Durante el proceso de flujo de fluidos, se pierde algo de energía mecánica debido a la resistencia al flujo. Por lo tanto, para transportar el fluido de un lugar a otro, ya sea para transferir el fluido desde un lugar con menor energía específica total a un lugar con mayor energía específica total, o simplemente para superar la resistencia al flujo, se debe proporcionar energía mecánica al fluido. La maquinaria que se utiliza para transportar líquidos se llama bomba (Pump). Las bombas se clasifican principalmente en tres categorías según sus características estructurales y principios de funcionamiento:
I. Bombas de tipo -paletas: estas bombas funcionan haciendo que las paletas giratorias trabajen sobre el fluido, aumentando así la energía mecánica del líquido. Los ejemplos incluyen varias bombas centrífugas, bombas de vórtice y bombas de flujo axial, etc.
II Bombas de desplazamiento positivo: Estas bombas utilizan el movimiento alternativo de los pistones o el movimiento giratorio de los rotores para cambiar el volumen de la cámara de trabajo, comprimiendo el líquido y realizando trabajo sobre el líquido, aumentando así la energía mecánica del líquido. Los ejemplos incluyen bombas alternativas, bombas de engranajes y bombas de tornillo, etc.
III Bomba de chorro: funciona utilizando el chorro de alta-velocidad generado por el fluido de trabajo para expulsar el fluido y luego, mediante el intercambio de impulso, aumenta la energía del fluido expulsado.
Debido a su estructura simple, facilidad de fabricación, flujo estable, gran adaptabilidad y operación conveniente, las bombas centrífugas se utilizan ampliamente en la producción química. Por lo tanto, en este artículo nos centraremos en la introducción de las bombas centrífugas.
El principio de funcionamiento de una bomba centrífuga.
Cuando una bomba centrífuga está en funcionamiento, depende del impulsor giratorio de alta-velocidad para permitir que el líquido adquiera energía y aumente su potencial de presión bajo el efecto 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 un medio líquido para evitar la aparición de cavitación.
Cuando el impulsor gira rápidamente, las palas hacen que el medio gire rápidamente. El medio giratorio sale expulsado del impulsor bajo la acción de la fuerza centrífuga. Después de que se expulsa el agua del interior de la bomba, se forma un área de vacío en el centro del impulsor. Al mismo tiempo, aspira líquido continuamente y continuamente le da cierta energía al líquido aspirado-y luego descarga el líquido. De este modo, la bomba centrífuga funciona continuamente.
La estructura de una bomba centrífuga.
Existen muchos tipos de bombas centrífugas. Aunque las estructuras de los distintos tipos de bombas 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, base de la bomba, caja de empaque (dispositivo de sellado), anillo de sellado, carcasa del cojinete, etc.
1. Impulsor
El impulsor es el componente de trabajo de una bomba centrífuga. Logra el bombeo de líquidos girando a alta velocidad y realizando trabajo sobre los líquidos. Es una parte importante de la bomba centrífuga.
El impulsor generalmente se compone del cubo, las palas y la placa de cubierta. La placa de cubierta del impulsor se divide en placa de cubierta frontal y placa de cubierta trasera. La placa de cubierta en el lado de entrada del impulsor se llama placa de cubierta frontal y la placa de cubierta del otro lado se llama placa de cubierta trasera.
Cuando se pone en marcha la bomba centrífuga, el eje de la bomba hace que el impulsor gire juntos a alta velocidad. Esto obliga a girar el líquido que ha sido pre-llenado entre las cuchillas. Bajo la acción de la fuerza centrífuga de inercia, el líquido se mueve radialmente desde el centro hacia la periferia del impulsor.
Durante el proceso de flujo a través del impulsor, el líquido adquiere energía, aumentando su presión estática y la velocidad del flujo. Cuando el líquido sale del impulsor y entra en la carcasa de la bomba, se ralentiza debido a los canales de flujo que se expanden gradualmente dentro de la carcasa. Parte de la energía cinética se convierte en energía de presión estática y finalmente fluye tangencialmente hacia la tubería de descarga.
Según sus formas estructurales, los impulsores se pueden clasificar en los siguientes tres tipos.
(1) El impulsor cerrado tiene placas de cubierta en ambos lados. Hay de 4 a 6 cuchillas entre las placas de cubierta. El impulsor cerrado tiene una alta eficiencia y es el tipo más utilizado. Es adecuado para transportar líquidos limpios sin partículas sólidas ni fibras.
(2) El impulsor de tipo abierto-no tiene placas de cubierta en ambos lados de las palas. Es adecuado para transportar líquidos que contengan una gran cantidad de sólidos en suspensión. Sin embargo, su eficiencia es relativamente baja y la presión del líquido transportado no es alta.
(3) El impulsor de tipo semi-abierto tiene solo una placa de cubierta trasera. Es adecuado para transportar líquidos propensos a la sedimentación o que contengan materias sólidas en suspensión. Su eficiencia se encuentra entre la de los impulsores de tipo abierto y cerrado.
2. Eje de la bomba
La función principal del eje de una bomba centrífuga es transmitir potencia y soportar el impulsor para mantenerlo en la posición de trabajo y funcionar con normalidad. Un extremo del eje está conectado al eje del motor a través de un acoplamiento y el otro extremo soporta el impulsor para el movimiento de rotación. El eje está equipado con componentes como cojinetes y sellos axiales.
Los materiales comunes para los ejes de las bombas son acero al carbono y acero inoxidable.
El impulsor y el eje están conectados mediante una chaveta. Dado que este método de conexión solo puede transmitir par pero no puede fijar la posición axial del impulsor, en la bomba se utiliza un manguito axial y una tuerca de bloqueo para fijar la posición axial del impulsor.
Después de colocar axialmente el impulsor con la tuerca de bloqueo y el manguito del eje, para evitar que la tuerca de bloqueo se afloje, es necesario evitar que la bomba retroceda. Especialmente para bombas recién instaladas o bombas que han sido desmontadas y reparadas, se debe realizar una verificación de la dirección de giro según las regulaciones para garantizar la coherencia con la dirección especificada.
3. Manga
La función del manguito del eje es proteger el eje de la bomba, convirtiendo la fricción entre la empaquetadura y el eje de la bomba en fricción entre la empaquetadura y el manguito del eje. Por lo tanto, la camisa del eje es un componente-propenso al desgaste de la bomba centrífuga.
La superficie del manguito del eje también puede someterse a tratamientos como cementación, nitruración, cromado y pulverización. Generalmente se requiere que el requisito de rugosidad de la superficie alcance Ra3,2μm - Ra0,8μm. Esto puede reducir el coeficiente de fricción y aumentar la vida útil.
4. Rodamientos
Los rodamientos desempeñan la función de soportar el peso y la carga del rotor. En las bombas centrífugas se utilizan principalmente rodamientos. El aro exterior del rodamiento está en un sistema de eje base con el orificio de la carcasa del rodamiento, mientras que el anillo interior está en un sistema de orificio base con el eje giratorio. Los estándares nacionales de categoría correspondiente tienen valores recomendados y se pueden seleccionar según circunstancias específicas. Los rodamientos generalmente se lubrican con grasa y aceite lubricante.
5. Caja de relleno
Cuando el eje de la bomba sobresale de la carcasa de la bomba, hay un espacio entre el eje y la carcasa. En las bombas centrífugas de simple-succión, si no se utiliza ningún dispositivo de sellado del eje en esta parte, el agua a alta-presión dentro de la carcasa de la bomba se escapará en grandes cantidades. La caja de empaque es uno de los dispositivos de sellado de ejes más utilizados. La caja de empaque se compone de cinco componentes: el manguito de sellado del eje, el empaque, el tubo de sello de agua, el anillo de sello de agua y la cubierta de empaque.
⒍蜗壳
La voluta es un canal de flujo en forma de espiral-que aumenta gradualmente en área de sección transversal-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 la forma de un tubo difusor. Después de que el líquido sale del impulsor, su velocidad de flujo se puede reducir suavemente, convirtiendo una gran parte de su energía cinética en energía de presión estática.
Las ventajas de la voluta son que es fácil de fabricar, tiene una amplia zona de eficiencia y la eficiencia de la bomba cambia poco después de mecanizar el impulsor.
El inconveniente es que la forma de voluta es asimétrica. Cuando se utiliza una sola voluta, la presión que actúa radialmente sobre el rotor no es uniforme, lo que probablemente haga que el eje se doble. Por lo tanto, en las bombas multietapa, sólo la primera y la última sección utilizan volutas, mientras que la sección intermedia adopta un dispositivo de rueda guía.
El material de la voluta suele ser hierro fundido. La voluta de la bomba anticorrosión-está hecha de acero inoxidable u otros materiales anticorrosión-, como plástico, fibra de vidrio, etc. Para las bombas multietapa-, debido a la alta presión, los requisitos de resistencia del material son mayores y sus volutas generalmente están hechas de acero fundido.
⒎ Rueda motriz
La rueda guía es un disco estacionario con paletas guía delanteras enrolladas alrededor de su borde exterior en el lado frontal. Estas paletas guía forman una serie de canales de flujo en forma de difusor-. En la parte posterior, hay paletas de guía inversa que dirigen el líquido a la entrada del impulsor de la siguiente etapa. Después de que el líquido es expulsado del impulsor, fluye suavemente hacia la rueda guía y continúa fluyendo hacia afuera a lo largo de las paletas guía delanteras, mientras su velocidad disminuye gradualmente y la mayor parte de su energía cinética se convierte en energía de presión estática.
La holgura radial unilateral entre el impulsor y las paletas guía es de aproximadamente 1 mm. Si el espacio libre es demasiado grande, la eficiencia disminuirá; si 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 de conversión de energía. Sin embargo, su instalación y mantenimiento son más difíciles que el de la voluta.
16. Anillo de sellado
Para reducir las fugas internas y proteger la carcasa de la bomba, se instala un anillo de sellado reemplazable 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 está generalmente entre 0,1 y 0,2 mm. Después de que el anillo de sellado se desgasta, el juego radial aumenta, lo que resulta en una disminución en el volumen de descarga de líquido de la bomba y una reducción en la eficiencia. Cuando el espacio de sellado excede el valor especificado, es necesario reemplazarlo a tiempo.
Las formas estructurales del anillo de sellado son de tres tipos:
Tipo anillo-plano, con estructura simple y fácil fabricación, pero pobre efecto de sellado;
El anillo de sellado de tipo ángulo recto-permite que las fugas de líquido pasen a través de un canal de 90 grados, lo que produce un mejor efecto de sellado en comparación con el tipo de anillo plano-. Es ampliamente utilizado.
El anillo de sellado laberíntico tiene un buen efecto de sellado, pero su estructura es compleja y su fabricación es difícil. Por lo tanto, rara vez se utiliza en bombas centrífugas.
El proceso de trabajo de una bomba centrífuga.
Antes de poner en marcha la bomba, llénela con el líquido que se va a transportar primero.
2. Después de arrancar la bomba, el eje de la bomba hace que el impulsor gire a alta velocidad, generando fuerza centrífuga. Bajo esta fuerza, el líquido es lanzado desde el centro del impulsor hacia la periferia del impulsor, su presión aumenta y fluye hacia la carcasa de la bomba a una velocidad muy alta (15-25 m/s).
3. En la carcasa de la bomba, a medida que el canal de flujo se expande continuamente, la velocidad del flujo del líquido disminuye, lo que hace que la mayor parte de la energía cinética se convierta en energía de presión. Finalmente, el líquido sale del puerto de descarga con una presión estática relativamente alta y entra en la tubería de descarga.
4. Después de expulsar el líquido dentro de la bomba, se forma un vacío en el centro del impulsor. Bajo la diferencia de presión entre la presión de la superficie del líquido (presión atmosférica) y la presión dentro de la bomba (presión negativa), el líquido ingresa a la bomba a través de la tubería de succión y llena la posición donde fue expulsado el líquido.
Clasificación de bombas centrífugas.
Los productos de bombas centrífugas se clasifican generalmente según sus características estructurales. Existen varios métodos de clasificación, incluidos seis tipos: clasificados por presión de trabajo, por número de impulsores en funcionamiento, por la forma en que el impulsor absorbe agua, etc.
⒈ Según presión de trabajo:
Bomba de baja-presión: la presión es inferior a 100 metros de columna de agua.
Bomba de media-presión: La presión oscila entre 100 y 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 sola etapa: se refiere a una bomba donde solo hay un impulsor en el eje de la bomba.
Bomba multi-etapa: este tipo de bomba tiene dos o más impulsores en su eje. En este caso, la altura total de la bomba es la suma de las alturas generadas por cada uno de los n impulsores.
3. Según el método de entrada de agua del impulsor:
Bomba de entrada de agua-de un solo-lado: también conocida como bomba de succión-simple, significa que solo hay un puerto de entrada de agua en el impulsor.
Bomba de succión bidireccional: También conocida como bomba de doble-succión, tiene un puerto de entrada a ambos lados del impulsor. Su caudal es dos veces mayor que el de una sola-bomba de succión. Se puede considerar aproximadamente como dos impulsores de bomba de succión simples-colocados -con-parte posterior.
4. Según la posición del eje de la bomba:
Bomba horizontal: El eje de la bomba está en posición horizontal.
Bomba vertical: El eje de la bomba está en posición vertical.
5. Según la forma de la junta de la carcasa de la bomba:
Bomba dividida horizontal: Es aquella donde la costura de la junta se abre en el plano horizontal que pasa por el eje.
Bomba de superficie de junta vertical: se refiere a una bomba donde la superficie de la junta es perpendicular a la línea del eje.
6. El método para dirigir el agua que sale del impulsor hacia la cámara de descarga:
Bomba de carcasa: después de que el agua sale del impulsor, ingresa directamente a la carcasa de la bomba, que tiene forma de espiral.
Bomba de paletas guía: después de que el agua sale del impulsor, ingresa a las paletas guía ubicadas fuera del impulsor y luego pasa a la siguiente etapa o fluye hacia la tubería de salida.
⒎ Según los diferentes medios que transportan, las bombas centrífugas se pueden clasificar en: bombas de agua, bombas de aceite, bombas-resistentes a la corrosión, etc.
Cavitación y bloqueo de vapor.
Fenómeno de erosión
A partir del principio de funcionamiento de la bomba centrífuga, se puede saber que después de que el líquido entre las palas es expulsado del impulsor giratorio de alta-velocidad, se forma un área 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 esta área se vaporizará y formará burbujas. Cuando las burbujas viajan con el líquido al área de alta-presión, se condensarán rápidamente debido a la presión.
En el momento de la condensación de las burbujas, se forma un vacío local. El líquido circundante se precipita hacia el espacio previamente ocupado por la burbuja a gran velocidad, provocando impactos y vibraciones, lo que resulta en una fuerza de impacto significativa. Especialmente cuando el punto de condensación de la burbuja está cerca de la superficie de la pala, numerosas partículas líquidas impactan la pala a alta frecuencia y presión; Al mismo tiempo, la burbuja también puede contener una pequeña cantidad de oxígeno y otras sustancias que tienen un efecto químico corrosivo sobre los materiales metálicos. Bajo la acción combinada del impacto continuo y la corrosión química, la superficie de la hoja se daña, formando manchas y grietas, lo que provocará un daño prematuro de la hoja. Este fenómeno se llama cavitación en las bombas centrífugas.
El fenómeno de la unión de gases.
Cuando se pone en marcha una bomba centrífuga, si hay aire en la bomba, debido a la baja densidad del aire, la fuerza centrífuga generada después de la rotación es pequeña. Como resultado, la baja presión formada en el área central del impulsor es insuficiente para aspirar el líquido. Incluso si se pone en marcha la bomba centrífuga, no puede completar la tarea de transporte. Este fenómeno se llama "esclusa de aire".
Esto indica que la bomba centrífuga no tiene capacidad de autocebado-. Por lo tanto, antes de poner en marcha la bomba centrífuga, es necesario llenarla con el líquido a transportar. Por supuesto, si la entrada de succión de la bomba centrífuga se coloca por debajo del nivel del líquido transportado, el líquido fluirá automáticamente hacia la bomba. Este es un caso especial. La tubería de succión de la bomba centrífuga está equipada con una válvula inferior para evitar que el líquido que se llenó antes de comenzar salga de la bomba. La pantalla del filtro puede evitar que las sustancias sólidas del líquido sean succionadas y bloqueen las tuberías y el tubo de descarga de la carcasa de la bomba. La válvula reguladora instalada en la tubería de descarga se utiliza para arrancar la bomba, detenerla y regular el flujo.
Desde la perspectiva de las diferentes causas de cavitación y bloqueo de vapor:
La unión de aire se refiere a la presencia de aire dentro del cuerpo de la bomba. Suele ocurrir cuando se pone en marcha la bomba. La manifestación principal es que el aire dentro del cuerpo de la bomba no se ha eliminado por completo. Mientras que la cavitación se produce cuando el líquido alcanza su presión de vaporización a una determinada temperatura. Se puede observar que está estrechamente relacionado con el medio transportado y las condiciones de trabajo.
Se pueden utilizar los siguientes métodos para prevenir la aparición del fenómeno de la esclusa de aire:
1. Antes de comenzar, llena la cáscara con líquido. Asegure un sello hermético en la carcasa. La válvula de llenado de agua y el cabezal de la ducha no deben tener fugas. El rendimiento del sellado debe ser bueno.
2. La tubería de succión de la bomba centrífuga está equipada con una válvula inferior para evitar que el líquido que se bombeó antes del arranque regrese a la bomba. La pantalla del filtro puede evitar que las partículas sólidas del líquido sean succionadas. La tubería de descarga está equipada con una válvula reguladora que se utiliza para arrancar y detener la bomba y regular el caudal.
3. Coloque la entrada de succión de la bomba centrífuga debajo del nivel del líquido donde se debe transportar el líquido. El líquido fluirá automáticamente hacia la bomba.
Las causas y soluciones de la aparición de cavitación.
Las principales causas de la cavitación son:
1. La resistencia de la tubería de entrada es demasiado alta o la tubería es demasiado delgada.
2. La temperatura del medio transportado es demasiado alta;
3. Flujo excesivo, es decir, la válvula de salida está demasiado abierta;
4. La altura de instalación es demasiado alta, lo que afecta la capacidad de entrada de líquido de la bomba.
5. Cuestiones de selección, incluida la selección de bombas y la selección de materiales de bomba, etc.
Solución:
1. Retire los objetos extraños de la tubería de entrada para garantizar un flujo suave o aumente el diámetro de la tubería.
2. Reducir la temperatura del medio transportado;
3. Reducir la altura de instalación;
4. Reemplazar la bomba o realizar mejoras en ciertos componentes de la bomba, como usar materiales resistentes a la cavitación.
