Центробежный насос - Centrifugal pump

Центробежный насос Warman в углеобогатительная фабрика заявление

Пара центробежных насосов для циркуляции горячей воды в системе водяного отопления

Центробежные насосы используются для транспортировки жидкостей путем преобразования кинетической энергии вращения в гидродинамическую энергию потока жидкости. Энергия вращения обычно исходит от двигателя или электродвигателя. Они являются подклассом динамических осесимметричных амортизаторов. турбомашина.^[1] Жидкость входит в рабочее колесо насоса вдоль оси вращения или рядом с ней и ускоряется крыльчаткой, текущая радиально наружу в диффузор или спираль камера (кожух), из которой он выходит.

Обычно используются для перекачки воды, сточных вод, сельского хозяйства, нефти и нефтехимии. Центробежные насосы часто выбирают из-за их высокой производительности, совместимости с абразивными растворами, возможности смешивания, а также их относительно простой конструкции.^[2] А центробежный вентилятор обычно используется для реализации установка обработки воздуха или пылесос. Обратной функцией центробежного насоса является водяная турбина преобразование потенциальной энергии давления воды в механическую энергию вращения.

История

По словам Рети, первой машиной, которую можно было охарактеризовать как центробежный насос, была машина для подъема бурового раствора, которая появилась еще в 1475 году в трактате итальянского инженера эпохи Возрождения. Франческо ди Джорджио Мартини.^[3] Настоящие центробежные насосы не были разработаны до конца 17 века, когда Денис Папин построил один, используя прямые лопасти. Изогнутая лопасть была представлена ​​британским изобретателем. Джон Апполд в 1851 г.

Как это устроено

Центробежный насос в разрезе

Как и большинство насосов, центробежный насос преобразует энергию вращения, часто от двигателя, в энергию движущейся жидкости. Часть энергии переходит в кинетическую энергию жидкости. Жидкость поступает в осевом направлении через проушину корпуса, захватывается лопастями крыльчатки и вращается по касательной и радиально наружу, пока она не выходит через все периферийные части крыльчатки в диффузорную часть корпуса. При прохождении через крыльчатку жидкость набирает скорость и давление. Диффузор в форме пончика или спиральная секция корпуса замедляет поток и дополнительно увеличивает давление.

Описание Эйлера

Следствием второго закона механики Ньютона является сохранение углового момента (или «момента количества движения»), что имеет фундаментальное значение для всех турбомашин. Соответственно, изменение момента количества движения равно сумме внешних моментов. На рабочее колесо или диффузор действуют угловые моменты ρ × Q × r × cu на входе и выходе, внешний крутящий момент M и моменты трения из-за касательных напряжений Mτ.

Поскольку силы давления не создаются на цилиндрических поверхностях в окружном направлении, можно записать уравнение. (1.10) как:^[4]

${\displaystyle \rho Q(c_{2}u.r_{2}-c_{1}u.r_{1})=M+M_{\tau }}$ (1.13)

Уравнение накачки Эйлера

На основе уравнения (1.13) Эйлер разработал уравнение напора, создаваемого рабочим колесом (см. Рис. 2.2).

${\displaystyle Yth.g=H_{t}=c_{2}u.u_{2}-c_{1}u.u_{1}}$ (1)

${\displaystyle Yth=1/2(u_{2}^{2}-u_{1}^{2}+w_{1}^{2}-w_{2}^{2}+c_{2}^{2}-c_{1}^{2})}$ (2)

В формуле. (2) сумма 4-х передних элементов вызывает статическое давление, сумма последних 2-х элементов номерное давление скорость вызова внимательно смотрите на Рис. 2.2 и подробное уравнение.

ЧАС_т Теория напор; g = от 9,78 до 9,82 м / с2 в зависимости от широты, обычный стандартное значение ровно 9,80665 м / с2 барицентрический гравитационное ускорение

ты₂= г₂.ω вектор окружной периферийной скорости

ты₁= г₁.ω вектор окружной скорости на входе

ω = 2π.n угловая скорость

ш₁ вектор относительной скорости на входе

ш₂ вектор относительной скорости на выходе

c₁ вектор абсолютной скорости на входе

c₂ вектор абсолютной скорости на выходе

Треугольник скорости

Цветовой треугольник, образованный вектором скорости u, c, w, называется «треугольником скорости». Это правило помогло превратить уравнение (1) в уравнение (2) и подробно объяснило, как работает насос.

Рис. 2.3 (a) показывает скорость вращения крыльчатки с загнутыми вперед лопатками в треугольнике; Рис. 2.3 (b) показывает скорость вращения крыльчатки в виде треугольника с прямыми лопатками. Он довольно четко показывает, что энергия, добавляемая к потоку (показанная в векторе c), изменяется обратно пропорционально скорости потока Q (показанной в векторе c_м).

Фактор эффективности

${\displaystyle \eta ={\frac {\rho .gQH}{P_{m}}}}$,

куда:

${\displaystyle P_{m}}$ требуемая входная мощность механики (Вт)

${\displaystyle \rho }$ плотность жидкости (кг / м³)

${\displaystyle g}$ стандартное ускорение свободного падения (9,80665 м / с²)

${\displaystyle H}$ - энергия напора, добавленная к потоку (м)

${\displaystyle Q}$ - расход (м³/ с)

${\displaystyle \eta }$ - КПД насосной установки в виде десятичной дроби

Напор, добавленный насосом (${\displaystyle H}$) представляет собой сумму статического подъема, потери напора из-за трения и любых потерь из-за клапанов или изгибов труб, выраженных в метрах жидкости. Мощность чаще выражается в киловаттах (10³ Вт, кВт) или Лошадиные силы. Значение КПД насоса, ${\displaystyle \eta _{pump}}$, может указываться для самого насоса или как совокупная эффективность системы насоса и двигателя.

Вертикальные центробежные насосы

Вертикальные центробежные насосы также называют консольными насосами. В них используется уникальная конфигурация опоры вала и подшипников, которая позволяет спиральной камере висеть в поддоне, а подшипники находятся вне поддона. В этом типе насоса нет сальник для уплотнения вала, но вместо этого используется «дроссельная втулка». Типичное применение насоса этого типа - шайба деталей.

Насосы для пены

В горнодобывающей промышленности или при добыче масел и, пена создается для отделения богатых минералов или битума от песка и глин. Пена содержит воздух, который блокирует обычные насосы и вызывает потерю заливки. На протяжении истории промышленность разрабатывала разные способы решения этой проблемы. В целлюлозно-бумажной промышленности в рабочем колесе просверливаются отверстия. Воздух выходит в заднюю часть крыльчатки, а специальный экспеллер выпускает воздух обратно во всасывающий бак. Рабочее колесо может также иметь специальные небольшие лопатки между первичными лопатками, называемые раздельными лопатками или вторичными лопатками. Некоторые насосы могут иметь большую проушину, индуктор или рециркуляцию пены под давлением из выпускного отверстия насоса обратно во всасывающее отверстие для разрушения пузырьков.^[5]

Многоступенчатые центробежные насосы

Многоступенчатый центробежный насос^[6]

Центробежный насос с двумя или более рабочими колесами называется многоступенчатым центробежным насосом. Рабочие колеса могут быть установлены на одном валу или на разных валах. На каждом этапе жидкость направляется к центру, прежде чем попасть в разряд по внешнему диаметру.

Для более высокого давления на выходе рабочие колеса можно подключать последовательно. Для увеличения производительности можно параллельно подключать рабочие колеса.

Обычное применение многоступенчатого центробежного насоса - это насос питательной воды котла. Например, для блока мощностью 350 МВт потребуются два параллельно включенных питательных насоса. Каждый питательный насос представляет собой многоступенчатый центробежный насос, производящий 150 л / с при 21 МПа.

Вся энергия, передаваемая жидкости, получается за счет механической энергии, приводящей в движение рабочее колесо. Это можно измерить на изэнтропический сжатие, что приводит к небольшому повышению температуры (помимо повышения давления).

Использование энергии

Потребление энергии в насосной установке определяется требуемым расходом, высотой подъема, длиной и фрикционные характеристики трубопровода. Мощность, необходимая для привода насоса (${\displaystyle P_{i}}$), определяется просто с использованием единиц СИ:

Одноступенчатый радиальный центробежный насос

${\displaystyle P_{i}={\cfrac {\rho \ g\ H\ Q}{\eta }}}$

куда:

${\displaystyle P_{i}}$ требуемая входная мощность (Вт)

${\displaystyle \rho }$ - плотность жидкости (кг / м³)

${\displaystyle g}$ стандартное ускорение свободного падения (9,80665 м / с²)

${\displaystyle H}$ - энергия напора, добавленная к потоку (м)

${\displaystyle Q}$ - расход (м³/ с)

${\displaystyle \eta }$ - КПД насосной установки в виде десятичной дроби

Напор, добавленный насосом (${\displaystyle H}$) представляет собой сумму статического подъема, потери напора из-за трения и любых потерь из-за клапанов или изгибов труб, выраженных в метрах жидкости. Мощность чаще выражается в киловаттах (10³ Вт, кВт) или лошадиных сил (л.с. = кВт / 0,746). Значение КПД насоса, ${\displaystyle \eta _{pump}}$, может указываться для самого насоса или как совокупная эффективность системы насоса и двигателя.

В потребление энергии определяется путем умножения требуемой мощности на продолжительность работы насоса.

Проблемы центробежных насосов

Вот некоторые трудности, с которыми сталкиваются центробежные насосы:^[7]

Воспроизвести медиа

Рабочее колесо центробежного насоса открытого типа

• Кавитация - чистый положительный напор на всасывании (NPSH ) системы слишком низкий для выбранного насоса
• Износ крыльчатка - может усугубляться взвешенными твердыми частицами
• Коррозия внутри насоса из-за свойств жидкости
• Перегрев из-за низкого расхода
• Утечка через вращающийся вал.
• Отсутствие прайма - центробежные насосы должны быть заполнены (перекачиваемой жидкостью) для работы
• Всплеск

Круговая диаграмма, показывающая, что вызывает повреждение насосов.

Центробежные насосы для контроля твердых частиц

Система контроля твердых частиц на месторождениях требует наличия большого количества центробежных насосов, устанавливаемых на или в резервуарах для бурового раствора. Типы используемых центробежных насосов: песчаные насосы, погружные шламовые насосы, ножничные насосы и загрузочные насосы. Они определены для различных функций, но принцип их работы одинаков.

Насосы с магнитной муфтой

Основная статья: магнитная муфта

Насосы с магнитной муфтой или насосы с магнитным приводом отличаются от традиционных насосов, поскольку двигатель соединен с насосом с помощью магнитных средств, а не с помощью прямого механического вала. Насос работает через приводной магнит, «приводящий в движение» ротор насоса, который магнитно связан с первичным валом, приводимым в движение двигателем.^[8] Они часто используются там, где утечка перекачиваемой жидкости представляет большой риск (например, агрессивная жидкость в химической или ядерной промышленности или поражение электрическим током - садовые фонтаны). У них нет прямого соединения между валом двигателя и рабочим колесом, поэтому сальник не требуется. Риск утечки отсутствует, если корпус не сломан. Поскольку вал насоса не поддерживается подшипниками за пределами насоса Корпус, опора внутри насоса обеспечивается втулками. Мощность насоса с магнитным приводом может составлять от нескольких ватт до гигантских 1 МВт.

Грунтовка

Большинство центробежных насосов не являются самовсасывающими. Другими словами, корпус насоса должен быть заполнен жидкостью до запуска насоса, иначе насос не сможет работать. Если корпус насоса заполняется парами или газами, рабочее колесо насоса становится связанным с газом и не может перекачивать. Чтобы центробежный насос оставался заполненным и не связывался с газом, большинство центробежных насосов располагаются ниже уровня источника, из которого насос должен принимать всасывание. Тот же эффект может быть получен путем подачи жидкости на всасывающий патрубок насоса под давлением, создаваемым другим насосом, установленным на всасывающей линии. Процесс заполнения насоса жидкостью называется заливкой.

Самовсасывающий центробежный насос

В нормальных условиях обычные центробежные насосы не могут откачивать воздух из впускной линии, ведущей к уровню жидкости, геодезическая высота которого ниже, чем у насоса. Самовсасывающие насосы должны быть способны откачивать воздух (см. Удаление воздуха) из всасывающей линии насоса без каких-либо внешних вспомогательных устройств.

Центробежные насосы с внутренней ступенью всасывания, такие как водоструйные насосы или насосы с боковым каналом также классифицируются как самовсасывающие насосы. Самовсасывающие центробежные насосы были изобретены в 1935 году. Одной из первых компаний, выпустивших на рынок самовсасывающий центробежный насос, была American Marsh в 1938 г.

Центробежные насосы, которые не имеют внутренней или внешней самовсасывающей ступени, могут начать перекачивать жидкость только после того, как насос был изначально заполнен жидкостью. Более прочные, но более медленные, их рабочие колеса предназначены для перемещения воды, которая намного плотнее воздуха, что делает их неспособными работать при наличии воздуха.^[9] Кроме того, качание на стороне всасывания обратный клапан или должен быть установлен выпускной клапан для предотвращения сифон действия и убедитесь, что жидкость остается в корпусе после остановки насоса. В самовсасывающих центробежных насосах с разделительной камерой перекачиваемая жидкость и захваченные пузырьки воздуха нагнетаются в разделительную камеру под действием рабочего колеса.

Воздух выходит через напорный патрубок в то время как жидкость падает обратно вниз и еще раз захватываемся рабочим колесом. Таким образом, всасывающая линия постоянно откачивается. Конструкция, необходимая для такой самовсасывающей функции, отрицательно сказывается на эффективности насоса. Кроме того, размеры разделительной камеры относительно велики. По этим причинам это решение применяется только для небольших насосов, например садовые насосы. Чаще всего используются самовсасывающие насосы с боковым каналом и водокольцевыми насосами. Другой тип самовсасывающего насоса - это центробежный насос с двумя камерами корпуса и открытым рабочим колесом. Эта конструкция используется не только из-за ее возможности самовсасывания, но и из-за ее эффектов дегазации при перекачивании двухфазных смесей (воздух / газ и жидкость) в течение короткого времени в технологических процессах или при работе с загрязненными жидкостями, например, при сливе воды из строительства. ямы.

Этот тип насоса работает без обратного клапана и без устройства откачки на стороне всасывания. Перед вводом в эксплуатацию насос необходимо залить перекачиваемой жидкостью. Двухфазная смесь перекачивается до тех пор, пока из линии всасывания не будет откачан воздух, и уровень жидкости не будет поднят атмосферным давлением в переднюю всасывающую камеру. При нормальной работе насоса этот насос работает как обычный центробежный насос.

Смотрите также

• Насос с осевым потоком
• Чистая положительная высота всасывания (NPSH)
• Насос
• Уплотнение (механическое)
• Удельная скорость (N_s или N_сс)
• Термодинамические испытания насоса
• Турбина
• Турбонасос

использованная литература

1. Шепард, Деннис Г. (1956). Принципы турбомашин. Макмиллан. ISBN  0-471-85546-4. LCCN  56002849.
2. «Типы, стоимость и характеристики распылительных насосов». Расходные материалы для опрыскивателей. 2018-10-13. Получено 2018-11-21.
3. Рети, Ладислао; Ди Джорджо Мартини, Франческо (лето 1963 года). "Трактат Франческо ди Джорджо (Армани) Мартини по технике и ее плагиатам". Технологии и культура. 4 (3): 287–298 (290). Дои:10.2307/3100858. JSTOR  3100858.
4. Гюлих, Иоганн Фридрих (2010). Центробежные насосы (2-е изд.). ISBN  978-3-642-12823-3.
5. Баха Абульнага (2004). Перекачивание масляной пены (PDF). 21-й Международный симпозиум пользователей насосов, Балтимор, Мэриленд. Опубликовано Техасским университетом A&M, Техас, США. Архивировано из оригинал (PDF) на 2014-08-11. Получено 2012-10-28.
6. Мониш, Пареш Гирдхар, Окто (2004). Практическое проектирование, эксплуатация и обслуживание центробежных насосов (1-е изд.). Оксфорд: Newnes. п. 13. ISBN  0750662735. Получено 3 апреля 2015.
7. Ларри Бахус, Angle Custodio (2003). Знайте и разбирайтесь в центробежных насосах. Elsevier Ltd. ISBN  1856174093.
8. Справочник по насосу: третье издание
9. "Как работают самовсасывающие насосы?". Блог прямых продаж насосов. 2018-05-11. Получено 2018-05-11.

Источники

• Комитет по стандартам ASME B73, Стандартные химические насосы

внешняя ссылка