Sadržaj :
strana Uvod ......................... ...................................... ......................... ........................ ......................... ......................... ........................ ......................... ......................... .................. ...... 1 1. Podijela centrifugalnih centrifugal nih pumpi ....................... ........... ........................ ....................... ....................... ....................... ................... ........ 2
2. Konstrukcijski dijelovi centrifugalnih centrifuga lnih pumpi ....................... ............ ........................ ....................... ................. ....... 3
3. Puštanje u rad ........................ ..................................... .......................... ......................... ......................... ........................ ......................... ................ .. 4
4. Neispravnosti u radu centrifugalnih centrifugal nih pumpi ....................... .......... ....................... ....................... ...................... ......... 5
5. Pojava kavitacije kod centrifugalnih centrifugalni h pumpi ....................... ............ ....................... ....................... .................... ......... 7
6. Djelovanje aksijalne sile kod centrifugalnih centrifugal nih pumpi ....................... .......... ......................... .................. ...... 8
6.1. Ležajevi i brtvenice centrifugalnih pumpi ........................ ...................................... ......................... ............. 8
7. Ponašanje centrifugalne pumpe u radu
....................... .................................... ........................ ...................... ........... 12
7.1. Samousisni uređaj ........................ .................................... ......................... ......................... ......................... ........................ ............. .. 13
Zaključak ........................ .................................... ......................... ........................ ......................... ......................... ........................ ......................... ........................ ............ 15
0
Uvod
Centrifugalne pumpe su pumpe kroz koje tekućina protječe od smjera crpljenja prema tlačnoj strani djelovanjem centrifugalne sile, s radijalnim tokom strujanja, koja potiskuje tekućinu izmeĎu lopatica jednog ili više rotora. Centrifugalne pumpe prikladne su za svaku namjenu osim za male količine i male brzine, te za tekućine koje imaju veliku viskoznost. Koriste se najviše za male i srednje dobavne visine i za velike dobavne količine pri povečanim brzinama strujanja. Ove pumpe nisu samousisne tj. nisu u mogućnosti iscrpsti zrak iz usisnog cjevovoda. Centrifugalne pumpe mogu biti jednostupanjske i višestupanjske. Uglavnom imaju kućište od lijevanog željeza, rotor od bronce i vratilo od nehrĎajućeg čelika. Često se na vratilo navlači košuljica od bronce ili istog materijala kao i vratilo da bi se vratilo zaštitilo od trošenja i time izbjeglo često mijenjanje. Odlikuju se konstantnom dobavom i dobavnom visinom, zauzimaju malo prostora, neposredno se spajaju na pogonski stroj uz pogodnu brzinu vrtnje. U usporedbi
sa Pumpama istih podataka, ove su relativno jeftinije, nemaju ventila, a izrada i održavanje je jeftinije. Centrifugalne pumpe, zbog kapaciteta i specifične energije imaju veliku zastupljenost, te su u velikoj mjeri istisnule stapne/klipne pumpe.Centrifugalna pumpa se sastoji od spiralnog kućišta i rotora pričvršćenog na vratilu koji se vrti velikom brzinom. Kada se rotor vrti potiskuje
tekućinu koja se nalazi izmeĎu lopatica, djelovanjem centrifugalne sile tekućina povečava brzinu koja se dobrim dijelom pretvara u tlak.
1
1. Podijela centrifugalnih pumpi
Prema kapacitetu: 1. malog kapaciteta do 0,3 m3/s 2. srednjeg kapaciteta od 0,3 m3/s do 1 m3/s 3. velikog kapaciteta iznad 1 m3/s
Prema specifičnoj energiji: 1. male specifične energije (49 J/kg) ; dobavne visine do 5 m 2. srednje specifične energije (49-490 J/kg) ; dobavne visine od 5-50 m 3. velike specifične energije (490 J/kg i više); dobavne visine iznad 50 m VS
Prema brzini vrtnje i specifičnom broju okretaja: 1. sporookretne, ns = 60 – 100 2. normalne, ns = 100 – 300 3. brzookretne, ns = 400 - 1000
Prema broju kućišta na istom vratilu: 1. s jednim kućištem 2. s dva kućišta
Prema položaju vratila rotora: 1. vertikalne 2. horizontalne Prema sposobnosti usisa: 1. bez sposobnosti samousisa 2. samousisne
Prema načinu pogona: 1. turbo pumpe 2. elektromotorne 3. motorne pumpe
2
2. Konstrukcijski dijelovi centrifugalnih pumpi
Svaka centrifugalna pumpa ima slijedeće osnovne d ijelove: Kućište (stator) u kojemu je smješteno radno kolo s lopaticama (rotor) , vratilo radnog kola spojeno s pogonskim strojem, ležaj vratila s tlačnom brtvenicom koja spriječava da tekućina izlazi iz kućišta pumpe , brtveni prstenovi izmeĎu radnog kola i kućišta koji spriječavaju da tekućina prestrujava s tlačne na usisnu stranu radnog kola .
Kućište pumpe ili statora vezano je na ulazni i izlazni cjevovod pumpe. Oblik kanala unutar kućišta može biti tako izveden da pridonosi promjeni tlaka i brzine strujanja tekućine kroz pumpu. Postoje dvije osnovne izvedbe kućišta i to spiralno i difuzorsko s ugraĎenim statorskim lopaticama. Radno kolo s lopaticama ili rotor, radni je dio centrifugalne pumpe koji svojom vrtnjom povećava tlak i kinetičku energiju tekućine. S obzirom na strujanje u rotoru mogu biti radijalne, poluradijalne i aksijalne.
Dobavna visina radnog kola je ograničena pa se kod većih dobavnih visina radna kola spajaju u seriju. Tom izvedbom tekućina prolazi redom iz jednog kola u slijedeći, pa se ukupni porast tlaka tekućine ostvaruje u nekoliko stupnjeva. Prema broju stupnjeva postoje jednostupanjske i višestupanjske centrifugalne pumpe. Tekućina može ulaziti u pumpu kr oz jedan ili više ulaza (najviše 4) te prema broju ulaza imamo jednoulazne i više ulazne centrifugalne pumpe. Princip rada centrifugalne pumpe osigirava kontinuiran protok te kućine kroz kućište, s
konstantnim tlakom i zapremninom, sve dotle dok brzina i otpori ostaju u dopuštenim granicama. Uz ispunjenje n avedenih uvjeta moguće je postići veliku dobavu uz relativno male dimenzije pumpe.
Za normalan rad pumpe potrebno je da tlak tekućine ispred rotora bude nešto viši od parcijalnog tlaka isparavanja tekućine, tj. da postoji zaliha tlaka zbog opasnosti od poj ave kavitacije. Prema smjeru u kojemu tekućina prostrujava kroz stupnjeve višestupanjske pumpe, razlikuju se jednosmjerne, protusmjerne i poprečne centrifugalne pumpe.
3
3. Puštanje u rad
Centrifugalne pumpe ne mogu same crpiti vodu osim ako su postavljen e ispod razine vode, što
znači ispod razine u tanku ili ispod razine mora ili rijeke. Zbog toga se usisna cijev i pumpa moraju napuniti vodom ili pak mora postojati samousisni ureĎaj. Ako je izvedbom predviĎeno , usisna cijev se može puniti s pomoću hidrofora ili preko tlačnog cjevovoda druge pumpe. Punjenje usisne cijevi i pumpe tekućinom mora biti popraćeno izvlačenj em zraka iz usisne cijevi i pumpe. U toj fazi rada ventil na tlačnoj strani pumpe treba biti zatvoren, i lagano se otvara nakon uključenja pogonskog stroja kada se na manometru pokaže da pumpa stvara tlak. U radu treba provjeravati zagrijavanje brtvi, ako se zagr ijavaju treba pomalo popuštati brtvenicu a ako se radi o tekućini iznad 40°C treba osigurati hlaĎenje brtvenica. Treba kontrolirati i zagrijavanje ležajeva odnosno njihovo podmazivanje. Pri zaustavljanju pumpe treba postupno zatvarati ventil na tlačnoj cijevi, i čim protok prestane treba isključiti pogonski motor. Motor se treba zaustavljati lagano, u protivnom znači da je on neisprava n. Ako pumpa tlači u cjevovod koji se nalazi izložen hladnoći gdje može doći do zamrzavanja vode, obavezno treba ispustiti vodu iz cjevovoda, jer može doći do razaranja pumpe i cjevovoda.
Pri ponovnom upućivanju, kada je tlačna cijev puna vode, treba malo otvoriti ventil u tlačnoj cijevi da se napuni vodom usisna cijev i pumpa. Tom prilikom treba ispustiti zrak na mjestima
koje je za to predviĎeno. Ovaj postupak vrijedi za pumpe bez samousisnog ureĎaja. Ako pumpa nije dugo radila, potrebno je nekoliko puta rukom okrenuti vratilo jer se može dogoditi da je vratilo negdje korodiralo, što zahtijeva veliku snagu za pokretanje pa može izazvati i zaustavljanje elektromotora. Pumpu je potrebno pri radu nadzirati preko njenih kontrolnomjernih instrumenata, te povr emeno provjeravati podmazivanje ležajeva i povremeno ispuštati zrak.
4
4. Neispravnosti u radu centrifugalnih pumpi
Za vrijeme upućivanja i u radu , na pumpi se mogu pojaviti odreĎene neispravnosti koje mogu biti posljedica loše montaže , izvedbenih pogrešaka i nepravilnog posluživanja. Te neispravnosti su uglavnom slijedeće:
ako pumpa ne dobavlja vodu u tlačnu cijev Pumpa je postavljena previše visoko u odnosu na mjesto odakle crpi vodu zaporni ventil u tlačnoj cijevi je zatvoren ili nedovoljno otvore n u usisnoj cijevi ili tanku.Voda se zamrzla, usisna košara je onečišćena, nepovratni ventil na usisnom košu pušta, preveliki su otpori u usisnom i tlačnom cjevovodu, previsoka je temperatura tekućine koju pumpa prebacuje, nedovoljna brzina vrtnje pogonskog stroja, kraj usisne cijevi je previše visoko postavljen od dna tanka , rotor se okreće u suprotnom smijeru , karakteristika pumpa ne odgovara karakteristici cjevovoda.
ako pumpa ne daje puni kapacitet U usisnu cijev kroz brtvenice prodire zrak, usi sni koš i usisna cijev su onečišćeni,usisni koš je nedovoljno uronjen u te kućinu, usisna ili tlačna geodetska visina je veća od dopuštene , nedovoljna brzina vrtnje pumpe.
ako pogonski motor pumpe radi s preopterećenjem Protočni dijelovi pumpe su onečišćeni, previše je pritegnuta brtvenica, istrošeni su ležajevi i brtve u brtvenicama, povišen je aksijalni tlak , tlak je niži od predviĎenog, pa pumpa šalje u tlačnu cijev veću količinu tekućine , prevelika brzina vrtnje motora, oštećen je rotor ili je iskrivljen o vratilo.
ako pumpa ne daje potreban tlak Mala je brzina vrtnje motora, u pumpu ulazi zrak, oštećen je rotor , premalen je vanjski promjer rotora.
ako vibrira kućište pumpe Popustili su temeljni vijci, vratilo motora i pumpe nisu centrični , nedovoljno je izbalansiran rotor, prevelik je progib vratila pumpe ili motora, nedovoljno je čvrst temelj pumpe, istrošeni su ležajevi i brtve rotora , brzina vrtnje je blizu kritične brzine, pumpa radi s kavitacijom, u tekućini ima krutih tvari .
5
ako se zagrijava kućiš te Dulji rad pri zatvorenom zapornom ventilu, u tlačnoj cijevi, previsoka je temperatura tekućine koja se prebacuje .
ako se zagrijava vratilo pumpe Prejako je pritegnuta očnica brtvenice , iskrivljeno je vratilo, otvrdnuo je brtveni materijal, premala je zr ačnost izmeĎu vratila i očnice brtvenice .
ako se zagrijavaju ležajevi pumpe Ležajevi su istrošeni ili su previše pritegnuti, iskrivljeno je vratilo, nedovoljno podmazivanje, mazivo ne dolazi do ležaja , ulje nije odgovarajuće kakvoće, ulje je onečišćeno.
6
5. Pojava kavitacije kod centrifugalnih pumpi
Početkom kavitacije se smatra kada u nekoj točki sustava pumpe kroz koji ili oko kojeg struji tekućina, minimalni apsolutni tlak p min padne na vrijednost tlaka isparavanja tekućine . U toj točki počinje isparavanje i stvaraju se mjehurići pare. Ako se apsolutni tlak i dalje smanjuje , proširuje se područje pojave kavitacije. U uvjetima razvijene kavitacije narušava se h omogenost toka, strujanje postaje dvofazno i mijenjaju se hidrodina mički odnosi. Tlak isparavanj a ovisan je o vrsti tekućine i njenoj tam peraturi, tako voda pri tlaku p = 1,013 bara isparuje na temperaturi 100°C , a pri tlaku p = 0,023 bara pri temperaturi od 20°C.
Smanjenje tlaka p do kritičnog iznosa, može se pojaviti lokalno ili zahvatiti čitava područja. Uzrokovano je režimom rada pumpe ili njezinim konstruktivnim svojstvima. Uzroci lokalnog pada tlaka mogu biti: a. b. c. d. e.
velika brzina takućine na ulazu u rotor, hrapavost površina, položaj pumpe, začepljenost usisnog cjevovoda, povišena temperatura tekućine.
Lopatice rotora centrifugalnih p umpi imaju relativno veliku obodnu brzinu, tako da tekućina koju
zahvaćaju dobiva takoĎer veliku brzinu strujanja, posebno oni slojevi tekućine koji su uz same lopatice. Slojevi tekućine uz lopatice imaju najveću brzinu strujanja, a time i najniži tlak. Budući da za svaki tlak odgovara odreĎena temperatura isparavanja, u slojevima koji se nalaze uz same lopatice, pri odreĎenoj brzini strujanja i niskom tlaku, nastat će isparavanje i oslobaĎanje para. TakoĎer, u susjedni m slojevima vlada viši tlak, te će se tekućina iz tih slojeva velikom brzinom usmjeriti u slojeve nižeg tlaka, koji se nalazi uz same lopatice. Tekućina na taj način stvara udarac na lopaticama, a kao posljedicu izaziva povišenje tlaka i razaranje lopatice i drugih dijelova rotora. Ako se u pari nalazi i kisik, pored erozije dolazi i do nastajanja korozije.
Pojava kavitacije praćena je karakterističnim šumom i vibracijama, a rad pumpe postaje nemiran i nejednoličan, smanjuje se visina dobave, protok i iskoristivost. Kao posljedica je nepovoljna ekonomičnost, nesigurnost u radu i smanjenje trajnosti pumpe. Radi zaštite od štetnog djelovanja kavitacije, unutarnji se djelovi pumpe presvlače drugim metalima otpornim na koroziju i eroziju ili presvlače plastičnim masama.
7
Mjesta izložena kavitaciji u centrifugalnoj pumpi Zadnja površina lopatica o predjelu ulaza tekućine , mjesta izložena promjeni smjera kretanja tekućine, suženja presjeka strujanja.
Spriječavanje pojave kavitacije Smanjenjem visine crpljenja, crpljenje hladne tekućine (vode ), finom i pažljivom
obradom površina lopatica
8
6. Djelovanje aksijalne sile kod centrifugalnih pumpi
U centrifugalnim pumpama za vrijeme rada pojavljuje se djelovanje aksijalne sile u pravcu
vratila. Ta sila nastaje zbog prodiranja tekućine kroz raspor izmeĎu kučišta i rotora i zbog skretanja mlaza tekućine iz aksijalnog u radijalni smjer. Pored pojave ak sijalne sile, kroz raspor izmeĎu kučišta i rotora gubi se odreĎena količina tekučine, što se iskazuje zapremskim stupnjem djelovanja. Aksijalna sila kod jednostupanjskih i niskotlačnih pumpi može bit zanemariva, a kod visokotlačnih -višestupanjskih velika i značajna. U ovom drugom slučaju treba tražiti praktična rješenja za njeno otklanjanje kao što su:
a. b. c. d. e. f.
Izvedba rotora s kliznim izdancima
Ugradnja tanjura za rasterečenje Ugradmja koluta za rasterečenje Ugradnja stapa za rasterećenje Izvedba pumpi s posebnim rasporedom rotora
Primjena rotora s dvostrukim ulazom tekućine
6.1. Ležajevi i brtvenice centrifugalnih pumpi
Ležajevi mogu biti: klizni
kuglični : -radijalni - radijalno-aksijalni
Klizni ležajevi se primjenjuju općenito na sporookretnim pumpama, a posebno na vertikalnim, gdje služe kao donji ležaj vratila. Kuglični ležajevi se primjenjuju u centrifugalnim pumpama kao radijalni ili radijalno-aksijalni , u svrhu preuzimanja aksijalne sile. Vratilo koje nosi treba biti na ležajevima pomno izbalansirano.
9
Brtvenice
Vrlo važan konstrukcijski dio pumpe je brtvenica. Ona spriječava izlaz tekućine ili ulaz zraka u usisni dio rotora. Poželjno je da brtvenica uzduž vratila propušta samo malo tekućine , što pokazuje da zrak ne ulazi u kučište. Propuštanjem brtvenice i ulazom zraka u usisni dio kučišta smanjuje se vakuum u usisnoj cijevi. Na mjestima gdje brtvenica propušta tekućinu pumpe imaju otvor za potrebe odvodnje.
Postoje tri standardne izvedbe brtvenica, a one su:
A – brtvenica sa brtvom od pletenice B – brtvenica sa brtvom od pletenice i brtvenim prstenom (a) C – brtvenica sa mehaničkom brtvom
Izvedba A je uobičajena izvedba gdje se brtvena pletenica priteže vijkom na prirubnici brtvenice. Takva izvedba se prim jenjuje na pumpama za hladne tekućine. Izvedba B se primjenjuje za samousisne pumpe. Da se sprijeći ulaz zraka, ugraĎuje se klizni brtveni prsten. On se normalno postavlja u sredini pletenice. Na prsten se dovodi tekućina pod tlakom iz spiralnog kućišta pumpe u brtvenicu posebnom cijevi. Na taj naćin kroz brtvenicu u sisaljku može ulaziti samo tekućina a ne zrak. Brtvenice izvedbe A i B treba stalno održavati, nadzirati, pritezati ili popuštati. Izvedba C prikazuje mehaničku brtvu na kojoj se brtvljenje vrši gumenim, grafitnim i željeznim prstenovima, posebnom maticom, protumaticom i oprugom postavljenom na vratilu. Brtvu nije potrebno nadzirati i pritezati jer tu ulogu preuzima opruga. Na samousisnim pumpama spiralno
kućište i brtvenica spajaju se sa cijevi da se sprijeći ulazak zraka u usisni dio pumpe.
10
Na slici 2.8. prikazan je najjednostavniji oblik centrifugalne pumpe.
Sl. 2.8. Centrifugalna pumpa a-kućište; b-usisna cijev; d-tlačna cijev; e-rotor; f-osovina; g-lopatica rotora; kanal rotora
11
7. Ponašanje centrifugalne pumpe u radu
Dobava pumpe odvija se pri karakterističnoj krivulji otpora cjevovoda I prema slici 2.9. pri normalnom broju okretaja n krivulja otpora h 0 počinje na osi ordinate, s geodetskom visinom dizanja Hg u m. Povećanjem količine Q rastu i otpori h 0 na paraboli. Sjecište krivulje otpora I i krivulje Q/H predstavlja radnu točku pumpe gdje je Hm = Hg + h 0, a količina Q. Ukoliko se želi količina Q smanjiti, onda treba otpor povećati prema krivulji II (pritvoriti tlačni ventil), a ako se želi Q povećati, treba otpor smanjiti prema krivulji III (odnosno otvoriti tlačni ventil pumpe).
Ako se ventil u tlačnom cjevovodu ne može više otvarati, onda znači da takav cjevovod ne može dobavljati veću količinu tekućine od Q 3.
Sl. 2.9.
Sl. 2.10.
Na slici 2.10. prikazan je paralelan rad dviju pumpi koje imaju jednake karakteristike. Krivuljom AB-A1B1 prikazana je karakteristika jedne i druge pumpe. Zajednička karakteristika dobije se ako se paralelno s osi apscise povuče pravac H 1-1 i produlji udesno. Na tom pravcu “udesno” duljina je 1- 4. Na taj se način dobije točka 4. Krivulja I predstavlja krivul ju otpora cjevovodana
koji su pumpe priključene. Pri uključivanju u rad jedne pumpe njezina radna točka bit će u 1 kojoj odgovara kapacitet Q1. Pri uključivanju druge pumpe u rad zajednička radna točka bit će 2 kojoj odgovara kapacitet Q2 a visina H2. Iz s like je vidljivo da je ukupna dobavna količina dviju pumpi znatno manja od njihove dvostruke dobavne količine.
12
7.1 Samousisni uređaj
Centrifugalne pumpe ne mogu same crpiti vodu osim kada su postavljene ispod razine vode, što znači ispod razine u tanku, ili ispod razine gaza broda. Zbog toga se usisna cijev i pumpa moraju napuniti vodom, ili pak mora postojati samousisni ureĎaj. Na slici 2.11. prikazan je sustav s ejektorom koji je vrlo pouzdan i učinkovit.
Sl. 2.11.
1-pumpa, 2-podesivi tlačni prekidač, 3-zaporni ventil, 4-cijev za usisavanje, 5-ejektor, 6-magnetski ventil, 7-vertikalna cijev, 8-ventil na plovak
13
Ovaj sustav se sastoji od vertikalne cijevi spojene na usisnu stranu pumpe, nepovratnog ventila
na plovak, ejektora koji radi na komprimirani zrak, električnog tlačnog prekidača i magnetskog ventila koji propušta komprimirani zrak za rad ejektora. Načelo rada je sljedeće: kad je tlak na tlačnoj strani pumpe malen, tlačni prekidač 2 uključuje magnetski ventil 6 koji se otvori i propusti komprimirani zrak u ejektor 5 koji, na osnovi vlastitog
načela djelovanja, usisava preko cijevi 4 zrak i paru iz usisne cijevi i kućišta pumpe 1. Kad se usisna cijev i kućište napuni tekućinom djelovanjem atmosferskog tlaka, napuni se i
vertikalna cijev 7 i pomoću plovka se zatvori ventil 8, te prestaje proces usisavanja. Pumpa se uputi, tlači tekućinu, a tlačni prekidač 2 rastavi električne kontakte djelovanjem tlaka tekućine na membranu u tlačnom prekidaču, te se prekine rad ejektora zatvarenjem magnetskog ventila.
Sl. 2.12. 1-nosač motora, 2-elastična spojka, 3-ležaj, 4-dvodjelno kućište, 5-vratilo, 6-regulacijski ventil samousisnog ureĎaja, 6-vakuum pumpa, 8-postolje pumpe
Postoje i izvedbe centrifugalnih pumpi s ugraĎenim samousisnim ureĎajem, odnosno s
vakum pumpom ugraĎenom u samu centrifugalnu pumpu. Pumpa s navedenim sustavom prikazana je na slici 2.12.
14
Zaključak
Centrifugalne pumpe najprimjenjivije su pumpe na brodu. Razlog tomu je što imaju brzu i efikasnu dobavu, jednostavnu konstruktivnu izvedbu, zauzimanju malo prostora, pogotovo u
vertikalnom položaju. Dapače, glavno je pravilo tamo di može pumpa stajati vertikalno ona se obavezno postavlja u vertikalnom položaju. Glavna prednost u odnosu na stapne pumpe joj je ta sto nema ventile. Mane su im te što nisu samousisne nego moraju imati posebnu izvedbu stvaranja podtlaka u usisnom c ijevovodu i mogučnost pojave kavitacije.
15
