1. Principe de fonctionnement de la pompe centrifuge
Lorsqu'une pompe centrifuge fonctionne, elle s'appuie sur la roue rotative à grande vitesse pour augmenter l'énergie de pression du liquide sous l'action de la force centrifuge inertielle. Avant que la pompe centrifuge ne commence à fonctionner, le corps de la pompe et la canalisation d'entrée doivent être remplis de milieu liquide pour éviter la cavitation.
Lorsque la roue tourne rapidement, les pales favorisent la rotation rapide du fluide. Le fluide en rotation s'envole hors de la roue sous l'action de la force centrifuge et l'eau à l'intérieur de la pompe est expulsée, formant une zone de vide au centre de la roue. Inhaler continuellement du liquide tout en fournissant continuellement une certaine quantité d’énergie au liquide inhalé pour l’expulser. La pompe centrifuge fonctionne ainsi en continu.
2. Structure de la pompe centrifuge
Il existe de nombreuses variétés de pompes centrifuges et, bien que les structures de chaque type de pompe soient différentes, les principaux composants sont fondamentalement les mêmes.
Les principaux composants d'une pompe centrifuge comprennent : la roue, l'arbre de la pompe, le corps de pompe, le siège de pompe, la boîte de garniture (dispositif d'étanchéité de l'arbre), la bague de réduction des fuites, le siège de roulement, etc.
La roue est l'élément de travail d'une pompe centrifuge, qui s'appuie sur sa rotation à grande vitesse pour effectuer un travail sur le liquide et réaliser son transport. C'est un élément important d'une pompe centrifuge.
La roue est généralement composée de trois parties : le moyeu, les pales et la plaque de recouvrement. La plaque de couverture de la roue peut être divisée en plaque de couverture avant et plaque de couverture arrière. La plaque de recouvrement du côté port de la turbine est appelée plaque de recouvrement avant, et la plaque de recouvrement de l'autre côté est appelée plaque de recouvrement arrière.
Après le démarrage de la pompe centrifuge, l'arbre de la pompe entraîne la roue à tourner à grande vitesse, forçant le liquide pré-rempli entre les pales à tourner. Sous l'action de la force centrifuge inertielle, le liquide se déplace radialement du centre de la roue vers la circonférence extérieure.
Le liquide gagne de l'énergie lors de son mouvement à travers la roue, ce qui entraîne une augmentation de l'énergie de pression statique et une augmentation de la vitesse d'écoulement. Lorsque le liquide quitte la roue et pénètre dans le corps de la pompe, il ralentit en raison de l'expansion progressive du canal d'écoulement à l'intérieur du corps. Une partie de l'énergie cinétique est convertie en énergie de pression statique et s'écoule finalement dans la canalisation de décharge dans la direction tangentielle.
Selon la forme structurelle, les roues peuvent être divisées en trois types suivants.
(1) La roue fermée est dotée de plaques de recouvrement des deux côtés de la roue, avec 4-6 pales entre les plaques de recouvrement. La roue fermée a un rendement élevé et est largement utilisée, adaptée au transport de liquides propres sans particules solides ni fibres.
(2) La roue ouverte n'a pas de plaques de recouvrement des deux côtés de la pale, ce qui convient au transport de liquides contenant une grande quantité de solides en suspension. Son efficacité est faible et la pression du liquide transporté n'est pas élevée.
La roue semi-ouverte n'a qu'une plaque de recouvrement arrière et convient au transport de liquides faciles à décanter ou contenant des matières solides en suspension. Son efficacité se situe entre les roues ouvertes et fermées.
La fonction principale de l'arbre de pompe d'une pompe centrifuge est de transmettre la puissance et de soutenir la roue pour maintenir un fonctionnement normal en position de travail. Il est relié à l'arbre du moteur par un accouplement à une extrémité et supporte la turbine pour le mouvement de rotation à l'autre extrémité. L'arbre est équipé de roulements, de joints axiaux et d'autres composants.
Les matériaux couramment utilisés pour les arbres de pompe sont l’acier au carbone et l’acier inoxydable.
La roue et l'arbre sont reliés par des clavettes. Comme cette méthode de connexion ne peut transmettre que le couple et ne peut pas fixer la position axiale de la roue, un manchon d'arbre et un écrou de blocage sont également utilisés dans la pompe à eau pour fixer la position axiale de la roue.
Une fois la roue positionnée axialement avec un écrou de blocage et un manchon d'arbre, afin d'empêcher l'écrou de blocage de se rétracter, il est nécessaire d'empêcher la pompe à eau de s'inverser, en particulier pour l'installation initiale de la pompe à eau ou de la pompe à eau après démontage. et l'entretien, l'inspection de la direction doit être effectuée conformément à la réglementation pour garantir la cohérence avec la direction spécifiée.
La fonction du manchon d'arbre est de protéger l'arbre de la pompe, en transformant le frottement entre la garniture et l'arbre de la pompe en frottement entre la garniture et le manchon d'arbre. Par conséquent, le manchon d’arbre est une pièce facilement usée de la pompe centrifuge.
La surface du manchon d'arbre peut généralement être traitée avec des méthodes telles que la carburation, la nitruration, le chromage, la pulvérisation, etc. L'exigence de rugosité de surface est généralement de Ra3,2 μm à Ra0,8 μm. Cela peut réduire le coefficient de frottement et améliorer la durée de vie.
Les roulements jouent un rôle en supportant le poids et la capacité de charge du rotor. Les roulements sont couramment utilisés sur les pompes centrifuges, la bague extérieure et les trous de siège de roulement utilisant un système d'arbre de base, et la bague intérieure et l'arbre utilisant un système de trous de base. Les roulements sont généralement lubrifiés avec de la graisse et de l'huile.
Lorsque l'arbre de la pompe traverse le corps de pompe, il y a un espace entre l'arbre et le corps. Dans une pompe centrifuge à simple aspiration, si le dispositif d'étanchéité de l'arbre n'est pas utilisé à cet endroit, de l'eau à haute pression à l'intérieur du corps de la pompe s'échappera en grande quantité. La boîte d'emballage est un dispositif d'étanchéité d'arbre couramment utilisé. La boîte de garniture est composée de cinq éléments : joint d'arbre, garniture, tuyau d'étanchéité à l'eau, bague d'étanchéité à l'eau et presse-étoupe.
Une volute fait référence à un canal d'écoulement en spirale avec une section transversale augmentant progressivement depuis la sortie de la roue jusqu'à l'entrée de la roue de l'étage suivant ou jusqu'au tuyau de sortie de la pompe. Le canal d'écoulement s'agrandit progressivement et la sortie a la forme d'un tube de diffusion. Une fois que le liquide s'écoule de la roue, son débit peut diminuer lentement, convertissant une grande partie de l'énergie cinétique en énergie de pression statique.
Les avantages d'une volute sont une fabrication facile, une large zone d'efficacité et des changements d'efficacité minimes dans la pompe après avoir tourné la roue.
L'inconvénient est que la forme de la volute est asymétrique et qu'en utilisant une seule volute, la pression agissant sur la direction radiale du rotor est inégale, ce qui peut facilement faire plier l'arbre. Par conséquent, dans les pompes à plusieurs étages, seules les première et dernière sections utilisent des volutes, tandis que dans la section médiane, des dispositifs à roues de guidage sont utilisés.
Le matériau des coquilles d'escargot est généralement en fonte. La volute de la pompe anticorrosion est en acier inoxydable ou en d'autres matériaux anticorrosion, tels que le plastique, la fibre de verre, etc. En raison de la haute pression, les pompes à plusieurs étages nécessitent une résistance élevée du matériau et leurs volutes sont généralement en acier moulé.
La roue de guidage est un disque fixe avec des aubes directrices avant enroulées autour du bord extérieur de la roue à l'avant, formant des canaux d'écoulement en forme de diffusion. À l'arrière, des aubes directrices inversées guident le liquide vers l'étage suivant de la turbine. Après avoir été éjecté de la turbine, le liquide pénètre lentement dans les aubes directrices et continue de s'écouler vers l'extérieur le long des aubes directrices avant. La vitesse diminue progressivement et la majeure partie de l'énergie cinétique est convertie en énergie de pression statique.
Le jeu radial unilatéral entre la roue et les aubes directrices est d’environ 1 mm. Si l’écart est trop grand, l’efficacité diminuera ; Si l’écart est trop petit, cela provoquera des vibrations et du bruit. Comparé à la volute, le corps de pompe centrifuge multi-étagé segmenté avec roues de guidage est plus facile à fabriquer et présente une efficacité de conversion d'énergie plus élevée. Mais l'installation et l'entretien sont plus difficiles que des coquilles d'escargot.
Afin de réduire les fuites internes et de protéger le corps de la pompe, des bagues d'étanchéité remplaçables sont installées sur le corps correspondant à l'entrée de la roue. Le jeu radial entre le trou intérieur de la bague d'étanchéité et le cercle extérieur de la roue est généralement compris entre 0,1-0,2 mm. Après l'usure de la bague d'étanchéité, le jeu radial augmente, le volume de refoulement de la pompe diminue et l'efficacité diminue. Lorsque le jeu d'étanchéité dépasse la valeur spécifiée, il doit être remplacé en temps opportun.
Il existe trois formes structurelles de bagues d'étanchéité :
Premièrement, le type à anneau plat a une structure simple et est facile à fabriquer, mais l'effet d'étanchéité est médiocre. Deuxièmement, la bague d'étanchéité à angle droit fournit un canal à 90 degrés pour les fuites de liquide, ce qui entraîne de meilleures performances d'étanchéité que le type à bague plate et est largement utilisée. Troisièmement, la bague d'étanchéité à labyrinthe a un bon effet d'étanchéité, mais sa structure est complexe et difficile à fabriquer, ce qui est rarement utilisé dans les pompes centrifuges.
3. Processus de travail de la pompe centrifuge
(1) Avant de démarrer la pompe, remplissez la pompe avec le liquide à transporter.
(2) Après le démarrage de la pompe, l'arbre de la pompe entraîne la roue à tourner ensemble à grande vitesse, générant une force centrifuge. Sous cette action, le liquide est projeté vers la circonférence extérieure de la roue depuis le centre, provoquant une augmentation de la pression et s'écoulant dans le corps de la pompe à une vitesse élevée (15-25 m/s).
(3) Dans le boîtier de la pompe à volute, en raison de l'expansion continue du canal d'écoulement, le débit du liquide ralentit, convertissant la majeure partie de l'énergie cinétique en énergie de pression. Enfin, le liquide s'écoule dans la canalisation de décharge à une pression statique plus élevée depuis l'orifice de décharge.
(4) Une fois le liquide à l’intérieur de la pompe éjecté, un vide se forme au centre de la roue. Sous la différence de pression entre la pression du niveau de liquide (pression atmosphérique) et la pression de la pompe (pression négative), le liquide pénètre dans la pompe par la canalisation d'aspiration, remplissant la position où le liquide est déchargé.
4. Classification des pompes centrifuges
Les produits de pompes centrifuges sont généralement classés en fonction de leurs caractéristiques structurelles, avec plusieurs méthodes de classification, notamment la pression de service, le nombre de roues en fonctionnement et la méthode d'entrée des roues.
(1) Selon la pression de travail :
Pompe basse pression : pression inférieure à 100 mètres de colonne d’eau ;
Pompe moyenne pression : pression comprise entre 100-650 mètres de colonne d'eau ;
Pompe haute pression : La pression est supérieure à 650 mètres de colonne d’eau.
(2) Selon le nombre de roues en fonctionnement :
Pompe à un étage : fait référence au fait de n'avoir qu'une seule roue sur l'arbre de la pompe.
Pompe à plusieurs étages. : Il y a deux ou plusieurs roues sur l’arbre de la pompe, et la hauteur totale de la pompe est la somme des hauteurs générées par n roues.
(3) Selon la méthode d'admission de la turbine :
Pompe à entrée simple face : également appelée pompe à aspiration simple, ce qui signifie qu'il n'y a qu'une seule entrée sur la roue.
Pompe à entrée double face : également connue sous le nom de pompe à double aspiration, ce qui signifie qu'il y a une entrée des deux côtés de la roue. Son débit est le double de celui d'une pompe d'aspiration unique, ce qui peut être assimilé à deux roues de pompe d'aspiration simples placées dos à dos.
(4) Selon la position de l'arbre de la pompe :
Pompe horizontale : L’arbre de la pompe est situé en position horizontale.
Pompe verticale : L'arbre de la pompe est situé en position verticale.
(5) Selon la forme du joint du corps de pompe :
Pompe de type ouvert horizontal : désigne un joint de joint ouvert sur le plan horizontal passant par l'axe.
Pompe à surface de joint verticale : c'est-à-dire que la surface de joint est perpendiculaire à l'axe.
(6) La méthode de guidage de l’eau de la turbine vers la chambre de pression est la suivante :
Pompe à boîtier en spirale : une fois que l'eau sort de la roue, elle pénètre directement dans le boîtier de la pompe avec une forme en spirale.
Pompe à aubes directrices : Une fois que l'eau est sortie de la roue, elle pénètre dans les aubes directrices situées à l'extérieur de celle-ci, puis entre dans l'étape suivante ou s'écoule dans le tuyau de sortie.
(7) Selon les différents fluides véhiculés par les pompes centrifuges, elles peuvent être divisées en pompes à eau propre, pompes à huile, pompes résistantes à la corrosion, etc.
5. Cavitation et liaison aux gaz
Selon le principe de fonctionnement d'une pompe centrifuge, lorsque le liquide entre les pales est éjecté hors de la roue rotative à grande vitesse, une zone basse pression se forme près de l'entrée de la roue. Lorsque la pression à l'entrée de la roue est égale ou inférieure à la pression de vapeur saturée pV du liquide transporté à la température de fonctionnement, le liquide à cet endroit se vaporise et produit des bulles. Lorsque les bulles accompagnent le liquide vers la zone haute pression, elles se condensent rapidement sous pression.
Au moment de la condensation des bulles, un vide local est généré et le liquide environnant se précipite vers l'espace occupé par la bulle à grande vitesse, provoquant des chocs et des vibrations, entraînant une force d'impact importante. En particulier lorsque le point de condensation des bulles est situé près de la surface de la pale, de nombreuses particules de liquide impactent la pale à une fréquence et une pression élevées ; en même temps, les bulles peuvent également contenir une petite quantité d'oxygène, ce qui peut provoquer une corrosion chimique des matériaux métalliques. Sous l'action combinée de l'impact continu et de la corrosion chimique, la surface des pales est endommagée, ce qui entraîne des taches et des fissures, ce qui entraînera une détérioration prématurée des pales. Ce phénomène est appelé cavitation dans les pompes centrifuges.
Lorsqu'une pompe centrifuge démarre, s'il y a de l'air à l'intérieur de la pompe, en raison de la faible densité de l'air, la force centrifuge générée après la rotation est faible et la basse pression formée dans la zone centrale de la roue n'est pas suffisante pour aspirer l'air. liquide. Même si la pompe centrifuge est démarrée, elle ne peut pas terminer la tâche de transport. Ce phénomène est appelé liaison aérienne.
Cela indique que la pompe centrifuge n'a pas de capacité d'auto-aspiration, elle doit donc être remplie du liquide transporté avant de démarrer. Bien entendu, si l'orifice d'aspiration de la pompe centrifuge est placé en dessous du niveau du liquide transporté, le liquide s'écoulera automatiquement dans la pompe, ce qui constitue un cas particulier. La canalisation d'aspiration de la pompe centrifuge est équipée d'une vanne de fond pour empêcher le liquide injecté avant le démarrage de s'écouler hors de la pompe. Le filtre peut bloquer l'aspiration solide dans le liquide et bloquer la canalisation. La vanne de régulation installée dans la canalisation de refoulement du corps de pompe est utilisée pour démarrer, arrêter et réguler le débit de la pompe.
Des différentes causes de cavitation et de liaison des gaz :
La liaison d'air fait référence à la présence d'air dans le corps de la pompe, qui se produit généralement lorsque la pompe est démarrée et se manifeste principalement par le fait que l'air à l'intérieur du corps de la pompe n'est pas complètement évacué ; Et la cavitation est due au fait que le liquide atteint sa pression de vaporisation à une certaine température, qui est étroitement liée au fluide de transport et aux conditions de fonctionnement.
Il existe les méthodes suivantes pour prévenir l’apparition du phénomène de liaison des gaz :
(1) Remplissez la coque de liquide avant de commencer. Assurez-vous d'une bonne étanchéité du boîtier et assurez-vous que la valve et la pomme de douche pour le remplissage d'eau ne fuient pas. Assurer de bonnes performances d’étanchéité.
(2) La canalisation d'aspiration de la pompe centrifuge est équipée d'une vanne inférieure pour empêcher le liquide injecté avant de démarrer de s'écouler hors de la pompe. Le filtre peut empêcher l'aspiration des solides contenus dans le liquide. La canalisation de refoulement est équipée d'une vanne de régulation à utiliser lors du démarrage, de l'arrêt et de la régulation du débit de la pompe.
(3) Placez l'orifice d'aspiration de la pompe centrifuge en dessous du niveau de liquide à transporter et le liquide s'écoulera automatiquement dans la pompe.
Les principales causes de cavitation sont :
(1) La canalisation d'entrée présente une résistance excessive ou la canalisation est trop fine.
(2) La température du fluide de transport est trop élevée ;
(3) Débit excessif, ce qui signifie que la vanne de sortie est trop ouverte ;
(4) La hauteur d'installation est trop élevée, ce qui affecte la capacité d'aspiration de la pompe ;
(5) Problèmes de sélection, y compris la sélection de la pompe, la sélection du matériau de la pompe, etc.
modalités de règlement :
(1) Nettoyez les corps étrangers dans le pipeline d'entrée pour rendre l'entrée dégagée ou augmentez la taille du diamètre du tuyau ;
(2) Réduisez la température du milieu de transport ;
(3) Réduire la hauteur d’installation ;
(4) Sélectionnez à nouveau la pompe ou apportez des améliorations à certains composants de la pompe, par exemple en utilisant des matériaux résistants à la corrosion.