Tijdens het stromingsproces van vloeistoffen gaat er enige mechanische energie verloren als gevolg van de stromingsweerstand. Om de vloeistof van de ene plaats naar de andere te transporteren, of het nu gaat om het overbrengen van de vloeistof van een locatie met een lagere totale specifieke energie naar een locatie met een hogere totale specifieke energie, of alleen om de stromingsweerstand te overwinnen, moet er mechanische energie aan de vloeistof worden geleverd. De machinerie die wordt gebruikt voor het transporteren van vloeistoffen wordt een pomp (Pump) genoemd. Pompen worden hoofdzakelijk ingedeeld in drie categorieën op basis van hun structurele kenmerken en werkingsprincipes:
I. Schoepen-type pompen: deze pompen werken doordat de roterende schoepen op de vloeistof werken, waardoor de mechanische energie van de vloeistof toeneemt. Voorbeelden hiervan zijn verschillende centrifugaalpompen, vortexpompen en axiale stromingspompen, enz.
II Verdringerpompen: deze pompen maken gebruik van de heen en weer gaande beweging van zuigers of de roterende beweging van rotoren om het volume van de werkkamer te veranderen, de vloeistof te comprimeren en werk aan de vloeistof uit te voeren, waardoor de mechanische energie van de vloeistof toeneemt. Voorbeelden hiervan zijn zuigerpompen, tandwielpompen en schroefpompen, enz.
III Jetpomp: deze werkt door gebruik te maken van de hoge-snelheidsstraal die door de werkvloeistof wordt gegenereerd om de vloeistof uit te stoten. Vervolgens wordt door impulsuitwisseling de energie van de uitgeworpen vloeistof vergroot.
Vanwege de eenvoudige structuur, het fabricagegemak, de stabiele stroom, het sterke aanpassingsvermogen en de gemakkelijke bediening worden centrifugaalpompen veel gebruikt in de chemische productie. Daarom zullen we ons in dit artikel concentreren op de introductie van centrifugaalpompen.
Het werkingsprincipe van een centrifugaalpomp
Wanneer een centrifugaalpomp in bedrijf is, vertrouwt deze op de roterende rotor met hoge snelheid- om de vloeistof in staat te stellen energie te verwerven en zijn drukpotentieel te verhogen onder invloed van de traagheidsmiddelpuntvliedende kracht. Voordat de centrifugaalpomp begint te werken, moeten het pomplichaam en de inlaatleiding worden gevuld met vloeibaar medium om het optreden van cavitatie te voorkomen.
Wanneer de waaier snel draait, zorgen de bladen ervoor dat het medium snel roteert. Het roterende medium wordt onder invloed van de middelpuntvliedende kracht uit de waaier geworpen. Nadat het water in de pomp is weggegooid, ontstaat er een vacuümgebied in het midden van de waaier. Tegelijkertijd zuigt hij voortdurend vloeistof aan en geeft hij voortdurend bepaalde energie aan de aangezogen-vloeistof, waarna hij de vloeistof afvoert. De centrifugaalpomp werkt dus continu op deze manier.
De structuur van een centrifugaalpomp
Er zijn veel soorten centrifugaalpompen. Hoewel de constructies van verschillende typen pompen verschillend zijn, zijn de hoofdcomponenten in principe hetzelfde.
De belangrijkste componenten van een centrifugaalpomp zijn: waaier, pompas, pomphuis, pompbasis, pakkingdoos (afdichting), afdichtring, lagerhuis, enz.
1. Waaier
De waaier is het werkende onderdeel van een centrifugaalpomp. Het bereikt het verpompen van vloeistoffen door met hoge snelheid te roteren en werkzaamheden aan de vloeistoffen uit te voeren. Het is een belangrijk onderdeel van de centrifugaalpomp.
De waaier bestaat doorgaans uit de naaf, de bladen en de afdekplaat. De afdekplaat van de waaier is verdeeld in de voorste afdekplaat en de achterste afdekplaat. De afdekplaat aan de inlaatzijde van de waaier wordt de voorste afdekplaat genoemd, en de afdekplaat aan de andere kant wordt de achterste afdekplaat genoemd.
Wanneer de centrifugaalpomp wordt gestart, drijft de pompas de waaier aan om samen met hoge snelheid te roteren. Hierdoor wordt de vloeistof die vooraf- tussen de bladen is gevuld, gedwongen te roteren. Onder invloed van de traagheidsmiddelpuntvliedende kracht beweegt de vloeistof radiaal van het midden naar de omtrek van de waaier.
Tijdens het stromingsproces door de waaier verkrijgt de vloeistof energie, waarbij de statische druk toeneemt en de stroomsnelheid toeneemt. Wanneer de vloeistof de waaier verlaat en het pomphuis binnendringt, vertraagt deze door de geleidelijk uitzettende stromingskanalen in het pomphuis. Een deel van de kinetische energie wordt omgezet in statische drukenergie en stroomt uiteindelijk tangentiaal in de afvoerleiding.
Volgens hun structurele vormen kunnen de waaiers in de volgende drie typen worden ingedeeld.
(1) De gesloten waaier heeft aan beide zijden afdekplaten. Tussen de afdekplaten zitten 4 tot 6 messen. De gesloten waaier heeft een hoog rendement en is het meest gebruikte type. Het is geschikt voor het transporteren van schone vloeistoffen zonder vaste deeltjes of vezels.
(2) De waaier van het open-type heeft geen afdekplaten aan beide zijden van de bladen. Het is geschikt voor het transporteren van vloeistoffen die een grote hoeveelheid zwevende stoffen bevatten. Het rendement ervan is echter relatief laag en de druk van de getransporteerde vloeistof is niet hoog.
(3) De semi-open waaier heeft alleen een achterplaat. Het is geschikt voor het transporteren van vloeistoffen die gevoelig zijn voor sedimentatie of vaste zwevende stoffen bevatten. Het rendement ligt tussen dat van de open en gesloten waaiers.
2. Pompas
De belangrijkste functie van de pompas van een centrifugaalpomp is het overbrengen van kracht en het ondersteunen van de waaier om deze in de werkpositie te houden en normaal te werken. Het ene uiteinde van de as is via een koppeling verbonden met de motoras en het andere uiteinde ondersteunt de waaier voor roterende beweging. De as is voorzien van componenten zoals lagers en axiale afdichtingen.
De gebruikelijke materialen voor pompassen zijn koolstofstaal en roestvrij staal.
De waaier en de as zijn verbonden door een spie. Omdat deze verbindingsmethode alleen koppel kan overbrengen, maar de axiale positie van de waaier niet kan fixeren, worden in de pomp een axiale bus en een borgmoer gebruikt om de axiale positie van de waaier te fixeren.
Nadat de waaier axiaal is gepositioneerd met de borgmoer en de asbus, is het, om te voorkomen dat de borgmoer losraakt, noodzakelijk om te voorkomen dat de pomp omkeert. Speciaal voor nieuw geïnstalleerde pompen of pompen die demontage en reparatie hebben ondergaan, moet een draairichtingcontrole worden uitgevoerd volgens de voorschriften om consistentie met de gespecificeerde richting te garanderen.
3. Mouw
De functie van de asbus is het beschermen van de pompas, waarbij de wrijving tussen de pakking en de pompas wordt omgezet in de wrijving tussen de pakking en de asbus. Daarom is de asbus een slijtage-gevoelig onderdeel van de centrifugaalpomp.
Het oppervlak van de asbus kan ook behandelingen ondergaan zoals carboneren, nitreren, verchromen en spuiten. De vereiste oppervlakteruwheid moet doorgaans Ra3,2μm - Ra0,8μm bereiken. Dit kan de wrijvingscoëfficiënt verminderen en de levensduur verlengen.
4. Lagers
De lagers spelen de rol van het ondersteunen van het gewicht en de belasting van de rotor. Bij centrifugaalpompen worden meestal wentellagers gebruikt. De buitenring van het lager bevindt zich in een basisassysteem met het gat in het lagerhuis, terwijl de binnenring zich in een basisgatsysteem bevindt met de roterende as. De overeenkomstige categorie nationale normen hebben aanbevolen waarden en kunnen worden geselecteerd op basis van specifieke omstandigheden. Lagers worden over het algemeen gesmeerd met vet en smeerolie.
5. Vuldoos
Wanneer de pompas uit het pomphuis steekt, ontstaat er een spleet tussen de as en het pomphuis. Als bij centrifugaalpompen met enkele-aanzuiging op dit onderdeel geen asafdichting wordt gebruikt, zal het hoge-water in het pomphuis in grote hoeveelheden naar buiten lekken. De pakkingdoos is een van de meest gebruikte asafdichtingen. De pakkingdoos bestaat uit vijf componenten: de asafdichtingsmof, de pakking, de waterslotbuis, de waterslotring en het pakkingdeksel.
⒍蜗壳
Het slakkenhuis is een spiraal-vormig stroomkanaal dat geleidelijk in dwarsdoorsnede- toeneemt vanaf de uitlaat van de waaier naar de inlaat van de volgende trap of naar de uitlaatpijp van de pomp. Het stroomkanaal zet geleidelijk uit en de uitlaat heeft de vorm van een diffusorbuis. Nadat de vloeistof uit de waaier stroomt, kan de stroomsnelheid soepel worden verlaagd, waardoor een groot deel van de kinetische energie wordt omgezet in statische drukenergie.
De voordelen van het slakkenhuis zijn dat het gemakkelijk te vervaardigen is, een brede efficiëntiezone heeft en dat de efficiëntie van de pomp weinig verandert nadat de waaier is bewerkt.
Het nadeel is dat de slakkenhuisvorm asymmetrisch is. Bij gebruik van een enkel slakkenhuis is de druk die radiaal op de rotor inwerkt niet uniform, waardoor de as waarschijnlijk zal buigen. Daarom gebruiken bij meer-trapspompen alleen de eerste en laatste sectie voluten, terwijl de middelste sectie gebruik maakt van een geleidewiel.
Het materiaal van het slakkenhuis is meestal gietijzer. Het slakkenhuis van de anti-corrosiepomp is gemaakt van roestvrij staal of andere- anticorrosiematerialen, zoals plastic, glasvezel, enz. Voor meer-trapspompen zijn vanwege de hoge druk de eisen aan de materiaalsterkte hoger, en hun slakkenhuizen zijn over het algemeen gemaakt van gegoten staal.
⒎ Aandrijfwiel
Het geleidewiel is een stationaire schijf met voorste leischoepen die aan de voorzijde om de buitenrand zijn gewikkeld. Deze leischoepen vormen een reeks diffusor-vormige stroomkanalen. Aan de achterkant bevinden zich omgekeerde leischoepen die de vloeistof naar de inlaat van de waaier van de volgende trap leiden. Nadat de vloeistof uit de waaier is geworpen, stroomt deze soepel het geleidewiel in en blijft langs de voorste leischoepen naar buiten stromen, waarbij de snelheid geleidelijk afneemt en het grootste deel van de kinetische energie wordt omgezet in statische drukenergie.
De radiale eenzijdige speling tussen de waaier en de leischoepen bedraagt ongeveer 1 mm. Als de speling te groot is, zal het rendement afnemen; als het te klein is, veroorzaakt het trillingen en lawaai. Vergeleken met het slakkenhuis is het pomphuis van de gesegmenteerde meer-trapscentrifugaalpomp met geleidewielen eenvoudiger te vervaardigen en heeft het een hogere efficiëntie bij de energieomzetting. De installatie en het onderhoud ervan zijn echter moeilijker dan die van het slakkenhuis.
16. Afdichtring
Om interne lekkage te verminderen en het pomphuis te beschermen, is een vervangbare afdichtring geïnstalleerd op de schaal die overeenkomt met de inlaat van de waaier. De radiale speling tussen het binnenste gat van de afdichtring en de buitenste cirkel van de waaier ligt doorgaans tussen 0,1 en 0,2 mm. Nadat de afdichtring versleten is, neemt de radiale speling toe, wat resulteert in een afname van het vloeistofafvoervolume van de pomp en een vermindering van de efficiëntie. Wanneer de afdichtingsspleet de opgegeven waarde overschrijdt, is het noodzakelijk om deze op tijd te vervangen.
De structurele vormen van de afdichtring zijn drie typen:
Platte-ringtype, met een eenvoudige structuur en gemakkelijke productie, maar slecht afdichtend effect;
De afdichtring van het haakse-type zorgt ervoor dat vloeistoflekkage door een kanaal van 90 graden kan stromen, wat resulteert in een beter afdichtingseffect vergeleken met het platte-ringtype. Het wordt veel gebruikt.
De labyrintafdichtingsring heeft een goed afdichtend effect, maar de structuur is complex en de vervaardiging ervan is moeilijk. Daarom wordt het zelden gebruikt in centrifugaalpompen.
Het werkproces van een centrifugaalpomp
Voordat u de pomp start, vult u de pomp eerst met de te transporteren vloeistof.
2. Nadat de pomp is gestart, drijft de pompas de waaier aan om met hoge snelheid te roteren, waardoor centrifugaalkracht wordt gegenereerd. Onder deze kracht wordt de vloeistof vanuit het midden van de waaier naar de omtrek van de waaier geworpen, neemt de druk toe en stroomt deze met een zeer hoge snelheid (15-25 m/s) in het pomphuis.
3. Terwijl het stroomkanaal in het pomphuis voortdurend uitzet, neemt de stroomsnelheid van de vloeistof af, waardoor het grootste deel van de kinetische energie wordt omgezet in drukenergie. Tenslotte stroomt de vloeistof met een relatief hoge statische druk uit de afvoerpoort en komt in de afvoerleiding terecht.
4. Nadat de vloeistof uit de pomp is verdreven, ontstaat er een vacuüm in het midden van de waaier. Onder het drukverschil tussen de vloeistofoppervlaktedruk (atmosferische druk) en de druk in de pomp (negatieve druk), komt de vloeistof de pomp binnen via de zuigleiding en vult de positie waar de vloeistof werd verdreven.
Classificatie van centrifugaalpompen
Centrifugaalpompproducten worden over het algemeen geclassificeerd op basis van hun structurele kenmerken. Er zijn verschillende classificatiemethoden, waaronder zes typen: geclassificeerd op basis van werkdruk, op basis van het aantal werkende waaiers, op basis van de manier waarop de waaier water opneemt, enz.
⒈ Afhankelijk van werkdruk:
Lage-drukpomp: de druk is lager dan 100 meter waterkolom.
Midden-drukpomp: de druk varieert van 100 tot 650 meter waterkolom.
Hogedruk-pomp: de druk is hoger dan een waterkolom van 650 meter.
2. Volgens het aantal werkende waaiers:
Enkel-trapspomp: dit verwijst naar een pomp waarbij er slechts één waaier op de pompas zit.
Meer-trapspomp: dit type pomp heeft twee of meer waaiers op de as. In dit geval is de totale opvoerhoogte van de pomp de som van de opvoerhoogtes gegenereerd door elk van de n waaiers.
3. Volgens de waterinlaatmethode van de waaier:
Enkelvoudige-waterinlaatpomp-: Ook bekend als enkele-zuigpomp, dit betekent dat er slechts één waterinlaatpoort op de waaier zit.
Bidirectionele zuigpomp: ook wel dubbele-zuigpomp genoemd, deze heeft een inlaatpoort aan beide zijden van de waaier. Het debiet is twee keer zo groot als dat van een enkele-zuigpomp. Het kan grofweg worden beschouwd als twee enkele-zuigpompwaaiers die ruggengraat-aan- zijn geplaatst.
4. Afhankelijk van de positie van de pompas:
Horizontale pomp: De pompas bevindt zich in een horizontale positie.
Verticale pomp: De pompas bevindt zich in verticale positie.
5. Afhankelijk van de vorm van de pomphuisverbinding:
Horizontale splitpomp: Het is er een waarbij de verbindingsnaad wordt geopend op het horizontale vlak dat door de as loopt.
Verticale gewrichtsoppervlaktepomp: Dit verwijst naar een pomp waarbij het gewrichtsoppervlak loodrecht op de aslijn staat.
6. De methode om het water dat de waaier verlaat naar de afvoerkamer te leiden:
Behuizingspomp: Nadat het water de waaier verlaat, komt het rechtstreeks in het pomphuis terecht, dat een spiraalvorm heeft.
Leischoepenpomp: Nadat het water de waaier verlaat, komt het in de leischoepen die zich buiten de waaier bevinden, en gaat dan verder naar de volgende fase of stroomt in de uitlaatpijp.
⒎ Afhankelijk van de verschillende media die worden getransporteerd, kunnen centrifugaalpompen worden geclassificeerd als: waterpompen, oliepompen, corrosie-bestendige pompen, enz.
Cavitatie en vapor lock
Erosie fenomeen
Uit het werkingsprincipe van de centrifugaalpomp kan worden afgeleid dat nadat de vloeistof tussen de bladen uit de met hoge- snelheid roterende rotor is uitgestoten, er een gebied met lage- druk wordt gevormd nabij de inlaat van de rotor. Wanneer de druk bij de waaierinlaat gelijk is aan of lager is dan de verzadigde dampdruk pV van de getransporteerde vloeistof bij de bedrijfstemperatuur, zal de vloeistof in dit gebied verdampen en bellen vormen. Wanneer de bellen met de vloeistof naar het hogedrukgebied reizen-, zullen ze snel condenseren als gevolg van de druk.
Op het moment van bellencondensatie ontstaat er plaatselijk een vacuüm. De omringende vloeistof stroomt met hoge snelheid naar de ruimte die voorheen door de bel werd ingenomen, waardoor schokken en trillingen ontstaan, wat resulteert in een aanzienlijke impactkracht. Vooral wanneer het condensatiepunt van de bel zich dichtbij het oppervlak van het blad bevindt, botsen talrijke vloeistofdeeltjes met een hoge frequentie en druk op het blad; tegelijkertijd kan de bel ook een kleine hoeveelheid zuurstof en andere stoffen bevatten die een chemisch corrosief effect hebben op metalen materialen. Door de gecombineerde werking van voortdurende impact en chemische corrosie wordt het oppervlak van het blad beschadigd, waardoor vlekken en scheuren ontstaan, wat zal leiden tot voortijdige schade aan het blad. Dit fenomeen wordt bij centrifugaalpompen cavitatie genoemd.
Het fenomeen van gasbinding
Wanneer een centrifugaalpomp wordt gestart en er lucht in de pomp zit, is de centrifugaalkracht die na rotatie wordt gegenereerd, vanwege de lage luchtdichtheid, klein. Als gevolg hiervan is de lage druk die in het middengebied van de waaier wordt gevormd onvoldoende om de vloeistof aan te zuigen. Zelfs als de centrifugaalpomp wordt gestart, kan deze de transporttaak niet voltooien. Dit fenomeen wordt "luchtsluis" genoemd.
Dit geeft aan dat de centrifugaalpomp geen zelfaanzuigend vermogen heeft. Daarom moet de centrifugaalpomp vóór het starten worden gevuld met de te transporteren vloeistof. Als de zuiginlaat van de centrifugaalpomp zich onder het vloeistofniveau van de getransporteerde vloeistof bevindt, zal de vloeistof uiteraard automatisch in de pomp stromen. Dit is een speciaal geval. De zuigleiding van de centrifugaalpomp is voorzien van een bodemklep om te voorkomen dat de vloeistof die al eerder was gevuld, uit de pomp stroomt. Het filterscherm kan voorkomen dat vaste stoffen in de vloeistof worden aangezogen en de leidingen en de persleiding van het pomphuis verstoppen. De regelklep die in de persleiding is geïnstalleerd, wordt gebruikt voor het starten van de pomp, het stoppen van de pomp en het regelen van de stroom.
Vanuit het perspectief van de verschillende oorzaken van cavitatie en vapor lock:
Luchtbinding verwijst naar de aanwezigheid van lucht in het pomplichaam. Het treedt meestal op wanneer de pomp wordt gestart. De belangrijkste manifestatie is dat de lucht in het pomplichaam niet volledig is verwijderd. Terwijl cavitatie wordt veroorzaakt doordat de vloeistof bij een bepaalde temperatuur zijn verdampingsdruk bereikt. Het is duidelijk dat dit nauw samenhangt met het getransporteerde medium en de arbeidsomstandigheden.
De volgende methoden kunnen worden gebruikt om het optreden van het luchtsluisfenomeen te voorkomen:
1. Vul de schaal met vloeistof voordat u begint. Zorg voor een goede afdichting op de schaal. De watervulkraan en de douchekop mogen niet lekken. De afdichtingsprestaties moeten goed zijn.
2. De zuigleiding van de centrifugaalpomp is voorzien van een bodemklep om te voorkomen dat de vloeistof die vóór het opstarten is ingepompt, terug in de pomp stroomt. Het filterscherm kan voorkomen dat vaste deeltjes uit de vloeistof worden aangezogen. De persleiding is voorzien van een regelklep die wordt gebruikt voor het starten en stoppen van de pomp en het regelen van het debiet.
3. Plaats de zuiginlaat van de centrifugaalpomp onder het vloeistofniveau waar de vloeistof getransporteerd moet worden. De vloeistof stroomt automatisch in de pomp.
De oorzaken en oplossingen van het optreden van cavitatie
De belangrijkste oorzaken van cavitatie zijn:
1. De weerstand van de inlaatleiding is te hoog of de leiding is te dun.
2. De temperatuur van het getransporteerde medium is te hoog;
3. Overmatige doorstroming, dat wil zeggen dat de uitlaatklep te wijd is geopend;
4. De installatiehoogte is te hoog, wat de vloeistofopnamecapaciteit van de pomp beïnvloedt.
5. Selectievraagstukken, waaronder de selectie van pompen en de selectie van pompmaterialen, etc.
Oplossing:
1. Verwijder vreemde voorwerpen uit de inlaatleiding om een soepele doorstroming te garanderen, of vergroot de diameter van de leiding.
2. Verlaag de temperatuur van het getransporteerde medium;
3. Verlaag de installatiehoogte;
4. Vervang de pomp of breng verbeteringen aan bepaalde onderdelen van de pomp aan, zoals het gebruik van materialen die bestand zijn tegen cavitatie.
