1. Principio de funcionamiento de la bomba centrífuga
Cuando una bomba centrífuga está en funcionamiento, depende del impulsor giratorio de alta velocidad para aumentar la energía de presión del líquido bajo la acción de la fuerza centrífuga inercial. Antes de que la bomba centrífuga comience a funcionar, el cuerpo de la bomba y la tubería de entrada deben llenarse con medio líquido para evitar la cavitación.
Cuando el impulsor gira rápidamente, las palas promueven que el medio gire rápidamente. El medio giratorio sale volando del impulsor bajo la acción de la fuerza centrífuga y el agua dentro de la bomba sale expulsada, formando un área de vacío en el centro del impulsor. Inhalar líquido continuamente mientras se proporciona continuamente una cierta cantidad de energía al líquido inhalado para expulsarlo. La bomba centrífuga funciona continuamente así.
2. Estructura de la bomba centrífuga
Existen muchas variedades de bombas centrífugas y, aunque las estructuras de cada tipo de bomba son diferentes, los componentes principales son básicamente los mismos.
Los componentes principales de una bomba centrífuga incluyen: impulsor, eje de la bomba, carcasa de la bomba, asiento de la bomba, caja de empaque (dispositivo de sellado del eje), anillo reductor de fugas, asiento del cojinete, etc.
El impulsor es el componente de trabajo de una bomba centrífuga, que depende de su rotación de alta velocidad para trabajar sobre el líquido y lograr su transporte. Es un componente importante de una bomba centrífuga.
El impulsor generalmente se compone de tres partes: el cubo, las palas y la placa de cubierta. La placa de cubierta del impulsor se puede dividir en placa de cubierta frontal y placa de cubierta trasera. La placa de cubierta en el lado del puerto del impulsor se llama placa de cubierta frontal y la placa de cubierta en el otro lado se llama placa de cubierta trasera.
Después de que se pone en marcha la bomba centrífuga, el eje de la bomba hace que el impulsor gire a alta velocidad, lo que obliga a girar el líquido precargado entre las palas. Bajo la acción de la fuerza centrífuga inercial, el líquido se mueve radialmente desde el centro del impulsor hasta la circunferencia exterior.
El líquido gana energía durante su movimiento a través del impulsor, lo que resulta en un aumento de la energía de presión estática y un aumento de la velocidad del flujo. Cuando el líquido sale del impulsor y entra en la carcasa de la bomba, se ralentiza debido a la expansión gradual del canal de flujo dentro de la carcasa. Parte de la energía cinética se convierte en energía de presión estática y finalmente fluye hacia la tubería de descarga en dirección tangencial.
Según la forma estructural, los impulsores se pueden dividir en los tres tipos siguientes.
(1) El impulsor cerrado tiene placas de cubierta a ambos lados del impulsor, con 4-6 palas entre las placas de cubierta. El impulsor cerrado tiene alta eficiencia y es ampliamente utilizado, adecuado para transportar líquidos limpios sin partículas sólidas ni fibras.
(2) El impulsor abierto no tiene placas de cubierta en ambos lados de la pala, lo que es adecuado para transportar líquidos que contienen una gran cantidad de sólidos suspendidos. Tiene baja eficiencia y la presión del líquido transportado no es alta.
El impulsor semiabierto tiene sólo una placa de cubierta trasera y es adecuado para transportar líquidos que son fáciles de sedimentar o que contienen sólidos sólidos en suspensión. Su eficiencia es entre impulsores abiertos y cerrados.
La función principal del eje de una bomba centrífuga es transmitir potencia y soportar el impulsor para mantener el funcionamiento normal en la posición de trabajo. Está conectado al eje del motor a través de un acoplamiento en un extremo y soporta el impulsor para el movimiento de rotación en el otro extremo. El eje está equipado con cojinetes, sellos axiales y otros componentes.
Los materiales comúnmente utilizados para los ejes de las bombas son acero al carbono y acero inoxidable.
El impulsor y el eje están conectados mediante chavetas. Como este método de conexión solo puede transmitir par y no puede fijar la posición axial del impulsor, en la bomba de agua también se utilizan un manguito de eje y una tuerca de bloqueo para fijar la posición axial del impulsor.
Después de colocar axialmente el impulsor con una tuerca de bloqueo y un manguito del eje, para evitar que la tuerca de bloqueo se retraiga, es necesario evitar que la bomba de agua se invierta, especialmente para la instalación inicial de la bomba de agua o la bomba de agua después del desmontaje. y mantenimiento, la inspección de la dirección debe realizarse de acuerdo con las regulaciones para garantizar la coherencia con la dirección especificada.
La función del manguito del eje es proteger el eje de la bomba, transformando la fricción entre la empaquetadura y el eje de la bomba en fricción entre la empaquetadura y el manguito del eje. Por lo tanto, el manguito del eje es una pieza de la bomba centrífuga que se desgasta fácilmente.
La superficie del manguito del eje generalmente se puede tratar con métodos como carburación, nitruración, cromado, pulverización, etc. El requisito de rugosidad de la superficie es generalmente de Ra3,2 μ m a Ra0.8 μ m. Puede reducir el coeficiente de fricción y mejorar la vida útil.
Los rodamientos desempeñan un papel en el soporte del peso y la capacidad de carga del rotor. Los rodamientos se utilizan comúnmente en bombas centrífugas, con el anillo exterior y los orificios del asiento del rodamiento utilizando un sistema de eje base, y el anillo interior y el eje utilizando un sistema de orificios base. Los rodamientos generalmente se lubrican con grasa y aceite.
Cuando el eje de la bomba pasa a través de la carcasa de la bomba, hay un espacio entre el eje y la carcasa. En una bomba centrífuga de succión simple, si no se utiliza el dispositivo de sellado del eje en esta ubicación, se escapará agua a alta presión dentro de la carcasa de la bomba en grandes cantidades. La caja de empaque es un dispositivo de sellado de eje de uso común. La caja de empaque se compone de cinco componentes: sello del eje, empaque, tubo de sello de agua, anillo de sello de agua y prensaestopas.
Una voluta se refiere a un canal de flujo en espiral con un área de sección transversal que aumenta gradualmente desde la salida del impulsor hasta la entrada del impulsor de la siguiente etapa o hasta la tubería de salida de la bomba. El canal de flujo se expande gradualmente y la salida tiene forma de tubo de difusión. Después de que el líquido sale del impulsor, su caudal puede disminuir lentamente, convirtiendo una gran parte de la energía cinética en energía de presión estática.
Las ventajas de una voluta son su fácil fabricación, una amplia zona de eficiencia y cambios mínimos de eficiencia en la bomba después de girar el impulsor.
La desventaja es que la forma de la voluta es asimétrica y, cuando se utiliza una sola voluta, la presión que actúa sobre la dirección radial del rotor es desigual, lo que puede hacer que el eje se doble fácilmente. Por lo tanto, en las bombas multietapa, solo la primera y la última sección utilizan volutas, mientras que en la sección media se utilizan dispositivos de rueda guía.
El material de las conchas de los caracoles es generalmente hierro fundido. La voluta de la bomba anticorrosión está hecha de acero inoxidable u otros materiales anticorrosivos, como plástico, fibra de vidrio, etc. Debido a la alta presión, las bombas multietapa requieren una alta resistencia del material y sus volutas generalmente están hechas de acero fundido.
La rueda guía es un disco fijo con álabes guía delanteros envueltos alrededor del borde exterior del impulsor en la parte delantera, formando canales de flujo con forma de difusión. En la parte trasera, hay álabes guía inversos que guían el líquido hacia la siguiente etapa del impulsor. Después de ser expulsado del impulsor, el líquido ingresa lentamente a los álabes guía y continúa fluyendo hacia afuera a lo largo de los álabes guía delanteros. La velocidad disminuye gradualmente y la mayor parte de la energía cinética se convierte en energía de presión estática.
La holgura unilateral radial entre el impulsor y las paletas guía es de aproximadamente 1 mm. Si la brecha es demasiado grande, la eficiencia disminuirá; Si el espacio es demasiado pequeño, provocará vibraciones y ruidos. En comparación con la voluta, la carcasa de la bomba centrífuga multietapa segmentada con ruedas guía es más fácil de fabricar y tiene una mayor eficiencia en la conversión de energía. Pero la instalación y el mantenimiento son más difíciles que las conchas de un caracol.
Para reducir las fugas internas y proteger la carcasa de la bomba, se instalan anillos de sellado reemplazables en la carcasa correspondiente a la entrada del impulsor. El juego radial entre el orificio interior del anillo de sellado y el círculo exterior del impulsor es generalmente de entre 0.1-0.2 mm. Después del desgaste del anillo de sellado, el juego radial aumenta, el volumen de descarga de la bomba disminuye y la eficiencia disminuye. Cuando la holgura del sellado excede el valor especificado, se debe reemplazar de manera oportuna.
Existen tres formas estructurales de anillos de sellado:
En primer lugar, el tipo de anillo plano tiene una estructura simple y es fácil de fabricar, pero el efecto de sellado es deficiente. En segundo lugar, el anillo de sellado en ángulo recto proporciona un canal de 90 grados para fugas de líquido, lo que resulta en un mejor rendimiento de sellado que el tipo de anillo plano y se usa ampliamente. En tercer lugar, el anillo de sellado laberíntico tiene un buen efecto de sellado, pero su estructura es compleja y difícil de fabricar, lo que rara vez se utiliza en bombas centrífugas.
3. Proceso de trabajo de la bomba centrífuga.
(1) Antes de arrancar la bomba, llénela con el líquido a transportar.
(2) Después de arrancar la bomba, el eje de la bomba hace que el impulsor gire juntos a alta velocidad, generando fuerza centrífuga. Bajo esta acción, el líquido es lanzado hacia la circunferencia exterior del impulsor desde el centro, provocando un aumento de presión y fluyendo hacia la carcasa de la bomba a alta velocidad (15-25 m/s).
(3) En la carcasa de la bomba de voluta, debido a la expansión continua del canal de flujo, el caudal del líquido se ralentiza, convirtiendo la mayor parte de la energía cinética en energía de presión. Finalmente, el líquido fluye hacia la tubería de descarga a una presión estática más alta desde el puerto de descarga.
(4) Después de expulsar el líquido del interior de la bomba, se forma un vacío en el centro del impulsor. Bajo la diferencia de presión entre la presión del nivel del líquido (presión atmosférica) y la presión de la bomba (presión negativa), el líquido ingresa a la bomba a través de la tubería de succión, llenando la posición donde se descarga el líquido.
4. Clasificación de bombas centrífugas.
Los productos de bombas centrífugas generalmente se clasifican según sus características estructurales, con múltiples métodos de clasificación que incluyen la presión de trabajo, la cantidad de impulsores en funcionamiento y el método de entrada de los impulsores.
(1) Según presión de trabajo:
Bomba de baja presión: presión inferior a 100 metros de columna de agua;
Bomba de media presión: presión entre 100-650 metros de columna de agua;
Bomba de alta presión: La presión es superior a 650 metros de columna de agua.
(2) Según el número de impulsores en funcionamiento:
Bomba de una etapa: se refiere a tener un solo impulsor en el eje de la bomba.
Bomba multietapa: Hay dos o más impulsores en el eje de la bomba, y la altura total de la bomba es la suma de las alturas generadas por n impulsores.
(3) Según el método de entrada del impulsor:
Bomba de entrada simple: también conocida como bomba de succión simple, lo que significa que solo hay una entrada en el impulsor.
Bomba de entrada de doble cara: también conocida como bomba de doble succión, lo que significa que hay una entrada en ambos lados del impulsor. Su caudal es el doble que el de una sola bomba de succión, que se puede aproximar como dos impulsores de una sola bomba de succión colocados uno detrás del otro.
(4) Según la posición del eje de la bomba:
Bomba horizontal: El eje de la bomba se encuentra en posición horizontal.
Bomba vertical: El eje de la bomba se encuentra en posición vertical.
(5) Según la forma de unión de la carcasa de la bomba:
Bomba de tipo abierto horizontal: se refiere a una costura de junta abierta en el plano horizontal que pasa por el eje.
Bomba de superficie de articulación vertical: es decir, la superficie de la articulación es perpendicular al eje.
(6) El método para guiar el agua desde el impulsor hacia la cámara de presión es el siguiente:
Bomba de carcasa en espiral: después de que el agua sale del impulsor, ingresa directamente a la carcasa de la bomba en forma de espiral.
Bomba de paletas guía: después de que el agua sale del impulsor, ingresa a las paletas guía ubicadas fuera de él y luego ingresa a la siguiente etapa o fluye hacia la tubería de salida.
(7) Según los diferentes medios transportados por las bombas centrífugas, se pueden dividir en bombas de agua limpia, bombas de aceite, bombas resistentes a la corrosión, etc.
5. Cavitación y unión de gases.
Según el principio de funcionamiento de una bomba centrífuga, cuando el líquido entre las palas sale del impulsor giratorio de alta velocidad, se forma una zona de baja presión cerca de la entrada del impulsor. Cuando la presión en la entrada del impulsor es igual o menor que la presión de vapor saturado pV del líquido transportado a la temperatura de funcionamiento, el líquido en ese lugar se vaporizará y producirá burbujas. Cuando las burbujas fluyen con el líquido hacia la zona de alta presión, se condensan rápidamente bajo presión.
En el momento de la condensación de la burbuja, se genera un vacío local y el líquido circundante se precipita hacia el espacio ocupado por la burbuja a gran velocidad, provocando golpes y vibraciones, lo que resulta en una fuerza de impacto significativa. Especialmente cuando el punto de condensación de las burbujas se encuentra cerca de la superficie de la pala, numerosas partículas líquidas impactan la pala a alta frecuencia y presión; Al mismo tiempo, las burbujas también pueden contener una pequeña cantidad de oxígeno, lo que puede provocar corrosión química en los materiales metálicos. Bajo la acción combinada del impacto continuo y la corrosión química, la superficie de las palas se daña, lo que produce manchas y grietas, lo que provocará daños prematuros en las palas. Este fenómeno se llama cavitación en las bombas centrífugas.
Cuando se arranca una bomba centrífuga, si hay aire dentro de la bomba, debido a la baja densidad del aire, la fuerza centrífuga generada después de la rotación es pequeña y la baja presión formada en el área central del impulsor no es suficiente para aspirar el líquido. Incluso si se pone en marcha la bomba centrífuga, no puede completar la tarea de transporte. Este fenómeno se llama unión de aire.
Esto indica que la bomba centrífuga no tiene capacidad de autoaspiración, por lo que se debe llenar la bomba con el líquido transportado antes de comenzar. Por supuesto, si el puerto de succión de la bomba centrífuga se coloca por debajo del nivel del líquido transportado, el líquido fluirá automáticamente hacia la bomba, lo cual es un caso especial. La tubería de succión de la bomba centrífuga está equipada con una válvula inferior para evitar que el líquido inyectado antes de comenzar salga de la bomba. El filtro puede bloquear la succión sólida en el líquido y bloquear la tubería y la válvula reguladora instalada en la tubería de descarga de la carcasa de la bomba se utiliza para arrancar, detener y regular el caudal de la bomba.
De las diferentes causas de cavitación y unión de gases:
La unión de aire se refiere a la presencia de aire en el cuerpo de la bomba, que generalmente ocurre cuando se arranca la bomba y se manifiesta principalmente cuando el aire dentro del cuerpo de la bomba no se descarga por completo; Y la cavitación se debe a que el líquido alcanza su presión de vaporización a una determinada temperatura, que está estrechamente relacionada con el medio de transporte y las condiciones de funcionamiento.
Existen los siguientes métodos para prevenir la aparición del fenómeno de unión de gas:
(1) Llene la carcasa con líquido antes de comenzar. Asegúrese de que la carcasa esté sellada correctamente y asegúrese de que la válvula y el cabezal de ducha para llenar el agua no tengan fugas. Garantizar un buen rendimiento de sellado.
(2) La tubería de succión de la bomba centrífuga está equipada con una válvula inferior para evitar que el líquido inyectado antes de comenzar salga de la bomba. El filtro puede evitar que el sólido del líquido sea succionado. La tubería de descarga está equipada con una válvula reguladora para usar al arrancar, detener y regular el caudal de la bomba.
(3) Coloque el puerto de succión de la bomba centrífuga debajo del nivel del líquido a transportar y el líquido fluirá automáticamente hacia la bomba.
Las principales causas de la cavitación son:
(1) La tubería de entrada tiene una resistencia excesiva o la tubería es demasiado delgada
(2) La temperatura del medio transportador es demasiado alta;
(3) Flujo excesivo, lo que significa que la válvula de salida está demasiado abierta;
(4) La altura de instalación es demasiado alta, lo que afecta la capacidad de succión de la bomba;
(5) Cuestiones de selección, incluida la selección de la bomba, la selección del material de la bomba, etc.
términos de liquidación:
(1) Limpiar los objetos extraños en la tubería de entrada para dejar la entrada libre de obstrucciones o aumentar el tamaño del diámetro de la tubería;
(2) Reducir la temperatura del medio transportador;
(3) Reducir la altura de instalación;
(4) Volver a seleccionar la bomba o realizar mejoras en ciertos componentes de la bomba, como el uso de materiales resistentes a la corrosión.