Bomba centrífuga

1. Principio de funcionamiento de la bomba centrífuga

La Figura 2-1 muestra una bomba centrífuga instalada en una tubería. Los componentes principales incluyen el impulsor 1 y la carcasa de la bomba 2. En la carcasa de la bomba se instala un impulsor con varias palas curvas y se fija al eje de la bomba 3. El puerto de succión de agua 4 en el centro de la carcasa de la bomba está conectado a la tubería de succión de agua 5, y el puerto de descarga 8 en el costado está conectado a la tubería de descarga 9.

Las bombas centrífugas generalmente son accionadas por motores eléctricos, y es necesario llenar la carcasa con el líquido a transportar antes de comenzar. Después de arrancar el motor, el eje de la bomba hace que el impulsor gire al mismo tiempo y el líquido que se llena entre las palas también gira. Bajo la acción de la fuerza centrífuga, el líquido gana energía cuando se lanza desde el centro del impulsor hacia el borde exterior. , provocando que el borde exterior del impulsor se mueva. El aumento de la presión estática del líquido también aumenta el caudal, que generalmente puede alcanzar 15-25 m/s, es decir, la energía cinética del líquido también aumenta. Después de que el líquido sale del impulsor y entra en la carcasa de la bomba, debido al ensanchamiento gradual del canal de flujo en la carcasa de la bomba, el caudal del líquido disminuye gradualmente y parte de la energía cinética se convierte en energía de presión estática, que además aumenta la presión del líquido en la salida de la bomba, por lo que el líquido se mueve a una presión más alta, ingresa a la tubería de descarga desde el puerto de descarga de la bomba y lo transporta al lugar requerido.

Cuando el líquido de la bomba se lanza desde el centro del impulsor hacia el borde exterior, se forma un área de baja presión en el centro ya que la presión por encima del nivel del líquido en el tanque de almacenamiento es mayor. que la presión en la entrada de succión de la bomba, el efecto de la diferencia de presión. El líquido se aspira continuamente hacia la bomba a través de la tubería de succión para reponer la posición del líquido descargado. Mientras el impulsor siga girando, se seguirá aspirando y descargando líquido. Se puede ver que la razón por la cual la bomba centrífuga puede transportar líquido se basa principalmente en que el impulsor gira a alta velocidad. El líquido gana energía debido a la fuerza centrífuga para aumentar la presión.

Cuando se arranca la bomba centrífuga, si la carcasa de la bomba y el tubo de succión no están llenos de líquido, habrá aire en la carcasa de la bomba, ya que la densidad del aire es mucho menor que la densidad del líquido. la fuerza centrífuga generada es pequeña, por lo que el centro del impulsor está La baja presión formada no es suficiente para aspirar el líquido del tanque de almacenamiento hacia la bomba. En este momento, incluso si se enciende la bomba centrífuga, no puede transportar el líquido. Este fenómeno se llama unión de aire, lo que significa que la bomba centrífuga no tiene capacidad de autocebado, por lo que la carcasa debe llenarse de líquido antes de comenzar. Si la entrada de succión de la bomba centrífuga está ubicada por encima del nivel de líquido del tanque de succión, se debe instalar una válvula inferior unidireccional 6 y un filtro 7 en la entrada de la tubería de succión. La válvula inferior evita que el líquido vertido antes de comenzar se escape de la bomba. La pantalla del filtro puede evitar que las sustancias sólidas del líquido sean succionadas y bloqueen las tuberías y la carcasa de la bomba. Se instala una válvula reguladora 10 en la tubería de descarga cerca de la salida de la bomba para usarla al iniciar, detener y ajustar el flujo.

Figura 2-1 Diagrama simplificado del dispositivo de bomba centrífuga

1 impulsor; carcasa de 2 bombas; eje de 3 bombas; entrada de 4 bombas; válvula inferior; 7 filtros; 8 puertos de descarga; 9 tuberías de descarga; 10 válvulas reguladoras

2. Los componentes principales de la bomba centrífuga

La bomba centrífuga es el impulsor, la carcasa de la bomba y el dispositivo de sellado del eje; sus estructuras y funciones se describen brevemente a continuación.

(1) Impulsor: La función del impulsor es transferir la energía mecánica del motor primario al líquido, de modo que la energía de presión estática y la energía cinética del líquido aumenten.

El impulsor de una bomba centrífuga se muestra en la Figura 2-2. Hay de 6 a 12 aspas curvas 1 en el impulsor. El impulsor que se muestra en (a) en la figura tiene una cubierta frontal 2 y una cubierta trasera 3 en ambos lados de la pala, lo que se denomina impulsor cerrado. Después de que el líquido ingresa desde la entrada en el centro del impulsor, fluye hacia el borde exterior del impulsor a través del canal de flujo entre las dos placas de cubierta y las palas. Durante este proceso, el líquido obtiene energía del impulsor giratorio y. Debido a la expansión gradual del canal de flujo entre las palas, también una parte del líquido se convierte en energía de presión estática. Algunos impulsores sin cubierta frontal en el lado de entrada de succión se denominan impulsores semicerrados, como se muestra en (b) de la figura. Los impulsores sin cubiertas delantera y trasera se denominan impulsores abiertos. Como se muestra en (c) de la figura, se pueden utilizar impulsores semicerrados y abiertos para transportar lodo o líquido que contenga materia sólida suspendida. Dado que se retira la placa de cubierta, el impulsor trasero. El canal giratorio no es fácil de bloquear, pero debido a que no hay cubierta, el líquido tiende a refluir cuando se mueve entre las cuchillas, por lo que la eficiencia también es baja.

Figura 2-2 Impulsor de bomba centrífuga

(a) tipo cerrado; (b) tipo semicerrado; (c) tipo abierto

Tipo cerrado o Cuando el impulsor semicerrado está funcionando, parte del líquido a alta presión que sale del impulsor se filtra hacia las cavidades en ambos lados entre el impulsor y la carcasa de la bomba. El puerto de succión de líquido en el lado frontal del impulsor está a baja presión. , por lo que el líquido actúa en la parte delantera y trasera del impulsor. La presión en ambos lados es desigual, lo que genera un empuje axial dirigido hacia el puerto de succión del impulsor, provocando que el impulsor se desplace hacia el puerto de succión, provocando desgaste en el. punto de contacto entre el impulsor y la carcasa de la bomba y, en casos severos, vibración de la bomba. Para ello, se pueden perforar algunos pequeños orificios en la cubierta trasera del impulsor (ver 1 en la Figura 2-3(a)). Estos pequeños orificios se denominan orificios de equilibrio y su función es permitir que parte del líquido a alta presión en la cavidad entre la cubierta posterior y la carcasa de la bomba se filtre al área de baja presión para reducir la diferencia de presión en ambos lados del impulsor. , equilibrando así parte de la función de empuje axial, pero también reducirá la eficiencia de la bomba. El orificio de equilibrio es el método más sencillo para equilibrar el empuje axial en una bomba centrífuga.

Según los diferentes métodos de aspiración de líquidos, existen dos tipos de impulsores: aspiración simple y aspiración doble. La estructura del impulsor de succión simple es simple, como se muestra en la Figura 2-3(a). El líquido solo se puede succionar desde un lado del impulsor. El impulsor de doble succión se muestra en la Figura 2-3(b). Se puede aspirar líquido desde ambos lados del impulsor al mismo tiempo. Obviamente, el impulsor de doble succión tiene una mayor capacidad de succión de líquido y básicamente puede eliminar el empuje axial.

Figura 2-3 Métodos de succión de líquidos (a) tipo de succión simple; (b) tipo de succión doble

(2) Carcasa de la bomba La carcasa de la bomba centrífuga también es Se llama voluta porque hay un canal en forma de concha de caracol con una sección transversal que se agranda gradualmente dentro de la concha, como se muestra en 1 en la Figura 2-4. El impulsor gira en la carcasa a lo largo de la dirección de expansión gradual del canal de espiral. Cuanto más cerca de la salida del líquido, mayor es el área de la sección transversal del canal. Por lo tanto, después de que el líquido sale desde el borde exterior del impulsor a alta velocidad, fluye a lo largo del canal en forma de caracol de la carcasa de la bomba hacia el puerto de descarga. El caudal disminuye gradualmente, lo que reduce la pérdida de energía y convierte la parte de manera efectiva. de la energía cinética en energía de presión estática. Por lo tanto, la carcasa de la bomba no sólo sirve como componente que recoge el líquido arrojado por el impulsor, sino que también es un dispositivo de conversión de energía en sí.

Para reducir la colisión cuando el líquido entra directamente en la voluta, a veces se instala un disco fijo con palas entre el impulsor y la carcasa de la bomba. Este disco se llama rueda guía, como se muestra en 3 en la Figura 2-4. La rueda guía tiene muchos canales de flujo que giran gradualmente, de modo que cuando el líquido fluye a alta velocidad, puede convertir de manera uniforme y suave la energía cinética en energía de presión estática, reduciendo así la pérdida de energía.

Figura 2-4 Carcasa de bomba y rueda guía Carcasa de 1 bomba; 2 impulsores; rueda de 3 guías

(3) Dispositivo de sellado del eje entre el eje de la bomba y la carcasa de la bomba El sello se llama sello de eje. La función del sello del eje es evitar que el líquido a alta presión se escape de la carcasa de la bomba a lo largo de la periferia del eje, o evitar que el aire exterior se filtre hacia la carcasa de la bomba en la dirección opuesta. Los dispositivos de sellado de ejes comúnmente utilizados incluyen sellos de empaque y sellos mecánicos.

El dispositivo de sellado del eje utilizado en las bombas centrífugas ordinarias es un prensaestopas, comúnmente conocido como caja de empaque, como se muestra en la Figura 2-5. En la imagen, 1 es la carcasa del prensaestopas conectada a la carcasa de la bomba; 2 es la empaquetadura blanda, generalmente una cuerda de asbesto empapada en aceite o recubierta con grafito; 4 es el casquillo de la empaquetadura, que se puede apretar con tornillos para comprimir la empaquetadura; entre la carcasa del prensaestopas y la carcasa de la bomba, entre los ejes giratorios para lograr el propósito de sellar, 5 está el casquillo interior para evitar que la empaquetadura se apriete dentro de la bomba. Dado que el punto de contacto entre la carcasa de la bomba y el eje giratorio puede ser un área de baja presión en la bomba, para evitar mejor que se filtre aire a la bomba desde partes sueltas del prensaestopas, se instala un anillo de sello líquido 3 en el prensaestopas. Como se muestra en la Figura 2-6, el anillo de sellado de líquido es un anillo de metal con algunos orificios radiales. El pequeño tubo en la carcasa del prensaestopas puede comunicarse con el puerto de descarga de la bomba, permitiendo que fluya el líquido a alta presión en la bomba. en el tubo pequeño. El anillo de sellado de líquido evita que entre aire en la bomba. El líquido entrante también sirve para lubricar y enfriar la empaquetadura y el eje.

Figura 2-5 Prensaestopas

1: carcasa del prensaestopas; 2: empaquetadura blanda; 3: sello de líquido; 4: casquillo interior; p> p>

Figura 2-6 Anillo de sellado de líquidos

Para el transporte de ácidos, álcalis y líquidos inflamables, explosivos y tóxicos, los requisitos de sellado son relativamente altos y no se permiten fugas de aire. No se permiten fugas de aire. Trate de no dejar que el líquido se filtre. Los dispositivos de sellado de ejes llamados sellos mecánicos se han utilizado ampliamente en los últimos años.

Consiste en un anillo móvil montado en el eje giratorio y otro anillo estacionario fijado en la carcasa de la bomba. Las caras extremas de los dos anillos están cerca entre sí por la fuerza del resorte y se mueven entre sí, lo que desempeña un papel de sellado, por lo que. también se le llama sello de extremo. La Figura 2-7 muestra la estructura del dispositivo de sello mecánico AX doméstico. El lado izquierdo del dispositivo está conectado a la carcasa de la bomba. El tornillo 1 fija el asiento de transmisión 2 en el eje giratorio. El asiento de la transmisión está equipado con un resorte 3, un anillo de empuje 4, un anillo de sellado del anillo móvil 5 y un anillo móvil 6, todos los cuales giran con el eje. El anillo estático 7 y el anillo de sellado estático 8 están instalados en la cubierta del extremo de sellado y fijados mediante el pasador antirotación 9. Todos estos componentes son estacionarios. De esta manera, cuando el eje gira, el anillo móvil 6 gira y el anillo estacionario 7 no se mueve. Los dos anillos están estrechamente conectados por la fuerza elástica del resorte. Dado que las caras extremas de los dos anillos se procesan de manera muy suave, hay muy poca fuga de líquido en las caras extremas de los dos anillos. Además, el espacio entre el anillo móvil 6 y el eje de la bomba está bloqueado por el anillo de sellado del anillo móvil 5, y el espacio entre el anillo estático 7 y la cubierta del extremo de sellado está bloqueado por el anillo de sellado estático 8. No hay movimiento relativo entre estas dos brechas, por lo tanto, es poco probable que se produzcan fugas. El anillo móvil generalmente está hecho de materiales duros, como hierro fundido con alto contenido de silicio o carburo cementado de superficie. El anillo estático está fabricado con materiales no metálicos, generalmente de grafito impregnado, plástico fenólico, etc. De esta manera, en la fricción mutua entre el anillo móvil y el anillo estático, el anillo estático es más fácil de usar, pero debido a la estructura del dispositivo de sello mecánico, el anillo estático es fácil de reemplazar. Los anillos de sellado del anillo móvil y del anillo estático suelen estar hechos de caucho sintético o plástico.

Figura 2-7 Dispositivo de sello mecánico

1-Tornillo; 2-Asiento de transmisión; 4-Anillo de empuje; 5-Anillo móvil; 7 anillos estáticos; 8 anillos de sellado de anillos estáticos; 9 pasadores antirotación

Al instalar el dispositivo de sello mecánico, se requiere que el anillo móvil y el anillo estático estén estrictamente perpendiculares a la línea central del eje. , y la superficie de fricción está bien Al ajustar la presión del resorte, el mecanismo de sellado de la cara del extremo puede formar una capa delgada de película líquida entre las dos superficies de fricción durante el funcionamiento normal para lograr un mejor sellado y lubricación.

En comparación con los sellos de empaque, los sellos mecánicos tienen las siguientes ventajas: buen rendimiento de sellado, larga vida útil, menor desgaste en el eje y bajo consumo de energía. Sus desventajas son que las piezas se procesan con alta precisión, el mecanizado es complicado, los requisitos técnicos para la instalación son estrictos, es problemático cargar, descargar y reemplazar piezas y el precio es mucho más alto que el de los prensaestopas.

3. Principales parámetros de rendimiento y curvas características de las bombas centrífugas

1. Principales parámetros de rendimiento de las bombas centrífugas

Para seleccionar y utilizar correctamente las bombas centrífugas, es necesario comprender el rendimiento de la bomba. Los principales parámetros de rendimiento de la bomba centrífuga incluyen el desplazamiento, la eficiencia de la presión de trabajo (altura de presión) y la potencia de entrada. Estos parámetros están marcados en la placa de identificación de la bomba. El significado de cada uno se describe a continuación.

(1) Desplazamiento El desplazamiento de una bomba centrífuga se refiere a la capacidad de entrega de líquido de la bomba, que se refiere al volumen de líquido descargado por la bomba centrífuga por unidad de tiempo, expresado en qv, y la unidad generalmente es 1 /s o m3/h. El desplazamiento de una bomba centrífuga depende de la estructura, el tamaño de la bomba (principalmente el diámetro del impulsor y el ancho de las palas) y la velocidad.

(2) Presión de trabajo La presión de trabajo de una bomba centrífuga también se puede expresar por la altura de presión o la altura de la bomba. Se refiere a la energía efectiva que la bomba puede proporcionar al peso unitario de. líquido La presión de trabajo se expresa en kPa o MPa. La altura de presión está representada por la altura m de la columna de agua. La presión de trabajo de una bomba centrífuga depende de la estructura de la bomba (como el diámetro del impulsor, la desviación de las palas, etc.), la velocidad de rotación y el caudal. Para una determinada bomba, a una velocidad específica, existe una determinada relación entre la presión de trabajo y el desplazamiento.

La presión cuando la bomba está funcionando se puede medir experimentalmente, como se muestra en la Figura 2-8. Instale un vacuómetro y un manómetro en la entrada y salida de la bomba respectivamente. La ecuación de Bernoulli entre el vacuómetro y el manómetro es

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En la fórmula, pM——la presión (presión manométrica) leída por el manómetro (N/m2);

pv——el grado de vacío leído por el vacuómetro (N/m2);

v1, v2——el caudal del líquido en la tubería de succión y la tubería de salida de presión (m/s);

∑hf ——la pérdida de carga de presión de las dos secciones (m).

Figura 2-8 Esquema de instalación de medición de presión de la bomba

1-Medidor de flujo; 2-Manómetro; 3-Bomba centrífuga; 5-Tanque de almacenamiento; >

Dado que la tubería entre las dos secciones es muy corta, la pérdida de carga Σhf es insignificante. Si se usan hM y hv para representar las lecturas en el manómetro y el vacuómetro respectivamente, y se usa la altura de la columna de líquido m para el cálculo, entonces (2-1) se puede reescribir como

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(3) Eficiencia En el proceso de transporte de líquido, cuando se transfiere energía externa al líquido a través del impulsor, inevitablemente habrá una pérdida de energía. Por lo tanto, todo el trabajo realizado por el. El líquido no puede lograr la rotación del eje de la bomba. La eficiencia η generalmente se utiliza para reflejar la pérdida de energía. Estas pérdidas de energía incluyen pérdida de volumen, pérdida hidráulica y pérdida mecánica. Las causas se describen a continuación:

Pérdida de volumen La pérdida de volumen es causada por fugas en la bomba. Durante el funcionamiento de la bomba centrífuga, parte del líquido a alta presión que obtiene energía se escapa de regreso a la entrada de succión a través del espacio entre el impulsor y la carcasa de la bomba, o se escapa del prensaestopas hacia el exterior de la carcasa de la bomba. , el caudal real descargado por la bomba es mayor que el caudal teórico es bajo y su relación se denomina eficiencia volumétrica η1.

Pérdida hidráulica La pérdida hidráulica es cuando el fluido fluye a través del impulsor y la carcasa de la bomba, debido a los cambios en la velocidad y dirección del flujo, el fluido produce impacto en el cuerpo de la bomba y pierde energía, por lo que la presión real de la La bomba es más alta que la carcasa de la bomba. En teoría, la presión que se puede proporcionar es baja y su relación se denomina eficiencia hidráulica η2.

Pérdida mecánica La pérdida mecánica es la pérdida de energía causada por la fricción entre el eje de la bomba y el cojinete, entre el eje de la bomba y el prensaestopas, y entre la superficie exterior de la cubierta del impulsor y el líquido cuando la bomba está corriendo. Puede expresarse mediante la eficiencia mecánica eta3.

La eficiencia total η (también llamada eficiencia) de la bomba es igual al producto de las tres eficiencias anteriores, es decir,

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Para bombas centrífugas Se dice que la eficiencia de las bombas pequeñas es generalmente de 50 a 70, y la de las bombas grandes puede llegar a 90.

(4) Potencia del eje La potencia de una bomba centrífuga es la potencia requerida por el eje de la bomba. Cuando la bomba es impulsada directamente por un motor eléctrico, la potencia de salida del motor eléctrico al eje se expresa en N y la unidad es W o kW. La potencia efectiva es la potencia obtenida del impulsor por el líquido descargado a la tubería, representada por Ne. Debido a la pérdida de volumen, pérdida hidráulica y pérdida mecánica, la potencia del eje de la bomba es mayor que la potencia efectiva, es decir,

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Y la potencia efectiva se puede escribir como

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Donde qv——el desplazamiento de la bomba (m3/s);

h——la altura de la bomba (m);

ρ——densidad del líquido que se transporta (kg/m3);

g——aceleración gravitacional (m/ s2).

Si Ne en la fórmula (2-5) se mide en kW, entonces

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La potencia de la bomba es

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p es la presión de trabajo de la bomba.

2. Curva característica de la bomba centrífuga

Como se mencionó anteriormente, los principales parámetros de rendimiento de la bomba centrífuga son el desplazamiento, la presión de trabajo (altura de presión), la potencia y eficiencia de la bomba, y la relación. entre ellos Medido mediante experimentos, el conjunto medido de curvas de relación se denomina curva característica o curva de rendimiento operativo de la bomba centrífuga. Esta curva la proporciona el fabricante de la bomba y se adjunta a la muestra de la bomba o al manual de instrucciones para que el departamento del usuario la seleccione y. operar la bomba consulte.

La Figura 2-9 es la curva característica de la bomba de agua centrífuga doméstica 4B20 a n=2900r/min, que se compone de tres curvas: h-qv, N-qv y eta-qv. La curva característica se mide a una velocidad fija y solo es aplicable a esta velocidad. Por lo tanto, el valor de la velocidad n está marcado en el diagrama de la curva característica.

(1) La curva h-qv representa la relación entre la altura de presión y el desplazamiento de la bomba. La presión de trabajo de las bombas centrífugas generalmente disminuye a medida que aumenta el desplazamiento (puede haber excepciones cuando el desplazamiento es extremadamente pequeño).

(2) La curva N-qv representa la relación entre la potencia del eje y el desplazamiento de la bomba. La potencia de la bomba centrífuga aumenta con el aumento del desplazamiento y la potencia del eje es mínima cuando el desplazamiento es cero. Por lo tanto, cuando se arranca la bomba centrífuga, la válvula de salida de la bomba debe cerrarse para reducir la corriente de arranque y proteger el motor.

(3) La curva eta-qv representa la relación entre la eficiencia de la bomba y el desplazamiento. Se puede ver en la curva característica que se muestra en la Figura 2-9 que cuando qv = 0, eta = 0 a medida que aumenta el desplazamiento, la eficiencia de la bomba aumenta y alcanza un valor máximo después de que el desplazamiento aumenta nuevamente, la eficiencia. baja. Muestra que la bomba centrífuga tiene un punto de máxima eficiencia a una determinada velocidad, que se denomina punto de diseño. La bomba funciona de manera más económica con el cabezal de desplazamiento y presión correspondiente a la eficiencia más alta, por lo que los valores de qv, h y N correspondientes al punto de eficiencia más alto se denominan parámetros de condiciones óptimas de trabajo. Los parámetros de rendimiento marcados en la placa de identificación de una bomba centrífuga se refieren a los parámetros en los que la bomba se encuentra en su punto de funcionamiento más eficiente. Pero, de hecho, a menudo es imposible que las bombas centrífugas funcionen exactamente en esta condición, por lo que generalmente solo se puede especificar un rango de trabajo, llamado zona de alta eficiencia de la bomba, que suele estar alrededor de 92 con la mayor eficiencia. Al seleccionar una bomba centrífuga, la bomba debe funcionar dentro de este rango tanto como sea posible.

Figura 2-9 Curva característica de la bomba de agua centrífuga 4B20

3. La influencia de la velocidad de la bomba centrífuga en la curva característica

La característica Las curvas de la bomba centrífuga se miden a una cierta velocidad, pero en el uso real, la velocidad cambia a menudo. En este momento, el triángulo de velocidad cambiará y la presión, el desplazamiento, la eficiencia y la potencia de la bomba también cambiarán. Cuando la viscosidad del líquido no es grande y la eficiencia de la bomba permanece sin cambios, la relación aproximada entre el desplazamiento de la bomba, la altura de la bomba, la potencia del eje y la velocidad es:

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En la fórmula, qv1, h1, N1——los parámetros de rendimiento de la bomba cuando la velocidad de rotación es n1;

qv2, h2, N2——los parámetros de rendimiento de la bomba cuando la velocidad de rotación es n2.

Cuando el cambio de velocidad es inferior a 20, se puede considerar que la eficiencia permanece sin cambios y el error de cálculo utilizando la fórmula anterior no es grande.

4. La influencia del diámetro del impulsor en la curva característica

Si solo se corta el impulsor para reducir el diámetro y el cambio no es significativo, se puede considerar la eficiencia. básicamente sin cambios, entonces qv Proporcional a D. Con una velocidad fija, h es proporcional a D2, por lo que N es proporcional a D3. La relación aproximada entre el diámetro del impulsor, el desplazamiento de la bomba, la altura de la bomba y la potencia del eje es:

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Donde qv1, h1, N1——impulsor El parámetros de rendimiento de la bomba cuando el diámetro es D1;

qv2, h2, N2 - los parámetros de rendimiento de la bomba cuando el diámetro del impulsor es D2.

La relación anterior sólo está disponible cuando el cambio de diámetro no supera 20.

Las bombas de una misma serie tienen formas geométricas completamente similares y la relación entre el diámetro del impulsor y el espesor es fija. Para este tipo de bomba con geometría similar, los cambios de rendimiento causados ​​por diferentes diámetros, qv es proporcional a D3, h es proporcional a D2, por lo que N es proporcional a D5. La relación aproximada entre el diámetro del impulsor, el desplazamiento, la altura de presión y la potencia es:

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donde qv1, h1, N1 - el diámetro del impulsor es D1. rendimiento de la bomba cuando el diámetro del impulsor es D2;

qv2, h2, N2 - el rendimiento de la bomba cuando el diámetro del impulsor es D2.

5. Influencia de las propiedades físicas del líquido

Las curvas características de las bombas centrífugas proporcionadas por el departamento de producción de bombas generalmente se realizan a una determinada velocidad y presión normal, utilizando agua limpia a temperatura normal. como fluido de trabajo. Cuando las propiedades del líquido transportado son muy diferentes a las del agua, se deben considerar los efectos de la viscosidad y la densidad sobre la curva característica.

(1) Influencia de la viscosidad: Cuanto mayor sea la viscosidad del líquido entregado por la bomba centrífuga, mayor será la pérdida de energía en el cuerpo de la bomba. Como resultado, la presión de trabajo y el desplazamiento de la bomba disminuirán, la eficiencia disminuirá y la potencia aumentará, por lo que la curva característica cambiará.

(2) La influencia de la densidad se puede ver en la ecuación básica de la bomba centrífuga. La altura de presión y el desplazamiento de la bomba centrífuga no tienen nada que ver con la densidad del líquido, por lo que la eficiencia de. la bomba no cambia con la densidad del líquido, por lo tanto, las curvas h-qv y eta-qv permanecen sin cambios. Pero la potencia del eje de la bomba cambia con la densidad del líquido. Por lo tanto, cuando la densidad que se transporta es diferente a la del agua, la curva N-qv proporcionada para la bomba en el catálogo de producto original ya no es aplicable. En este momento, la potencia del eje de la bomba se puede recalcular según la ecuación (. 2-9).

(3) Influencia del soluto Si el líquido transportado es una solución acuosa, el cambio de concentración afectará inevitablemente a la viscosidad y densidad del líquido.

Cuanto mayor sea la concentración, mayor será la diferencia con el agua clara. La influencia de la concentración en la curva característica de la bomba centrífuga también se refleja en la viscosidad y la densidad. Si el líquido transportado contiene materias sólidas, como sólidos en suspensión, la curva característica de la bomba no sólo se ve afectada por la concentración, sino también por el tipo y la distribución del tamaño de las partículas de la materia sólida.

IV. La altura de instalación de la bomba centrífuga y el fenómeno de cavitación

(1) Fenómeno de cavitación

La bomba centrífuga funciona sobre el líquido a través del impulsor giratorio, provocando que la energía del líquido (incluida la energía cinética y la energía de presión estática) aumente y, durante el movimiento del impulsor, la velocidad y la presión del líquido cambian en consecuencia. Normalmente la presión es más baja en la entrada del impulsor de la bomba centrífuga. Si la presión del líquido en este lugar es igual o menor que la presión de vapor saturado pv del líquido a esta temperatura, una gran cantidad de vapor escapará del líquido, formando muchas pequeñas burbujas de vapor y gas mezclados. Cuando estas pequeñas burbujas fluyen con el líquido hacia el área de alta presión, se produce una diferencia de presión porque la presión del vapor saturado dentro de la burbuja es mayor que la presión del vapor saturado alrededor de la burbuja. Bajo la acción de esta diferencia de presión, las burbujas colapsan bajo presión y se vuelven a condensar. Durante el proceso de condensación, las partículas del líquido se aceleran desde el entorno hacia el centro de la burbuja. En el momento de la condensación rápida, las partículas chocan entre sí, generando una alta presión local. Si estas burbujas estallan y se condensan cerca de la superficie del metal, el líquido golpeará continuamente la superficie del metal como innumerables ojivas pequeñas. Bajo golpes continuos con alta presión (cientos de atmósferas) y alta frecuencia (decenas de miles por segundo), la superficie del metal se destruye gradualmente debido a la fatiga. Este fenómeno se llama cavitación. Cuando una bomba centrífuga funciona en un estado de cavitación severa, las piezas donde se produce la cavitación se destruyen rápidamente en forma de panal o esponja, lo que acorta en gran medida la vida útil de la bomba. Al mismo tiempo, la cavitación hace que el cuerpo de la bomba vibre y la capacidad y eficiencia de succión de líquido de la bomba también se reducen considerablemente. Para garantizar el funcionamiento normal de la bomba centrífuga y evitar la cavitación, la altura de succión de agua de la instalación de la bomba no debe exceder las regulaciones para garantizar que la presión en la entrada de la bomba sea mayor que la presión del vapor saturado a la temperatura de entrega del líquido.

(2) Altura de instalación de la bomba centrífuga

En las especificaciones de las bombas centrífugas de mi país, se utilizan dos indicadores para limitar la altura de instalación de la bomba para evitar la cavitación. Se utilizan dos indicadores para limitar la altura de instalación de la bomba. Los indicadores se presentan a continuación.

1. Altura de vacío de succión permitida

La altura de vacío de succión permitida hs se refiere al grado de vacío máximo que se puede alcanzar mediante la presión p1 en la entrada de la bomba, y su expresión es:

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Donde hs - la altura de vacío de succión permitida de la bomba centrífuga, m columna de líquido;

pa - presión atmosférica (N/m2) ;

ρ——densidad del líquido transportado (kg/m3).

Para determinar la relación entre el grado de vacío permitido y la altura de instalación permitida hg, se puede configurar un dispositivo de succión de bomba centrífuga como se muestra en la Figura 2-10. Tomando el nivel de líquido del tanque de almacenamiento como nivel de referencia, enumere la ecuación de Bernoulli de la sección transversal de la superficie del tanque 0-0 y la entrada de la bomba 1-1, luego

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En la fórmula, ∑hf es la altura de presión (m) perdida cuando el líquido fluye a través de la tubería de succión. Como el tanque de almacenamiento está abierto, p0 es la presión atmosférica pa.

La fórmula anterior se puede escribir como

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Sustituyendo la fórmula (2-10) en la fórmula anterior, entonces

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Esta fórmula se puede utilizar para calcular la altura de instalación de la bomba.

Figura 2-10 Diagrama esquemático de la succión de líquido de la bomba centrífuga

Se puede ver en la fórmula anterior que para aumentar la altura de instalación permitida de la bomba, y ∑hf debe reducirse lo más posible. Para reducir, bajo el mismo caudal, se debe utilizar una tubería de succión de un diámetro ligeramente mayor. La tubería de succión debe ser lo más corta posible, con el menor número de codos posible y sin válvulas de cierre instaladas.

El fabricante de la bomba sólo puede indicar el valor hs, pero no el valor hg directamente. Debido a que cada bomba tiene diferentes condiciones de funcionamiento y el diseño de la tubería de succión también es diferente, tiene diferentes valores de y ∑hf. Por lo tanto, hg solo puede determinarse mediante cálculos realizados por el usuario en función del diseño específico de la tubería de succión. .

El hs indicado en la muestra de la bomba o en el manual se refiere al valor cuando la presión atmosférica es de 10 mH2O y la temperatura del agua es de 20 ℃. Si las condiciones de uso de la bomba son diferentes a este estado, la muestra debe. ser El valor hs dado se convierte al valor h′ en condiciones de operación. La fórmula de conversión es

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donde h′s——operación. altura de vacío permitida (mH2O) al transportar líquido bajo ciertas condiciones;

hs——La altura de vacío de succión permitida (mH2O) dada en la muestra de la bomba;

ha—— Presión atmosférica ( mH2O) donde está funcionando la bomba;

hr - presión de vapor saturado del líquido (mH2O) a la temperatura de funcionamiento.

Cuanto mayor sea la altitud del lugar de instalación de la bomba, menor será la presión atmosférica y menor será el vacío permitido. Si la temperatura del líquido transportado es mayor, o el líquido es más volátil, se produce el correspondiente saturado. La presión de vapor será menor. En este momento, el grado de vacío de succión permitido de la bomba será menor. La presión atmosférica a diferentes altitudes se muestra en la Tabla 2-1.

Tabla 2-1 Presión atmosférica a diferentes altitudes

2. Capacidad de cavitación

La capacidad de cavitación △h se refiere a la entrada de la bomba centrífuga. de la carga de presión estática y la carga de presión dinámica del líquido excede un cierto valor mínimo especificado de la carga de presión de vapor saturado del líquido a la temperatura de funcionamiento, es decir,

Maquinaria de procesamiento de minerales no metálicos y equipo

En la fórmula, △h——NPSH (m);

pr——Presión de vapor saturado del líquido a temperatura de funcionamiento (N/m2).

La combinación de las ecuaciones (2-11) y (2-14) puede derivar la relación entre el margen de cavitación Δh y la altura de instalación permitida hg como

Maquinaria de procesamiento de minerales no metálicos.

En la fórmula, p0 es la presión por encima del nivel del líquido. Si es un nivel de líquido abierto, entonces

p0=pa

Cabe señalar. que la tabla de rendimiento de la bomba. El valor △h también se especifica basándose en el transporte de agua a 20°C. Al transportar otros líquidos, se requiere calibración.

De lo anterior se puede ver que siempre que se conozca cualquier parámetro de la altura de vacío de succión permitida hs y el margen de cavitación Δh, se puede determinar la altura de instalación de la bomba.

V. Tipos y Selección de Bombas Centrífugas

1. Tipos de Bombas Centrífugas

Las propiedades, presión, caudal, etc. de los líquidos que se transportan. en la producción industrial varían mucho, para adaptarse a diferentes requisitos, también existen varios tipos de bombas centrífugas. Según las propiedades del líquido, se puede dividir en bombas de agua, bombas resistentes a la corrosión, bombas de aceite, bombas de impurezas, etc. según el método de succión del impulsor, se puede dividir en bombas de succión simple y de doble succión; bombas; según el número de impulsores, se puede dividir en bombas de una etapa y bombas de varias etapas. Varios tipos de bombas centrífugas se dividen en series según sus características estructurales, y se utilizan una o varias letras pinyin chinas como código de serie, debido a las diversas especificaciones, se adjuntan diferentes letras y números para diferenciarlas. A continuación se ofrece una breve descripción de los tipos de bombas centrífugas que se utilizan habitualmente en las fábricas.

(1) Las bombas de agua (tipo B, tipo D, tipo Sh) se pueden utilizar para transportar agua limpia y líquidos limpios con propiedades físicas y químicas similares al agua.

La más utilizada es la bomba de agua centrífuga voladiza de succión simple y etapa única. Su código de serie es B, que se denomina bomba de agua tipo B. Su estructura se muestra en la Figura 2-11. El cuerpo de la bomba y la cubierta de la bomba están hechos de hierro fundido. El rango de elevación de toda la serie es de 8~98 m y el rango de desplazamiento es de 4,5~360 m3/h.

Si la altura de presión requerida es alta pero el caudal no es demasiado grande, se puede utilizar una bomba multietapa. Como se muestra en la Figura 2-12, se conectan varios impulsores en serie en un eje. El líquido que sale pasa a través de la rueda guía en la carcasa de la bomba, guiando el líquido para cambiar la dirección del flujo y al mismo tiempo convierte parte de la energía cinética en energía de presión estática y luego ingresa a la siguiente entrada del impulsor. desde varios impulsores varias veces, para que pueda alcanzar una presión más alta. La serie de bombas multietapa producida en mi país tiene el nombre en código D, que se llama bomba centrífuga tipo D. Generalmente varía del nivel 2 al nivel 9 y puede alcanzar hasta el nivel 12. El rango de altura de la serie completa. es de 14~351m y el rango de desplazamiento es de 10,8~850m3/h.

Si el caudal del líquido transportado es grande y la altura de presión requerida no es alta, se puede utilizar una bomba de doble succión. El impulsor de una bomba de doble succión tiene dos entradas, como se muestra en la Figura 2-13.

Dado que la relación entre el espesor y el diámetro del impulsor de la bomba de doble succión aumenta y hay dos entradas de succión, el volumen de infusión es mayor. La serie de bombas centrífugas de doble succión producidas en mi país tiene el nombre en código Sh. La serie completa tiene un rango de altura de 9 a 140 m y un rango de desplazamiento de 120 a 12500 m3/h.

(2) Bomba resistente a la corrosión (tipo F) Cuando se transportan líquidos corrosivos como ácidos y álcalis, se debe utilizar una bomba resistente a la corrosión. Su característica principal es que las partes en contacto con el líquido están. fabricados con materiales resistentes a la corrosión. Las bombas resistentes a la corrosión fabricadas con diversos materiales deben tener una estructura simple, piezas fáciles de reemplazar y fácil de mantener. Todos utilizan F como código de serie de bombas resistentes a la corrosión. Agregue una letra después de la F para indicar el código de material a distinguir. La bomba tipo F producida en mi país está hecha de muchos materiales, como:

Figura 2-11 Diagrama de estructura de la bomba de agua tipo B

1-Cuerpo de la bomba 2-Impulsor; ; 3 anillos de sellado; funda protectora de 4 ejes; cubierta trasera de 5; eje de 6 bombas; piezas de tinta de 8 acoplamientos

Figura 2-12 Esquema de bomba de etapas múltiples

Figura 2-13 Diagrama esquemático de una bomba de doble succión

Fundición gris - código de material H, utilizado para transportar ácido sulfúrico concentrado;

Fundición con alto contenido de silicio - código de material G, usado Transporte de ácido sulfúrico con baja presión o ácido mixto compuesto principalmente de ácido sulfúrico;

Acero de aleación de cromo-níquel - código de material B, usado para transportar ácido nítrico de baja concentración, ácido oxidante, álcali y otros a temperatura ambiente Líquido débilmente corrosivo;

Código de material de acero de aleación de cromo-níquel-molibdeno-titanio M, más adecuado para ácido nítrico y ácido nítrico de alta concentración a temperatura ambiente;

Plástico de policlorotrifluoroetileno: el código de material es S y es adecuado para ácido sulfúrico, ácido nítrico, ácido clorhídrico y soluciones alcalinas por debajo de 90 °C.

Otra característica de las bombas resistentes a la corrosión son sus altos requisitos de sellado. Dado que el problema de corrosión del empaque en sí es difícil de resolver por completo, la bomba tipo F utiliza un dispositivo de sello mecánico según sea necesario.

La serie completa de bombas tipo F tiene un rango de altura de 15 a 105 m y un rango de desplazamiento de 2 a 400 m3/h.

Figura 2-14 Curva característica de la serie de bombas de agua Tipo B

Tabla 2-2 Tabla de rendimiento de la bomba de agua Tipo B (parte)

Nota: El número en Los soportes son potencia del motor tipo JO.

(3) Bomba de impurezas (tipo P): Bombas de impurezas de uso común para el transporte de suspensiones y lodos viscosos. Se utiliza ampliamente en el procesamiento de minerales no metálicos. El código de serie es P, que se subdivide en bomba de aguas residuales PW, bomba de arena PS, bomba de lodo PN, etc. Los requisitos para este tipo de bomba son: no se obstruye fácilmente con impurezas, es resistente al desgaste y es fácil de desmontar y limpiar. Por lo tanto, se caracteriza por una amplia trayectoria de flujo del impulsor y a menudo se utilizan una pequeña cantidad de impulsores abiertos o semicerrados. Algunas carcasas de bombas están revestidas con protectores de acero fundido resistentes al desgaste o revestimientos de goma.

En el catálogo o muestra de productos de bombas, el modelo de bomba es una combinación de letras y números para representar el tipo de bomba, las especificaciones, etc. A continuación se muestran algunos ejemplos.

8B29A:

Entre ellos 8——Diámetro de entrada de succión de la bomba, pulgadas, es decir, 8×25=200 mm;

B——Una sola etapa bomba de agua centrífuga tipo voladizo de succión simple

29 - altura de la bomba, m

A - el diámetro del impulsor de este modelo de bomba es un nivel más pequeño que el del modelo básico. 8B29.

Para facilitar la selección, el departamento de producción de bombas a menudo proporciona una serie de curvas características para el mismo tipo de bombas. La Figura 2-14 es una serie de curvas características de las bombas de agua tipo B. Dibujar en un diagrama general una sección de la curva h-qv correspondiente al rango de mayor eficiencia de cada tipo de bomba del mismo tipo. La línea de arco superior en la superficie en forma de abanico en la figura representa el modelo básico y la línea de arco inferior representa el modelo A con un diámetro de impulsor un nivel más pequeño que el modelo básico. Si hay tres líneas en forma de arco en la superficie en forma de abanico, la línea en forma de arco central representa el modelo A y la línea en forma de arco inferior representa el modelo B, que tiene un diámetro de impulsor un nivel más pequeño que el modelo básico. Los símbolos y números de la figura se muestran en la descripción de la figura.

2. Selección de bombas centrífugas

La selección de bombas centrífugas generalmente se puede realizar según los siguientes métodos y pasos:

(1) Determinar el Caudal del sistema de transporte Con presión de trabajo (altura de presión), el volumen de entrega de líquido generalmente está especificado por la tarea de producción. Si el caudal cambia dentro de un cierto rango, se debe considerar el caudal máximo al seleccionar la bomba.

De acuerdo con la disposición de las tuberías en el sistema de transporte, utilice la ecuación de Bernoulli para calcular la altura de presión requerida por la tubería al caudal máximo.

(2) Seleccionar el tipo y modelo de bomba Determinar el tipo de bomba de acuerdo a las propiedades y condiciones de operación del líquido a transportar. Seleccione el modelo apropiado de la muestra de bomba o del catálogo de productos según el caudal determinado Qe y la altura de presión he o la presión de trabajo p. El desplazamiento Q y la carga de presión h que la bomba seleccionada puede proporcionar pueden no ser completamente consistentes con el Qe y la carga de presión he o la presión de trabajo p requerida por la tubería. Además, teniendo en cuenta los cambios en las condiciones de operación y el potencial determinado, la bomba seleccionada La bomba puede ser un poco más grande, pero bajo esta condición la eficiencia de la bomba debe ser relativamente alta, es decir, la posición coordinada del punto (Qe, he) debe estar cerca de debajo de la curva h-qv correspondiente a la rango de alta eficiencia de la bomba.

Después de seleccionar el modelo de bomba, se deben enumerar los diversos parámetros de rendimiento de la bomba (la Tabla 2-2 es la tabla de rendimiento (parte) de la bomba tipo B).

(3) Calcule la potencia del eje de la bomba. Si la densidad del líquido transportado es mayor que la densidad del agua, la potencia del eje de la bomba se puede calcular de acuerdo con la fórmula (2-7). .