1. Funktionsprincip för centrifugalpump
När en centrifugalpump arbetar, förlitar den sig på det roterande pumphjulet med hög hastighet för att öka vätskans tryckenergi under inverkan av tröghetscentrifugalkraften. Innan centrifugalpumpen börjar fungera måste pumpkroppen och inloppsrörledningen fyllas med flytande medium för att förhindra kavitation.
När pumphjulet roterar snabbt, främjar bladen mediet att rotera snabbt. Det roterande mediet flyger ut ur pumphjulet under inverkan av centrifugalkraften, och vattnet inuti pumpen kastas ut och bildar ett vakuumområde i mitten av pumphjulet. Kontinuerlig inandning av vätska samtidigt som den kontinuerligt tillför en viss mängd energi till den inhalerade vätskan för att driva ut den. Centrifugalpumpen arbetar kontinuerligt så här.
2. Centrifugalpumpens struktur
Det finns många varianter av centrifugalpumpar, och även om strukturerna för varje typ av pump är olika, är huvudkomponenterna i princip desamma.
Huvudkomponenterna i en centrifugalpump inkluderar: pumphjul, pumpaxel, pumphus, pumpsäte, packbox (axeltätningsanordning), läckagereducerande ring, lagersäte, etc.
Impellern är arbetskomponenten i en centrifugalpump, som förlitar sig på sin höghastighetsrotation för att utföra arbete på vätskan och uppnå vätsketransport. Det är en viktig komponent i en centrifugalpump.
Fläkthjulet består i allmänhet av tre delar: navet, bladen och täckplattan. Fläkthjulets täckplåt kan delas upp i främre täckplåt och bakre täckplåt. Täckplattan på pumphjulets babordssida kallas den främre täckplattan och täckplattan på andra sidan kallas den bakre täckplattan.
Efter att centrifugalpumpen har startat driver pumpaxeln pumphjulet att rotera med hög hastighet, vilket tvingar den förfyllda vätskan mellan bladen att rotera. Under verkan av tröghetscentrifugalkraften rör sig vätskan radiellt från pumphjulets centrum till den yttre omkretsen.
Vätskan får energi under sin rörelse genom pumphjulet, vilket resulterar i en ökning av statisk tryckenergi och en ökning av flödeshastighet. När vätskan lämnar pumphjulet och kommer in i pumphuset saktar den ner på grund av den gradvisa expansionen av flödeskanalen inuti huset. En del av den kinetiska energin omvandlas till statisk tryckenergi och strömmar slutligen in i utloppsrörledningen längs den tangentiella riktningen.
Enligt den strukturella formen kan pumphjul delas in i följande tre typer.
(1)Det stängda pumphjulet har täckplåtar på båda sidor av pumphjulet, med 4-6 blad mellan täckplattorna. Det slutna pumphjulet har hög effektivitet och används flitigt, lämpligt för att transportera rena vätskor utan fasta partiklar och fibrer.
(2) Det öppna pumphjulet har inga täckplåtar på båda sidor av bladet, vilket är lämpligt för att transportera vätskor som innehåller en stor mängd suspenderade ämnen. Den har låg effektivitet och trycket på den transporterade vätskan är inte högt.
Det halvöppna pumphjulet har endast en bakre täckplatta och är lämplig för att transportera vätskor som är lätta att sedimentera eller innehåller fasta suspenderade partiklar. Dess effektivitet ligger mellan öppna och stängda pumphjul.
Huvudfunktionen för pumpaxeln på en centrifugalpump är att överföra kraft och stödja pumphjulet för att upprätthålla normal drift i arbetsläget. Den är ansluten till motoraxeln genom en koppling i ena änden och stödjer pumphjulet för roterande rörelse i den andra änden. Axeln är utrustad med lager, axialtätningar och andra komponenter.
De vanligaste materialen för pumpaxlar är kolstål och rostfritt stål.
Fläkthjulet och axeln är förbundna med nycklar. Eftersom denna anslutningsmetod endast kan överföra vridmoment och inte kan fixera pumphjulets axiella position, används även en axelhylsa och låsmutter i vattenpumpen för att fixera pumphjulets axiella position.
Efter att pumphjulet är axiellt placerat med en låsmutter och axelhylsa, för att förhindra att låsmuttern dras tillbaka, är det nödvändigt att förhindra att vattenpumpen backar, särskilt för den initiala installationen av vattenpumpen eller vattenpumpen efter demontering och underhåll, bör styrinspektionen utföras enligt föreskrifter för att säkerställa överensstämmelse med den specificerade styrningen.
Axelhylsans funktion är att skydda pumpaxeln och omvandla friktionen mellan packningen och pumpaxeln till friktionen mellan packningen och axelhylsan. Därför är axelhylsan en lätt sliten del av centrifugalpumpen.
Ytan på axelhylsan kan i allmänhet behandlas med metoder som uppkolning, nitrering, förkromning, sprutning etc. Ytgrovhetskravet är i allmänhet Ra3,2 μm till Ra0.8 μm. Det kan minska friktionskoefficienten och förbättra livslängden.
Lager spelar en roll för att stödja rotorns vikt och bärförmåga. Rullningslager används vanligtvis på centrifugalpumpar, där den yttre ringen och lagersäteshålen använder ett basaxelsystem och den inre ringen och axeln använder ett bashålsystem. Lager smörjs vanligtvis med fett och olja.
När pumpaxeln passerar genom pumphuset finns det ett gap mellan axeln och huset. I en enkel sugcentrifugalpump, om axeltätningsanordningen inte används på denna plats, kommer högtrycksvatten inuti pumphuset att läcka ut i stora mängder. Packboxen är en vanlig axeltätningsanordning. Packboxen består av fem komponenter: axeltätning, packning, vattentätningsrör, vattentätningsring och packbox.
En spiral hänvisar till en spiralflödeskanal med en gradvis ökande tvärsnittsarea från pumphjulets utlopp till inloppet på nästa stegs pumphjul eller till pumpens utloppsrör. Flödeskanalen expanderar gradvis och utloppet är i form av ett diffusionsrör. Efter att vätskan strömmar ut ur pumphjulet kan dess flöde sakta minska, vilket omvandlar en stor del av kinetisk energi till statisk tryckenergi.
Fördelarna med en volute är enkel tillverkning, bred verkningsgradszon och minimala effektivitetsförändringar i pumpen efter att pumphjulet har vridits.
Nackdelen är att formen på spiralen är asymmetrisk, och vid användning av en enda spiral är trycket som verkar på rotorns radiella riktning ojämnt, vilket lätt kan få axeln att böjas. Därför, i flerstegspumpar, använder endast den första och sista sektionen voluter, medan i mittsektionen används styrhjulsanordningar.
Materialet i snigelskal är i allmänhet gjutjärn. Korrosionsskyddspumpens spiral är gjord av rostfritt stål eller andra korrosionsskyddande material, såsom plast, glasfiber, etc. På grund av det höga trycket kräver flerstegspumpar hög materialhållfasthet, och deras spiraler är vanligtvis gjorda av gjutstål.
Styrhjulet är en fast skiva med främre ledskovlar lindade runt den yttre kanten av pumphjulet på framsidan, och bildar diffusionsformade flödeskanaler. På baksidan finns omvända ledskovlar som styr vätskan mot nästa steg av pumphjulet. Efter att ha kastats ut ur pumphjulet kommer vätskan långsamt in i ledskovlarna och fortsätter att strömma utåt längs de främre ledskovlarna. Hastigheten minskar gradvis och det mesta av den kinetiska energin omvandlas till statisk tryckenergi.
Det radiella ensidiga spelet mellan pumphjulet och ledskovlarna är cirka 1 mm. Om gapet är för stort kommer effektiviteten att minska; Om gapet är för litet kommer det att orsaka vibrationer och buller. Jämfört med voluten är det segmenterade flerstegs centrifugalpumphuset med styrhjul lättare att tillverka och har högre effektivitet vid energiomvandling. Men installation och underhåll är svårare än snigelskal.
För att minska internt läckage och skydda pumphuset, är utbytbara tätningsringar installerade på huset som motsvarar pumphjulets inlopp. Det radiella spelet mellan tätningsringens inre hål och pumphjulets yttre cirkel är vanligtvis mellan 0.1-0,2 mm. Efter slitaget av tätningsringen ökar det radiella spelet, pumpens utloppsvolym minskar och effektiviteten minskar. När tätningsavståndet överstiger det angivna värdet, bör det bytas ut i tid.
Det finns tre strukturella former av tätningsringar:
För det första har den platta ringtypen en enkel struktur och är lätt att tillverka, men tätningseffekten är dålig. För det andra ger den rätvinkliga tätningsringen en 90 graders kanal för vätskeläckage, vilket resulterar i bättre tätningsprestanda än den platta ringtypen och används ofta. För det tredje har labyrinttätningsringen en bra tätningseffekt, men dess struktur är komplex och svår att tillverka, vilket sällan används i centrifugalpumpar.
3. Arbetsprocess för centrifugalpump
(1) Innan pumpen startas, fyll pumpen med vätskan som ska transporteras.
(2) Efter start av pumpen driver pumpaxeln pumphjulet att rotera med hög hastighet tillsammans, vilket genererar centrifugalkraft. Under denna åtgärd kastas vätskan mot impellerns yttre omkrets från mitten, vilket orsakar en ökning av trycket och strömmar in i pumphuset med hög hastighet (15-25 m/s).
(3) I spiralpumpens hölje, på grund av den kontinuerliga expansionen av flödeskanalen, saktar vätskans flödeshastighet ner, vilket omvandlar det mesta av den kinetiska energin till tryckenergi. Slutligen strömmar vätskan in i utloppsrörledningen vid ett högre statiskt tryck från utloppsporten.
(4) Efter att vätskan inuti pumpen har kastats ut, bildas ett vakuum i mitten av pumphjulet. Under tryckskillnaden mellan vätskenivåtrycket (atmosfäriskt tryck) och pumptrycket (negativt tryck), kommer vätskan in i pumpen genom sugledningen och fyller läget där vätskan släpps ut.
4. Klassificering av centrifugalpumpar
Centrifugalpumpsprodukter klassificeras i allmänhet enligt deras strukturella egenskaper, med flera klassificeringsmetoder inklusive arbetstryck, antal arbetande pumphjul och inloppsmetod för pumphjul.
(1) Enligt arbetstryck:
Lågtryckspump: tryck under 100 meter vattenpelare;
Medeltryckspump: tryck mellan 100-650 meter vattenpelare;
Högtryckspump: Trycket är högre än 650 meter vattenpelare.
(2) Enligt antalet fungerande pumphjul:
Enstegspump: syftar på att endast ha ett pumphjul på pumpaxeln.
Flerstegspump.: Det finns två eller flera pumphjul på pumpaxeln, och pumpens totala tryckhöjd är summan av pumphjulen som genereras av n pumphjul.
(3) Enligt impellerinloppsmetoden:
Enkelsidig inloppspump: även känd som en enkel sugpump, vilket innebär att det bara finns ett inlopp på pumphjulet.
Dubbelsidig inloppspump: även känd som dubbel sugpump, vilket innebär att det finns ett inlopp på båda sidor av pumphjulet. Dess flödeshastighet är dubbelt så stor som en enstaka sugpump, vilket kan approximeras som två enkla sugpumpshjul placerade rygg mot rygg tillsammans.
(4) Beroende på pumpaxelns position:
Horisontell pump: Pumpaxeln är placerad i horisontellt läge.
Vertikal pump: Pumpaxeln är placerad i vertikalt läge.
(5) Enligt pumphusets fogform:
Horisontell pump av öppen typ: hänvisar till en fogsöm som öppnas på horisontalplanet som passerar genom axeln.
Vertikal fogyta pump: det vill säga fogytan är vinkelrät mot axeln.
(6) Metoden för att leda vattnet från pumphjulet mot tryckkammaren är som följer:
Spiralhuspump: När vatten kommer ut ur pumphjulet kommer det direkt in i pumphuset med en spiralform.
Ledskovelpump: När vatten kommer ut ur pumphjulet kommer det in i ledskovlarna som är placerade utanför den och går sedan in i nästa steg eller rinner in i utloppsröret.
(7) Enligt de olika medierna som transporteras av centrifugalpumpar kan de delas in i rentvattenpumpar, oljepumpar, korrosionsbeständiga pumpar, etc.
5. Kavitation och gasbindning
Enligt arbetsprincipen för en centrifugalpump, när vätskan mellan bladen kastas ut ur det höghastighetsroterande pumphjulet, bildas en lågtryckszon nära pumphjulets inlopp. När trycket vid pumphjulets inlopp är lika med eller lägre än det mättade ångtrycket pV för den transporterade vätskan vid driftstemperaturen, kommer vätskan på den platsen att förångas och producera bubblor. När bubblor strömmar med vätskan till högtryckszonen kondenserar de snabbt under tryck.
I ögonblicket av bubbelkondensering genereras ett lokalt vakuum och den omgivande vätskan rusar mot utrymmet som upptas av bubblan med hög hastighet, vilket orsakar stötar och vibrationer, vilket resulterar i en betydande stötkraft. Speciellt när kondensationspunkten för bubblor är belägen nära bladets yta, träffar många vätskepartiklar bladet med hög frekvens och högt tryck; Samtidigt kan bubblor också innehålla en liten mängd syre, vilket kan orsaka kemisk korrosion på metallmaterial. Under den kombinerade verkan av kontinuerlig stöt och kemisk korrosion skadas bladens yta, vilket resulterar i fläckar och sprickor, vilket kommer att leda till för tidig skada på bladen. Detta fenomen kallas kavitation i centrifugalpumpar.
När en centrifugalpump startas, om det finns luft inuti pumpen, på grund av den låga luftdensiteten, är centrifugalkraften som genereras efter rotation liten, och det låga trycket som bildas i pumphjulets mittområde är inte tillräckligt för att suga in pumpen. flytande. Även om centrifugalpumpen startas kan den inte slutföra transportuppdraget. Detta fenomen kallas luftbindning.
Detta indikerar att centrifugalpumpen inte har någon självsugningskapacitet, så pumpen måste fyllas med den transporterade vätskan innan start. Naturligtvis, om sugporten på centrifugalpumpen är placerad under vätskenivån för den transporterade vätskan, kommer vätskan automatiskt att strömma in i pumpen, vilket är ett specialfall. Centrifugalpumpens sugledning är utrustad med en bottenventil för att förhindra att vätskan som injiceras innan den börjar strömma ut ur pumpen. Filtret kan blockera det fasta suget i vätskan och blockera rörledningen och reglerventilen installerad i pumphusets utloppsrörledning används för att starta, stoppa och reglera pumpens flödeshastighet.
Från de olika orsakerna till kavitation och gasbindning:
Luftbindning hänvisar till närvaron av luft i pumpkroppen, vilket vanligtvis uppstår när pumpen startas och yttrar sig huvudsakligen som att luften inuti pumpkroppen inte töms helt ut; Och kavitation beror på att vätskan når sitt förångningstryck vid en viss temperatur, vilket är nära relaterat till transportmediet och driftsförhållandena.
Det finns följande metoder för att förhindra uppkomsten av gasbindningsfenomen:
(1) Fyll skalet med vätska innan du börjar. Säkerställ ordentlig tätning av höljet och se till att ventilen och duschhuvudet för påfyllning av vatten inte läcker. Säkerställ bra tätningsprestanda.
(2) Centrifugalpumpens sugledning är utrustad med en bottenventil för att förhindra att vätskan som injiceras innan den börjar strömma ut ur pumpen. Filtret kan förhindra att det fasta materialet i vätskan sugs in. Utloppsröret är försett med en reglerventil för användning vid start, stopp och reglering av pumpens flöde.
(3) Placera sugporten på centrifugalpumpen under vätskenivån som ska transporteras, och vätskan kommer automatiskt att flöda in i pumpen.
De främsta orsakerna till kavitation är:
(1) Inloppsrörledningen har för stort motstånd eller så är rörledningen för tunn
(2) Temperaturen på transportmediet är för hög;
(3) För stort flöde, vilket innebär att utloppsventilen är öppen för brett;
(4) Installationshöjden är för hög, vilket påverkar pumpens sugkapacitet;
(5) Urvalsfrågor, inklusive val av pump, val av pumpmaterial, etc
villkor för uppgörelse:
(1) Rengör främmande föremål i inloppsrörledningen för att göra inloppet fritt, eller öka storleken på rördiametern;
(2) Minska temperaturen på transportmediet;
(3) Minska installationshöjden;
(4) Välj om pumpen eller gör förbättringar av vissa komponenter i pumpen, som att använda korrosionsbeständiga material.