Tlak tekućine koja prolazi kroz crpku kontinuirano se mijenja u smjeru kretanja i nije isti u pojedinim točkama presjeka protočne šupljine.
U konvencionalnim izvedbama centrifugalne pumpe najniži tlak uočen je blizu ulaza u cilindrični dio rotora na konkavnoj strani lopatica, tj. gdje je relativna brzina w a pripadajuća kinetička energija doseže najviše vrijednosti. Ako je u ovoj zoni tlak jednak ili manji od tlaka zasićene pare koji odgovara temperaturi usisne tekućine, javlja se pojava tzv. kavitacija.
Fizička slika kavitacije sastoji se od vrenja tekućine u zoni niskog tlaka i naknadne kondenzacije mjehurića pare kada se kipuća tekućina prenese u područje visokog tlaka. U ovom slučaju, proces kavitacije je raspoređen duž određene duljine toka. Kavitacija može biti lokalni proces, karakterističan za kratku dionicu strujanja, u slučajevima kada tlak u dionici pulsira oko svoje prosječne vrijednosti, jednake tlaku zasićene pare pri temperaturi usisne tekućine. U ovom slučaju, procesi vrenja i kondenzacije mjehurića pare odvijaju se visokom frekvencijom, na pulsirajući način.
U svakom slučaju kavitacije, tijekom brze kondenzacije mjehurića pare, tekućina koja ga okružuje juri u središte mjehurića (centar kondenzacije) iu trenutku zatvaranja njegovog volumena, zbog niske stlačivosti tekućine, proizvodi udarac oštrim vrhom. Prema suvremenim podacima, tlak na mjestima zatvaranja mjehurića pare tijekom njihove kondenzacije u kavitacijskim procesima doseže nekoliko megapaskala.
Ako se mjehurić pare u trenutku svoje kondenzacije nalazi na površini koja ograničava protok, na primjer na radnoj lopatici, tada udar pada na tu površinu i uzrokuje lokalno uništenje metala, tzv. koštica. Suvremena istraživanja pokazuju da je kavitacija popraćena toplinskim i elektrokemijskim procesima koji značajno utječu na destrukciju površina protočne šupljine crpki.
Priroda pitinga ovisi o materijalu od kojeg je napravljen protočni dio pumpe. Stoga, rupičastim dijelovima od lijevanog željeza, na primjer, radnim lopaticama niskotlačnih pumpi, nastaje spužvasta struktura s vrlo neravnom površinom i krivudavim uskim pukotinama koje prodiru duboko u metal i ugrožavaju čvrstoću dijela. U visokotlačnim pumpama koje rade pri velikim brzinama vrtnje, s dijelovima izrađenim od običnih konstrukcijskih i legiranih čelika, rupičasta pojava pojavljuje se u obliku glatkih, kao strojno obrađenih, udubljenja i utora. Ne postoje materijali koji su apsolutno otporni na kavitaciju. Heterogeni krti metali kao što su lijevano željezo i keramika vrlo su slabo otporni na kavitaciju. Od metala koji se koriste u izradi crpki, legirani čelici koji sadrže nikal i krom najotporniji su na kavitaciju.
Kavitacija je štetna ne samo zato što uništava metal, već i zato što stroj koji radi u kavitacijskom režimu značajno smanjuje učinkovitost.
Rad crpke u kavitacijskom režimu izvana se očituje bukom, unutarnjim pucketanjem, povišenim razinama vibracija, au slučaju jako razvijene kavitacije - udarima u protočnu šupljinu, koji su opasni za crpku.
Uobičajeno je da se proces kavitacije podijeli u tri faze. U početnoj fazi zona kavitacije ispunjena je mješavinom tekućine i više ili manje velikih mjehurića pare. U drugoj fazi u kavitacijskom strujanju nastaju velike šupljine na graničnoj površini, koje strujanje otkine i ponovno formira. Ovo je pozornica razvijena kavitacija. Treća faza je superkavitacija: cijeli strujni element hidrauličkog stroja leži u području šupljine.
Rad crpke u početnoj fazi kavitacije je nepoželjan, ali je prihvatljiv ako su dijelovi pumpe izrađeni od materijala otpornih na kavitaciju. U fazi razvijene kavitacije i superkavitacije rad crpke postaje nepouzdan i samim tim neprihvatljiv.
Kavitacija se obično javlja na usisnom putu crpke na lopaticama rotora, međutim, procesi kavitacije mogu se pojaviti iu tlačnim strujanjima na mjestima gdje se tekućina uklanja iz radnih lopatica, vodećih lopatica i upravljačkih elemenata.
Mjere za sprječavanje kavitacije u pumpama:
· ograničavanje brzine tekućine u protočnoj šupljini crpki;
· korištenje racionalnih oblika presjeka protočne šupljine i profila lopatica;
· rad crpki u režimima bliskim dizajnu.
Kod višestupanjskih pumpi, prvi dio duž putanje fluida je najosjetljiviji na kavitaciju. Radni kotač, jer je tlak na njegovom ulazu najmanji. Da bi se povećala kvaliteta kavitacije takvih crpki, uzvodni aksijalni kotač ili puž koji se sastoji od dva ili tri zavoja postavljen je ispred prvog stupnja. Izrađene su od materijala otpornih na kavitaciju i razvijaju pritisak na ulazu u prvi kotač višestupanjske pumpe koji sprječava pojavu kavitacije (vidi sliku 11, sliku 12). U nuklearnim elektranama, uzvodni rotori obično se ugrađuju u kondenzacijske i napojne pumpe.
Slika 11 – Napojna pumpa PEA 1650-75.
1 - osovina; 2 – košulja; 3 – završne brtve; 4 – ulazni poklopac;
5 – pre-switched wheel; 6 – impeler; 7 – kućište; 8 – vodeća lopatica; 9 – presjek; 10 – tlačni poklopac; 11 – petna čahura; 12 – ukosnica;
13 – disk za istovar; 14 – ležaj; 15 – ploča.
Slika 12 - Kondenzatna pumpa KsVA 1500-120.
1 – opskrbno kućište; 2 – impeler; 3 - brtva; 4 – tijelo brtve ulja;
5 – ležaj; 6 – vratilo; 7 – završna brtva; 8 – tlačni poklopac;
9 – unutarnje tijelo; 10 – presjek; 11 – vanjski omotač; 12 – vodeća lopatica; 13 - pre-switched wheel; 14 – ležaj; 15 – dovodni vijak.
Glavna mjera protiv kavitacije u crpkama bilo kojeg tipa i dizajna je održavanje usisne visine crpke na kojoj ne dolazi do kavitacije. Ova visina usisavanja naziva se prihvatljiv.
Višak tlaka na ulazu pumpe iznad tlaka jednakog tlaku zasićene pare dizane tekućine naziva se kavitacijska rezerva D h. Nekavitacijski način rada crpke osiguran je ako su ispunjeni sljedeći uvjeti:
Dh ³ Dh ekstra,
gdje je dopuštena rezerva kavitacije
Dh dodati = kDh cr;
faktor sigurnosti k = 1,1¸1,5 i postavlja se ovisno o radnim uvjetima i vrsti crpke; Dh cr - kavitacijska rezerva koja odgovara početku smanjenja parametara tijekom kavitacijskog ispitivanja crpke. Dopuštena rezerva kavitacije Dh extra navedena je u karakteristikama crpke dobivenim tijekom ispitivanja kavitacije.
Rezerva kavitacije Dh je određen ovisnošću
gdje je p p tlak zasićene pare;
u in - brzina na ulazu pumpe;
r V - apsolutni tlak na ulazu pumpe;
p A - atmosferski tlak.
Pod uvjetom da je p B > p A (negativno usisno podizanje ili visina na ulazu u pumpu), gdje je p B =rgH ispod +P do +P A, možemo napisati
gdje je pk tlak u usisnom tlačnom spremniku.
Ako je p B<р А (положительная высота всасывания или разрежение на входе в насос), то
Visina usisavanja, uzimajući u obzir hidrauličke gubitke u usisnom cjevovodu Sh sun i tlak brzine u u 2 / 2g, naziva se visina usisavanja vakuuma:
Usisna visina H sun je udaljenost između slobodne površine u spremniku iz koje crpka uvlači tekućinu i osi impelera (slika 6).
Dopuštena visina usisavanja vakuuma na kojoj crpka radi bez promjene glavnih tehničkih pokazatelja,
.
Dopuštena visina usisavanja (dopuštena visina vakuuma uzimajući u obzir gubitke Sh sun)
Kavitacijska svojstva crpki ocjenjuju se na temelju kavitacijskih karakteristika dobivenih ispitivanjem na posebnim postoljima.
Eksperimentalne metode za otkrivanje i proučavanje kavitacije. Najstarija, ali još uvijek najčešća metoda je energetska. Njegova suština je sljedeća. Na posebnom postolju ili pod radnim uvjetima, kada crpka radi na konstantnoj temperaturi i fiksnom dovodu tekućine, usisni tlak se smanjuje. U ovom slučaju, na svakom stupnju usisnog tlaka p sun, određuju se glavni parametri pumpe (Q, H, N, h), zatim se izračunava rezerva kavitacije u metrima stupca dizane tekućine Dh i crtaju se grafikoni H = f(Dh), N = f(Dh).
Za početak kavitacije uzima se vrijednost pri kojoj se tlak smanjuje za 2%. Da bi se osigurao normalan rad crpke, preporuča se povećati minimalnu rezervu kavitacije za A puta, tj. dopuštena rezerva kavitacije jednaka je Dh add =ADh cr.
Treba napomenuti da je ovako definirana pojava kavitacije uvjetovana. Zapravo, sama kavitacija počinje pri vrijednostima Dh koje znatno premašuju Dh cr, ali osjetljivost metode ne dopušta da se to odredi. Točnije, početak kavitacije određen je promjenama vibroakustičkih karakteristika (na primjer, općom razinom vibracija). Utvrđeno je da se promjene akustičkih karakteristika događaju mnogo ranije nego energetskih, tj. akustična metoda daje točnije podatke o nastanku kavitacije.
U mnogim slučajevima, osobito ako crpka radi pri velikim brzinama vrtnje (s relativnim brzinama protoka većim od 15 m/s), moguće je erozivno trošenje materijala protočnog dijela, koje se manifestira tijekom vremena i ne može se detektirati energijom ili akustične metode. U isto vrijeme, identificiranje mogućih mjesta erozije je vrlo poželjno, jer omogućuje projektantu u mnogim slučajevima da poduzme mjere za njeno smanjenje. Zone erozije trenutno se određuju brzim metodama. Da bi se to postiglo, površine koje teče oko protoka premazuju se lako razgradivim lakovima na bazi fenolnih smola i provode se kratkotrajna ispitivanja u zadanom načinu rada. Ako se pojave zone erozije, sloj premaza se uništava. Promjenom geometrije aerodinamičnih površina moguće je smanjiti ili eliminirati zone erozije.
Druga metoda za proučavanje kavitacije je metoda vizualizacije, koja koristi stroboskopiju, brzu fotografiju i snimanje i omogućuje detaljnu sliku nastanka i razvoja fenomena kavitacije.
Sve ove metode se međusobno nadopunjuju i imaju široku primjenu u praktičnom i istraživačkom radu.
Visokotlačne centrifugalne pumpe sastavni su dio instalacija koje dižu vodu iz podzemnih vodozahvata na površinu. Također se uvode u vodovodne sustave ili sustave grijanja za održavanje stabilnog tlaka u mreži.
Oprema ove vrste je neizostavna, kako u svakodnevnom životu tako iu proizvodnji, a potom ćemo govoriti o njenim prednostima i karakteristikama. Nakon gledanja videa u ovom članku saznat ćete koja je dopuštena visina usisavanja centrifugalne pumpe i po kojem je principu odabrana za bunar ili mrežu.
Značajke površinskih pumpi
Kriterij kao što je "visina usisavanja centrifugalne pumpe" važan je samo za površinske modele koji moraju dobiti vodu s velike udaljenosti. Zapravo, ovaj zadatak nije lak. Uostalom, što ako je razina tekućine ispod osi njegove osovine?
Tako:
- Da bi se podigla voda, ona mora stvoriti vakuum na ulaznoj cijevi, odnosno apsolutni tlak, koji zbog razlike u odnosu na atmosferski tlak pospješuje apsorpciju tekućine u radnu komoru. To se zove: podizanje vakuumskog usisavanja.
- Pa, tada stupaju u pogon lopatice koje, rotirajući, izbacuju vodu izvan periferije kotača, gdje se stvara pritisak potreban za napredovanje protoka do tlačne cijevi. Ovdje značajnu ulogu igra brzina rotacije lopatica, kao i duljina usisnog cjevovoda - što je cijev duža, to je veći gubitak tlaka. Ista stvar se događa u tlačnom cjevovodu.
- Stoga je ključ udobnog rada crpke prije svega ispravan izračun usisnih i ispusnih vodova. Zbog gubitaka tlaka usisna visina crpki postavljenih na površini ne prelazi devet, a češće sedam metara. Jedina iznimka su modeli s daljinskim izbacivačem, koji mogu dosegnuti vodu dok su 25 metara od njezine razine. Postoje još modernije modifikacije za koje ova udaljenost nije granica.
U ovom slučaju, usisna snaga se povećava korištenjem sustava Venturi cijevi. Korištenje takve jedinice omogućuje vam uštedu na izgradnji bunara, čiji promjer ne smije biti veći od tri inča. Pa, za dubinski unos vode, što god rekli, treba vam.
Konzolne pumpe
Ova verzija centrifugalnih pumpi s pravom se može smatrati najpopularnijom u svijetu. Ukupna težina konzolnih crpki, među cjelokupnom proizvedenom crpnom opremom, prema različitim procjenama, kreće se od 55 do 70%.
Prije svega, to je zbog jednostavnosti dizajna, koji je, ipak, u svojim mogućnostima ispred ostalih modela.
- Kod konzolnih pumpi, koje su označene slovima "K" i "KM", osovina motora je proširena, tvoreći konzolu - otuda i naziv. To su jednostupanjske jedinice s vodoravnom osovinom i jednosmjernim ulazom.
- Kotač s lopaticama montiran je na kraju osovine i povezan s motorom preko spojke. Nije uvijek moguće vizualno odrediti vrstu pumpe, budući da je ne samo kotač, već i sam motor u modelima za kućanstvo često skriven unutar kućišta.
- Usput, dizajn konzolnih pumpi također ima svoje karakteristike. Izgleda kao bubanj, unutar kojeg se okreću dva diska, smještena pod kutom. Postoje dvije rupe u šupljini kotača. Jedan se nalazi u sredini, nasuprot oknu, i služi kao ulaz za protok vode. Još jedna rupa nalazi se na perifernom dijelu - kroz nju se tekućina ispušta pod pritiskom.
- Visokotlačne centrifugalne pumpe tipa "KMP" (konzola, monoblok, booster) koriste se u stambenim i komunalnim uslugama. Koriste se za povećanje pritiska u vodoopskrbnim sustavima i opskrbu vodom višekatnica, gdje je nedostatak pritiska problem broj jedan. Gore smo predstavili fotografiju takve pumpe.
Stambene i komunalne usluge nisu jedino područje primjene konzolnih pumpi. Oni su u velikoj potražnji u proizvodnim shemama vodoopskrbe, u poljoprivredi iu mnogim industrijama.
Recimo, visokotlačna centrifugalna pumpa, namijenjena industrijskoj uporabi, sposobna je pumpati do 370 m3 vode na sat, stvarajući pritisak od gotovo sto metara.
Vertikalne pumpe
Dotaknuvši se teme crpne opreme koja osigurava visoke razine tlaka, ne možemo zanemariti. Najčešće imaju višestupanjski dizajn i, prema tome, imaju mnogo veće tlačne karakteristike.
Tako:
- U svakodnevnom životu crpke s okomitim kućištem koriste se za opskrbu vodom iz podzemnih vodozahvata (uronjivi modeli), kao iu sustavima odvodnje i navodnjavanja (polu-uronjivi i površinski modeli). Pumpe za industrijske svrhe također često imaju okomitu osovinu - to pruža velike prednosti.
- Činjenica je da se proizvodna crpna oprema često nalazi u radionici, a instaliranje vertikalnih crpki omogućuje uštedu korisnog prostora. Umjesto jedne vodoravne pumpe, na jedan temelj mogu stati tri ili četiri okomite.
- U industrijskim razmjerima, pojedinačne pumpe se rijetko koriste. Češće su to crpne stanice koje kombiniraju nekoliko vertikalnih crpki i membranski spremnik - hidraulički akumulator. Takve instalacije, gdje uz glavne crpke postoje i pomoćne, vrlo su pouzdane i imaju veliki radni kapacitet.
- Gdje god se koriste: u protupožarnim sustavima i sustavima grijanja, za smanjenje i odvodnju vode, u melioraciji zemljišta i shemama vodoopskrbe malih naselja. Pomoću takve instalacije moguće je osigurati potreban tlak u vodoopskrbnom sustavu visoke zgrade.
- Takva instalacija omogućit će vam stabilan tlak vode u privatnoj kući koja se napaja iz glavne mreže, gdje tlak uvijek pada tijekom vršnih sati. Uostalom, u mnogim kućama grijanje je vodeno, a kada je pritisak vode nedovoljan, radijatori su jedva topli i bojler se ne uključuje.
- Za malu kuću u kojoj živi jedna obitelj dovoljna je jedna pumpa. Ako je riječ o kući s dva ili tri kata ili, na primjer, vikendici za dva vlasnika, problem može biti značajan čak i ako je vodoopskrba osigurana iz pojedinačnog bunara.
- Uostalom, naši su domovi danas prepuni kućanskih aparata, čiji rad često zahtijeva pritisak vode od 2,5-3 bara, što redovita mreža ne može uvijek pružiti. Instaliranjem stanice s dvije ili tri pumpe, ne samo da možete zaboraviti na loš pritisak, već i ne brinuti da ćete, ako oprema ne uspije, ostati bez vode.
U takvim instalacijama sve crpke ne rade istovremeno – jedna je uvijek u rezervi. Čim radna pumpa odgodi pokretanje deset sekundi, umjesto nje se odmah uključuje pomoćna jedinica.
Booster pumpe
Većina vertikalnih crpki je dizajna za povišenje tlaka. Ovo je tip dizajna u kojem je crpka podvrgnuta radnim uvjetima sličnim onima u bunaru. Da bi to bilo moguće, tijelo pumpe za povišenje tlaka stavlja se u cilindrični spremnik od galvanskog ili nehrđajućeg čelika napunjen vodom.
Spojeni su pomoću prirubničkog adaptera i centrirani vijcima koji se nalaze na vanjskom obodu. Ovo rješenje čini strukturu neobično stabilnom - takva se jedinica može postaviti okomito ili vodoravno.
Prednosti pojačivača
Crpke ove vrste najčešće se koriste za sastavljanje crpnih jedinica za industrijske svrhe, budući da njihova izvedba i tlak nisu niži od onih . Jednostavno je nemoguće postići npr. pad od 800 m uz dovod od 1000 m3/sat iz vodoravne površinske pumpe.
- Takvi pokazatelji, naravno, nisu svugdje potrebni. Ali u sustavima za gašenje požara praktički nema alternative instalacijama za pojačavanje, jer zgrade mogu biti prilično visoke i nije im se uvijek moguće približiti tijekom požara. U takvim slučajevima visoki tlak spašava situaciju.
- Pojačivači su također neophodni za opskrbu pitkom vodom objekata koji se nalaze visoko iznad razine mora, na primjer, u planinama. I, unatoč činjenici da je cijena takvih instalacija prilično visoka, tijekom rada brzo se isplati zbog ekonomične potrošnje energije.
Ako usporedimo njihove troškove s drugim crpkama slične snage, ušteda neće biti manja od 50-55%. Korištenje pojačivača za opskrbu vodom objekata u izgradnji omogućuje smanjenje njihovih troškova, budući da energija uvijek predstavlja lavovski udio u troškovima.
Stranica 1
Visina usisavanja centrifugalne pumpe ne može premašiti teorijski stupac tekućine jednak tlaku od 1 at.
Usisna visina centrifugalnih crpki relativno je veća od klipnih zbog odsustva gubitaka u svladavanju inercijskih sila. Međutim, kako bi centrifugalna pumpa usisavala tekućinu, usisni vod i pumpa moraju biti napunjeni tekućinom prije pokretanja.
| Centrifugalna pumpa 6NDV. |
Visina usisavanja centrifugalnih pumpi je 3 5 - 4 5 m vode. Umjetnost. Međutim, treba imati na umu da centrifugalna pumpa ne može osigurati usisavanje tekućine u trenutku pokretanja, pa se stoga prije pokretanja usisni cjevovod i pumpa moraju napuniti dizanom tekućinom. Za zadržavanje tekućine u usisnom cjevovodu nakon što se crpka zaustavi, na kraju cjevovoda ugrađen je povratni ventil.
| Potopna pumpa. |
Budući da je usisna visina centrifugalnih crpki 2 - 5 m, ako se koriste, potrebno je izraditi ukopana (do 10 m) okna za ugradnju crpki.
Što određuje usisnu visinu centrifugalnih pumpi?
Ova jednadžba pokazuje da usisna visina centrifugalne pumpe, poput klipne pumpe, ovisi o brzini protoka tekućine i otporu u usisnom vodu, kao i o temperaturi pumpane tekućine.
Hidraulički elevatori mogu se koristiti za povećanje usisne visine centrifugalne pumpe. U tu svrhu postavljaju se na usisni vod, nakon nožnog ventila, a voda im se dovodi iz potisne cijevi pumpe. Količina isporučene vode je približno 15% kapaciteta pumpe. Produktivnost hidrauličkog dizala u ovom slučaju treba biti jednaka produktivnosti pumpe.
Instalacija, čiji je dijagram prikazan na Sl. 5.1, b, također je namijenjen za pumpanje tekućine s pumpom koja se nalazi na površini zemlje s dubine koja prelazi dopuštenu vakuum-metričku visinu usisavanja centrifugalne pumpe.
Najčešći je dijagram prikazan na sl. 6.4, a. U ovom slučaju, čini se da ejektor povećava usisnu visinu centrifugalne pumpe. I), a centrifugalna pumpa veće učinkovitosti dovodi vodu do visine YaVS YaG. Slično je prvoj shemi, ali predviđa ugradnju takozvane dvostruke pumpe - višestupanjske pumpe s ekstrakcijom vode u međufazi.