Souhrn znalostních bodů pro odstředivá čerpadla

Jul 13, 2024

1. Princip činnosti odstředivého čerpadla
Když odstředivé čerpadlo pracuje, spoléhá se na vysokorychlostní rotující oběžné kolo, které zvyšuje tlakovou energii kapaliny působením setrvačné odstředivé síly. Než odstředivé čerpadlo začne pracovat, musí být těleso čerpadla a vstupní potrubí naplněny kapalným médiem, aby se zabránilo kavitaci.
Když se oběžné kolo otáčí rychle, lopatky podporují rychlé otáčení média. Rotující médium vylétá z oběžného kola působením odstředivé síly a voda uvnitř čerpadla je vymrštěna ven a vytváří vakuovou oblast ve středu oběžného kola. Nepřetržité vdechování kapaliny při kontinuálním poskytování určitého množství energie vdechované kapalině k jejímu vypuzení. Odstředivé čerpadlo takto pracuje nepřetržitě.
2. Konstrukce odstředivého čerpadla
Existuje mnoho druhů odstředivých čerpadel, a přestože se konstrukce každého typu čerpadel liší, hlavní součásti jsou v zásadě stejné.
Mezi hlavní součásti odstředivého čerpadla patří: oběžné kolo, hřídel čerpadla, těleso čerpadla, sedlo čerpadla, ucpávka (zařízení pro utěsnění hřídele), kroužek snižující únik, sedlo ložiska atd.

Oběžné kolo je pracovní součástí odstředivého čerpadla, které se při práci na kapalině a při přepravě kapaliny spoléhá na svou vysokorychlostní rotaci. Je důležitou součástí odstředivého čerpadla.
Oběžné kolo se obecně skládá ze tří částí: náboje, lopatek a krycí desky. Krycí desku oběžného kola lze rozdělit na přední krycí desku a zadní krycí desku. Krycí deska na straně portu oběžného kola se nazývá přední krycí deska a krycí deska na druhé straně se nazývá zadní krycí deska.
Po spuštění odstředivého čerpadla hřídel čerpadla pohání oběžné kolo tak, aby se otáčilo vysokou rychlostí, což nutí kapalinu předem naplněnou mezi lopatkami otáčet. Působením setrvačné odstředivé síly se kapalina pohybuje radiálně od středu oběžného kola k vnějšímu obvodu.
Kapalina získává energii při svém pohybu oběžným kolem, což má za následek zvýšení energie statického tlaku a zvýšení rychlosti proudění. Když kapalina opouští oběžné kolo a vstupuje do tělesa čerpadla, zpomaluje se v důsledku postupného rozšiřování průtokového kanálu uvnitř tělesa. Část kinetické energie se přemění na energii statického tlaku a nakonec proudí do výtlačného potrubí v tangenciálním směru.
Podle konstrukčního tvaru lze oběžná kola rozdělit do následujících tří typů.
(1)Uzavřené oběžné kolo má krycí desky na obou stranách oběžného kola s 4-6 lopatkami mezi krycími deskami. Uzavřené oběžné kolo má vysokou účinnost a je široce používané, vhodné pro dopravu čistých kapalin bez pevných částic a vláken.
(2)Otevřené oběžné kolo nemá na obou stranách lopatky žádné krycí desky, což je vhodné pro dopravu kapalin obsahujících velké množství nerozpuštěných látek. Má nízkou účinnost a tlak dopravované kapaliny není vysoký.
Polootevřené oběžné kolo má pouze zadní krycí desku a je vhodné pro dopravu kapalin, které se snadno usazují nebo obsahují pevné nerozpuštěné látky. Jeho účinnost je mezi otevřenými a uzavřenými oběžnými koly.

Hlavní funkcí hřídele čerpadla odstředivého čerpadla je přenášet výkon a podporovat oběžné kolo pro udržení normálního provozu v pracovní poloze. Na jednom konci je připojen k hřídeli motoru pomocí spojky a na druhém konci podpírá oběžné kolo pro rotační pohyb. Hřídel je vybavena ložisky, axiálními těsněními a dalšími součástmi.
Běžně používané materiály pro hřídele čerpadel jsou uhlíková ocel a nerezová ocel.
Oběžné kolo a hřídel jsou spojeny pery. Protože tento způsob připojení může přenášet pouze krouticí moment a nemůže fixovat axiální polohu oběžného kola, používá se ve vodním čerpadle také pouzdro hřídele a pojistná matice k upevnění axiální polohy oběžného kola.
Po axiálním umístění oběžného kola s pojistnou maticí a pouzdrem hřídele, aby se zabránilo zatažení pojistné matice, je nutné zabránit zpětnému chodu vodní pumpy, zejména pro prvotní instalaci vodní pumpy nebo vodní pumpy po demontáži a údržbě by měla být kontrola řízení provedena podle předpisů, aby byla zajištěna shoda se specifikovaným řízením.
Funkcí pouzdra hřídele je chránit hřídel čerpadla a přeměňovat tření mezi ucpávkou a hřídelí čerpadla na tření mezi těsněním a pouzdrem hřídele. Proto je pouzdro hřídele snadno opotřebitelnou součástí odstředivého čerpadla.
Povrch pouzdra hřídele lze obecně upravovat metodami jako je nauhličování, nitridace, chromování, stříkání atd. Požadavek na drsnost povrchu je obecně Ra3,2 μm až Ra0,8 μm. Může snížit koeficient tření a zlepšit životnost.
Ložiska hrají roli při podpoře hmotnosti a nosnosti rotoru. Valivá ložiska se běžně používají u odstředivých čerpadel, přičemž vnější kroužek a otvory sedla ložiska používají systém základní hřídele a vnitřní kroužek a hřídel používají systém základních otvorů. Ložiska jsou obecně mazána tukem a olejem.
Při průchodu hřídele čerpadla skříní čerpadla je mezi hřídelí a skříní mezera. U odstředivého čerpadla s jednoduchým sáním, pokud se na tomto místě nepoužije ucpávka hřídele, bude vysokotlaká voda uvnitř tělesa čerpadla unikat ve velkém množství. Těsnicí box je běžně používané zařízení pro těsnění hřídele. Těsnicí krabice se skládá z pěti součástí: hřídelové těsnění, těsnění, trubka vodního těsnění, vodní těsnicí kroužek a ucpávka.

Spirála označuje spirálový průtokový kanál s postupně se zvětšující plochou průřezu od výstupu oběžného kola ke vstupu oběžného kola dalšího stupně nebo k výstupnímu potrubí čerpadla. Průtokový kanál se postupně rozšiřuje a výstup má tvar difuzní trubice. Poté, co kapalina vyteče z oběžného kola, může její průtok pomalu klesat, přičemž se velká část kinetické energie přemění na energii statického tlaku.
Výhodami spirály je snadná výroba, široká zóna účinnosti a minimální změny účinnosti čerpadla po otočení oběžného kola.
Nevýhodou je, že tvar spirály je asymetrický a při použití jediné spirály je tlak působící na radiální směr rotoru nerovnoměrný, což může snadno způsobit prohnutí hřídele. Proto u vícestupňových čerpadel pouze první a poslední sekce používají voluty, zatímco ve střední sekci se používají zařízení s vodicími koly.
Materiálem šnečích ulit je obecně litina. Spirála antikorozního čerpadla je vyrobena z nerezové oceli nebo jiných antikorozních materiálů, jako je plast, sklolaminát atd. Vícestupňová čerpadla vyžadují kvůli vysokému tlaku vysokou pevnost materiálu a jejich spirály jsou obecně vyrobeny z litá ocel.
Vodicí kolo je pevný disk s předními vodicími lopatkami ovinutými kolem vnějšího okraje oběžného kola na přední straně, které tvoří průtokové kanály ve tvaru difúze. Na zadní straně jsou reverzní vodicí lopatky, které vedou kapalinu směrem k dalšímu stupni oběžného kola. Po vyhození z oběžného kola kapalina pomalu vstupuje do vodicích lopatek a pokračuje v proudění směrem ven podél předních vodicích lopatek. Rychlost postupně klesá a většina kinetické energie se přemění na energii statického tlaku.
Radiální jednostranná vůle mezi oběžným kolem a rozváděcími lopatkami je přibližně 1 mm. Pokud je mezera příliš velká, účinnost se sníží; Pokud je mezera příliš malá, způsobí vibrace a hluk. Segmentové vícestupňové těleso odstředivého čerpadla s vodicími koly je ve srovnání se spirálou jednodušší na výrobu a má vyšší účinnost při přeměně energie. Instalace a údržba jsou ale náročnější než šnečí ulity.
Pro snížení vnitřní netěsnosti a ochranu tělesa čerpadla jsou na tělese odpovídajícím vstupu oběžného kola instalovány vyměnitelné těsnící kroužky. Radiální vůle mezi vnitřním otvorem těsnicího kroužku a vnějším kruhem oběžného kola je obecně mezi 0.1-0,2 mm. Po opotřebení těsnicího kroužku se zvětšuje radiální vůle, zmenšuje se výtlačný objem čerpadla a snižuje se účinnost. Když těsnicí vůle překročí specifikovanou hodnotu, měla by být včas vyměněna.
Existují tři konstrukční formy těsnících kroužků:
Za prvé, typ plochého kroužku má jednoduchou strukturu a snadno se vyrábí, ale těsnící účinek je slabý. Za druhé, pravoúhlý těsnicí kroužek poskytuje 90stupňový kanál pro únik kapaliny, což má za následek lepší těsnicí výkon než typ s plochým kroužkem a je široce používán. Za třetí, labyrintový těsnicí kroužek má dobrý těsnící účinek, ale jeho struktura je složitá a obtížně vyrobitelná, což se u odstředivých čerpadel používá jen zřídka.
3. Pracovní proces odstředivého čerpadla
(1) Před spuštěním čerpadla naplňte čerpadlo čerpanou kapalinou.
(2) Po spuštění čerpadla hřídel čerpadla pohání oběžné kolo, aby se společně otáčilo vysokou rychlostí a generovalo odstředivou sílu. Při této činnosti je kapalina vrhána směrem k vnějšímu obvodu oběžného kola ze středu, což způsobuje zvýšení tlaku a proudí do tělesa čerpadla vysokou rychlostí (15-25 m/s).
(3) Ve skříni spirálního čerpadla se v důsledku kontinuálního roztahování průtokového kanálu zpomaluje průtok kapaliny a přeměňuje většinu kinetické energie na tlakovou energii. Nakonec kapalina proudí do výtlačného potrubí pod vyšším statickým tlakem z výtlačného otvoru.
(4) Po vytlačení kapaliny uvnitř čerpadla se ve středu oběžného kola vytvoří vakuum. Při rozdílu tlaků mezi tlakem hladiny kapaliny (atmosférický tlak) a tlakem čerpadla (podtlak) vstupuje kapalina do čerpadla sacím potrubím a vyplňuje místo, kde je kapalina vypouštěna.

4. Klasifikace odstředivých čerpadel
Produkty odstředivých čerpadel jsou obecně klasifikovány podle jejich konstrukčních charakteristik, s více klasifikačními metodami včetně pracovního tlaku, počtu pracovních oběžných kol a vstupní metody oběžných kol.
(1) Podle pracovního tlaku:
Nízkotlaké čerpadlo: tlak pod 100 metrů vodního sloupce;
Středotlaké čerpadlo: tlak mezi 100-650 metry vodního sloupce;
Vysokotlaké čerpadlo: Tlak je vyšší než 650 metrů vodního sloupce.
(2) Podle počtu pracovních oběžných kol:
Jednostupňové čerpadlo: znamená mít pouze jedno oběžné kolo na hřídeli čerpadla.
Vícestupňové čerpadlo.: Na hřídeli čerpadla jsou dvě nebo více oběžných kol a celková dopravní výška čerpadla je součtem dopravní výšky generované n oběžnými koly.
(3) Podle způsobu vstupu oběžného kola:
Jednostranné vstupní čerpadlo: také známé jako jednoduché sací čerpadlo, což znamená, že na oběžném kole je pouze jeden vstup.
Oboustranné sací čerpadlo: také známé jako dvojité sací čerpadlo, což znamená, že na obou stranách oběžného kola je vstup. Jeho průtok je dvojnásobný ve srovnání s jedním sacím čerpadlem, což lze přiblížit jako dvě jednotlivá oběžná kola sacího čerpadla umístěná zády k sobě.
(4) Podle polohy hřídele čerpadla:
Horizontální čerpadlo: Hřídel čerpadla je umístěna ve vodorovné poloze.
Vertikální čerpadlo: Hřídel čerpadla je umístěna ve svislé poloze.
(5) Podle tvaru kloubu skříně čerpadla:
Horizontální čerpadlo otevřeného typu: označuje spojový šev otevřený v horizontální rovině procházející osou.
Vertikální pumpa kloubní plochy: to znamená, že plocha kloubu je kolmá k ose.
(6) Způsob vedení vody z oběžného kola směrem k tlakové komoře je následující:
Čerpadlo se spirálovou skříní: Poté, co voda vyteče z oběžného kola, vstupuje přímo do skříně čerpadla se spirálovým tvarem.
Vodící lopatkové čerpadlo: Poté, co voda vyteče z oběžného kola, vstupuje do vodicích lopatek umístěných mimo něj a poté vstupuje do dalšího stupně nebo proudí do výstupního potrubí.
(7) Podle různých médií dopravovaných odstředivými čerpadly je lze rozdělit na čerpadla na čistou vodu, olejová čerpadla, čerpadla odolná proti korozi atd.
5. Kavitace a vazba plynu
Podle principu činnosti odstředivého čerpadla, když je kapalina mezi lopatkami vyhazována z vysokorychlostně rotujícího oběžného kola, vzniká v blízkosti vstupu oběžného kola nízkotlaká zóna. Když je tlak na vstupu oběžného kola roven nebo nižší než tlak nasycených par pV přepravované kapaliny při provozní teplotě, kapalina v tomto místě se bude vypařovat a vytvářet bubliny. Když bubliny proudí s kapalinou do vysokotlaké zóny, rychle pod tlakem kondenzují.
V okamžiku kondenzace bublin vzniká lokální vakuum a okolní kapalina se řítí směrem k prostoru obsazenému bublinou vysokou rychlostí, což způsobuje rázy a vibrace, což má za následek značnou nárazovou sílu. Zejména když je bod kondenzace bublin umístěn blízko povrchu čepele, na čepel naráží četné kapalné částice při vysoké frekvenci a tlaku; Zároveň mohou bublinky obsahovat i malé množství kyslíku, což může způsobit chemickou korozi kovových materiálů. Při kombinovaném působení nepřetržitého nárazu a chemické koroze dochází k poškození povrchu lopatek, což má za následek skvrny a praskliny, což povede k předčasnému poškození lopatek. Tento jev se u odstředivých čerpadel nazývá kavitace.
Když je odstředivé čerpadlo spuštěno, je-li uvnitř čerpadla vzduch, v důsledku nízké hustoty vzduchu je odstředivá síla generovaná po rotaci malá a nízký tlak vytvořený ve střední oblasti oběžného kola nestačí k nasátí kapalina. I když je odstředivé čerpadlo spuštěno, nemůže dokončit úlohu dopravy. Tento jev se nazývá vazba vzduchu.
To znamená, že odstředivé čerpadlo nemá schopnost samosání, takže čerpadlo musí být před spuštěním naplněno dopravovanou kapalinou. Je samozřejmé, že pokud je sací hrdlo odstředivého čerpadla umístěno pod hladinou kapaliny dopravované kapaliny, kapalina automaticky proudí do čerpadla, což je speciální případ. Sací potrubí odstředivého čerpadla je vybaveno spodním ventilem, který zabraňuje vytékání kapaliny vstřikované před spuštěním z čerpadla. Filtr může blokovat nasávání pevných látek v kapalině a blokovat potrubí a regulační ventil instalovaný ve výtlačném potrubí skříně čerpadla se používá pro spouštění, zastavování a regulaci průtoku čerpadla.
Z různých příčin kavitace a vazby plynu:
Vazba vzduchu se týká přítomnosti vzduchu v tělese čerpadla, k níž obvykle dochází při spuštění čerpadla a projevuje se především tím, že vzduch uvnitř tělesa čerpadla není zcela vypuštěn; A kavitace je způsobena tím, že kapalina dosáhne svého odpařovacího tlaku při určité teplotě, která úzce souvisí s dopravním médiem a provozními podmínkami.
Existují následující metody, jak zabránit vzniku fenoménu vázání plynu:
(1) Před spuštěním naplňte plášť kapalinou. Zajistěte řádné utěsnění pláště a zajistěte, aby ventil a sprchová hlavice pro napouštění vody neunikaly. Zajistěte dobrý těsnicí výkon.
(2) Sací potrubí odstředivého čerpadla je vybaveno spodním ventilem, který zabraňuje vytékání kapaliny vstřikované před spuštěním z čerpadla. Filtr může zabránit nasávání pevných látek v kapalině. Výtlačné potrubí je vybaveno regulačním ventilem pro použití při spouštění, vypínání a regulaci průtoku čerpadla.
(3) Umístěte sací otvor odstředivého čerpadla pod hladinu kapaliny, která má být přepravována, a kapalina bude automaticky proudit do čerpadla.
Hlavní příčiny kavitace jsou:
(1) Vstupní potrubí má nadměrný odpor nebo je potrubí příliš tenké
(2) Teplota dopravního média je příliš vysoká;
(3) Nadměrný průtok, což znamená, že výstupní ventil je otevřen příliš široce;
(4) Instalační výška je příliš vysoká, což ovlivňuje sací výkon čerpadla;
(5) Problémy s výběrem, včetně výběru čerpadla, výběru materiálu čerpadla atd
podmínky vypořádání:
(1) Vyčistěte cizí předměty ve vstupním potrubí, aby byl vstup volný, nebo zvětšete průměr potrubí;
(2) Snižte teplotu dopravního média;
(3) Snižte výšku instalace;
(4) Znovu vyberte čerpadlo nebo proveďte vylepšení určitých součástí čerpadla, jako je použití materiálů odolných proti korozi.