1. Princípio de funcionamento da bomba centrífuga
Quando uma bomba centrífuga está funcionando, ela depende do impulsor giratório de alta velocidade para aumentar a energia de pressão do líquido sob a ação da força centrífuga inercial. Antes de a bomba centrífuga começar a funcionar, o corpo da bomba e a tubulação de entrada devem ser preenchidos com meio líquido para evitar cavitação.
Quando o impulsor gira rapidamente, as pás fazem com que o meio gire rapidamente. O meio rotativo voa para fora do impulsor sob a ação da força centrífuga, e a água dentro da bomba é expelida, formando uma área de vácuo no centro do impulsor. Inalar continuamente o líquido enquanto fornece continuamente uma certa quantidade de energia ao líquido inalado para expulsá-lo. A bomba centrífuga opera continuamente assim.
2. Estrutura da bomba centrífuga
Existem muitas variedades de bombas centrífugas e, embora as estruturas de cada tipo de bomba sejam diferentes, os componentes principais são basicamente os mesmos.
Os principais componentes de uma bomba centrífuga incluem: impulsor, eixo da bomba, carcaça da bomba, sede da bomba, caixa de gaxeta (dispositivo de vedação do eixo), anel redutor de vazamento, sede do rolamento, etc.
O impulsor é o componente funcional de uma bomba centrífuga, que depende de sua rotação em alta velocidade para realizar trabalho no líquido e conseguir o transporte do líquido. É um componente importante de uma bomba centrífuga.
O impulsor é geralmente composto de três partes: o cubo, as lâminas e a placa de cobertura. A placa de cobertura do impulsor pode ser dividida em placa de cobertura frontal e placa de cobertura traseira. A placa de cobertura no lado da porta do impulsor é chamada de placa de cobertura frontal, e a placa de cobertura do outro lado é chamada de placa de cobertura traseira.
Após a partida da bomba centrífuga, o eixo da bomba aciona o impulsor para girar em alta velocidade, forçando o líquido pré-enchido entre as pás a girar. Sob a ação da força centrífuga inercial, o líquido se move radialmente do centro do impulsor para a circunferência externa.
O líquido ganha energia durante seu movimento através do impulsor, resultando em um aumento na energia de pressão estática e um aumento na velocidade do fluxo. Quando o líquido sai do impulsor e entra no invólucro da bomba, ele desacelera devido à expansão gradual do canal de fluxo dentro do invólucro. Parte da energia cinética é convertida em energia de pressão estática e, finalmente, flui para o pipeline de descarga ao longo da direção tangencial.
De acordo com a forma estrutural, os impulsores podem ser divididos nos três tipos a seguir.
(1)O impulsor fechado possui placas de cobertura em ambos os lados do impulsor, com 4-6 lâminas entre as placas de cobertura. O impulsor fechado possui alta eficiência e é amplamente utilizado, adequado para transportar líquidos limpos, sem partículas sólidas e fibras.
(2) O impulsor aberto não possui placas de cobertura em ambos os lados da pá, o que é adequado para transportar líquidos contendo uma grande quantidade de sólidos em suspensão. Possui baixa eficiência e a pressão do líquido transportado não é alta.
O impulsor semiaberto possui apenas uma tampa traseira e é adequado para transportar líquidos que são fáceis de sedimentar ou contêm sólidos sólidos em suspensão. Sua eficiência está entre impulsores abertos e fechados.
A principal função do eixo da bomba centrífuga é transmitir potência e apoiar o impulsor para manter a operação normal na posição de trabalho. Ele é conectado ao eixo do motor através de um acoplamento em uma extremidade e suporta o impulsor para movimento rotacional na outra extremidade. O eixo está equipado com rolamentos, vedações axiais e outros componentes.
Os materiais comumente usados para eixos de bombas são aço carbono e aço inoxidável.
O impulsor e o eixo são conectados por chavetas. Como este método de conexão só pode transmitir torque e não pode fixar a posição axial do impulsor, uma luva de eixo e uma porca de travamento também são usadas na bomba de água para fixar a posição axial do impulsor.
Após o impulsor ser posicionado axialmente com uma porca de travamento e luva do eixo, para evitar a retração da porca de travamento, é necessário evitar a reversão da bomba d'água, principalmente para a instalação inicial da bomba d'água ou da bomba d'água após a desmontagem e manutenção, a inspeção da direção deve ser realizada de acordo com os regulamentos para garantir a consistência com a direção especificada.
A função da bucha do eixo é proteger o eixo da bomba, transformando o atrito entre a gaxeta e o eixo da bomba no atrito entre a gaxeta e a bucha do eixo. Portanto, a luva do eixo é uma peça facilmente desgastada da bomba centrífuga.
A superfície da luva do eixo geralmente pode ser tratada com métodos como carburação, nitretação, cromagem, pulverização, etc. O requisito de rugosidade da superfície é geralmente de Ra3,2 μm a Ra0,8 μm. Pode reduzir o coeficiente de atrito e melhorar a vida útil.
Os rolamentos desempenham um papel no suporte do peso e da capacidade de carga do rotor. Os rolamentos são comumente usados em bombas centrífugas, com o anel externo e os furos da sede do rolamento usando um sistema de eixo base, e o anel interno e o eixo usando um sistema de furo base. Os rolamentos são geralmente lubrificados com graxa e óleo.
Quando o eixo da bomba passa pela carcaça da bomba, há uma folga entre o eixo e a carcaça. Em uma bomba centrífuga de sucção única, se o dispositivo de vedação do eixo não for usado neste local, a água de alta pressão dentro da carcaça da bomba vazará em grandes quantidades. A caixa de gaxeta é um dispositivo de vedação de eixo comumente usado. A caixa de gaxeta é composta de cinco componentes: vedação do eixo, gaxeta, tubo de vedação de água, anel de vedação de água e gaxeta.
Uma voluta refere-se a um canal de fluxo em espiral com uma área de seção transversal que aumenta gradualmente desde a saída do impulsor até a entrada do impulsor do próximo estágio ou até o tubo de saída da bomba. O canal de fluxo se expande gradualmente e a saída tem a forma de um tubo de difusão. Depois que o líquido flui para fora do impulsor, sua vazão pode diminuir lentamente, convertendo uma grande parte da energia cinética em energia de pressão estática.
As vantagens de uma voluta são a facilidade de fabricação, ampla zona de eficiência e alterações mínimas de eficiência na bomba após girar o impulsor.
A desvantagem é que o formato da voluta é assimétrico e, ao utilizar uma única voluta, a pressão que atua na direção radial do rotor é irregular, o que pode facilmente causar o entortamento do eixo. Portanto, em bombas multiestágios, apenas a primeira e a última seções utilizam volutas, enquanto na seção intermediária são utilizados dispositivos de roda guia.
O material das conchas dos caracóis é geralmente o ferro fundido. A voluta da bomba anticorrosiva é feita de aço inoxidável ou outros materiais anticorrosivos, como plástico, fibra de vidro, etc. Devido à alta pressão, as bombas multiestágios requerem alta resistência do material e suas volutas são geralmente feitas de aço fundido.
A roda guia é um disco fixo com palhetas guia dianteiras enroladas ao redor da borda externa do impulsor na frente, formando canais de fluxo em forma de difusão. Na parte traseira, há palhetas guia reversas que guiam o líquido em direção ao próximo estágio do impulsor. Depois de ser jogado para fora do impulsor, o líquido entra lentamente nas palhetas guia e continua a fluir para fora ao longo das palhetas guia dianteiras. A velocidade diminui gradualmente, e a maior parte da energia cinética é convertida em energia de pressão estática.
A folga unilateral radial entre o impulsor e as palhetas guia é de aproximadamente 1 mm. Se a lacuna for muito grande, a eficiência diminuirá; Se a folga for muito pequena, causará vibração e ruído. Comparada com a voluta, a carcaça segmentada da bomba centrífuga multiestágio com rodas guia é mais fácil de fabricar e possui maior eficiência na conversão de energia. Mas a instalação e a manutenção são mais difíceis do que as conchas de caracol.
Para reduzir vazamentos internos e proteger a carcaça da bomba, anéis de vedação substituíveis são instalados na carcaça correspondente à entrada do impulsor. A folga radial entre o furo interno do anel de vedação e o círculo externo do impulsor é geralmente entre 0.1-0,2 mm. Após o desgaste do anel de vedação, a folga radial aumenta, o volume de descarga da bomba diminui e a eficiência diminui. Quando a folga de vedação exceder o valor especificado, ela deverá ser substituída em tempo hábil.
Existem três formas estruturais de anéis de vedação:
Em primeiro lugar, o tipo de anel plano tem uma estrutura simples e é fácil de fabricar, mas o efeito de vedação é fraco. Em segundo lugar, o anel de vedação em ângulo reto fornece um canal de 90 graus para vazamento de líquido, resultando em melhor desempenho de vedação do que o tipo de anel plano e é amplamente utilizado. Em terceiro lugar, o anel de vedação labirinto tem um bom efeito de vedação, mas sua estrutura é complexa e difícil de fabricar, raramente utilizada em bombas centrífugas.
3. Processo de trabalho da bomba centrífuga
(1) Antes de ligar a bomba, encha a bomba com o líquido a ser transportado.
(2) Depois de ligar a bomba, o eixo da bomba aciona o impulsor para girar em alta velocidade juntos, gerando força centrífuga. Sob esta ação, o líquido é lançado em direção à circunferência externa do impulsor a partir do centro, causando um aumento na pressão e fluindo para dentro da carcaça da bomba em alta velocidade (15-25 m/s).
(3) Na carcaça da bomba de voluta, devido à expansão contínua do canal de fluxo, a vazão do líquido diminui, convertendo a maior parte da energia cinética em energia de pressão. Finalmente, o líquido flui para a tubulação de descarga a uma pressão estática mais alta a partir da porta de descarga.
(4) Após o líquido dentro da bomba ser jogado para fora, um vácuo é formado no centro do impulsor. Sob a diferença de pressão entre a pressão do nível do líquido (pressão atmosférica) e a pressão da bomba (pressão negativa), o líquido entra na bomba através da tubulação de sucção, preenchendo a posição onde o líquido é descarregado.
4. Classificação das bombas centrífugas
Os produtos de bombas centrífugas são geralmente classificados de acordo com suas características estruturais, com vários métodos de classificação, incluindo pressão de trabalho, número de impulsores em funcionamento e método de entrada dos impulsores.
(1) De acordo com a pressão de trabalho:
Bomba de baixa pressão: pressão abaixo de 100 metros de coluna d’água;
Bomba de média pressão: pressão entre 100-650 metros de coluna d'água;
Bomba de alta pressão: A pressão é superior a 650 metros de coluna de água.
(2) De acordo com o número de impulsores em funcionamento:
Bomba de estágio único: refere-se a ter apenas um impulsor no eixo da bomba.
Bomba multiestágio: Existem dois ou mais impulsores no eixo da bomba, e a altura manométrica total da bomba é a soma das alturas manométricas geradas por n impulsores.
(3) De acordo com o método de entrada do impulsor:
Bomba de entrada lateral única: também conhecida como bomba de sucção única, o que significa que há apenas uma entrada no impulsor.
Bomba de entrada dupla face: também conhecida como bomba de sucção dupla, o que significa que há entrada em ambos os lados do impulsor. Sua vazão é o dobro de uma bomba de sucção única, que pode ser aproximada como dois impulsores de bomba de sucção simples colocados lado a lado.
(4) De acordo com a posição do eixo da bomba:
Bomba horizontal: O eixo da bomba está localizado na posição horizontal.
Bomba vertical: O eixo da bomba está localizado na posição vertical.
(5) De acordo com o formato da junta da carcaça da bomba:
Bomba horizontal aberta: refere-se a uma costura de junta aberta no plano horizontal que passa pelo eixo.
Bomba de superfície articular vertical: ou seja, a superfície articular é perpendicular ao eixo.
(6) O método para guiar a água do impulsor em direção à câmara de pressão é o seguinte:
Bomba de caixa espiral: Depois que a água sai do impulsor, ela entra diretamente na carcaça da bomba em formato de espiral.
Bomba de palhetas-guia: Depois que a água sai do impulsor, ela entra nas palhetas-guia colocadas fora dele e, em seguida, entra no próximo estágio ou flui para o tubo de saída.
(7) De acordo com os diferentes meios transportados pelas bombas centrífugas, elas podem ser divididas em bombas de água limpa, bombas de óleo, bombas resistentes à corrosão, etc.
5. Cavitação e ligação de gás
De acordo com o princípio de funcionamento de uma bomba centrífuga, quando o líquido entre as pás é expelido do impulsor giratório de alta velocidade, uma zona de baixa pressão é formada perto da entrada do impulsor. Quando a pressão na entrada do impulsor for igual ou inferior à pressão de vapor saturado pV do líquido transportado na temperatura operacional, o líquido naquele local irá vaporizar e produzir bolhas. Quando as bolhas fluem com o líquido para a zona de alta pressão, elas condensam rapidamente sob pressão.
No momento da condensação da bolha, é gerado um vácuo local, e o líquido circundante corre em alta velocidade em direção ao espaço ocupado pela bolha, causando choque e vibração, resultando em uma força de impacto significativa. Especialmente quando o ponto de condensação das bolhas está localizado próximo à superfície da lâmina, numerosas partículas líquidas impactam a lâmina em alta frequência e pressão; Ao mesmo tempo, as bolhas também podem conter uma pequena quantidade de oxigênio, o que pode causar corrosão química em materiais metálicos. Sob a ação combinada de impacto contínuo e corrosão química, a superfície das lâminas é danificada, resultando em manchas e rachaduras, o que levará a danos prematuros nas lâminas. Este fenômeno é chamado de cavitação em bombas centrífugas.
Quando uma bomba centrífuga é acionada, se houver ar dentro da bomba, devido à baixa densidade do ar, a força centrífuga gerada após a rotação é pequena, e a baixa pressão formada na área central do impulsor não é suficiente para sugar o líquido. Mesmo que a bomba centrífuga seja ligada, ela não poderá completar a tarefa de transporte. Este fenômeno é chamado de ligação ao ar.
Isso indica que a bomba centrífuga não tem capacidade de auto sucção, então a bomba deve ser preenchida com o líquido transportado antes de iniciar. Claro, se a porta de sucção da bomba centrífuga for colocada abaixo do nível do líquido transportado, o líquido fluirá automaticamente para dentro da bomba, o que é um caso especial. A tubulação de sucção da bomba centrífuga é equipada com uma válvula de fundo para evitar que o líquido injetado antes de iniciar flua para fora da bomba. O filtro pode bloquear a sucção sólida no líquido e bloquear a tubulação e a válvula reguladora instalada na tubulação de descarga do invólucro da bomba é usada para iniciar, parar e regular a vazão da bomba.
Das diferentes causas de cavitação e ligação de gás:
A ligação de ar se refere à presença de ar no corpo da bomba, que geralmente ocorre quando a bomba é ligada e se manifesta principalmente quando o ar dentro do corpo da bomba não é completamente descarregado; e a cavitação ocorre porque o líquido atinge sua pressão de vaporização a uma determinada temperatura, que está intimamente relacionada ao meio de transporte e às condições operacionais.
Existem os seguintes métodos para evitar a ocorrência do fenômeno de ligação de gás:
(1) Encha a carcaça com líquido antes de começar. Garanta a vedação adequada da caixa e certifique-se de que a válvula e o chuveiro para enchimento de água não vazem. Garanta um bom desempenho de vedação.
(2) A tubulação de sucção da bomba centrífuga é equipada com uma válvula inferior para evitar que o líquido injetado antes de começar a fluir para fora da bomba. O filtro pode impedir que o sólido do líquido seja sugado. A tubulação de descarga está equipada com uma válvula reguladora para uso ao iniciar, parar e regular a vazão da bomba.
(3) Coloque a porta de sucção da bomba centrífuga abaixo do nível do líquido a ser transportado e o líquido fluirá automaticamente para a bomba.
As principais causas da cavitação são:
(1) A tubulação de entrada tem resistência excessiva ou a tubulação é muito fina
(2) A temperatura do meio de transporte está muito alta;
(3) Fluxo excessivo, o que significa que a válvula de saída está muito aberta;
(4) A altura de instalação é muito alta, o que afeta a capacidade de sucção da bomba;
(5) Questões de seleção, incluindo seleção de bomba, seleção de material de bomba, etc.
termos de liquidação:
(1) Limpe os objetos estranhos na tubulação de entrada para desobstruir a entrada ou aumentar o tamanho do diâmetro da tubulação;
(2) Reduzir a temperatura do meio de transporte;
(3) Reduza a altura de instalação;
(4) Selecione novamente a bomba ou faça melhorias em determinados componentes da bomba, como o uso de materiais resistentes à corrosão.