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 se opaža 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, ali se kavitacijski procesi mogu pojaviti iu tlačnim strujanjima na mjestima gdje se tekućina uklanja s 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.
U višestupanjskim pumpama, 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 ugrađen 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 – dovodno tijelo; 2 – impeler; 3 - brtva; 4 – tijelo brtve ulja;
5 – ležaj; 6 – osovina; 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 pumpe 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.
Uz p B > p A (negativno usisno podizanje ili visina na ulazu pumpe), 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 značajno 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 znatno ranije nego energetskih, tj. akustična metoda daje točniju informaciju 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 ukloniti 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 svoje 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 i stvoriti tlak 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 opskrbljuje 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 osigurati. 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 povišenje tlaka, jer zgrade mogu biti prilično visoke i nije im se uvijek moguće približiti tijekom požara. U takvim slučajevima situaciju spašava visoki tlak.
- 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.
Uzimajući kao usporednu ravninu razinu slobodne površine tekućine u dovodnom spremniku 0–0 (sl. 6.18), pišemo Bernoullijevu jednadžbu za presjeke 0–0 i 1–1 (odjeljak 1–1 odgovara usisu cijev pumpe):
gdje je brzina kretanja tekućine u usisnoj cijevi, je gubitak tlaka u usisnom vodu, je visina usisnog voda, je tlak tekućine u presjeku 1–1. Iz jednadžbe (6.36) određujemo visinu usisa:
Kao što se može vidjeti iz formule (6.37), što je manji, veća je usisna visina crpke. Odredimo donju granicu promjene.
Riža. 6.18. Usisni vod crpne jedinice
Ako je tlak manji od tlaka zasićene pare tekućine pri određenoj temperaturi, tj. , tada se iz tekućine počinju oslobađati pare i plinovi otopljeni u njoj. Intenzivno stvaranje mjehurića može dovesti do pucanja protoka tekućine
uz stvaranje parnog (plinskog) jastuka. U tom slučaju crpka prestaje pumpati i protok pada na nulu.
Pretpostavimo da nema prekida u protoku, tekućina s mjehurićima pare (plina) tijekom svog kretanja ulazi u područje viših tlakova.
Kada dođe do trenutne kondenzacije tekuće pare. Tekućina trenutno prodire u šupljine nastale kondenzacijom mjehurića, što dovodi do brojnih malih hidrauličkih udara. Ovaj proces se naziva kavitacija. Lokalno povećanje tlaka može doseći 100 MPa.
Zbog kavitacije može doći do sljedećeg:
– smanjenje u , i ;
– potpuni prestanak opskrbe – prekid protoka;
– pojava vibracija, udara, buke;
– mehaničko uništavanje tvrdih površina pumpe.
Najvjerojatnija je pojava kavitacije u centrifugalnoj pumpi
u usisnoj šupljini pumpe. Za sprječavanje kavitacije potrebno je da.
Odredimo maksimalnu usisnu visinu crpke, uzimajući:
Dopuštena visina usisavanja može se odrediti uzimajući u obzir rezervu kavitacije:
Vrijednosti rezerve kavitacije dane su u katalozima
na pumpama iu putovnici pumpe.
Usisna visina centrifugalne pumpe za vodu u normalnim uvjetima je = 6–7 m.
Aksijalne pumpe
Radni kotač 1
pri rotaciji u tijelu 2
daje fluidu kretanje u aksijalnom smjeru. U ovom slučaju, tok se donekle vrtloži. Za pretvaranje rotacijskog gibanja toka u translatorno
fiksna vodeća lopatica 3 ugrađena je u kućište crpke (slika 6.19). Lopatice impelera izrađene su u obliku vijka.
Kada se kotač okreće u toku tekućine, dolazi do razlike tlaka na obje strane svake lopatice. Sile pritiska oštrice
stvarat će prisilna rotacijska i translacijska gibanja tekućine na protoku, povećavajući njezin tlak i brzinu, tj. mehanička energija strujanja fluida.
Aksijalne crpke koriste se za velike brzine protoka tekućine (desetke kubičnih metara u sekundi) i niske tlakove (5–20 m).
Teorijski tlak aksijalne pumpe, kao i centrifugalne, određen je Eulerovom jednadžbom (6.25):
Riža. 6.19. Dijagram aksijalne pumpe
Razmotrimo trokute brzine na ulazu tekućine u rotor (Sl. 6.20, A) i na izlazu (Sl. 6.20, b).
A)b)
Riža. 6.20. Trokuti brzine za rotor aksijalne pumpe
Obodna (prenosiva) brzina rotacije, kao što je poznato, određena je formulom:
gdje je w kutna brzina rotacije. Obodna brzina na ulazu u impelere i na izlazu bit će ista, tj. . Stoga možemo napisati:
Ovo je osnovna jednadžba aksijalne pumpe. To pokazuje da je veličina tlaka aksijalne pumpe proporcionalna umnošku obodne brzine i promjene apsolutne komponente brzine protoka u smjeru prijenosnog kretanja protoka.
Iz trokuta brzina određujemo i:
Vrijednosti i mogu se odrediti iz jednadžbe kontinuiteta:
gdje je r gustoća tekućine, površina poprečnog presjeka aksijalne pumpe na ulazu i izlazu: . Onda to shvaćamo.
Uzimajući u obzir (6.41) i (6.42), prepisujemo jednadžbu (6.40) u obliku:
Prema jednadžbi (6.43), za stvaranje tlaka potrebno je da bude manji. Što je veća razlika između i, veći je zaokret oštrice. Lopatice rotora moraju biti profilirane na takav način da je radijalni tlak konstantan, tj. Vrijednosti su različite duž polumjera. Drugim riječima, uvijanje oštrice duž radijusa treba se promijeniti tako da se radijus ne mijenja.
Stvarni tlak aksijalne pumpe može se odrediti formulom:
Ovdje je učinkovitost crpke, koja se određuje formulom:
|
gdje je j hidraulička učinkovitost crpke, a mehanička učinkovitost crpke, uzimajući u obzir gubitke energije od trenja u brtvama, ležajevima i trenja diska. Obično se uzima:
Koeficijent j može se odrediti na temelju jednadžbe protoka:
gdje je volumetrijski protok pumpe. Uzimajući , dobivamo:
U usporedbi s centrifugalnim crpkama, aksijalne crpke su jednostavnijeg dizajna i manjih dimenzija s istim učinkom. Nedostatak im je ograničena usisna visina. Poznato je da što je veći učinak crpke, to je veći rizik od kavitacije. Kako bi se izbjegla kavitacija u ovom slučaju, visina usisavanja ne smije biti veća od 1-2 m.
Vrtložne pumpe
Vrtložna pumpa (slika 6.21) sastoji se od rotora 1
s kratkim radijalnim oštricama i fiksiranim tijelom 2
opremljen usisavanjem 3
i pritisak 4
cijevi. Kućište ima koncentrični izlazni kanal, koji je prekinut premosnikom koji služi kao brtva između tlačnih i usisnih lopatica.
Vrtložna pumpa ne osigurava hermetički zatvoreno odvajanje usisnog i tlačnog cjevovoda, tj. pumpa je protočnog tipa kao i sve krilne pumpe.
Kod vrtložnih pumpi više puta se koristi centrifugalna sila. Stoga je tlak koji oni stvaraju 4-5 puta veći od tlaka centrifugalnih strojeva s istom perifernom brzinom.
Centrifugalne sile uzrokuju kontinuirano strujanje tekućine
od međulopatičnih kanala do koncentričnog izlaznog kanala. Zbog kontinuiteta toka, tekućina kontinuirano teče u međulopatične kanale iz izlaznog kanala. Tijekom prolaska cijele duljine izlaznog kanala, tekućina nekoliko puta ulazi u kanale između lopatica
i svaki put dobiva novi impuls od impelera. U ovom slučaju, tekućina prolazi kroz složeno, vijugavo spiralno kretanje.
Riža. 6.21. Dijagram vrtložne pumpe
Kod vrtložnih pumpi određuje se unutarnja učinkovitost radnog procesa. Vrijednost se izračunava kao omjer korisne teoretske snage i teorijske snage koju troši kotač. Uz unutarnje gubitke svojstvene procesu prijenosa energije s rotora na protok i procijenjenu unutarnju učinkovitost, volumetrijski, hidraulički
i mehanički gubici. Gubici volumena uzrokovani su protokom tekućine kroz premosnike.
Gubitak hidrauličke energije nastaje zbog trenja
i stvaranje vrtloga tijekom translatornog kretanja tekućine duž izlaznog kanala. Mehanički gubici su gubici energije uslijed trenja u semeringima, ležajevima i trenja na radnim površinama kotača u tekućini.
Takvi značajni gubici energije dovode do činjenice da u najpovoljnijim načinima rada za vrtložne pumpe ukupna učinkovitost stroja ne prelazi 50%.
Na sl. Na slici 6.22 prikazane su karakteristike vrtložne pumpe. Glava pumpe H manje ovisi o protoku nego kod centrifugalne pumpe. Ako je periferna komponenta brzine fluida u izlaznom kanalu jednaka perifernoj brzini rotora, tada je fluid u kotaču
a kanal se okreće kao jedna cjelina s istom perifernom brzinom.
Riža. 6.22. Karakteristike vrtložne pumpe
Ne postoji jaka interakcija strujanja fluida u kotaču i kanalu, ne nastaju uzdužni vrtlozi, a tlak vrtložnog radnog procesa je .
Za ovaj slučaj možete napisati:
Protok pumpe određuje se formulom:
Brzina dodavanja c varira unutar c = 0,50–0,65.
U usporedbi s centrifugalnom pumpom, vrtložna pumpa je kompaktnija, njen dizajn je jednostavniji i jeftiniji. Vrtložne pumpe su samousisne. Mogu raditi na mješavini plina i tekućine.
Kod vrtložne pumpe promjene tlaka manje utječu na protok nego
u centrifugalnom, što dokazuje strma karakteristika (sl. 6.22).
Vrtložne pumpe obično se koriste kada je potrebno stvoriti visoki tlak s malim protokom.
U vrtložnim pumpama tekućina se dovodi do rotora
na njegovoj periferiji, tj. u zoni velike brzine. Stoga je mogućnost pojave kavitacije vrlo velika. Pojava kavitacije može se spriječiti povećanjem tlaka na ulazu u vrtložni kotač.
Da biste to učinili, ugradite dodatni centrifugalni kotač na osovinu vrtložne pumpe. Upotreba centrifugalnog kotača uzvodno omogućuje značajno povećanje brzine tekućine na ulazu
u vrtložni kotač i dobiti veći tlak vrtložnog kotača
i pumpa u cjelini. Učinkovitost centrifugalne vrtložne pumpe veća je od one čiste vrtložne pumpe. Ako najčešće vrtložne pumpe imaju učinkovitost od 33–35%, onda je za centrifugalne vrtložne pumpe 50–65%.
Rad vrtložnih pumpi regulira se prigušivanjem protoka na izlazu ili promjenom brzine.
Klipne pumpe
Među potisnim pumpama najčešće su klipne pumpe.
Na sl. Na slici 6.23 prikazana je shema jednostruke klipne pumpe. Sastoji se od klipa 1
sa šipkom 3
, krećući se naprijed-natrag unutar cilindra 2
i dva ventila – usisni 4
i pritisak 5
. Usisna cijev je pričvršćena na dno kućišta pumpe 6
, odozgo – iscjedak 7
.
Uzvratno kretanje klipa s klipom stvara pogon. Pogon može biti: parni stroj (pumpe izravnog djelovanja), koljenasti mehanizmi, ekscentrični ili bregasti prijenos. Uzmite u obzir radnike
strojni procesi. iz cilindra, tj. dolazi do ubrizgavanja. Tlak u šupljini naglo raste i ubrizgavanje počinje odmah na početku takta ubrizgavanja.
Prikazano na sl. 6.23 stroj izvodi jedan proces usisavanja i jedan proces pražnjenja po okretaju radilice
a naziva se stroj jednostavnog djelovanja. Hod klipa je označen sa.
Dijagrami klipnih pumpi dvostrukog, trostrukog i četverostrukog djelovanja prikazani su na sl. 6.24.
Crpka s dvostrukim djelovanjem izvodi dva procesa usisavanja u jednom okretaju radilice i dva procesa pražnjenja na zajedničkom vodu; pumpe s trostrukim djelovanjem - tri, četverostruke - četiri.
A) b) V) G)
Riža. 6.24. Dijagrami klipne pumpe: A, b– dvostruko djelovanje;
V– trostruko djelovanje; G– četverostruko djelovanje
Značajke pumpe mogu se jasno prikazati
na teoretskom indikatorskom dijagramu koji prikazuje promjenu tlaka u cilindru ovisno o položaju klipa tijekom rada stroja (sl. 6.25).
Prema drugim znakovima:
– prema položaju osi cilindra (vodoravno i okomito);
– prema izvedbi klipa (disk, diferencijal,
s prolaznim klipom - s ventilom u tijelu klipa, tip klipa);
– tlakom (niskim – do 1 MPa, srednjim – do 2 MPa, visokim – preko 2 MPa);
– u smislu produktivnosti (male – do 4 10 –3 m 3 /s, srednje –
do 15 · 10 –3 m 3 /s, velika – preko 15 · 10 –3 m 3 /s).
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 je stoga prije pokretanja potrebno napuniti usisni cjevovod i pumpu 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, iza 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.