Центробежни помпи

МашиниСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 1, 2009

Сред най-използваните работни хидравлични машини
в разнообразие от приложения

 

      сторията свидетелства, че първата центробежна помпа е изобретена през далечната 1689 г. от физика Денис Папин. И днес, повече от триста години по-късно, тя е сред най-използваните работни хидравлични машини. Принципът на работа на хидравличната помпа е елементарен. Течността принудително се въвежда във входа на импелера и с помощта на центробежните сили протича към периферията на работното колело. Конструкцията й е сравнително евтина, здрава и елементарна (фиг. 1). Високата скорост на протичане на течността през машината позволява задвижването да се осъществява с директно монтиран асинхронен електродвигател. Характерни за центробежните помпи са стабилен дебит и възможност за дроселиране, без да се нарушава нормалното им функциониране. Използват се за пренос на сравнително чисти течности.

Три са основните видове центробежни помпи
Съществуват три основни вида центробежни помпи - радиални (фиг. 2.1), осови (фиг. 2.2) и радиално-осови (фиг. 2.3).
Най-често използвани са радиалните и радиално-осовите помпи. Все по-високите и разнообразни изисквания към центробежните хидравлични машини, сред които широк диапазон от напори, дебити, тип на инсталациите и икономична работа, са едва няколко от причините за голямото конструктивно многообразие от типове центробежни помпи.

Характеристики на центробежни помпи
Сред основните им характеристики са:
l Брой на стъпалата. В зависимост от броя на работните колела на помпата, тя е едностъпална или многостъпална.
l Разположение на вала на помпата. Едно- и многостъпалните помпи са с хоризонтален или вертикален вал и съответно се наричат хоризонтални и вертикални.
l С еднозасмукващо или двойнозасмукващо работно колело. В зависимост от конструкцията на работното колело помпата е едно или двойнозасмукваща.
l Куплиране на работните колела. Стъпалата на помпата могат да се разположат по два начина - в паралел или последователно, което се използва най-често.
l Вид на кожуха на помпата. Разпространени са конструкции със спирален кожух и кожух с обратен канал и направляващи лопатки.

Конструкции центробежни помпи
Стандартни помпи (фиг. 3). Съществуват редица международни стандарти, отнасящи се до центробежни помпи. Повечето държави разполагат със собствена стандартизационна уредба, изискванията в която, в повечето случаи, се припокриват с международните изисквания.
Двата по-известни международни стандарта в областта са EN 733 и EN 22858. Първият (DIN 24255) се отнася за осово засмукващи центробежни помпи, известни още като водни помпи. Номиналното налягане при тях е 10 bar. Вторият стандарт се прилага за специфичен вид центробежни помпи, известни като химически. Номиналното налягане при тях е 16 bar. Цитираните стандарти дефинират изискванията по отношение на присъединителните размери и работните точки на помпите. Хидравличните части на помпите се определят от конкретния производител и по отношение на тях не съществуват международни стандарти.
Добре е да се има предвид, че помпите, обозначени като стандартни, осигуряват предимства по отношение на сервизирането и поддръжката.
Помпи с делим кожух. Кожухът им аксиално се разделя на две половини. На фигура 4 е показана двойнозасмукваща помпа с делим кожух. Двойнозасмукващото работно колело уравновесява аксиалните сили, с което се осигурява по-дълъг живот на лагерите. Обичайно този тип помпи се характеризират с много висок КПД, широк работен диапазон и лесно сервизиране.
Херметични помпи. Обикновено изходящият край на вала на помпата се уплътнява, което най-често се реализира с механично уплътнение. Недостатъците му се проявяват най-силно при пренос на агресивни (с основен и киселинен характер) и отровни течности. Логично, появата на утечки от уплътнението е силно нежелателна. За целта, в редица приложения се използват двойни механични уплътнения. Друго решение е употребата на специални херметични помпи. Съществуват два вида - с потопен (мокър) ротор и с магнитно задвижване.
Помпите с потопен ротор (фиг. 5) са херметично уплътнени машини, при които двигателят и помпената част представляват общ блок, без уплътнение. Работната течност преминава през роторната част, която е отделена от статорната част посредством роторна кутия. Тя служи като уплътнение между течността и двигателя. Химическите помпи с потопен ротор се изработват от пластмаси или неръждаеми стомани, които могат да издържат агресивни течности. Най-често използвана е помпата с потопен ротор за отоплителните системи, тъй като осигурява ниско ниво на шум и функционира без поддръжка.
Вторият вид херметични помпи - с магнитно задвижване (фиг. 6), се използват широко за пренос на агресивни и отровни течности. Конструктивно са изградени от две групи магнити - вътрешни и външни; и немагнитна кутия между тях, която разделя течността от атмосферата. Външните магнити са свързани със задвижването на помпата, а вътрешните - с вала на помпата. Работната течност се използва и за смазване, и охлаждане на лагерите на помпата.
Санитарни помпи (фиг. 7). Използват се в хранителната, пивоварната, фамацевтичната и биотехнологичната индустрии. Сред основните изисквания към тези помпи е да са с грапавост на материала между 0.4  и 3.2 mm Ra. Постига се чрез използването на кована или дълбоко изтеглена стомана. Основни характеристики на санитарните помпи са лесно почистване и обслужване. Водещите компании в областта проектират и произвеждат изделията си в съответствие с някои от стандартите - EHEDG (European Hygienic Equipment Design Group), QHD (Qualified Hygienic Design) и 3-A, включително - 3A0/3A1 (Industrial/Hygienic Standard - Ra І 3.2 mm), 3A2 (Sterile Standard - Ra І 0.8 mm) и 3A3 (Sterile Standard - Ra І 0.4 mm).
Полупотопяеми помпи (фиг. 8). Полупотопяема се нарича помпа, която е със сух двигател, а помпената част е потопена в работната течност. Най-често полупотопяемите помпи се монтират в резервоари или контейнери, което обяснява разговорното им име - резервоарни помпи. Използват се предимно в областта на машиностроенето, например в металорежещи машини, машинни центрове и охлаждащи кръгове на машини, както и във филтриращи системи.
Най-общо се разделят в 2 групи - помпи със затворени и с полуотворени работни колела. Първите работят с чисти течности, а вторите се монтират преди филтрите на металорежещите машини, тъй като в течността се съдържат метални стружки и парчета.
Потопяеми помпи (фиг. 9). Съществуват два вида потопяеми помпи - за сондажи и за кладенци. Вторите са със сух двигател, който се свързва с помпата с помощта на дълъг вал. Обичайната употреба на тези помпи е в областта на водоснабдяването и напояването.
И двата вида се използват в дълги и тесни кладенци. Затова имат малък диаметър и много стъпала. Сондажните помпи в днешни дни почти напълно заместват моделите със сух двигател. Те са напълно потопени в работната течност и разполагат с вграден в конструкцията им потопяем двигател с клас на защита IP 68. Тъй като работната (пренасяната) течност се използва за охлаждане на двигателя, приложението им се ограничава само за студени течности.

За хидравличните машини...

Необходимостта от вода е принуждавала хората да използват различни приспособления и устройства за издигането й още в най-дълбока древност. Известни са работни колела, използващи енергията на водата или вятъра за задвижване на съоръжения за изпомпване на водата от рудници, напояване и др.
Най-общо, хидравличните машини се разделят на силови и работни. Силовите хидравлични машини трансформират потенциалната и кинетичната енергия на дадена течност в друг вид енергия, най-често механична. Основни представители на групата са водните и вятърни турбини и хидродвигателите. Най-често те задвижват електрически генератори или силови механизми. От друга страна, работните хидравлични машини превръщат механичната енергия в потенциална и кинетична енергия на определени количества от дадена течност. Такива машини са помпите, вентилаторите и компресорите. Задвижват се от електродвигатели, а понякога и от двигатели с вътрешно горене.
Известно е, че работните хидравлични машини функционират на базата на един от принципите: обемен, центробежен, пропелерен (на носещото крило), струен и вихров.
Обемната хидравлична машина трансформира механичната енергия в кинетична и потенциална чрез изменение на работния обем на машината. Най-характерните им представители са - буталните работни машини, пластинковите ексцентрични работни машини, зъбните работни машини, мембранните работни машини и др.
При центробежната хидравлична машина между два диска са подредени лопатки. При подаване на течност на входа се завърта работното колело на машината. Течността се придвижва към периферията, в резултат на което се увеличава енергията на течността.
Принципът на работа на пропелерната хидравлична машина се основава на увеличаване енергията на течността при завъртането на крилни профили, наредени на вал в цилиндричен кожух. Типичен представител са пропелерните помпи, които се характеризират с много ниски напори и много големи дебити.
Характерно за струйната хидравлична машина е създаването на скорост на неподвижна течност между струя и неподвижни стени на камера. Това е за сметка на намаляване на налягането в началото на камерата, което води до увличане на нова течност и увеличаване на налягането към изхода на камерата. Представители на струйните машини са т. нар. ежекторни, или инжекторни и струйни помпи.
При вихровата хидравлична машина въртенето на работно колело, с наредени по периферията му лопатки в уплътняващ го кожух със страничен канал, осигурява увеличаване на енергията на течността в страничния канал. Това е за сметка на излизащите от междулопатъчните пространства вихри. Представители са вихровите помпи.

Приложение в индустриални системи
Центробежните помпи се използват широко в повечето индустриални процеси както като основно, така и като спомагателно оборудване.
Накратко, в сферата на промишлеността се използват:
l Помпи за водоснабдяване с чиста вода;
l Помпи за филтриране, ултрафилтриране, нанофилтриране, обратна осмоза, пренос на вода за ултравиолетово третиране и др.;
l Процесни и преносни помпи за производство на горива, растителни масла, биогорива и биоетанол;
l Процесни помпи във фармацевтичната и козметичната индустрии;
l Процесни помпи в химическата индустрия за производство на химически вещества и изкуствени торове;
l Процесни помпи в хранително-вкусовата и пивоварната индустрии;
l Помпи за циркулация в отоплителни и климатични системи;
l Помпи за циркулация в охладителните системи;
l В мини и кариери, и др.




ЕКСКЛУЗИВНО

Top