1. Принцип работы центробежного насоса
Когда центробежный насос работает, он опирается на высокоскоростное вращающееся рабочее колесо, увеличивающее энергию давления жидкости под действием инерционной центробежной силы. Перед началом работы центробежного насоса корпус насоса и впускной трубопровод должны быть заполнены жидкой средой для предотвращения кавитации.
Когда рабочее колесо вращается быстро, лопасти способствуют быстрому вращению среды. Вращающаяся среда под действием центробежной силы вылетает из рабочего колеса, а вода внутри насоса выбрасывается наружу, образуя в центре рабочего колеса вакуумную зону. Постоянно вдыхать жидкость, непрерывно подавая вдыхаемой жидкости определенное количество энергии для ее вытеснения. Центробежный насос работает таким образом постоянно.
2. Конструкция центробежного насоса
Существует множество разновидностей центробежных насосов, и хотя конструкции каждого типа насосов различны, основные компоненты в основном одинаковы.
К основным компонентам центробежного насоса относятся: рабочее колесо, вал насоса, корпус насоса, седло насоса, сальниковая коробка (уплотняющее устройство вала), кольцо, уменьшающее утечку, седло подшипника и т. д.
Рабочее колесо — это рабочий компонент центробежного насоса, который за счет высокоскоростного вращения совершает работу над жидкостью и обеспечивает транспортировку жидкости. Это важный компонент центробежного насоса.
Рабочее колесо обычно состоит из трех частей: ступицы, лопастей и крышки. Крышку рабочего колеса можно разделить на переднюю и заднюю крышки. Крышка со стороны порта рабочего колеса называется передней крышкой, а крышка с другой стороны называется задней крышкой.
После запуска центробежного насоса вал насоса приводит во вращение крыльчатку с высокой скоростью, заставляя вращаться жидкость, предварительно заполненную между лопастями. Под действием инерционной центробежной силы жидкость движется радиально от центра крыльчатки к внешней окружности.
Жидкость приобретает энергию при движении через рабочее колесо, что приводит к увеличению энергии статического давления и увеличению скорости потока. Когда жидкость покидает рабочее колесо и попадает в корпус насоса, ее скорость замедляется за счет постепенного расширения канала потока внутри корпуса. Часть кинетической энергии преобразуется в энергию статического давления и, наконец, течет в нагнетательный трубопровод в тангенциальном направлении.
По конструктивной форме рабочие колеса можно разделить на следующие три типа.
(1)Закрытое рабочее колесо имеет крышки с обеих сторон рабочего колеса, с 4-6 лопастями между крышками. Закрытое рабочее колесо имеет высокую эффективность и широко используется, подходит для транспортировки чистых жидкостей без твердых частиц и волокон.
(2) Открытое рабочее колесо не имеет крышек с обеих сторон лопасти, что подходит для транспортировки жидкостей, содержащих большое количество взвешенных твердых частиц. Он имеет низкий КПД и давление транспортируемой жидкости невелико.
Полуоткрытое рабочее колесо имеет только заднюю крышку и подходит для перекачивания жидкостей, которые легко оседают или содержат твердые взвешенные частицы. Его эффективность находится между открытыми и закрытыми рабочими колесами.
Основная функция вала центробежного насоса – передача мощности и поддержка рабочего колеса для поддержания нормальной работы в рабочем положении. Он соединен с валом двигателя через муфту на одном конце и поддерживает вращательное движение рабочего колеса на другом конце. Вал оснащен подшипниками, осевыми уплотнениями и другими компонентами.
Обычно для изготовления валов насосов используются углеродистая и нержавеющая сталь.
Рабочее колесо и вал соединены шпонками. Поскольку этот метод соединения может только передавать крутящий момент и не может фиксировать осевое положение рабочего колеса, в водяном насосе также используются втулка вала и контргайка для фиксации осевого положения рабочего колеса.
После того, как крыльчатка установлена в осевом направлении с помощью стопорной гайки и втулки вала, чтобы предотвратить втягивание контргайки, необходимо предотвратить реверс водяного насоса, особенно при первоначальной установке водяного насоса или водяного насоса после разборки. и технического обслуживания проверка рулевого управления должна проводиться в соответствии с правилами, чтобы обеспечить соответствие указанному рулевому управлению.
Функцией втулки вала является защита вала насоса, преобразование трения между набивкой и валом насоса в трение между набивкой и втулкой вала. Поэтому втулка вала является легко изнашиваемой частью центробежного насоса.
Поверхность втулки вала обычно можно обрабатывать такими методами, как науглероживание, азотирование, хромирование, напыление и т. д. Требования к шероховатости поверхности обычно составляют от Ra3,2 мкм до Ra0,8 мкм. Это может уменьшить коэффициент трения и увеличить срок службы.
Подшипники играют роль в поддержании веса и несущей способности ротора. Подшипники качения обычно используются в центробежных насосах, при этом в наружном кольце и отверстиях седла подшипника используется система базового вала, а во внутреннем кольце и валу используется система базовых отверстий. Подшипники обычно смазываются консистентной смазкой и маслом.
Когда вал насоса проходит через корпус насоса, между валом и корпусом образуется зазор. В центробежном насосе с одинарным всасыванием, если в этом месте не используется уплотнение вала, вода под высоким давлением внутри корпуса насоса будет вытекать в больших количествах. Сальниковая коробка является широко используемым устройством для уплотнения вала. Сальниковая коробка состоит из пяти компонентов: уплотнения вала, набивки, трубки водяного уплотнения, кольца водяного уплотнения и сальника.
Под улиткой понимается спиральный канал потока с постепенно увеличивающейся площадью поперечного сечения от выхода рабочего колеса до входа рабочего колеса следующей ступени или до выпускной трубы насоса. Канал потока постепенно расширяется, а выходное отверстие имеет форму диффузионной трубки. После того, как жидкость вытечет из рабочего колеса, ее расход может медленно уменьшаться, преобразуя большую часть кинетической энергии в энергию статического давления.
Преимуществами спирального корпуса являются простота изготовления, широкая зона КПД и минимальное изменение КПД насоса после поворота рабочего колеса.
Недостатком является то, что форма спирали асимметрична, и при использовании одной спирали давление, действующее на радиальное направление ротора, неравномерно, что может легко привести к изгибу вала. Поэтому в многоступенчатых насосах только первая и последняя секции используют спирали, а в средней секции используются направляющие колесные устройства.
Материал раковин улиток обычно чугун. Спираль антикоррозионного насоса изготавливается из нержавеющей стали или других антикоррозионных материалов, таких как пластик, стекловолокно и т. д. Из-за высокого давления многоступенчатые насосы требуют высокой прочности материала, и их улитки обычно изготавливаются из литая сталь.
Направляющее колесо представляет собой неподвижный диск с передними направляющими лопатками, обернутыми вокруг внешнего края рабочего колеса спереди, образуя каналы потока диффузионной формы. Сзади имеются обратные направляющие лопатки, которые направляют жидкость к следующей ступени рабочего колеса. Выброшенная из рабочего колеса жидкость медленно поступает в направляющие лопатки и продолжает течь наружу вдоль передних направляющих лопаток. Скорость постепенно уменьшается, и большая часть кинетической энергии преобразуется в энергию статического давления.
Радиальный односторонний зазор между рабочим колесом и направляющими лопатками составляет примерно 1 мм. Если зазор слишком велик, эффективность снизится; Если зазор слишком мал, это вызовет вибрацию и шум. По сравнению со спиральным корпусом сегментный многоступенчатый центробежный насос с направляющими колесами проще в изготовлении и имеет более высокую эффективность преобразования энергии. Но установка и обслуживание сложнее, чем раковины улиток.
Для уменьшения внутренних утечек и защиты корпуса насоса на корпусе, соответствующем входу в рабочее колесо, установлены сменные уплотнительные кольца. Радиальный зазор между внутренним отверстием уплотнительного кольца и внешним кругом рабочего колеса обычно составляет 0.1-0.2 мм. После износа уплотнительного кольца увеличивается радиальный зазор, уменьшается объём нагнетания насоса, снижается КПД. Когда зазор уплотнителя превышает указанное значение, его следует своевременно заменить.
Существует три конструктивные формы уплотнительных колец:
Во-первых, тип плоского кольца имеет простую конструкцию и его легко изготовить, но эффект уплотнения плохой. Во-вторых, прямоугольное уплотнительное кольцо обеспечивает канал под углом 90 градусов для утечки жидкости, что приводит к лучшим характеристикам уплотнения, чем у плоского типа кольца, и широко используется. В-третьих, лабиринтное уплотнительное кольцо обладает хорошим уплотняющим эффектом, но его конструкция сложна и сложна в изготовлении, что редко применяется в центробежных насосах.
3. Рабочий процесс центробежного насоса
(1) Перед запуском насоса заполните насос перекачиваемой жидкостью.
(2) После запуска насоса вал насоса приводит в движение крыльчатку, вращающуюся с высокой скоростью, создавая центробежную силу. Под этим воздействием жидкость выбрасывается к внешней окружности рабочего колеса из центра, вызывая увеличение давления и попадая в корпус насоса с высокой скоростью (15-25 м/с).
(3) В спиральном корпусе насоса из-за непрерывного расширения проточного канала скорость потока жидкости замедляется, преобразуя большую часть кинетической энергии в энергию давления. Наконец, жидкость течет в выпускной трубопровод под более высоким статическим давлением из выпускного отверстия.
(4) После того, как жидкость внутри насоса выбрасывается, в центре крыльчатки образуется вакуум. Под разницей давлений между давлением уровня жидкости (атмосферное давление) и давлением насоса (отрицательное давление) жидкость поступает в насос через всасывающий трубопровод, заполняя место слива жидкости.
4. Классификация центробежных насосов.
Центробежные насосы обычно классифицируются в соответствии с их структурными характеристиками с использованием нескольких методов классификации, включая рабочее давление, количество рабочих колес и метод входа рабочих колес.
(1) В зависимости от рабочего давления:
Насос низкого давления: давление ниже 100 метров водного столба;
Насос среднего давления: давление между 100-650 метрами водяного столба;
Насос высокого давления: Давление превышает 650 метров водяного столба.
(2) По количеству рабочих колес:
Одноступенчатый насос: имеется только одно рабочее колесо на валу насоса.
Многоступенчатый насос. На валу насоса имеется два или более рабочих колес, а общий напор насоса представляет собой сумму напоров, создаваемых n рабочими колесами.
(3) В зависимости от метода входа в рабочее колесо:
Насос с односторонним всасыванием: также известен как насос с односторонним всасыванием, что означает, что на рабочем колесе имеется только одно впускное отверстие.
Насос с двухсторонним впуском: также известный как насос с двойным всасыванием, что означает, что с обеих сторон рабочего колеса есть впускное отверстие. Его расход вдвое больше, чем у насоса с одинарным всасыванием, что можно приблизительно представить как два рабочих колеса насоса с одинарным всасыванием, размещенные спина к спине.
(4) В зависимости от положения вала насоса:
Горизонтальный насос: Вал насоса расположен горизонтально.
Вертикальный насос: Вал насоса расположен вертикально.
(5) В зависимости от формы соединения корпуса насоса:
Горизонтальный насос открытого типа: относится к соединительному шву, открытому в горизонтальной плоскости, проходящей через ось.
Вертикальный поверхностный насос: то есть поверхность сустава перпендикулярна оси.
(6) Способ направления воды от крыльчатки к камере давления следующий:
Насос со спиральным корпусом: после того, как вода выходит из рабочего колеса, она попадает непосредственно в корпус насоса, имеющий спиральную форму.
Насос с направляющими лопастями: после того, как вода выходит из рабочего колеса, она попадает в направляющие лопатки, установленные снаружи, а затем попадает на следующую ступень или течет в выпускную трубу.
(7) В зависимости от различных сред, перекачиваемых центробежными насосами, их можно разделить на насосы для чистой воды, масляные насосы, коррозионностойкие насосы и т. д.
5. Кавитация и газосвязывание.
Согласно принципу работы центробежного насоса, когда жидкость между лопатками выбрасывается из быстровращающегося рабочего колеса, возле входа в рабочее колесо образуется зона низкого давления. Когда давление на входе в рабочее колесо равно или ниже давления насыщенных паров pV транспортируемой жидкости при рабочей температуре, жидкость в этом месте будет испаряться и образовывать пузырьки. Когда пузырьки перетекают вместе с жидкостью в зону высокого давления, они быстро конденсируются под давлением.
В момент конденсации пузырька создается локальный вакуум, и окружающая жидкость с большой скоростью устремляется в пространство, занимаемое пузырьком, вызывая удар и вибрацию, что приводит к значительной силе удара. Особенно когда точка конденсации пузырьков расположена вблизи поверхности лезвия, многочисленные частицы жидкости воздействуют на лезвие с высокой частотой и давлением; В то же время пузырьки также могут содержать небольшое количество кислорода, который может вызвать химическую коррозию металлических материалов. Под совместным действием непрерывного воздействия и химической коррозии поверхность лопаток повреждается, в результате чего образуются пятна и трещины, что приводит к преждевременному выходу лопаток из строя. Это явление называется кавитацией в центробежных насосах.
При запуске центробежного насоса, если внутри насоса есть воздух, из-за низкой плотности воздуха центробежная сила, создаваемая после вращения, мала, а низкого давления, образующегося в центральной области рабочего колеса, недостаточно для всасывания жидкости. Даже если центробежный насос запущен, он не может выполнить задачу по транспортировке. Это явление называется связыванием воздуха.
Это указывает на то, что центробежный насос не обладает способностью самовсасывания, поэтому перед запуском насос необходимо заполнить перекачиваемой жидкостью. Конечно, если всасывающее отверстие центробежного насоса расположено ниже уровня перекачиваемой жидкости, жидкость автоматически потечет в насос, что является особым случаем. Всасывающий трубопровод центробежного насоса оснащен донным клапаном, предотвращающим вытекание жидкости, впрыскиваемой перед запуском, из насоса. Фильтр может блокировать всасывание твердых частиц в жидкости и блокировать трубопровод, а регулирующий клапан, установленный в напорном трубопроводе корпуса насоса, используется для запуска, остановки и регулирования скорости потока насоса.
Из различных причин кавитации и связывания газа:
Воздушное защемление означает наличие воздуха в корпусе насоса, что обычно происходит при запуске насоса и в основном проявляется в том, что воздух внутри корпуса насоса не полностью выпускается; а кавитация возникает из-за того, что жидкость достигает давления испарения при определенной температуре, которая тесно связана с транспортируемой средой и условиями эксплуатации.
Существуют следующие методы предотвращения возникновения явления связывания газов:
(1) Заполните оболочку жидкостью перед запуском. Убедитесь в надлежащей герметизации оболочки, а также в том, что клапан и душевая головка для заливки воды не протекают. Убедитесь в хорошей герметичности.
(2) Всасывающий трубопровод центробежного насоса оснащен донным клапаном для предотвращения вытекания жидкости, впрыскиваемой перед запуском, из насоса. Фильтр может предотвратить всасывание твердых частиц в жидкость. Нагнетательный трубопровод оснащен регулирующим клапаном для использования при запуске, остановке и регулировании скорости потока насоса.
(3) Расположите всасывающее отверстие центробежного насоса ниже уровня транспортируемой жидкости, и жидкость автоматически поступит в насос.
Основными причинами кавитации являются:
(1) Впускной трубопровод имеет чрезмерное сопротивление или слишком тонкий трубопровод.
(2) Температура транспортируемой среды слишком высока;
(3) Чрезмерный поток, что означает, что выпускной клапан открыт слишком широко;
(4) Высота установки слишком велика, что влияет на всасывающую способность насоса;
(5) Вопросы выбора, включая выбор насоса, выбор материала насоса и т. д.
условия расчета:
(1) Очистите впускной трубопровод от посторонних предметов, чтобы освободить входное отверстие, или увеличьте диаметр трубы;
(2) Уменьшите температуру транспортирующей среды;
(3) Уменьшите высоту установки;
(4) Повторно выберите насос или внесите улучшения в определенные компоненты насоса, например, используя коррозионностойкие материалы.