Введение в центробежный насос, часть 1

Aug 03, 2023

Тема февральского номера журнала Pumps & Systems — «возвращение к истокам». Следуя этому примеру, в колонке этого месяца будут рассмотрены некоторые основы центробежных насосов. Обратите внимание, что центробежные насосы относятся к кинетическому классу ротодинамических насосов.

Изначально я предполагаю, что читатель имеет базовое визуальное представление о рабочем колесе, прикрепленном к валу и помещенном внутри корпуса/улитки. См. изображение 1.

Вал насоса может быть либо самим приводным валом, либо соединенным с приводом. Приводом обычно является асинхронный электродвигатель, но это также может быть двигатель, паровая турбина или один из множества других типов первичных двигателей.

Подводя итог, можно сказать, что рабочее колесо увеличивает уровень энергии жидкости за счет увеличения скорости. Как только жидкость покидает рабочее колесо, корпус преобразует скорость в давление.

Насос на самом деле работает на основе основных научных принципов. По усмотрению оператора привод вращается (механическая энергия), вызывая также вращение вала насоса и прикрепленного к нему рабочего колеса.

Вращающаяся крыльчатка передает кинетическую энергию окружающей жидкости, которая инициирует движение (скорость) жидкости. Скорость жидкости будет существенно увеличиваться во время ее прохождения через рабочее колесо от проушины в центре к краям лопаток на внешнем диаметре.

Существует простая формула для расчета скорости жидкости, сообщаемой рабочим колесом. Это простая функция скорости и диаметра (см. уравнение 1). Обратите внимание на прямую зависимость: если скорость рабочего колеса увеличивается и/или по мере увеличения диаметра рабочего колеса скорость жидкости увеличивается, и наоборот.

Следующий уровень представления процесса, происходящего внутри насоса: вращающееся рабочее колесо (кинетическая энергия) сообщает движение (скорость) жидкости.

Когда жидкость покидает кончик лопасти рабочего колеса и улавливается (собирается) в корпусе, корпус преобразует энергию скорости в энергию давления (напор). Проще говоря, энергия скорости жидкости преобразуется в энергию давления в обсадной колонне. Энергия давления также определяется как напор (H).

Чтобы взглянуть на это явление с другой технической точки зрения, можно также использовать первый закон сохранения энергии. «Энергию нельзя ни создать, ни уничтожить; ее можно только изменить по форме».

Кроме того, в дополнение к механической дисциплине гидродинамики мы также знаем принцип Бернулли, который в своей простейшей форме гласит, что если скорость снижается, давление увеличивается, и наоборот. Опять же, это связано с сохранением энергии.

Обратите внимание, что центробежный насос на самом деле не создает давление в системе сам по себе, а вместо этого создает поток. Давление, которое мы измеряем на выпускном манометре, на самом деле является результатом сопротивления системы генерируемому потоку.

Если бы не было системы, подключенной к напорному фланцу, не было бы настоящего развиваемого давления («Система» представляет собой совокупность различных отметок, давлений, труб, компонентов и клапанов).

Самое простое объяснение использования напора вместо давления для измерения энергии центробежного насоса состоит в том, что давление насоса изменится, если изменится вес / удельный вес (SG) жидкости, но напор не изменится.

Следовательно, вы всегда можете описать производительность насоса (при условии, что это ньютоновская жидкость), будь то тяжелый (сернистая кислота с удельным весом от 1,2 до 1,5) или легкий углеводород (бензин с удельным весом 0,7), используя термин «напор».

Оператор насоса измеряет состояние и производительность насоса, отслеживая разницу манометрических давлений на обеих сторонах насоса.

Если бы все жидкости были одинаковыми с постоянным удельным весом, единицы измерения давления нагнетания насоса можно было бы выразить как давление с минимальными неблагоприятными или неточными эффектами или вообще без них. Но поскольку жидкости имеют разные УП, мы вынуждены использовать термин напор.

Помните, что даже если бы мы перекачивали только воду, удельная плотность меняется при каждом изменении температуры. Обратите внимание и определите, что голова — это энергетический уровень, а давление — это просто сила.