1. Принцип роботи відцентрового насоса
Коли відцентровий насос працює, він покладається на високошвидкісне обертове робоче колесо для збільшення енергії тиску рідини під дією інерційної відцентрової сили. Перед початком роботи відцентрового насоса корпус насоса і вхідний трубопровід повинні бути заповнені рідким середовищем для запобігання кавітації.
Коли робоче колесо обертається швидко, лопаті сприяють швидкому обертанню середовища. Обертове середовище вилітає з робочого колеса під дією відцентрової сили, а вода всередині насоса викидається назовні, утворюючи в центрі робочого колеса зону розрідження. Безперервне вдихання рідини, безперервно надаючи певну кількість енергії вдихуваній рідині для її виведення. Відцентровий насос працює безперервно таким чином.
2. Будова відцентрового насоса
Існує багато різновидів відцентрових насосів, і хоча конструкції кожного типу насосів відрізняються, основні компоненти в основному однакові.
До основних компонентів відцентрового насоса належать: робоче колесо, вал насоса, корпус насоса, сідло насоса, сальникова коробка (пристрій ущільнення вала), кільце зменшення витоку, гніздо підшипника тощо.
Робоче колесо є робочим компонентом відцентрового насоса, який покладається на його високу швидкість обертання, щоб виконувати роботу над рідиною та забезпечити транспортування рідини. Це важливий компонент відцентрового насоса.
Робоче колесо, як правило, складається з трьох частин: втулки, лопатей і кришки. Накладку робочого колеса можна розділити на передню накладку та задню накладку. Кришка з боку входу робочого колеса називається передньою кришкою, а кришка з іншого боку називається задньою кришкою.
Після запуску відцентрового насоса вал насоса призводить до обертання робочого колеса з високою швидкістю, змушуючи рідину, попередньо заповнену між лопатями, обертатися. Під дією відцентрової сили інерції рідина рухається радіально від центру робочого колеса до зовнішнього кола.
Під час руху через робоче колесо рідина отримує енергію, що призводить до збільшення енергії статичного тиску та збільшення швидкості потоку. Коли рідина покидає робоче колесо і потрапляє в корпус насоса, вона сповільнюється за рахунок поступового розширення каналу потоку всередині корпусу. Частина кінетичної енергії перетворюється в енергію статичного тиску і, нарешті, надходить у напірний трубопровід уздовж тангенціального напрямку.
За конструктивною формою робочі колеса можна розділити на три види.
(1) Закрите робоче колесо має кришки з обох боків робочого колеса з 4-6 лопатями між кришками. Закрите робоче колесо має високу ефективність і широко використовується, підходить для транспортування чистих рідин без твердих часток і волокон.
(2) Відкрите робоче колесо не має накладок з обох боків лопаті, що підходить для транспортування рідин, що містять велику кількість зважених твердих речовин. Він має низьку ефективність і тиск рідини, що транспортується, невисокий.
Напіввідкрите робоче колесо має лише задню кришку та підходить для транспортування рідин, які легко осідають, або містять тверді зважені тверді речовини. Його ефективність між відкритим і закритим робочим колесом.
Основною функцією вала насоса відцентрового насоса є передача потужності та підтримка робочого колеса для підтримки нормальної роботи в робочому положенні. Він з’єднаний з валом двигуна через муфту на одному кінці та підтримує робоче колесо для обертального руху на іншому кінці. Вал оснащений підшипниками, осьовими ущільненнями та іншими вузлами.
Зазвичай використовуваними матеріалами для валів насосів є вуглецева та нержавіюча сталь.
Крильчатка і вал з'єднані шпонками. Оскільки цей спосіб з’єднання може лише передавати крутний момент і не може фіксувати осьове положення робочого колеса, у водяному насосі також використовуються втулка вала та стопорна гайка для фіксації осьового положення робочого колеса.
Після того, як робоче колесо встановлено в осьове положення за допомогою стопорної гайки та втулки вала, щоб запобігти втягуванню стопорної гайки, необхідно запобігти реверсу водяного насоса, особливо для початкового встановлення водяного насоса або водяного насоса після розбирання і технічного обслуговування, перевірка рульового управління повинна проводитися відповідно до правил, щоб забезпечити узгодженість із зазначеним рульовим керуванням.
Функція втулки вала полягає в тому, щоб захищати вал насоса, перетворюючи тертя між ущільненням і валом насоса в тертя між ущільненням і втулкою вала. Тому втулка вала є частиною відцентрового насоса, яка легко зношується.
Поверхня втулки вала зазвичай може бути оброблена такими методами, як науглерожування, азотування, хромування, напилення тощо. Вимоги щодо шорсткості поверхні зазвичай становлять від Ra3,2 мкм до Ra0,8 мкм. Це може зменшити коефіцієнт тертя та збільшити термін служби.
Підшипники відіграють певну роль у підтримці ваги та несучої здатності ротора. Підшипники кочення зазвичай використовуються на відцентрових насосах, при цьому зовнішнє кільце та отвори підшипника мають систему базового вала, а внутрішнє кільце та вал використовують систему базових отворів. Підшипники, як правило, змащуються мастилом і маслом.
Коли вал насоса проходить через корпус насоса, між валом і корпусом залишається зазор. У відцентровому насосі з одним всмоктуванням, якщо пристрій ущільнення вала не використовується в цьому місці, вода під високим тиском всередині корпусу насоса буде витікати у великих кількостях. Сальникова коробка - це широко використовуваний пристрій ущільнення валу. Сальникова коробка складається з п’яти компонентів: ущільнення валу, сальника, труби гідрозатвору, кільця гідрозатвору та сальника.
Спіральний канал відноситься до спірального каналу потоку з поступово зростаючою площею поперечного перерізу від виходу робочого колеса до входу робочого колеса наступного ступеня або до вихідної труби насоса. Канал потоку поступово розширюється, а вихідний отвір має форму дифузійної трубки. Після того, як рідина витікає з робочого колеса, її швидкість потоку може повільно зменшуватися, перетворюючи велику частину кінетичної енергії в енергію статичного тиску.
Перевагами спіралі є простота виготовлення, широка зона ефективності та мінімальна зміна ефективності насоса після повороту крильчатки.
Недоліком є те, що форма спіралі несиметрична, і при використанні однієї спіралі тиск, що діє на радіальний напрямок ротора, є нерівномірним, що може легко спричинити вигин валу. Тому в багатоступінчастих насосах тільки в першій і останній секціях використовуються спіралі, а в середній секції - пристрої з направляючими колесами.
Матеріал раковин равликів, як правило, чавун. Спіральна частина антикорозійного насоса виготовлена з нержавіючої сталі або інших антикорозійних матеріалів, таких як пластик, скловолокно тощо. Через високий тиск багатоступеневі насоси вимагають високої міцності матеріалу, і їх спіральні частини зазвичай виготовляються з лита сталь.
Направляюче колесо — це нерухомий диск із передніми направляючими лопатками, обгорнутими навколо зовнішнього краю робочого колеса спереду, утворюючи канали потоку у формі дифузії. На задній частині є реверсивні напрямні лопатки, які направляють рідину до наступного ступеня робочого колеса. Після викиду з робочого колеса рідина повільно надходить у напрямні лопатки та продовжує текти назовні вздовж передніх напрямних лопаток. Швидкість поступово зменшується, і більша частина кінетичної енергії перетворюється на енергію статичного тиску.
Радіальний однобічний зазор між робочим колесом і направляючими лопатями становить приблизно 1 мм. Якщо зазор занадто великий, ефективність знизиться; Якщо зазор занадто малий, це спричинить вібрацію та шум. Сегментований багатоступінчастий корпус відцентрового насоса з напрямними колесами, порівняно зі спіральним, легший у виготовленні та має вищу ефективність перетворення енергії. Але встановлення та обслуговування складніше, ніж раковини равликів.
Щоб зменшити внутрішні витоки та захистити корпус насоса, на корпусі, що відповідає входу в робоче колесо, встановлені змінні ущільнювальні кільця. Радіальний зазор між внутрішнім отвором ущільнювального кільця та зовнішнім колом робочого колеса зазвичай становить 0.1-0.2 мм. Після зносу ущільнювального кільця радіальний зазор збільшується, обсяг нагнітання насоса зменшується, а ККД знижується. Якщо зазор ущільнення перевищує вказане значення, його слід своєчасно замінити.
Існує три конструктивні форми ущільнювальних кілець:
По-перше, тип плоского кільця має просту конструкцію та простий у виготовленні, але ефект ущільнення є поганим. По-друге, ущільнювальне кільце під прямим кутом забезпечує 90-градусний канал для витоку рідини, що забезпечує кращі характеристики ущільнення, ніж плоский тип кільця, і широко використовується. По-третє, лабіринтове ущільнювальне кільце має хороший ефект ущільнення, але його структура складна і складна у виготовленні, що рідко використовується в відцентрових насосах.
3. Процес роботи відцентрового насоса
(1) Перед запуском насоса заповніть насос рідиною, яку потрібно транспортувати.
(2) Після запуску насоса вал насоса приводить в рух робоче колесо, яке разом обертається з високою швидкістю, створюючи відцентрову силу. Під цим дією рідина викидається до зовнішнього кола робочого колеса з центру, спричиняючи підвищення тиску та течучи в корпус насоса з високою швидкістю (15-25 м/с).
(3) У корпусі спирального насоса через безперервне розширення каналу потоку швидкість потоку рідини сповільнюється, перетворюючи більшу частину кінетичної енергії в енергію тиску. Нарешті, рідина надходить у напірний трубопровід при більш високому статичному тиску з нагнітального отвору.
(4) Після викиду рідини всередині насоса в центрі робочого колеса утворюється вакуум. Під різницею тиску між тиском рівня рідини (атмосферний тиск) і тиском насоса (негативний тиск) рідина надходить у насос через всмоктувальний трубопровід, заповнюючи позицію, де рідина випускається.
4. Класифікація відцентрових насосів
Продукти відцентрових насосів зазвичай класифікуються відповідно до їх структурних характеристик, з кількома методами класифікації, включаючи робочий тиск, кількість робочих робочих коліс і спосіб входу в робочі колеса.
(1) Відповідно до робочого тиску:
Насос низького тиску: тиск нижче 100 метрів водяного стовпа;
Насос середнього тиску: тиск між 100-650 метрів водяного стовпа;
Насос високого тиску: тиск перевищує 650 метрів водяного стовпа.
(2) За кількістю робочих робочих коліс:
Одноступінчастий насос: означає наявність лише одного робочого колеса на валу насоса.
Багатоступеневий насос. На валу насоса є два або більше робочих колеса, а загальний напір насоса дорівнює сумі напорів, створених n робочими колесами.
(3) Відповідно до методу входу робочого колеса:
Односторонній впускний насос: також відомий як односторонній всмоктуючий насос, що означає, що на робочому колесі є лише один впускний отвір.
Двосторонній впускний насос: також відомий як подвійний всмоктуючий насос, що означає наявність входу з обох боків робочого колеса. Його швидкість потоку вдвічі більша, ніж у одного всмоктуючого насоса, що можна наблизити як два одинарних робочих колеса всмоктуючого насоса, розташовані спиною до спини разом.
(4) Відповідно до положення вала насоса:
Горизонтальний насос: Вал насоса розташований у горизонтальному положенні.
Вертикальний насос: Вал насоса розташований у вертикальному положенні.
(5) Відповідно до форми з’єднання корпусу насоса:
Горизонтальний насос відкритого типу: відноситься до шва з’єднання, відкритого на горизонтальній площині, що проходить через вісь.
Вертикальний насос поверхні з’єднання: тобто поверхня з’єднання перпендикулярна до осі.
(6) Спосіб направлення води від робочого колеса до камери тиску такий:
Насос у спіральному корпусі: після того, як вода виходить із робочого колеса, вона безпосередньо надходить у корпус насоса зі спіральною формою.
Направляючий лопатевий насос: після того, як вода виходить із крильчатки, вона надходить у напрямні лопаті, розташовані поза ним, а потім переходить на наступний етап або надходить у вихідну трубу.
(7) Відповідно до різних середовищ, що транспортуються відцентровими насосами, їх можна розділити на насоси для чистої води, масляні насоси, корозійно-стійкі насоси тощо.
5. Кавітація і зв'язування газу
Відповідно до принципу роботи відцентрового насоса, коли рідина між лопатями викидається з високошвидкісного обертового робочого колеса, біля входу в робоче колесо утворюється зона низького тиску. Коли тиск на вході робочого колеса дорівнює або нижчий за тиск насиченої пари pV рідини, що транспортується, при робочій температурі, рідина в цьому місці буде випаровуватися та утворюватиме бульбашки. Коли бульбашки течуть разом з рідиною в зону високого тиску, вони швидко конденсуються під тиском.
У момент конденсації бульбашки створюється локальний вакуум, і навколишня рідина з високою швидкістю спрямовується до простору, зайнятого бульбашкою, викликаючи удари та вібрацію, що призводить до значної сили удару. Особливо, коли точка конденсації бульбашок розташована біля поверхні леза, численні частинки рідини впливають на лезо з високою частотою та тиском; У той же час бульбашки також можуть містити невелику кількість кисню, який може викликати хімічну корозію металевих матеріалів. Під дією безперервного удару та хімічної корозії поверхня лез пошкоджується, в результаті чого утворюються плями та тріщини, що призведе до передчасного пошкодження лез. У відцентрових насосах це явище називається кавітацією.
Під час запуску відцентрового насоса, якщо всередині насоса є повітря, через низьку щільність повітря відцентрова сила, що створюється після обертання, невелика, і низького тиску, що утворюється в центральній частині крильчатки, недостатньо для всмоктування рідина. Навіть якщо відцентровий насос запущено, він не зможе виконати завдання транспортування. Це явище називається зв'язуванням повітря.
Це означає, що відцентровий насос не має здатності до самовсмоктування, тому перед запуском насос потрібно заповнити рідиною, що передається. Звичайно, якщо всмоктуючий отвір відцентрового насоса розташований нижче рівня рідини, що транспортується, рідина буде автоматично надходити в насос, що є особливим випадком. Всмоктувальний трубопровід відцентрового насоса оснащений нижнім клапаном, щоб запобігти витіканню рідини, яка вводиться перед запуском, з насоса. Фільтр може блокувати всмоктування твердої рідини та блокувати трубопровід, а регулюючий клапан, встановлений у випускному трубопроводі корпусу насоса, використовується для запуску, зупинки та регулювання витрати насоса.
З різних причин кавітації та зв’язування газу:
Зв'язування повітря означає наявність повітря в корпусі насоса, що зазвичай виникає під час запуску насоса та проявляється в тому, що повітря всередині корпусу насоса не повністю скидається; А кавітація виникає через те, що рідина досягає тиску випаровування при певній температурі, яка тісно пов’язана з транспортним середовищем та умовами експлуатації.
Існують такі методи запобігання виникненню явища зв’язування газу:
(1) Перед початком наповніть оболонку рідиною. Забезпечте належну герметичність корпусу та переконайтеся, що клапан і душова лійка для наповнення води не протікають. Забезпечте хорошу герметизацію.
(2) Всмоктувальний трубопровід відцентрового насоса оснащений нижнім клапаном, щоб запобігти витіканню рідини, яка вводиться перед початком роботи, з насоса. Фільтр може запобігти всмоктуванню твердих частинок рідини. Напірний трубопровід оснащено регулюючим клапаном для використання під час запуску, зупинки та регулювання витрати насоса.
(3) Розташуйте всмоктувальний отвір відцентрового насоса нижче рівня рідини, яку потрібно транспортувати, і рідина автоматично потече в насос.
Основними причинами кавітації є:
(1) Вхідний трубопровід має надмірний опір або трубопровід занадто тонкий
(2) Температура середовища, що транспортує, занадто висока;
(3) Надмірний потік, що означає, що випускний клапан відкрито занадто широко;
(4) Висота установки занадто велика, що впливає на всмоктувальну здатність насоса;
(5) Питання вибору, включаючи вибір насоса, вибір матеріалу насоса тощо
умови розрахунку:
(1) Очистіть сторонні предмети у вхідному трубопроводі, щоб зробити вхід безперешкодним, або збільште діаметр труби;
(2) Знизити температуру середовища, що транспортує;
(3) Зменшити висоту установки;
(4) Змініть вибір насоса або вдосконаліть певні компоненти насоса, наприклад, використовуючи корозійностійкі матеріали.