Czym są pompy odśrodkowe?
Pompy odśrodkowe są powszechnie stosowane do transportu cieczy o niskiej lepkości, takich jak woda. Są one szczególnie efektywne w pompowaniu dużych ilości takich cieczy.
Dzięki wysokim przepływom, łatwej konserwacji i ogólnej trwałości, pompy odśrodkowe znajdują szerokie zastosowanie w różnych branżach przemysłowych na całym świecie.
Pompa odśrodkowa promieniowa z obudową spiralną
Komponenty pompy odśrodkowej
Pompy odśrodkowe charakteryzują się stosunkowo prostą konstrukcją i niewielką liczbą komponentów. Poniżej przedstawiono niektóre z najczęściej spotykanych elementów.
Obudowa spiralna i dyfuzor
Obudowa spiralna lub dyfuzor przekształca energię kinetyczną cieczy w ciśnienie.
Obudowa spiralna z wirnikiem (a)
Wirnik obraca się, przekazując energię kinetyczną cieczy poprzez tarcie. W miarę obrotu wirnika ciecz przemieszcza się w kierunku jego zewnętrznej krawędzi, gdzie jej energia kinetyczna zamienia się w ciśnienie.
Uszczelnienia sznurowe i mechaniczne
Uszczelnienie pompy realizowane jest za pomocą uszczelnienia sznurowego (znanego również jako sznur) lub uszczelnienia mechanicznego. Sznur to tradycyjne rozwiązanie, podczas gdy uszczelnienia mechaniczne są nowocześniejszą alternatywą.
Sznur jest tańszą opcją, ale ma pewne wady w porównaniu do uszczelnienia mechanicznego, takie jak:
- Sznur uszczelniający wywiera nacisk na wał, co może prowadzić do jego zużycia i konieczności naprawy.
- Tarcie między sznurem a wałem generuje ciepło, które musi być odprowadzane, aby zapobiec uszkodzeniom.
- Tarcie zwiększa zapotrzebowanie na energię, co obniża ogólną wydajność pompy.
- Sznur wymaga regularnego dokręcania, aby utrzymać odpowiednią szybkość wycieku.
- Żywotność sznura jest zazwyczaj krótsza niż uszczelnienia mechanicznego.
Układ skrzynki uszczelniającej
W niektórych przypadkach konieczne jest zastosowanie pierścienia świetlnego do chłodzenia sznura.
Uszczelnienia mechaniczne nie mają tych samych problemów co sznur, choć są droższe i mogą przeciekać, jeśli powierzchnie uszczelniające nie są czyste.
Pierścienie ścierne
Pierścienie ścierne uszczelniają przestrzeń między wirnikiem a obudową. Pierścienie na wirniku nazywane są 'pierścieniami ściernymi wirnika', a te na obudowie 'pierścieniami ściernymi obudowy'.
Bez pierścieni ściernych ciecz procesowa mogłaby przepływać z wylotu do strony ssącej, co obniża wydajność pompy. Działanie bez pierścieni ściernych prowadzi do uszkodzeń wirnika i obudowy, co jest kosztowniejsze niż wymiana pierścieni.
Tarcie wirnika o obudowę może prowadzić do zjawiska zwanego 'zacieraniem', gdzie metale zostają mikrospawane. W skrajnych przypadkach może to zablokować pompę.
Podoba Ci się ten artykuł? Sprawdź nasz Kurs wideo o pompach odśrodkowych! Kurs zawiera quiz, podręcznik, a po ukończeniu otrzymasz certyfikat. Miłej nauki!
Jak działają pompy odśrodkowe
Poniższy film to fragment naszego Wprowadzenia do kursu wideo o pompach odśrodkowych.
Ciecz jest zasysana przez port ssący (otwór w środku obudowy) i wypompowywana przez port wylotowy (otwór na górze obudowy).
Po przejściu przez port ssący, ciecz przechodzi przez wirnik i jest wypompowywana promieniowo od oka wirnika (środek wirnika). Ciecz przepływa od oka wirnika dzięki siłom dośrodkowym, chociaż ten ruch przepływu jest prawie zawsze przypisywany siłom odśrodkowym, co jest błędne, ponieważ siły odśrodkowe są w rzeczywistości siłami wyimaginowanymi (nie rzeczywistymi).
Wirnik ma łopatki oddzielone kanałami, przez które przepływa ciecz. Każdy kanał ma zwiększającą się powierzchnię przepływu. W miarę jak powierzchnia przepływu się rozszerza, prędkość cieczy maleje, a ciśnienie wzrasta. Związek między powierzchnią, prędkością a ciśnieniem opisuje zasada Bernoulliego.
Dzięki unikalnemu kształtowi obudowy spiralnej, ciecz podlega dalszemu zmniejszeniu prędkości i zwiększeniu ciśnienia. Następnie ciecz jest wypompowywana przez port wylotowy.
Klasyfikacja według przepływu
Pompy odśrodkowe są klasyfikowane jako promieniowe, osiowe lub mieszane.
Pompy przepływu promieniowego wypompowują ciecz prostopadle do głównego wału pompy (90 stopni od orientacji głównego wału pompy); ten typ pompy jest idealny do wielu zastosowań ciśnieniowych i przepływowych.
Pompa odśrodkowa przepływu promieniowego
Pompy przepływu mieszanego wypompowują ciecz pod kątem przekraczającym 90 stopni względem wału pompy.
Pompa odśrodkowa przepływu mieszanego
Pompy przepływu osiowego są używane do zastosowań niskociśnieniowych, wysokoprzepływowych. Prawie żadna siła promieniowa nie jest przekazywana na ciecz, ale pompa nadal jest klasyfikowana jako odśrodkowa, ponieważ pewna część ruchu cieczy jest promieniowa.
Pompa odśrodkowa przepływu osiowego
Klasyfikacja według wirnika
Wirniki są dostępne w trzech popularnych konstrukcjach: zamknięte, półotwarte i otwarte.
Otwarte, półotwarte i zamknięte wirniki
Zamknięte – wirniki zamknięte mają dwa wieńce. Łopatki wirnika są całkowicie zamknięte między dwoma wieńcami. Ten typ wirnika jest bardzo wydajny do pompowania cieczy o niskiej lepkości z niewielką ilością ciał zawieszonych (woda, woda morska itp.). Wirnik zamknięty ma największą wytrzymałość mechaniczną spośród wszystkich konstrukcji wirników dzięki wsparciu, jakie wieńce zapewniają łopatkom.
Półotwarte/Półzamknięte – ten typ wirnika jest również znany jako 'częściowo otwarty' lub 'częściowo zamknięty'. Półotwarte wirniki mają tylko jeden wieniec. Ten typ wirnika jest używany do pompowania cieczy z umiarkowaną ilością ciał zawieszonych. Półotwarte wirniki nie są tak wydajne jak całkowicie zamknięte wirniki, ponieważ pompowana ciecz nie jest bezpośrednio prowadzona wzdłuż łopatek.
Otwarte – otwarte wirniki nie mają wieńców. Ten typ wirnika jest idealnie przystosowany do pompowania cieczy o wysokiej lepkości (pod warunkiem, że nie pienią się podczas mieszania) i cieczy z wieloma ciałami zawieszonymi. Typowe zastosowania dla tego typu wirnika obejmują ścieki i masę papierniczą. Czasami środek wirnika jest również wyposażony w ząbkowany nóż do rozdrabniania ciał zawieszonych, gdy są one zasysane do oka wirnika.
Klasyfikacja według stopnia
Pompy odśrodkowe mogą być jednostopniowe lub wielostopniowe.
Jednostopniowa pompa to pompa z tylko jednym wirnikiem. Pompy jednostopniowe zazwyczaj używają obudowy spiralnej, chociaż dyfuzor może być używany, jeśli przestrzeń jest ograniczona.
Wielostopniowa pompa to pompa z więcej niż jednym wirnikiem. Pompy wielostopniowe zazwyczaj używają dyfuzorów, ponieważ instalowanie obudowy spiralnej dla każdego wirnika jest niepraktyczne ze względu na ograniczenia przestrzenne.
Pompy wielostopniowe są określane przez liczbę wirników zainstalowanych na wspólnym wale, na przykład pompa pięciostopniowa to pompa wielostopniowa z pięcioma wirnikami (pokazana poniżej).
Pompa wielostopniowa (5 stopni)
Pompy wielostopniowe pozwalają na przepompowanie cieczy przez wiele wirników i dyfuzorów przed wypompowaniem; to pozwala na stopniowe zwiększanie ciśnienia na każdym etapie pompy.
Klasyfikacja według typu ssania
Wirniki mogą być jednosssące lub dwusssące.
Jednosssące wirniki mają tylko jedno wejście ssące.
Dwusssące wirniki mają dwa wejścia ssące.
Jednosssące i dwusssące
Między łożyskami lub wspornikowe
Wirniki pomp odśrodkowych mogą być podparte na jednym końcu w układzie wspornikowym lub na obu końcach.
Wirniki podparte tylko na jednym końcu nazywane są wspornikowymi pompami, ponieważ wirnik 'wisi' w obudowie.
Wirniki podparte po obu stronach nazywane są pompami między łożyskami, ponieważ wirnik(i) są zainstalowane między łożyskami wału. Duże pompy odśrodkowe i pompy wielostopniowe są prawie zawsze pompami między łożyskami.
Krzywe pomp
Krzywe pomp są używane do znalezienia optymalnych warunków pracy pompy na podstawie określonych charakterystyk, takich jak pompowana ciecz, pożądane ciśnienie i pożądany przepływ. Pożądane charakterystyki zależą od wymagań; niektóre pompy mają wiele warunków, które muszą być spełnione przed ich uruchomieniem.
Dwie z najważniejszych charakterystyk krzywej pompy to głowica zamknięcia i przeciążenie pompy.
Głowica zamknięcia reprezentuje maksymalną ilość głowicy statycznej, którą może wygenerować pompa.
Przeciążenie to maksymalny dopuszczalny przepływ przez pompę bez uszkodzenia pompy.
Krzywa pompy
Głowica zamknięcia – to maksymalna ilość głowicy statycznej (czasami nazywanej 'całkowitą głowicą'), którą może wygenerować pompa przy określonej prędkości. Gdy osiągnięta zostanie głowica zamknięcia, nie ma przepływu.
Przykład
Wyobraź sobie pompowanie cieczy przez 10-metrową pionowo zorientowaną rurę. Nie znasz głowicy zamknięcia, więc zaczynasz wiercić otwory w pionowej rurze, aż woda zacznie wypływać. Wiercisz na wysokości 10 m, potem 9 m, a woda wypływa, gdy wiercisz na wysokości 8 m. Następnie odcinasz górny metr pionowej rury i widzisz, że poziom wody wynosi około 8,5 m. Widzisz, że nie ma przepływu. Poziom wody, który widzisz, reprezentuje głowicę zamknięcia.
W naszym przykładzie 'wysokość' można sklasyfikować jako 'głowicę wylotową', to jest ciśnienie, które podnosi ciecz z rury wylotowej pompy do końcowego wylotu.
'Głowica statyczna' (znana również jako 'całkowita głowica') to różnica w wysokości pionowej od górnej części pompowanej cieczy do najwyższego punktu, w którym ciecz jest wypompowywana.
Głowica zamknięcia to wartość całkowitej głowicy gdy nie ma przepływu.
Całkowita głowica ciśnieniowa (głowica statyczna)
Przeciążenie – to maksymalny dopuszczalny przepływ przez pompę bez uszkodzenia pompy. Wysokie przepływy często prowadzą do kawitacji, co nie jest pożądane.
Kawitacja
Kawitacja występuje z powodu zmian ciśnienia, jakie ciecz napotyka podczas przepływu przez wirnik pompy. Uwięzione pęcherzyki pary tworzą się i zapadają z powodu tej nagłej zmiany ciśnienia. Chociaż kawitacja jest nieistotna na małą skalę, jest bardzo szkodliwa dla pompy, gdy powtarza się tysiące razy na sekundę.
Wpływ zmiany ciśnienia na pęcherzyk pary (kawitacja)
Kawitacja często sprawia, że pompa brzmi, jakby w jej obudowie potrząsano kulkami. Jeśli podejrzewa się kawitację, należy podjąć działania naprawcze, aby jak najszybciej zmniejszyć lub zatrzymać kawitację.
Gazowe zablokowanie
Pompowana ciecz może być uważana za niezbędną część pompy. Bez cieczy pompa nie będzie działać poprawnie. Gazowe zablokowanie odnosi się do sytuacji, w której w pompie jest zbyt mało cieczy i nie można uzyskać ujemnego ciśnienia ssania. Jeśli nie można uzyskać ujemnego ciśnienia ssania, nie można wciągnąć cieczy do pompy i nie będzie przepływu.
Uwaga: Pompy wyporowe nie cierpią na gazowe zablokowanie, ponieważ te typy pomp są samossące (mogą pompować powietrze).
Przygotowanie
Pompy, które mogą pompować powietrze, są nazywane 'samossącymi'. W przeciwieństwie do pomp wyporowych, pompa odśrodkowa nie może pompować powietrza i dlatego nie jest samossąca. Zwykle wymagane jest, aby przy uruchomieniu pompy dostępna była głowica ciśnieniowa, co często oznacza, że pompa jest zainstalowana poniżej poziomu pompowanej cieczy (ciecz jest wciągana do pompy dzięki grawitacji). Innym sposobem przygotowania pompy jest użycie dodatkowej pompy do zasilania głównej pompy odśrodkowej, aż do uzyskania ssania.
Pompa zainstalowana poniżej poziomu pompowanej cieczy
Szczegóły modelu 3D
Ten model 3D pokazuje wszystkie główne komponenty związane z typową pompą odśrodkową, w tym:
- Wirnik
- Obudowa spiralna
- Wał
- Uszczelnienie mechaniczne
- Porty ssące i wylotowe
- Klucz wału
- Łożysko
- Śruby i nakrętki
- Pierścienie ścierne
- Uszczelnienie sznurowe
- Pierścień świetlny
To jest model 3D Pompy odśrodkowej.
Adnotacje modelu 3D
Wylot/Wyjście
Ciecz jest wypompowywana przez to połączenie.
Ssanie/Wejście
Ciecz jest zasysana do wirnika przez to połączenie.
Pierścień ścierny
Pierścień ścierny wirnika jest zainstalowany, aby zmniejszyć luz między obudową a wirnikiem. Zmniejszenie luzu zmniejsza ilość wycieku z wylotu do strony ssącej wirnika; to ostatecznie poprawia wydajność pompy.
Wirnik
Ciecz przepływa do oka wirnika, a następnie na zewnątrz promieniowo. W miarę jak ciecz przesuwa się na zewnątrz przez łopatki wirnika, jej energia kinetyczna jest przekształcana w energię ciśnienia. Istnieją trzy typy wirników odśrodkowych: zamknięte, częściowo zamknięte i otwarte; typ używany zależy od pompowanej cieczy.
Obudowa spiralna
Obudowy pomp odśrodkowych są typu dyfuzorowego lub spiralnego. Pompy jednostopniowe (jeden wirnik) prawie zawsze wykorzystują obudowy spiralne, podczas gdy pompy wielostopniowe (>1 wirnik) zwykle wykorzystują obudowy dyfuzorowe.
Uszczelnienie sznurowe
Uszczelnienie sznurowe uszczelnia przestrzeń między wałem a obudową. Uszczelnienie sznurowe jest zwykle nazywane po prostu 'sznurem'. Alternatywą dla uszczelnienia sznurowego jest uszczelnienie mechaniczne.
Skrzynka uszczelniająca
Obszar, w którym zainstalowane są sznur i pierścień świetlny, jest znany jako 'skrzynka uszczelniająca'. Sznur jest dosłownie 'wpychany' do tej przestrzeni. W tym modelu znacznik adnotacji został umieszczony nad skrzynką uszczelniającą.
Pierścień świetlny
Pierścienie świetlne są używane do rozprowadzania cieczy chłodzącej do sznura. Ciecz chłodzi i smaruje sznur, co pomaga zapobiegać jego przegrzewaniu.
Docisk
Docisk jest używany do kompresji sznura, ale ważne jest, aby utrzymać szybkość wycieku przez sznur. Szybkość wycieku powinna być mierzona w kroplach na minutę, a docisk powinien być regulowany, jeśli szybkość wycieku staje się nadmierna.
Łożyska kulkowe
Łożyska przenoszą obciążenia osiowe i promieniowe generowane przez pompę, gdy jest ona nieruchoma i w trakcie pracy. Rodzaj używanego łożyska zależy od wielu czynników, chociaż łożyska kulkowe są uważane za odpowiednie łożyska do wielu zastosowań. Łożyska kulkowe są rodzajem łożysk przeciwciernych.
Dodatkowe zasoby
https://en.wikipedia.org/wiki/Centrifugal_pump
https://www.powerzone.com/resources/glossary/centrifugal-pump
https://www.introtopumps.com/pumps-101/what-is-a-centrifugal-pump