Центробежный насос

Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью , добавив цитаты из надежных источников . Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален. Найти источники:  «Центробежный насос»  -  новости  · газеты  · книги  · ученый  · JSTOR ( март 2009 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Уорман центробежный насос в подготовке завода угля применения

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 представляют собой подкласс динамических осесимметричных турбомашин с амортизацией . ^[1] Жидкость входит в рабочее колесо насоса вдоль оси вращения или рядом с ней и ускоряется крыльчаткой, текущая радиально наружу в диффузор или спиральную камеру (кожух), из которой она 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] центробежный вентилятор обычно используется для реализации блока обработки воздуха или пылесоса . Обратной функцией центробежного насоса является водяная турбина, преобразующая потенциальную энергию давления воды в механическую энергию вращения.

История [ править ]

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 насос с прямыми лопастями. Изогнутая лопасть была представлена ​​британским изобретателем Джоном Аппольдом в 1851 году.

Как это работает [ править ]

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 [ править ]

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 насоса Эйлера [ править ]

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 номеров элементов вызывает статическое давление, сумму последних 2-х элементов номерное давление скорость вызова внимательно смотрите на рис. 2.2 и подробное уравнение.

H _t теоретическое давление напора; g = от 9,78 до 9,82 м / с2 в зависимости от широты, условное стандартное значение ровно 9,80665 м / с2 барицентрическое ускорение свободного падения

u ₂ = r _2. ω вектор периферийной окружной скорости

u ₁ = r _1. ω вектор окружной скорости на входе

ω = 2π.n угловая скорость

w ₁ вектор относительной скорости на входе

w ₂ вектор относительной скорости на выходе

c ₁ вектор абсолютной скорости на входе

c ₂ вектор абсолютной скорости на выходе

Треугольник скорости [ править ]

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, как энергия, добавляемая к потоку (показанная в векторе c), изменяется обратно пропорционально скорости потока Q (показанной в векторе c _m ).

Коэффициент эффективности [ править ]

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

куда:

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

${\ displaystyle \ rho}$плотность жидкости (кг / м ³ )

${\ displaystyle g}$стандартное ускорение свободного падения (9,80665 м / с ² )

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

${\displaystyle Q}$- расход (м ³ / с)

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

Напор, добавляемый насосом ( ), 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 (10 ³ Вт, кВт) или лошадиных силах . Значение КПД насоса , может быть указано для самого насоса или как совокупный КПД системы насоса и двигателя.${\displaystyle H}$${\displaystyle \eta _{pump}}$

Вертикальные центробежные насосы [ править ]

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 сальника для уплотнения вала, вместо этого используется «дроссельная втулка». Обычно насос этого типа применяется в моечной машине .

Пенные насосы [ править ]

В горнодобывающей промышленности или при добыче масел и песка пена образуется 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 [ править ]

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 - 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 при изоэнтропическом сжатии, что приводит к небольшому увеличению температуры (в дополнение к увеличению давления).

Использование энергии [ править ]

Потребление энергии в насосной установке определяется требуемым расходом, высотой подъема, длиной и характеристиками трения трубопровода. Мощность, необходимая для привода насоса ( ), определяется просто в единицах СИ следующим образом:${\displaystyle P_{i}}$

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

куда:

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

${\displaystyle \rho }$плотность жидкости (кг / м ³ )

${\displaystyle g}$стандартное ускорение свободного падения (9,80665 м / с ² )

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

${\displaystyle Q}$- расход (м ³ / с)

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

Напор, добавляемый насосом ( ), 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 (10 ³ Вт, кВт) или лошадиных силах ( л.с. = кВт / 0,746 ). Значение КПД насоса , может быть указано для самого насоса или как совокупный КПД системы насоса и двигателя.${\displaystyle H}$${\displaystyle \eta _{pump}}$

Потребление энергии определяется путем умножения потребляемой мощности на продолжительность работы насоса.

Проблемы центробежных насосов [ править ]

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

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

Центробежные насосы для контроля твердых частиц [ править ]

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

Насосы с магнитной муфтой [ править ]

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 действие 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 корпуса насоса., опора внутри насоса обеспечивается втулками. Мощность насоса с магнитным приводом может составлять от нескольких ватт до гигантских 1 МВт.

Грунтовка [ править ]

Для заливки всех центробежных насосов в корпусе жидкости требуется вода. 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 [ править ]

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 относятся к самовсасывающим насосам. Самовсасывающие центробежные насосы были изобретены в 1935 году. Одной из первых компаний, которые выпустили на рынок самовсасывающие центробежные насосы, была American Marsh в 1938 году.

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, должен быть установлен поворотный обратный клапан на стороне всасывания или выпускной клапан, чтобы предотвратить любое сифонное действие и гарантировать, 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 садовых насосов. Наиболее часто используемые типы самовсасывающих насосов - это насосы с боковым каналом и водокольцевые насосы. Другой тип самовсасывающего насоса - это центробежный насос с двумя камерами корпуса и открытым рабочим колесом. Эта конструкция используется не только из-за 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 котлованов.

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.

См. Также [ править ]

• Насос с осевым потоком
• Чистый положительный напор на всасывании (NPSH)
• Насос
• Уплотнение (механическое)
• Удельная скорость ( N _сек или N _сс )
• Термодинамические испытания насоса
• Турбина
• Турбонасос

Ссылки [ править ]

Источники [ править ]

• Комитет по стандартам ASME B73, Стандартные химические насосы

Внешние ссылки [ править ]

Найдите Центробежный насос в Викисловаре, бесплатном словаре.

Викискладе есть медиафайлы по теме центробежных насосов .