Opotřebení v odstředivých čerpadlech
Odstředivá čerpadla se někdy používají v prostředích, kde čerpaný produkt obsahuje suspendované pevné látky. Zatímco některá čerpadla jsou speciálně navržena pro manipulaci s pevnými látkami nebo suspenzí, normální odstředivá čerpadla neobsahují prvky zabraňující snížení výkonu vlivem nárazů pevných látek.
Existuje několik klíčových znaků toho, že konvenční odstředivé čerpadlo trpí erozivním a abrazivním opotřebením. Zde jsou strategie hodnocení a zmírňování, které je třeba zvážit a použít, když k tomu dojde.
Částice jsou problémem u odstředivého čerpadla kvůli způsobu, jakým stroj přidává rychlost kapalině, když prochází kanály oběžného kola. Obecně platí, že čím vyšší je rychlost na špičce oběžného kola, tím více energie je předáno jakékoli částici, která je suspendována v kapalině. Tato energie pak může způsobit poškození čehokoli, na co dopadne.
Obrázek 1. Rychlost částic je přímo spojena s obvodovou rychlostí oběžného kola. (Obrázky s laskavým svolením Hydro, Inc.)Obecně je ztráta materiálu erozí určena rychlostí kostky částic (rovnice 1).
Rovnice 1:
Eroze = XC3
C je rychlost částice
X je koeficient založený na kapalině
je čerpáno
Rychlost částice je přímo spojena s obvodovou rychlostí oběžného kola (obrázek 1). Snížení rychlosti hrotu stroje má významný dopad na rychlost částic a tím i na erozivní energii.
Rychlost hrotu = πD2n/60
Zejména to ovlivňuje částice vystupující z oběžného kola s vysokou rychlostí dopadu na spirální okraje čerpadla, což způsobuje erozivní poškození.
Když vysokoenergetická částice přechází z oběžného kola na spirální břit, dochází k velmi zvláštnímu vzoru poškození. Poškození je obecně koncentrováno v průsečíku spirálního břitu pouzdra a boční stěny pouzdra. Částice, které narážejí na střed volutového rtu, jsou smeteny do středního proudnicového toku a doba, po kterou jsou v kontaktu s rtem, je omezená (obrázek 2).
Obrázek 2. Ilustrace opotřebení na volutovém rtu
Částice, které narážejí na spirální okraj v blízkosti boční stěny, jsou ovlivňovány rozhraním dvojité mezní vrstvy, které existuje mezi okrajem a boční stěnou. Tyto částice se rychle nedostanou do středního proudění a začnou rotovat (obrázek 3).
Obrázek 3. Znázornění pohybu částic ilustrující proudění blízko stěny vs. střední proud
Jiné oblasti jsou také náchylné k opotřebení a jsou obecně spojeny s jemnou vůlí prstence třecího kroužku. Existují dva typy abrazivního/erozivního opotřebení, které zvyšují vůli třecího kroužku a zhoršují výkon čerpadla.
Obrázek 4 (vlevo). Částice procházejí přes vůli třecího kroužku poháněné diferenciálním tlakem a jejich tvar a směr dopadají na povrchy třecích kroužků, čímž se vůle zvětšují. Obrázek 5 (vpravo). Pokud jsou vůle třecího kroužku menší než maximální velikost částic, materiál se z vůle odstraní.Třecí kroužky také hrají významnou roli v jiné běžné formě opotřebení, ke které dochází v bočních stěnách spirální skříně. Jednou z primárních funkcí třecích kroužků je poskytovat omezující prstenec mezi různými tlakovými režimy v odstředivém čerpadle. Kvůli této funkci pracuje jedna strana třecího kroužku při vyšším tlaku než druhá. Diferenční tlak na prstencovém prstenci pohání kapalinu přes vůli třecího prstence.
Tento efekt má ztužující vlastnosti, které zlepšují dynamiku rotoru stroje. V erozivním prostředí to může způsobit poškození konkrétního modelu opotřebení. Když kapalina vystupující z prstence třecího kroužku proudí do nízkotlakého kanálu nesoucího částice s vyšší energií, částice s ní narážejí na boční stěnu pouzdra a prořezávají se do tlakové hranice. Toto je známé jako poškození Taylorovým vírem.
Taktika pro omezení opotřebení
Omezení rychlosti hrotu u služeb, kde mohou být v čerpané kapalině přítomny částice, omezuje poškození. Pokud nelze omezit rychlost hrotu, zvolte stroj, který má velkou vůli mezi vnějším průměrem oběžného kola a spirálovým břitem. To dává čas/vzdálenost/rychlost možnost působit na jakékoli částice, čímž se sníží jejich rychlost před dopadem na plášť.
Upravte volutové rty. Profilováním spirálních břitů do tvaru podkovy je možné omezit opotřebení pozorované v průsečíku břitu a boční stěny pouzdra. Velký, hladký poloměr na břitu znamená, že důsledek dvojité mezní vrstvy, která drží částice a způsobuje jejich rotaci v důsledku procházejícího toku, je minimalizován, protože částice jsou tlačeny do středního toku geometrií poloměru a nelze přilepit do rohových průsečíků (obrázek 6).
Obrázek 6. Modifikace spirálového rtu pro usnadnění poškození
Povlaky mohou být užitečné v boji proti abrazivnímu opotřebení, ale vyžaduje to zručné oko, aby bylo zajištěno, že je na správných místech aplikován správný typ povlaku na základě vyhodnocení pozorovaného poškození. Povlak s vysokou pevností spoje a vysokou tvrdostí při aplikaci ve spojení s dalšími technikami uvedenými v tomto článku může být úspěšný při omezení poškození.
Částice přítomné v kapalinách odstředivých čerpadel mohou způsobit poškození a snížení výkonu. Určitá poškození jsou stále nevyhnutelná, ale použití úprav geometrie v kombinaci s tvrdými povlaky zvyšuje životnost a spolehlivost čerpadla.