1. Nguyên lý làm việc của bơm ly tâm
Khi máy bơm ly tâm hoạt động, nó dựa vào bánh công tác quay tốc độ cao để tăng năng lượng áp suất của chất lỏng dưới tác dụng của lực ly tâm quán tính. Trước khi bơm ly tâm bắt đầu hoạt động, thân bơm và đường ống dẫn vào phải được đổ đầy môi trường lỏng để ngăn chặn hiện tượng xâm thực.
Khi bánh công tác quay nhanh, các cánh quạt sẽ thúc đẩy môi trường quay nhanh. Môi trường quay bay ra khỏi bánh công tác dưới tác dụng của lực ly tâm, nước bên trong máy bơm bị đẩy ra ngoài, tạo thành vùng chân không ở trung tâm bánh công tác. Liên tục hít chất lỏng đồng thời liên tục cung cấp một lượng năng lượng nhất định cho chất lỏng hít vào để trục xuất chất lỏng đó. Bơm ly tâm hoạt động liên tục như thế này.
2. Cấu tạo của bơm ly tâm
Có nhiều loại máy bơm ly tâm và mặc dù cấu trúc của từng loại máy bơm khác nhau nhưng các bộ phận chính về cơ bản là giống nhau.
Các bộ phận chính của máy bơm ly tâm bao gồm: cánh quạt, trục bơm, vỏ bơm, bệ bơm, hộp đóng gói (thiết bị bịt kín trục), vòng giảm rò rỉ, bệ chịu lực, v.v.
Cánh quạt là bộ phận hoạt động của máy bơm ly tâm, dựa vào tốc độ quay cao của nó để thực hiện công việc trên chất lỏng và đạt được sự vận chuyển chất lỏng. Nó là một thành phần quan trọng của máy bơm ly tâm.
Bánh công tác thường bao gồm ba phần: trục, cánh quạt và tấm che. Tấm bìa của bánh công tác có thể được chia thành tấm bìa phía trước và tấm bìa phía sau. Tấm bìa ở phía cổng cánh quạt được gọi là tấm bìa trước, và tấm bìa ở phía bên kia được gọi là tấm bìa phía sau.
Sau khi khởi động bơm ly tâm, trục bơm điều khiển bánh công tác quay với tốc độ cao, buộc chất lỏng chứa đầy giữa các cánh quạt phải quay. Dưới tác dụng của lực ly tâm quán tính, chất lỏng di chuyển hướng tâm từ tâm bánh công tác ra chu vi bên ngoài.
Chất lỏng thu năng lượng trong quá trình di chuyển qua bánh công tác, dẫn đến tăng năng lượng áp suất tĩnh và tăng tốc độ dòng chảy. Khi chất lỏng rời khỏi bánh công tác và đi vào vỏ bơm, nó sẽ chậm lại do kênh dòng chảy bên trong vỏ mở rộng dần. Một phần động năng được chuyển thành năng lượng áp suất tĩnh và cuối cùng chảy vào đường ống xả dọc theo hướng tiếp tuyến.
Theo hình thức cấu trúc, cánh quạt có thể được chia thành ba loại sau.
(1) Bánh công tác đóng có các tấm che ở cả hai mặt của bánh công tác, có 4-6 lưỡi dao ở giữa các tấm che. Cánh quạt kín có hiệu suất cao và được sử dụng rộng rãi, thích hợp để vận chuyển chất lỏng sạch không có hạt và sợi rắn.
(2) Bánh công tác mở không có tấm che ở cả hai mặt của lưỡi dao, thích hợp để vận chuyển chất lỏng chứa một lượng lớn chất rắn lơ lửng. Nó có hiệu suất thấp và áp suất của chất lỏng truyền tải không cao.
Cánh quạt bán hở chỉ có tấm che phía sau và thích hợp để vận chuyển chất lỏng dễ lắng hoặc chứa chất rắn lơ lửng. Hiệu quả của nó là giữa cánh quạt mở và đóng.
Chức năng chính của trục bơm của bơm ly tâm là truyền công suất và hỗ trợ bánh công tác duy trì hoạt động bình thường ở vị trí làm việc. Nó được kết nối với trục động cơ thông qua khớp nối ở một đầu và hỗ trợ bánh công tác chuyển động quay ở đầu kia. Trục được trang bị vòng bi, vòng đệm hướng trục và các bộ phận khác.
Vật liệu thường được sử dụng làm trục bơm là thép cacbon và thép không gỉ.
Cánh quạt và trục được kết nối bằng phím. Vì phương pháp kết nối này chỉ có thể truyền mô-men xoắn và không thể cố định vị trí trục của bánh công tác nên ống bọc trục và đai ốc khóa cũng được sử dụng trong máy bơm nước để cố định vị trí trục của bánh công tác.
Sau khi cánh quạt được định vị theo trục bằng đai ốc khóa và ống bọc trục, để ngăn đai ốc khóa rút lại, cần ngăn máy bơm nước đảo chiều, đặc biệt là khi lắp đặt máy bơm nước ban đầu hoặc máy bơm nước sau khi tháo rời và bảo dưỡng, việc kiểm tra chỉ đạo phải được thực hiện theo quy định để đảm bảo thống nhất với chỉ đạo quy định.
Chức năng của ống bọc trục là bảo vệ trục bơm, biến ma sát giữa vòng đệm và trục bơm thành ma sát giữa vòng đệm và ống bọc trục. Vì vậy, ống bọc trục là bộ phận dễ bị mòn của bơm ly tâm.
Bề mặt của ống bọc trục nói chung có thể được xử lý bằng các phương pháp như cacbon hóa, thấm nitơ, mạ crom, phun, v.v. Yêu cầu về độ nhám bề mặt nói chung là Ra3,2 μm đến Ra0.8 μm. Nó có thể làm giảm hệ số ma sát và cải thiện tuổi thọ sử dụng.
Vòng bi có vai trò hỗ trợ trọng lượng và khả năng chịu tải của rôto. Vòng bi lăn thường được sử dụng trên máy bơm ly tâm, với vòng ngoài và các lỗ tựa ổ trục sử dụng hệ thống trục đế, còn vòng trong và trục sử dụng hệ thống lỗ đế. Vòng bi thường được bôi trơn bằng dầu mỡ.
Khi trục bơm đi qua vỏ bơm, giữa trục và vỏ sẽ xuất hiện một khe hở. Trong máy bơm ly tâm hút đơn, nếu không sử dụng thiết bị phốt trục ở vị trí này, nước áp suất cao bên trong vỏ máy bơm sẽ rò rỉ ra ngoài với số lượng lớn. Hộp đóng gói là một thiết bị niêm phong trục thường được sử dụng. Hộp đóng gói bao gồm năm thành phần: vòng đệm trục, vòng đệm, ống bịt nước, vòng đệm nước và tuyến đóng gói.
Một ống xoắn ốc dùng để chỉ một kênh dòng xoắn ốc có diện tích mặt cắt tăng dần từ đầu ra của bánh công tác đến đầu vào của bánh công tác giai đoạn tiếp theo hoặc đến ống đầu ra của máy bơm. Kênh dòng chảy dần dần mở rộng và đầu ra có dạng ống khuếch tán. Sau khi chất lỏng chảy ra khỏi bánh công tác, tốc độ dòng chảy của nó có thể giảm từ từ, chuyển một phần lớn động năng thành năng lượng áp suất tĩnh.
Ưu điểm của xoắn ốc là dễ chế tạo, vùng hiệu suất rộng và thay đổi hiệu suất tối thiểu trong máy bơm sau khi quay bánh công tác.
Nhược điểm là hình dạng của xoắn ốc không đối xứng, khi sử dụng một xoắn ốc đơn, áp suất tác dụng lên hướng xuyên tâm của rôto không đồng đều, dễ khiến trục bị cong. Vì vậy, ở máy bơm nhiều tầng chỉ có phần đầu và phần cuối sử dụng ống xoắn, còn phần giữa sử dụng thiết bị bánh xe dẫn hướng.
Chất liệu của vỏ ốc thường là gang. Vòng xoắn của máy bơm chống ăn mòn được làm bằng thép không gỉ hoặc các vật liệu chống ăn mòn khác, chẳng hạn như nhựa, sợi thủy tinh, v.v. Do áp suất cao, máy bơm nhiều tầng đòi hỏi độ bền vật liệu cao và các vòng xoắn của chúng thường được làm bằng thép đúc.
Bánh dẫn hướng là một đĩa cố định với các cánh dẫn hướng về phía trước quấn quanh mép ngoài của cánh quạt ở phía trước, tạo thành các kênh dòng chảy hình khuếch tán. Ở phía sau, có các cánh dẫn hướng ngược hướng chất lỏng đến giai đoạn tiếp theo của cánh quạt. Sau khi bị đẩy ra khỏi cánh quạt, chất lỏng từ từ đi vào các cánh dẫn hướng và tiếp tục chảy ra ngoài dọc theo các cánh dẫn hướng về phía trước. Vận tốc giảm dần và hầu hết năng lượng động được chuyển thành năng lượng áp suất tĩnh.
Khe hở hướng tâm một bên giữa bánh công tác và cánh dẫn hướng là khoảng 1mm. Nếu khoảng cách quá lớn thì hiệu quả sẽ giảm; Nếu khe hở quá nhỏ sẽ gây rung và gây tiếng ồn. So với máy bơm xoắn ốc, vỏ bơm ly tâm nhiều tầng có bánh dẫn hướng dễ chế tạo hơn và có hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao hơn. Nhưng việc lắp đặt và bảo trì còn khó khăn hơn so với vỏ ốc.
Để giảm rò rỉ bên trong và bảo vệ vỏ máy bơm, các vòng đệm có thể thay thế được lắp trên vỏ tương ứng với đầu vào của cánh quạt. Khe hở xuyên tâm giữa lỗ bên trong của vòng đệm và vòng tròn bên ngoài của bánh công tác thường nằm trong khoảng 0.1-0.2mm. Sau khi vòng đệm bị mòn, độ hở xuyên tâm tăng lên, lượng xả của bơm giảm và hiệu suất giảm. Khi khe hở niêm phong vượt quá giá trị quy định, nó phải được thay thế kịp thời.
Có ba dạng cấu trúc của vòng đệm:
Thứ nhất, loại vòng phẳng có cấu trúc đơn giản, dễ chế tạo nhưng hiệu quả bịt kín kém. Thứ hai, vòng đệm góc vuông cung cấp kênh 90 độ để rò rỉ chất lỏng, mang lại hiệu suất bịt kín tốt hơn loại vòng phẳng và được sử dụng rộng rãi. Thứ ba, vòng đệm mê cung có tác dụng bịt kín tốt nhưng cấu trúc phức tạp, khó chế tạo nên hiếm khi được sử dụng trong máy bơm ly tâm.
3. Quy trình làm việc của bơm ly tâm
(1) Trước khi khởi động máy bơm, đổ đầy chất lỏng cần chuyển vào máy bơm.
(2) Sau khi khởi động máy bơm, trục bơm dẫn động bánh công tác cùng quay với tốc độ cao, tạo ra lực ly tâm. Dưới tác động này, chất lỏng được ném về phía chu vi bên ngoài của bánh công tác từ tâm, làm tăng áp suất và chảy vào vỏ bơm với tốc độ cao (15-25 m/s).
(3) Trong vỏ bơm xoắn ốc, do kênh dòng chảy mở rộng liên tục, tốc độ dòng chảy của chất lỏng chậm lại, chuyển phần lớn động năng thành năng lượng áp suất. Cuối cùng, chất lỏng chảy vào đường ống xả ở áp suất tĩnh cao hơn từ cổng xả.
(4) Sau khi chất lỏng bên trong máy bơm bị đẩy ra ngoài, chân không sẽ hình thành ở giữa bánh công tác. Dưới sự chênh lệch áp suất giữa áp suất mức chất lỏng (áp suất khí quyển) và áp suất bơm (áp suất âm), chất lỏng đi vào máy bơm qua đường ống hút, lấp đầy vị trí nơi chất lỏng được xả ra.
4. Phân loại máy bơm ly tâm
Các sản phẩm bơm ly tâm thường được phân loại theo đặc điểm cấu trúc của chúng, với nhiều phương pháp phân loại bao gồm áp suất làm việc, số lượng cánh quạt làm việc và phương pháp đầu vào của cánh quạt.
(1) Theo áp lực công việc:
Bơm hạ áp: áp suất dưới 100 mét cột nước;
Bơm trung áp: áp suất giữa 100-650 mét cột nước;
Bơm cao áp: Áp suất cao hơn 650m cột nước.
(2) Theo số lượng cánh quạt làm việc:
Bơm một cấp: dùng để chỉ chỉ có một cánh quạt trên trục bơm.
Máy bơm nhiều tầng.: Có hai hoặc nhiều cánh quạt trên trục máy bơm và tổng cột áp của máy bơm là tổng các cột áp được tạo ra bởi n cánh quạt.
(3) Theo phương pháp đầu vào bánh công tác:
Bơm hút vào một phía: còn gọi là bơm hút đơn, nghĩa là chỉ có một đầu hút vào trên cánh quạt.
Bơm đầu vào hai mặt: còn gọi là bơm hút đôi, nghĩa là có một đầu vào ở cả hai bên của cánh quạt. Tốc độ dòng chảy của nó gấp đôi so với một máy bơm hút đơn, có thể xấp xỉ bằng hai cánh quạt bơm hút đơn đặt đối lưng nhau.
(4) Theo vị trí trục bơm:
Bơm ngang: Trục bơm nằm ở vị trí nằm ngang.
Bơm trục đứng: Trục bơm được đặt ở vị trí thẳng đứng.
(5) Theo dạng khớp của vỏ bơm:
Bơm loại mở ngang: dùng để chỉ đường nối mở trên mặt phẳng nằm ngang đi qua trục.
Bơm bề mặt khớp đứng: tức là bề mặt khớp vuông góc với trục.
(6) Phương pháp dẫn nước từ cánh quạt về buồng áp suất như sau:
Bơm vỏ xoắn ốc: Sau khi nước thoát ra khỏi cánh quạt sẽ đi thẳng vào vỏ bơm có hình xoắn ốc.
Bơm cánh dẫn hướng: Sau khi nước thoát ra khỏi cánh quạt, nước sẽ đi vào các cánh dẫn hướng đặt bên ngoài, sau đó đi vào giai đoạn tiếp theo hoặc chảy vào ống thoát.
(7) Theo các phương tiện khác nhau được truyền tải bởi máy bơm ly tâm, nó có thể được chia thành máy bơm nước sạch, máy bơm dầu, máy bơm chống ăn mòn, v.v.
5. Tạo bọt và liên kết khí
Theo nguyên lý làm việc của máy bơm ly tâm, khi chất lỏng giữa các cánh quạt bị đẩy ra khỏi bánh công tác quay tốc độ cao, một vùng áp suất thấp được hình thành gần đầu vào của bánh công tác. Khi áp suất ở đầu vào của bánh công tác bằng hoặc thấp hơn áp suất hơi bão hòa pV của chất lỏng vận chuyển ở nhiệt độ vận hành, chất lỏng tại vị trí đó sẽ bay hơi và tạo ra bong bóng. Khi bong bóng chảy cùng chất lỏng đến vùng áp suất cao, chúng sẽ nhanh chóng ngưng tụ dưới áp suất.
Tại thời điểm bong bóng ngưng tụ, một chân không cục bộ được tạo ra và chất lỏng xung quanh lao về phía không gian bị bong bóng chiếm giữ với tốc độ cao, gây sốc và rung, dẫn đến lực tác động đáng kể. Đặc biệt khi điểm ngưng tụ của bong bóng nằm gần bề mặt lưỡi dao, vô số hạt chất lỏng tác động lên lưỡi dao với tần suất và áp suất cao; Đồng thời, bong bóng còn có thể chứa một lượng nhỏ oxy, có thể gây ăn mòn hóa học đối với vật liệu kim loại. Dưới tác động kết hợp của tác động liên tục và ăn mòn hóa học, bề mặt của lưỡi dao bị hư hỏng, dẫn đến các đốm và vết nứt, dẫn đến lưỡi dao bị hư hỏng sớm. Hiện tượng này được gọi là xâm thực trong máy bơm ly tâm.
Khi khởi động máy bơm ly tâm, nếu có không khí bên trong máy bơm, do mật độ không khí thấp nên lực ly tâm sinh ra sau khi quay nhỏ và áp suất thấp hình thành ở khu vực trung tâm của cánh quạt không đủ để hút vào. chất lỏng. Ngay cả khi bơm ly tâm được khởi động, nó cũng không thể hoàn thành nhiệm vụ vận chuyển. Hiện tượng này được gọi là liên kết không khí.
Điều này cho thấy rằng máy bơm ly tâm không có khả năng tự hút nên máy bơm phải được đổ đầy chất lỏng được chuyển tải trước khi khởi động. Tất nhiên, nếu cổng hút của bơm ly tâm được đặt dưới mức chất lỏng của chất lỏng được truyền tải thì chất lỏng sẽ tự động chảy vào bơm, đây là trường hợp đặc biệt. Đường ống hút của bơm ly tâm được trang bị van đáy để ngăn chất lỏng được bơm vào trước khi bắt đầu chảy ra khỏi bơm. Bộ lọc có thể chặn lực hút rắn trong chất lỏng và chặn đường ống và van điều chỉnh được lắp trong đường ống xả vỏ bơm được sử dụng để khởi động, dừng và điều chỉnh tốc độ dòng chảy của máy bơm.
Từ những nguyên nhân khác nhau gây ra hiện tượng rỗng và liên kết khí:
Liên kết không khí đề cập đến sự hiện diện của không khí trong thân máy bơm, thường xảy ra khi máy bơm khởi động và biểu hiện chủ yếu là không khí bên trong thân máy bơm không được thải ra hết; Và hiện tượng xâm thực là do chất lỏng đạt đến áp suất hóa hơi ở nhiệt độ nhất định, nhiệt độ này có liên quan chặt chẽ đến môi trường vận chuyển và điều kiện vận hành.
Có các phương pháp sau để ngăn chặn hiện tượng liên kết khí:
(1) Đổ đầy chất lỏng vào vỏ trước khi bắt đầu. Đảm bảo vỏ bọc được bịt kín đúng cách và đảm bảo rằng van và vòi hoa sen để đổ nước không bị rò rỉ. Đảm bảo hiệu suất niêm phong tốt.
(2) Đường ống hút của bơm ly tâm được trang bị van đáy để ngăn chất lỏng được bơm trước khi bắt đầu chảy ra khỏi máy bơm. Bộ lọc có thể ngăn chặn chất rắn trong chất lỏng bị hút vào. Đường ống xả được trang bị van điều chỉnh để sử dụng khi khởi động, dừng và điều chỉnh tốc độ dòng chảy của máy bơm.
(3) Đặt cổng hút của bơm ly tâm dưới mức chất lỏng cần vận chuyển và chất lỏng sẽ tự động chảy vào máy bơm.
Các nguyên nhân chính gây ra cavitation là:
(1) Đường ống vào có điện trở quá lớn hoặc đường ống quá mỏng
(2) Nhiệt độ của môi trường vận chuyển quá cao;
(3) Lưu lượng quá lớn, có nghĩa là van xả mở quá rộng;
(4) Chiều cao lắp đặt quá cao ảnh hưởng đến khả năng hút của máy bơm;
(5) Các vấn đề về lựa chọn, bao gồm lựa chọn máy bơm, lựa chọn vật liệu máy bơm, v.v.
điều kiện giải quyết:
(1) Làm sạch các vật lạ trong đường ống dẫn vào để làm cho đầu vào không bị cản trở hoặc tăng kích thước đường kính ống;
(2) Giảm nhiệt độ của môi trường vận chuyển;
(3) Giảm chiều cao lắp đặt;
(4) Chọn lại máy bơm hoặc cải tiến một số bộ phận của máy bơm, chẳng hạn như sử dụng vật liệu chống ăn mòn.