerek léteznek, köztük hat típus: osztályozás üzemi nyomás, működő járókerekek száma szerint, a járókerék vízfelvétele szerint stb.
⒈ Munkanyomás szerint:
Alacsony-nyomású szivattyú: A nyomás kisebb, mint 100 méter vízoszlop.
Közepes nyomású-szivattyú: A nyomás 100-650 méter vízoszlop között van.
Nagy-nyomású szivattyú: A nyomás meghaladja a 650 méteres vízoszlopot.
2. A működő járókerekek száma szerint:
Egyfokozatú-szivattyú: Ez olyan szivattyúra vonatkozik, ahol csak egy járókerék van a szivattyú tengelyén.
Többfokozatú szivattyú: Ennek a szivattyútípusnak a tengelyén két vagy több járókerék van. Ebben az esetben a szivattyú összmagassága az n járókerék mindegyike által generált emelőmagasság összege.
3. A járókerék vízfelvételi módszere szerint:
Egy-oldalsó-vízbeszívó szivattyú: Egyetlen-szívószivattyúként is ismert, ez azt jelenti, hogy csak egy vízbeszívó nyílás van a járókeréken.
Kétirányú szívószivattyú: Dupla-szívószivattyúként is ismert, a járókerék mindkét oldalán egy bemeneti nyílással rendelkezik. Átfolyási sebessége kétszer akkora, mint egyetlen-szívószivattyúé. Nagyjából úgy tekinthetjük, mint két egyetlen-szívószivattyú járókerekét, amelyek egymás mellett vannak-elhelyezve-.
4. A szivattyú tengelyének helyzetétől függően:
Vízszintes szivattyú: A szivattyú tengelye vízszintes helyzetben van.
Függőleges szivattyú: A szivattyú tengelye függőleges helyzetben van.
5. A szivattyúház csatlakozásának formája szerint:
Vízszintes osztott szivattyú: Olyan, ahol az illesztési varrat a tengelyen átmenő vízszintes síkban nyílik.
Függőleges csatlakozási felület szivattyú: Ez olyan szivattyút jelent, ahol a csatlakozási felület merőleges a tengelyvonalra.
6. A járókerékből kilépő víz ürítőkamra felé irányításának módja:
Házszivattyú: Miután a víz kilép a járókerékből, közvetlenül belép a szivattyúházba, amely spirál alakú.
Vezetőlapátos szivattyú: Miután a víz kilép a járókerékből, belép a járókeréken kívül elhelyezett vezetőlapátokba, majd továbblép a következő fokozatba, vagy a kimeneti csőbe folyik.
⒎ A különböző szállított közegek szerint a centrifugális szivattyúk a következők szerint osztályozhatók: vízszivattyúk, olajszivattyúk, korrózióálló -szivattyúk stb.
Kavitáció és gőzzár
Eróziós jelenség
A centrifugálszivattyú működési elve alapján tudható, hogy miután a lapátok közötti folyadékot kiengedik a nagy sebességű-forgó járókerékből, kis-nyomású terület alakul ki a járókerék bemeneténél. Ha a nyomás a járókerék bemeneténél egyenlő vagy alacsonyabb, mint a szállított folyadék telített gőznyomása pV üzemi hőmérsékleten, a folyadék ezen a területen elpárolog, és buborékokat képez. Amikor a buborékok a folyadékkal együtt a nagynyomású-területre jutnak, a nyomás hatására gyorsan lecsapódnak.
A buboréklecsapódás pillanatában helyi vákuum képződik. A környező folyadék nagy sebességgel rohan a buborék által korábban elfoglalt tér felé, ütést és vibrációt okozva, ami jelentős ütközőerőt eredményez. Különösen akkor, ha a buborék kondenzációs pontja a lapát felületéhez közel van, számos folyadékrészecske nagy frekvenciával és nyomással hat a lapátra; ugyanakkor a buborék kis mennyiségű oxigént és egyéb olyan anyagokat is tartalmazhat, amelyek kémiailag maró hatást gyakorolnak a fémanyagokra. A folyamatos ütés és a kémiai korrózió együttes hatására a penge felülete megsérül, foltok és repedések képződnek, ami a penge idő előtti károsodásához vezet. Ezt a jelenséget centrifugálszivattyúkban kavitációnak nevezik.
A gázkötés jelensége
Centrifugálszivattyú indításakor, ha levegő van a szivattyúban, a levegő alacsony sűrűsége miatt a forgás után keletkező centrifugális erő kicsi. Ennek eredményeként a járókerék középső területén kialakuló alacsony nyomás nem elegendő a folyadék beszívásához. A centrifugálszivattyú beindítása esetén sem tudja elvégezni a szállítási feladatot. Ezt a jelenséget "légzárnak" nevezik.
Ez azt jelzi, hogy a centrifugálszivattyúnak nincs{0}}önfelszívó képessége. Ezért a centrifugálszivattyú indítása előtt fel kell tölteni a szállítandó folyadékkal. Természetesen, ha a centrifugálszivattyú szívónyílása a szállított folyadék folyadékszintje alá kerül, a folyadék automatikusan a szivattyúba áramlik. Ez egy speciális eset. A centrifugálszivattyú szívóvezetéke fenékszeleppel van felszerelve, amely megakadályozza, hogy az indítás előtt feltöltött folyadék kifolyjon a szivattyúból. A szűrőszűrő megakadályozza, hogy a folyadékban lévő szilárd anyagok beszívják, és elzárják a csővezetékeket és a szivattyúház nyomócsövét. A nyomócsőbe szerelt szabályozószelep a szivattyú indítására, leállítására és az áramlás szabályozására szolgál.
A kavitáció és a párazáródás különböző okai szempontjából:
A levegő megkötése a levegő jelenlétére utal a szivattyú testében. Általában a szivattyú indításakor fordul elő. A fő megnyilvánulása az, hogy a szivattyúház belsejében lévő levegőt nem távolították el teljesen. Míg a kavitációt az okozza, hogy a folyadék egy bizonyos hőmérsékleten eléri párolgási nyomását. Látható, hogy ez szorosan összefügg a szállított közeggel és a munkakörülményekkel.
A légzsilip jelenség előfordulásának megelőzésére a következő módszerek használhatók:
1. Indítás előtt töltse fel a héjat folyadékkal. Biztosítson szoros tömítést a héjon. A vízbetöltő szelep és a zuhanyfej nem szivároghat. A tömítési teljesítménynek jónak kell lennie.
2. A centrifugálszivattyú szívóvezetéke fenékszeleppel van felszerelve, amely megakadályozza, hogy az indítás előtt beszivattyúzott folyadék visszafolyjon a szivattyúba. A szűrőszűrő megakadályozza a folyadékban lévő szilárd részecskék beszívását. A nyomócső szabályozószeleppel van felszerelve, amely a szivattyú indítására és leállítására, valamint az áramlási sebesség szabályozására szolgál.
3. Helyezze a centrifugálszivattyú szívónyílását a folyadékszint alá, ahol a folyadékot szállítani kell. A folyadék automatikusan beáramlik a szivattyúba.
A kavitáció kialakulásának okai és megoldásai
A kavitáció fő okai a következők:
1. A bemeneti csővezeték ellenállása túl nagy, vagy a csővezeték túl vékony.
2. A szállított közeg hőmérséklete túl magas;
3. Túl nagy az áramlás, vagyis a kimeneti szelep túl szélesre van nyitva;
4. A beépítési magasság túl magas, ami befolyásolja a szivattyú folyadékbeviteli kapacitását.
5. Kiválasztási kérdések, beleértve a szivattyúk kiválasztását és a szivattyú anyagok kiválasztását stb.
Megoldás:
1. Távolítsa el az idegen tárgyakat a bemeneti csővezetékből, hogy biztosítsa az egyenletes áramlást, vagy növelje a csővezeték átmérőjét.
2. Csökkentse a szállított közeg hőmérsékletét;
3. Csökkentse a beépítési magasságot;
4. Cserélje ki a szivattyút, vagy végezzen fejlesztéseket a szivattyú egyes alkatrészein, például használjon kavitációnak ellenálló anyagokat.
