Tekanan zat cair yang melewati pompa terus menerus berubah arah geraknya dan tidak sama pada masing-masing titik penampang rongga aliran.
Dalam desain konvensional pompa sentrifugal tekanan terendah diamati di dekat pintu masuk ke bagian silinder impeller di sisi cekung sudu, yaitu. dimana kecepatan relatifnya w dan energi kinetik yang sesuai mencapai nilai tertinggi. Jika di zona ini tekanannya sama dengan atau kurang dari tekanan uap jenuh yang sesuai dengan suhu cairan hisap, maka fenomena yang disebut kavitasi.
Gambaran fisik kavitasi terdiri dari pendidihan suatu cairan di zona bertekanan rendah dan selanjutnya kondensasi gelembung uap ketika cairan mendidih dibawa ke wilayah bertekanan tinggi. Dalam hal ini, proses kavitasi didistribusikan sepanjang aliran tertentu. Kavitasi dapat menjadi proses lokal, karakteristik bagian aliran yang pendek, dalam kasus di mana tekanan pada bagian tersebut berdenyut di sekitar nilai rata-ratanya, sama dengan tekanan uap jenuh pada suhu cairan isap. Dalam hal ini, proses pendidihan dan pengembunan gelembung uap terjadi dengan frekuensi tinggi, secara berdenyut.
Dalam kasus kavitasi apa pun, selama kondensasi cepat gelembung uap, cairan di sekitarnya mengalir ke pusat gelembung (pusat kondensasi) dan pada saat volumenya menutup, karena rendahnya kompresibilitas cairan, ia menghasilkan a pukulan tajam. Menurut data modern, tekanan pada titik penutupan gelembung uap selama kondensasi dalam proses kavitasi mencapai beberapa megapascal.
Jika gelembung uap pada saat mengembun berada pada permukaan yang membatasi aliran, misalnya pada sudu yang bekerja, maka tumbukan jatuh pada permukaan tersebut dan menyebabkan kerusakan lokal pada logam, yang disebut mengadu. Penelitian modern menunjukkan bahwa kavitasi disertai dengan proses termal dan elektrokimia yang secara signifikan mempengaruhi rusaknya permukaan rongga aliran pompa.
Sifat pitting tergantung pada bahan dari mana bagian aliran pompa dibuat. Jadi, lubang pada bagian besi cor, misalnya bilah kerja pompa bertekanan rendah, menghasilkan struktur seperti spons dengan permukaan yang sangat tidak rata dan retakan sempit berliku yang menembus jauh ke dalam logam dan membahayakan kekuatan bagian tersebut. Pada pompa bertekanan tinggi yang beroperasi pada kecepatan putaran tinggi, dengan bagian-bagian yang terbuat dari baja struktural dan paduan biasa, lubang muncul dalam bentuk depresi dan alur yang halus, seolah-olah dikerjakan dengan mesin. Tidak ada bahan yang benar-benar tahan terhadap kavitasi. Logam rapuh heterogen seperti besi tuang dan keramik memiliki ketahanan yang sangat buruk terhadap kavitasi. Dari logam yang digunakan dalam konstruksi pompa, baja paduan yang mengandung nikel dan kromium adalah yang paling tahan terhadap kavitasi.
Kavitasi berbahaya bukan hanya karena merusak logam, tetapi juga karena mesin yang beroperasi dalam mode kavitasi mengurangi efisiensi secara signifikan.
Pengoperasian pompa dalam mode kavitasi secara eksternal dimanifestasikan oleh kebisingan, keretakan internal, peningkatan tingkat getaran, dan dalam kasus kavitasi yang sangat berkembang, guncangan di rongga aliran, yang berbahaya bagi pompa.
Merupakan kebiasaan untuk membagi proses kavitasi menjadi tiga tahap. Pada tahap awal zona kavitasi diisi dengan campuran cairan dan gelembung uap yang kurang lebih besar. Pada tahap kedua dalam aliran kavitasi, rongga-rongga besar terbentuk pada permukaan pembatas, terkoyak oleh aliran dan dibentuk kembali. Ini adalah panggungnya kavitasi yang berkembang. Tahap ketiga adalah superkavitasi: seluruh elemen ramping dari mesin hidrolik terletak di area rongga.
Pengoperasian pompa pada tahap awal kavitasi tidak diinginkan, namun dapat diterima jika bagian pompa terbuat dari bahan tahan kavitasi. Pada tahap kavitasi dan superkavitasi yang berkembang, pengoperasian pompa menjadi tidak dapat diandalkan dan oleh karena itu tidak dapat diterima.
Kavitasi biasanya terjadi pada jalur hisap pompa pada sudu-sudu impeller, namun proses kavitasi juga dapat terjadi pada aliran tekanan di tempat pengeluaran cairan dari sudu-sudu kerja, baling-baling pemandu, dan elemen kendali.
Langkah-langkah untuk mencegah kavitasi pada pompa:
· membatasi kecepatan fluida dalam rongga aliran pompa;
· penggunaan bentuk rasional dari bagian rongga aliran dan profil sudu;
· pengoperasian pompa dalam mode yang mendekati mode desain.
Pada pompa bertingkat, bagian pertama sepanjang jalur fluida paling rentan terhadap kavitasi. Roda kerja, karena tekanan pada saluran masuknya paling rendah. Untuk meningkatkan kualitas kavitasi pompa tersebut, roda aksial hulu atau auger yang terdiri dari dua atau tiga putaran dipasang di depan tahap pertama. Mereka terbuat dari bahan tahan kavitasi dan menghasilkan tekanan pada saluran masuk roda pertama pompa multistage yang mencegah terjadinya kavitasi (lihat Gambar 11, Gambar 12). Pada pembangkit listrik tenaga nuklir, impeler hulu biasanya dipasang pada pompa kondensat dan pompa umpan.
Gambar 11 – Pompa umpan PEA 1650-75.
1 - poros; 2 – kemeja; 3 – segel ujung; 4 – penutup saluran masuk;
5 – roda yang sudah diganti sebelumnya; 6 – impeler; 7 – selubung; 8 – baling-baling pemandu; 9 – bagian; 10 – penutup tekanan; 11 – bantalan tumit; 12 – jepit rambut;
13 – membongkar disk; 14 – bantalan; 15 – piring.
Gambar 12 – Pompa kondensat KsVA 1500-120.
1 – menyediakan perumahan; 2 – impeler; 3 - segel; 4 – badan segel minyak;
5 – bantalan; 6 – poros; 7 – segel ujung; 8 – penutup tekanan;
9 – tubuh bagian dalam; 10 – bagian; 11 – selubung luar; 12 – baling-baling pemandu; 13 - roda yang sudah diganti sebelumnya; 14 – bantalan; 15 – sekrup umpan.
Tindakan utama terhadap kavitasi pada pompa jenis dan desain apa pun adalah dengan mempertahankan ketinggian hisap pompa agar kavitasi tidak terjadi. Ketinggian isap ini disebut dapat diterima.
Kelebihan tekanan pada saluran masuk pompa melebihi tekanan yang sama dengan tekanan uap jenuh cairan yang dipompa disebut cadangan kavitasi D H. Mode operasi pompa non-kavitasi dipastikan jika kondisi berikut terpenuhi:
Dh ³ Dh tambahan,
di mana cadangan kavitasi yang diizinkan
Dh tambah = kDh cr;
faktor keamanan k = 1,1¸1,5 dan diatur tergantung pada kondisi pengoperasian dan jenis pompa; Dh cr - cadangan kavitasi sesuai dengan awal penurunan parameter selama pengujian kavitasi pompa. Tambahan cadangan kavitasi yang diizinkan Dh diberikan dalam karakteristik pompa yang diperoleh selama pengujian kavitasi.
Cadangan kavitasi Dh ditentukan oleh ketergantungan
dimana p p adalah tekanan uap jenuh;
kamu masuk - kecepatan di saluran masuk pompa;
р B - tekanan absolut pada saluran masuk pompa;
p A - tekanan atmosfer.
Asalkan p B > p A (pengangkatan hisap negatif atau head pada saluran masuk ke pompa), di mana p B =rgH di bawah +P hingga +PA, kita dapat menulis
dimana pk adalah tekanan dalam tangki tekanan hisap.
Jika hal B<р А (положительная высота всасывания или разрежение на входе в насос), то
Ketinggian hisap, dengan memperhitungkan kerugian hidrolik pada pipa hisap Sh matahari dan tekanan kecepatan u dalam 2/2g, disebut tinggi hisap vakum:
Gaya angkat hisap H matahari adalah jarak antara permukaan bebas dalam reservoir tempat cairan ditarik oleh pompa dan sumbu impeler (Gambar 6).
Ketinggian hisap vakum yang diizinkan di mana pompa beroperasi tanpa mengubah indikator teknis utama,
.
Ketinggian hisap yang diizinkan (ketinggian vakum yang diizinkan dengan mempertimbangkan kerugian Sh matahari)
Kualitas kavitasi pompa dinilai berdasarkan karakteristik kavitasi yang diperoleh dengan pengujian pada dudukan khusus.
Metode eksperimental untuk mendeteksi dan mempelajari kavitasi. Metode tertua namun paling umum adalah energi. Esensinya adalah sebagai berikut. Pada dudukan khusus atau dalam kondisi pengoperasian, ketika pompa beroperasi pada suhu konstan dan suplai cairan tetap, tekanan hisap berkurang. Dalam hal ini, pada setiap tahap tekanan hisap p matahari, parameter utama pompa (Q, H, N, h) ditentukan, kemudian cadangan kavitasi dalam meter kolom cairan yang dipompa Dh dihitung dan grafik dibuat. H = f(Dh), N = f(Dh).
Awal kavitasi dianggap sebagai nilai di mana tekanan berkurang sebesar 2%. Untuk memastikan pengoperasian normal pompa, disarankan untuk meningkatkan cadangan kavitasi minimum sebanyak A kali, yaitu. cadangan kavitasi yang diizinkan sama dengan Dh add =ADh cr.
Perlu dicatat bahwa permulaan kavitasi yang didefinisikan dengan cara ini bersifat kondisional. Faktanya, kavitasi itu sendiri dimulai pada nilai Dh yang secara signifikan melebihi Dh cr, tetapi sensitivitas metode tidak memungkinkan hal ini ditentukan. Lebih tepatnya, permulaan kavitasi ditentukan oleh perubahan karakteristik vibroakustik (misalnya, oleh tingkat getaran umum). Ditemukan bahwa perubahan karakteristik akustik terjadi jauh lebih awal dibandingkan perubahan energi, yaitu. metode akustik memberikan informasi yang lebih akurat tentang timbulnya kavitasi.
Dalam banyak kasus, terutama jika pompa beroperasi pada kecepatan putaran tinggi (dengan kecepatan aliran relatif lebih dari 15 m/s), keausan erosif pada material bagian aliran mungkin terjadi, yang muncul seiring waktu dan tidak dapat dideteksi oleh energi. atau metode akustik. Pada saat yang sama, mengidentifikasi kemungkinan terjadinya erosi juga sangat diperlukan, karena hal ini memungkinkan perancang dalam banyak kasus mengambil tindakan untuk menguranginya. Zona erosi saat ini ditentukan dengan menggunakan metode cepat. Untuk melakukan ini, permukaan yang mengalir di sekitar aliran dilapisi dengan lapisan pernis yang mudah terurai berdasarkan resin fenolik dan pengujian jangka pendek dilakukan dalam mode tertentu. Jika terjadi zona erosi, lapisan pelapis akan rusak. Dengan mengubah geometri permukaan yang ramping, zona erosi dapat dikurangi atau dihilangkan.
Metode lain untuk mempelajari kavitasi adalah metode visualisasi, yang menggunakan stroboskopi, fotografi dan pembuatan film berkecepatan tinggi dan memungkinkan Anda menyajikan gambaran rinci tentang kemunculan dan perkembangan fenomena kavitasi.
Semua metode ini saling melengkapi dan banyak digunakan dalam praktik dan penelitian.
Pompa sentrifugal bertekanan tinggi merupakan bagian integral dari instalasi yang mengangkat air dari saluran masuk air bawah tanah ke permukaan. Mereka juga dimasukkan ke dalam pipa atau sistem pemanas untuk menjaga kestabilan tekanan di jaringan.
Peralatan jenis ini sangat diperlukan, baik dalam kehidupan sehari-hari maupun dalam produksi, dan kemudian kita akan membicarakan kelebihan dan fiturnya. Setelah menonton video di artikel ini, Anda akan mengetahui berapa ketinggian hisap pompa sentrifugal yang diizinkan, dan berdasarkan prinsip apa pompa tersebut dipilih untuk sumur atau jaringan.
Fitur pompa permukaan
Kriteria seperti “ketinggian isap pompa sentrifugal” hanya penting untuk model permukaan yang harus menerima air dari jarak jauh. Nyatanya, tugas ini tidaklah mudah. Lagi pula, bagaimana jika ketinggian cairan berada di bawah sumbu porosnya?
Jadi:
- Untuk menaikkan air, ia harus menciptakan ruang hampa pada pipa saluran masuk, yaitu tekanan absolut, yang karena perbedaannya dengan tekanan atmosfer, mendorong penyerapan cairan ke dalam ruang kerja. Ini disebut: pengisapan vakum.
- Nah, kemudian bilah-bilahnya mulai beroperasi, yang, saat berputar, membuang air ke luar pinggiran roda, di mana tekanan yang diperlukan untuk memajukan aliran ke pipa tekanan tercipta. Peran penting di sini dimainkan oleh kecepatan putaran bilah, serta panjang pipa hisap - semakin panjang pipa, semakin besar kehilangan tekanan. Hal yang sama terjadi pada pipa bertekanan.
- Oleh karena itu, kunci kenyamanan pengoperasian pompa adalah, pertama-tama, perhitungan saluran hisap dan pembuangan yang benar. Karena kehilangan tekanan, ketinggian hisap pompa yang ditempatkan di permukaan tidak melebihi sembilan, dan seringkali tujuh meter. Satu-satunya pengecualian adalah model dengan ejektor jarak jauh, yang dapat mencapai air pada jarak 25 meter dari permukaannya. Bahkan ada modifikasi yang lebih modern yang jaraknya tidak menjadi batasnya.
Dalam hal ini daya isap ditingkatkan melalui penggunaan sistem pipa Venturi. Penggunaan unit semacam itu memungkinkan Anda menghemat pembangunan sumur, yang diameternya tidak boleh melebihi tiga inci. Nah, untuk asupan air yang dalam, apa pun kata orang, Anda membutuhkannya.
Pompa kantilever
Versi pompa sentrifugal ini dapat dianggap sebagai yang paling populer di dunia. Berat total pompa kantilever, di antara semua peralatan pompa yang diproduksi, menurut berbagai perkiraan, berkisar antara 55 hingga 70%.
Pertama-tama, hal ini disebabkan oleh kesederhanaan desain, yang, bagaimanapun, dalam kemampuannya, lebih unggul dari model lain.
- Pada pompa kantilever, yang ditandai dengan huruf “K” dan “KM”, poros motor diperpanjang, membentuk kantilever - sesuai dengan namanya. Ini adalah unit satu tahap dengan poros horizontal dan input satu arah.
- Roda dengan bilah dipasang di ujung poros dan dihubungkan ke mesin melalui kopling. Tidak selalu mungkin untuk menentukan jenis pompa secara visual, karena tidak hanya roda, tetapi juga mesin itu sendiri pada model rumah tangga sering kali tersembunyi di dalam rumahan.
- Omong-omong, desain pompa kantilever juga memiliki ciri khas tersendiri. Bentuknya seperti drum, di dalamnya terdapat dua buah cakram yang terletak miring. Terdapat dua lubang pada rongga roda. Yang satu terletak di tengah, berhadapan dengan poros, dan berfungsi sebagai pintu masuk aliran air. Lubang lain terletak di bagian periferal - melaluinya cairan dialirkan di bawah tekanan.
- Pompa sentrifugal bertekanan tinggi, tipe “KMP” (konsol, monoblok, booster), digunakan di perumahan dan layanan komunal. Mereka digunakan untuk meningkatkan tekanan dalam sistem pasokan air dan memasok air ke gedung-gedung bertingkat, di mana kurangnya tekanan adalah masalah nomor satu. Kami menyajikan foto pompa seperti itu di atas.
Perumahan dan layanan komunal bukan satu-satunya bidang penerapan pompa kantilever. Kebutuhan akan bahan ini sangat besar dalam skema produksi pasokan air, pertanian, dan banyak industri.
Katakanlah sebuah pompa sentrifugal bertekanan tinggi, yang ditujukan untuk keperluan industri, mampu memompa hingga 370 m3 air per jam, dan menciptakan tekanan hampir seratus meter.
Pompa vertikal
Setelah menyentuh topik peralatan pompa yang memberikan tingkat tekanan tinggi, kita tidak bisa mengabaikannya. Paling sering mereka memiliki desain multi-tahap dan, karenanya, memiliki karakteristik tekanan yang jauh lebih tinggi.
Jadi:
- Dalam kehidupan sehari-hari, pompa dengan selubung vertikal digunakan untuk mensuplai air dari saluran masuk air bawah tanah (model submersible), serta sistem drainase dan irigasi (model semi-submersible dan permukaan). Pompa untuk keperluan industri juga sering kali memiliki poros vertikal - ini memberikan keuntungan besar.
- Faktanya adalah peralatan pompa produksi sering kali ditempatkan di bengkel, dan memasang pompa vertikal memungkinkan Anda menghemat ruang yang dapat digunakan. Alih-alih satu pompa horizontal, tiga atau empat pompa vertikal dapat ditampung dalam satu fondasi.
- Pada skala industri, pompa tunggal jarang digunakan. Lebih sering ini adalah stasiun pompa yang menggabungkan beberapa pompa vertikal dan tangki membran - akumulator hidrolik. Instalasi seperti itu, selain pompa utama juga terdapat pompa cadangan, sangat andal dan memiliki kapasitas operasi yang tinggi.
- Dimanapun mereka digunakan: dalam sistem pemadam kebakaran dan pemanas, untuk pengurangan air dan drainase, dalam skema reklamasi lahan dan pasokan air ke pemukiman kecil. Dengan menggunakan instalasi seperti itu, dimungkinkan untuk memberikan tekanan yang diperlukan dalam sistem pasokan air di gedung bertingkat tinggi.
- Instalasi seperti itu akan memungkinkan Anda memiliki tekanan air yang stabil di rumah pribadi yang disuplai dari jaringan utama, di mana tekanannya selalu turun pada jam sibuk. Lagi pula, di banyak rumah, pemanasnya adalah air, dan ketika tekanan air tidak mencukupi, radiator hampir tidak hangat dan pemanas air tidak menyala.
- Untuk rumah mungil yang dihuni satu keluarga, satu pompa saja sudah cukup. Jika ini adalah rumah dengan dua atau tiga lantai, atau, misalnya, sebuah pondok untuk dua pemilik, maka masalahnya bisa menjadi signifikan bahkan jika pasokan air disediakan dari sumur individu.
- Bagaimanapun, rumah kita saat ini penuh dengan peralatan rumah tangga, yang pengoperasiannya seringkali membutuhkan tekanan air 2,5-3 bar, yang tidak selalu dapat disediakan oleh jaringan biasa. Dengan memasang stasiun dengan dua atau tiga pompa, Anda tidak hanya bisa melupakan tekanan yang buruk, tetapi juga tidak khawatir jika peralatan rusak, Anda akan dibiarkan tanpa air.
Dalam instalasi seperti itu, semua pompa tidak bekerja secara bersamaan - hanya ada satu pompa yang cadangan. Segera setelah pompa yang bekerja menunda penyalaan selama sepuluh detik, unit cadangan segera menyala.
Pompa penguat
Kebanyakan pompa vertikal memiliki desain booster. Ini adalah jenis desain di mana pompa mengalami kondisi operasi serupa dengan yang ditemukan di sumur. Untuk memungkinkannya, badan pompa booster ditempatkan dalam wadah berbentuk silinder yang terbuat dari baja galvanis atau tahan karat yang diisi air.
Mereka dihubungkan menggunakan adaptor flensa dan dipusatkan dengan baut yang terletak di sekeliling luar. Solusi ini membuat struktur menjadi sangat stabil - unit semacam itu dapat ditempatkan secara vertikal atau horizontal.
Keuntungan dari booster
Pompa jenis ini paling sering digunakan untuk perakitan unit pompa untuk keperluan industri, karena kinerja dan tekanannya tidak kalah dengan pompa . Sangatlah mustahil untuk mencapai, misalnya, head sebesar 800 m dengan suplai 1000 m3/jam dari pompa permukaan horizontal.
- Indikator seperti itu tentu saja tidak diperlukan di semua tempat. Namun dalam sistem pemadam kebakaran, praktis tidak ada alternatif selain instalasi booster, karena bangunan bisa sangat tinggi, dan tidak selalu mungkin untuk mendekatinya saat terjadi kebakaran. Dalam kasus seperti itu, tekanan tinggi lah yang menyelamatkan situasi.
- Booster juga sangat diperlukan untuk menyuplai air minum ke objek yang letaknya jauh di atas permukaan laut, misalnya di pegunungan. Dan, meskipun harga instalasi semacam itu cukup tinggi, selama pengoperasiannya, instalasi tersebut dengan cepat terbayar karena konsumsi energi yang irit.
Jika kita membandingkan biayanya dengan pompa lain dengan daya serupa, penghematannya setidaknya 50-55%. Penggunaan instalasi booster untuk menyediakan air ke fasilitas yang sedang dibangun dapat mengurangi biayanya, karena energi selalu menyumbang bagian terbesar dari biaya.
Halaman 1
Ketinggian isap pompa sentrifugal tidak boleh melebihi kolom teoritis cairan yang sama dengan tekanan 1 at.
Ketinggian isap pompa sentrifugal relatif lebih tinggi dibandingkan pompa piston karena tidak adanya rugi-rugi dalam mengatasi gaya inersia. Namun, agar pompa sentrifugal dapat menyedot cairan, saluran hisap dan pompa harus diisi cairan sebelum dinyalakan.
| Pompa sentrifugal 6NDV. |
Ketinggian isap pompa sentrifugal adalah 3 5 - 4 5 m air. Seni. Namun perlu diingat bahwa pompa sentrifugal tidak dapat menyedot cairan pada saat dinyalakan, oleh karena itu, sebelum memulai, pipa hisap dan pompa harus diisi dengan cairan yang dipompa. Untuk menahan cairan di pipa hisap setelah pompa berhenti, dipasang katup periksa di ujung pipa.
| Pompa selam. |
Karena ketinggian isap pompa sentrifugal adalah 2 - 5 m, jika digunakan, maka perlu dibuat poros yang terkubur (hingga 10 m) untuk memasang pompa.
Apa yang menentukan tinggi isap pompa sentrifugal?
Persamaan ini menunjukkan bahwa tinggi hisap pompa sentrifugal, seperti halnya pompa piston, bergantung pada laju aliran fluida dan hambatan pada saluran hisap, serta pada suhu fluida yang dipompa.
Lift hidrolik dapat digunakan untuk meningkatkan ketinggian isap pompa sentrifugal. Untuk tujuan ini, mereka dipasang pada saluran hisap, setelah katup kaki, dan air disuplai ke sana dari pipa pembuangan pompa. Jumlah air yang disuplai kurang lebih 15% dari kapasitas pompa. Produktivitas elevator hidrolik dalam hal ini harus sama dengan produktivitas pompa.
Instalasi, diagramnya ditunjukkan pada Gambar. 5.1, b, juga dimaksudkan untuk memompa cairan dengan pompa yang terletak di permukaan bumi dari kedalaman melebihi ketinggian hisap vakum-metrik yang diizinkan dari pompa sentrifugal.
Yang paling umum adalah diagram yang ditunjukkan pada Gambar. 6.4, sebuah. Dalam hal ini, ejektor tampaknya meningkatkan tinggi isap pompa sentrifugal. I), dan pompa sentrifugal dengan efisiensi lebih tinggi menyuplai air ke ketinggian YaVS YaG. Ini mirip dengan skema pertama, tetapi menyediakan pemasangan apa yang disebut pompa aliran ganda - pompa multi-tahap dengan ekstraksi air pada tahap perantara.