1. Prinsip kerja pompa sentrifugal
Ketika pompa sentrifugal bekerja, pompa ini mengandalkan impeler yang berputar berkecepatan tinggi untuk meningkatkan energi tekanan cairan di bawah aksi gaya sentrifugal inersia. Sebelum pompa sentrifugal mulai bekerja, badan pompa dan pipa saluran masuk harus diisi dengan media cair untuk mencegah kavitasi.
Ketika impeller berputar dengan cepat, sudu-sudu mendorong medium untuk berputar dengan cepat. Media yang berputar terbang keluar dari impeler di bawah aksi gaya sentrifugal, dan air di dalam pompa dibuang keluar, membentuk area vakum di tengah impeler. Menghirup cairan secara terus menerus sambil terus menerus memberikan sejumlah energi pada cairan yang dihirup untuk mengeluarkannya. Pompa sentrifugal beroperasi terus menerus seperti ini.
2. Struktur pompa sentrifugal
Ada banyak jenis pompa sentrifugal, dan meskipun struktur setiap jenis pompa berbeda, komponen utamanya pada dasarnya sama.
Komponen utama pompa sentrifugal antara lain: impeller, poros pompa, selubung pompa, dudukan pompa, kotak pengepakan (alat penyegel poros), cincin pengurang kebocoran, dudukan bantalan, dll.
Impeler merupakan komponen kerja pompa sentrifugal yang mengandalkan putaran berkecepatan tinggi untuk melakukan kerja pada zat cair dan mencapai pengangkutan zat cair. Ini adalah komponen penting dari pompa sentrifugal.
Impeler umumnya terdiri dari tiga bagian: hub, bilah, dan pelat penutup. Pelat penutup impeller dapat dibagi menjadi pelat penutup depan dan pelat penutup belakang. Pelat penutup pada sisi port impeler disebut pelat penutup depan, dan pelat penutup pada sisi lainnya disebut pelat penutup belakang.
Setelah pompa sentrifugal dihidupkan, poros pompa menggerakkan impeler untuk berputar dengan kecepatan tinggi, memaksa cairan yang telah diisi sebelumnya di antara bilah untuk berputar. Di bawah aksi gaya sentrifugal inersia, cairan bergerak secara radial dari pusat impeler ke lingkar luar.
Cairan memperoleh energi selama pergerakannya melalui impeler, yang mengakibatkan peningkatan energi tekanan statis dan peningkatan kecepatan aliran. Ketika cairan meninggalkan impeller dan memasuki casing pompa, ia melambat karena perluasan saluran aliran di dalam casing secara bertahap. Sebagian energi kinetik diubah menjadi energi tekanan statis, dan akhirnya dialirkan ke pipa pembuangan sepanjang arah tangensial.
Menurut bentuk strukturnya, impeler dapat dibagi menjadi tiga jenis berikut.
(1)Impeler tertutup memiliki pelat penutup di kedua sisi impeler, dengan bilah 4-6 di antara pelat penutup. Impeler tertutup memiliki efisiensi tinggi dan banyak digunakan, cocok untuk mengalirkan cairan bersih tanpa partikel padat dan serat.
(2) Impeller terbuka tidak memiliki pelat penutup di kedua sisi bilah, yang cocok untuk mengalirkan cairan yang mengandung sejumlah besar padatan tersuspensi. Efisiensinya rendah dan tekanan cairan yang disalurkan tidak tinggi.
Impeler semi terbuka hanya memiliki pelat penutup belakang dan cocok untuk mengalirkan cairan yang mudah mengendap atau mengandung padatan tersuspensi padat. Efisiensinya berada di antara impeler terbuka dan tertutup.
Fungsi utama poros pompa pada pompa sentrifugal adalah untuk menyalurkan daya dan menopang impeler agar dapat mempertahankan pengoperasian normal pada posisi kerja. Ini terhubung ke poros motor melalui kopling di satu ujung dan mendukung impeler untuk gerakan rotasi di ujung lainnya. Poros dilengkapi dengan bantalan, segel aksial, dan komponen lainnya.
Bahan yang umum digunakan untuk poros pompa adalah baja karbon dan baja tahan karat.
Impeler dan poros dihubungkan dengan kunci. Karena metode sambungan ini hanya dapat mengirimkan torsi dan tidak dapat memperbaiki posisi aksial impeller, selongsong poros dan mur pengunci juga digunakan pada pompa air untuk memperbaiki posisi aksial impeller.
Setelah impeler diposisikan secara aksial dengan mur pengunci dan selongsong poros, untuk mencegah mur pengunci tertarik kembali, pompa air harus dicegah agar tidak terbalik, terutama untuk pemasangan awal pompa air atau pompa air setelahnya. dan pemeliharaan, pemeriksaan kemudi harus dilakukan sesuai peraturan untuk memastikan konsistensi dengan kemudi yang ditentukan.
Fungsi selongsong poros adalah untuk melindungi poros pompa, mengubah gesekan antara packing dan poros pompa menjadi gesekan antara packing dan selongsong poros. Oleh karena itu, selongsong poros merupakan bagian pompa sentrifugal yang mudah aus.
Permukaan selongsong poros umumnya dapat diolah dengan metode seperti karburisasi, nitridasi, pelapisan krom, penyemprotan, dll. Persyaratan kekasaran permukaan umumnya Ra3,2 μm hingga Ra0,8 μm. Hal ini dapat mengurangi koefisien gesekan dan meningkatkan masa pakai.
Bantalan berperan dalam menopang berat dan kapasitas menahan beban rotor. Bantalan gelinding biasa digunakan pada pompa sentrifugal, dengan ring luar dan lubang dudukan bantalan menggunakan sistem poros dasar, dan ring serta poros bagian dalam menggunakan sistem lubang dasar. Bantalan umumnya dilumasi dengan gemuk dan oli.
Ketika poros pompa melewati selubung pompa, terdapat celah antara poros dan selubung. Pada pompa sentrifugal hisap tunggal, jika alat segel poros tidak digunakan pada lokasi tersebut, air bertekanan tinggi di dalam selubung pompa akan bocor keluar dalam jumlah banyak. Kotak pengepakan adalah alat penyegel poros yang umum digunakan. Kotak pengepakan terdiri dari lima komponen: segel poros, pengepakan, pipa segel air, cincin segel air, dan kelenjar pengepakan.
Volute mengacu pada saluran aliran spiral dengan luas penampang yang meningkat secara bertahap dari saluran keluar impeler ke saluran masuk impeler tahap berikutnya atau ke pipa saluran keluar pompa. Saluran aliran berangsur-angsur mengembang dan saluran keluarnya berbentuk tabung difusi. Setelah cairan mengalir keluar dari impeller, laju alirannya perlahan-lahan menurun, mengubah sebagian besar energi kinetik menjadi energi tekanan statis.
Keuntungan dari volute adalah pembuatannya yang mudah, zona efisiensi yang luas, dan perubahan efisiensi pompa yang minimal setelah impeler diputar.
Kerugiannya adalah bentuk volute yang asimetris, dan bila menggunakan volute tunggal, tekanan yang bekerja pada arah radial rotor tidak merata, sehingga mudah menyebabkan poros bengkok. Oleh karena itu, pada pompa multi tahap, hanya bagian pertama dan terakhir yang menggunakan volute, sedangkan pada bagian tengah digunakan perangkat roda pemandu.
Bahan cangkang bekicot umumnya adalah besi cor. Volute pompa anti korosi terbuat dari bahan stainless steel atau bahan anti korosi lainnya, seperti plastik, fiberglass, dll. Karena tekanannya yang tinggi, pompa multi tahap memerlukan kekuatan material yang tinggi, dan volutenya umumnya terbuat dari baja tuang.
Roda pemandu adalah piringan tetap dengan baling-baling pemandu ke depan melilit tepi luar impeler di bagian depan, membentuk saluran aliran berbentuk difusi. Di bagian belakang, terdapat baling-baling pemandu terbalik yang memandu cairan menuju tahap impeler berikutnya. Setelah dikeluarkan dari impeller, cairan perlahan memasuki guide vane dan terus mengalir keluar sepanjang forward guide vane. Kecepatannya berangsur-angsur berkurang, dan sebagian besar energi kinetik diubah menjadi energi tekanan statis.
Jarak bebas radial unilateral antara impeler dan baling-baling pemandu kira-kira 1 mm. Jika kesenjangannya terlalu besar, efisiensi akan menurun; Jika celahnya terlalu kecil akan menimbulkan getaran dan kebisingan. Dibandingkan dengan volute, casing pompa sentrifugal multi-tahap tersegmentasi dengan roda pemandu lebih mudah dibuat dan memiliki efisiensi konversi energi yang lebih tinggi. Namun pemasangan dan pemeliharaannya lebih sulit dibandingkan cangkang bekicot.
Untuk mengurangi kebocoran internal dan melindungi selubung pompa, cincin penyegel yang dapat diganti dipasang pada selubung yang sesuai dengan saluran masuk impeler. Jarak bebas radial antara lubang dalam cincin penyegel dan lingkaran luar impeler umumnya antara 0.1-0.2mm. Setelah cincin penyegel dipakai, jarak bebas radial meningkat, volume pelepasan pompa berkurang, dan efisiensi menurun. Jika jarak penyegelan melebihi nilai yang ditentukan, maka harus diganti tepat waktu.
Ada tiga bentuk struktural cincin penyegel:
Pertama, tipe cincin datar memiliki struktur sederhana dan mudah dibuat, namun efek penyegelannya buruk. Kedua, cincin penyegel sudut kanan menyediakan saluran 90 derajat untuk kebocoran cairan, menghasilkan kinerja penyegelan yang lebih baik daripada jenis cincin datar dan banyak digunakan. Ketiga, cincin penyegel labirin memiliki efek penyegelan yang baik, namun strukturnya rumit dan sulit dibuat, sehingga jarang digunakan pada pompa sentrifugal.
3. Proses kerja pompa sentrifugal
(1) Sebelum menghidupkan pompa, isi pompa dengan cairan yang akan dialirkan.
(2) Setelah pompa dihidupkan, poros pompa menggerakkan impeler untuk berputar bersama dengan kecepatan tinggi, menghasilkan gaya sentrifugal. Berdasarkan aksi ini, cairan terlempar ke arah lingkar luar impeler dari tengah, menyebabkan peningkatan tekanan dan mengalir ke dalam selubung pompa dengan kecepatan tinggi (15-25 m/s).
(3) Dalam selubung pompa volute, karena perluasan saluran aliran secara terus menerus, laju aliran cairan melambat, mengubah sebagian besar energi kinetik menjadi energi tekanan. Akhirnya, cairan mengalir ke pipa pembuangan pada tekanan statis yang lebih tinggi dari lubang pembuangan.
(4) Setelah cairan di dalam pompa dikeluarkan, terbentuk ruang hampa di tengah impeler. Di bawah perbedaan tekanan antara tekanan tingkat cairan (tekanan atmosfer) dan tekanan pompa (tekanan negatif), cairan memasuki pompa melalui pipa hisap, mengisi posisi pembuangan cairan.
4. Klasifikasi pompa sentrifugal
Produk pompa sentrifugal umumnya diklasifikasikan menurut karakteristik strukturalnya, dengan berbagai metode klasifikasi termasuk tekanan kerja, jumlah impeler yang bekerja, dan metode saluran masuk impeler.
(1) Menurut tekanan kerja:
Pompa tekanan rendah: tekanan di bawah 100 meter kolom air;
Pompa bertekanan sedang: tekanan antara 100-650 meter kolom air;
Pompa bertekanan tinggi: Tekanannya lebih tinggi dari 650 meter kolom air.
(2) Berdasarkan jumlah impeller yang bekerja:
Pompa satu tahap: mengacu pada hanya memiliki satu impeler pada poros pompa.
Pompa multitahap: Ada dua atau lebih impeler pada poros pompa, dan total head pompa merupakan jumlah head yang dihasilkan oleh n impeler.
(3) Menurut metode saluran masuk impeler:
Pompa saluran masuk satu sisi: disebut juga pompa hisap tunggal, artinya hanya ada satu saluran masuk pada impeler.
Pompa saluran masuk dua sisi: disebut juga pompa hisap ganda, artinya terdapat saluran masuk di kedua sisi impeler. Laju alirannya dua kali lipat dari pompa hisap tunggal, yang dapat diperkirakan sebagai dua impeler pompa hisap tunggal yang ditempatkan saling membelakangi.
(4) Berdasarkan posisi poros pompa:
Pompa horizontal: Poros pompa terletak pada posisi horizontal.
Pompa vertikal: Poros pompa terletak pada posisi vertikal.
(5) Menurut bentuk sambungan selubung pompa:
Pompa tipe terbuka horizontal: mengacu pada jahitan sambungan yang dibuka pada bidang horizontal yang melewati sumbu.
Pompa permukaan sambungan vertikal: yaitu permukaan sambungan tegak lurus terhadap sumbu.
(6) Cara mengarahkan air dari impeller menuju ruang tekanan adalah sebagai berikut:
Spiral case pump : Setelah air keluar dari impeller langsung masuk ke dalam casing pompa yang berbentuk spiral.
Pompa baling-baling pemandu: Setelah air keluar dari impeller, air masuk ke baling-baling pemandu yang dipasang di luarnya, dan kemudian masuk ke tahap berikutnya atau mengalir ke pipa saluran keluar.
(7) Menurut perbedaan media yang dibawa oleh pompa sentrifugal, pompa sentrifugal dapat dibagi menjadi pompa air bersih, pompa minyak, pompa tahan korosi, dll.
5. Kavitasi dan pengikatan gas
Menurut prinsip kerja pompa sentrifugal, ketika cairan di antara sudu-sudu dikeluarkan dari impeller yang berputar dengan kecepatan tinggi, maka akan terbentuk zona tekanan rendah di dekat saluran masuk impeller. Ketika tekanan di saluran masuk impeler sama dengan atau lebih rendah dari tekanan uap jenuh pV cairan yang diangkut pada suhu operasi, cairan di lokasi tersebut akan menguap dan menghasilkan gelembung. Ketika gelembung mengalir bersama cairan ke zona bertekanan tinggi, gelembung tersebut dengan cepat mengembun di bawah tekanan.
Pada saat gelembung mengembun, vakum lokal dihasilkan, dan cairan di sekitarnya mengalir deras menuju ruang yang ditempati gelembung dengan kecepatan tinggi, menyebabkan guncangan dan getaran, yang mengakibatkan gaya tumbukan yang signifikan. Terutama bila titik kondensasi gelembung terletak di dekat permukaan sudu, banyak partikel cair yang berdampak pada sudu dengan frekuensi dan tekanan tinggi; Pada saat yang sama, gelembung juga mungkin mengandung sedikit oksigen, yang dapat menyebabkan korosi kimia pada bahan logam. Di bawah aksi gabungan dari benturan terus menerus dan korosi kimia, permukaan bilah menjadi rusak, mengakibatkan bintik-bintik dan retakan, yang akan menyebabkan kerusakan dini pada bilah. Fenomena ini disebut kavitasi pada pompa sentrifugal.
Ketika pompa sentrifugal dihidupkan, jika terdapat udara di dalam pompa, karena kepadatan udara yang rendah, gaya sentrifugal yang dihasilkan setelah putarannya kecil, dan tekanan rendah yang terbentuk di area tengah impeler tidak cukup untuk menyedot pompa sentrifugal. cairan. Sekalipun pompa sentrifugal dihidupkan, tugas pengangkutannya tidak dapat diselesaikan. Fenomena ini disebut pengikatan udara.
Hal ini menunjukkan bahwa pompa sentrifugal tidak mempunyai kapasitas hisap sendiri, sehingga pompa harus diisi dengan cairan yang dialirkan sebelum dihidupkan. Tentu saja, jika lubang hisap pompa sentrifugal ditempatkan di bawah ketinggian cairan dari cairan yang dialirkan, cairan tersebut secara otomatis akan mengalir ke dalam pompa, yang merupakan kasus khusus. Pipa hisap pompa sentrifugal dilengkapi dengan katup bawah untuk mencegah cairan yang diinjeksikan sebelum mulai mengalir keluar dari pompa. Filter dapat memblokir hisapan padat dalam cairan dan memblokir pipa dan katup pengatur yang dipasang di pipa pelepasan selubung pompa digunakan untuk memulai, menghentikan, dan mengatur laju aliran pompa.
Dari berbagai penyebab kavitasi dan pengikatan gas:
Pengikatan udara mengacu pada adanya udara di dalam badan pompa, yang biasanya terjadi saat pompa dihidupkan dan terutama terlihat ketika udara di dalam badan pompa tidak habis seluruhnya; Dan kavitasi terjadi karena cairan mencapai tekanan penguapannya pada suhu tertentu, yang berkaitan erat dengan media pembawa dan kondisi pengoperasian.
Ada cara-cara berikut untuk mencegah terjadinya fenomena pengikatan gas:
(1) Isi cangkang dengan cairan sebelum memulai. Pastikan penyegelan casing yang tepat, dan pastikan katup dan kepala pancuran untuk mengisi air tidak bocor. Pastikan kinerja penyegelan yang baik.
(2) Pipa hisap pompa sentrifugal dilengkapi dengan katup bawah untuk mencegah cairan yang disuntikkan sebelum dinyalakan mengalir keluar dari pompa. Filter dapat mencegah padatan dalam cairan tersedot masuk. Pipa pembuangan dilengkapi dengan katup pengatur untuk digunakan saat menyalakan, menghentikan, dan mengatur laju aliran pompa.
(3) Tempatkan lubang hisap pompa sentrifugal di bawah ketinggian cairan yang akan diangkut, dan cairan akan secara otomatis mengalir ke dalam pompa.
Penyebab utama kavitasi adalah:
(1) Pipa saluran masuk mempunyai hambatan yang berlebihan atau pipa terlalu tipis
(2) Suhu media pengangkut terlalu tinggi;
(3) Aliran berlebihan, artinya katup keluar dibuka terlalu lebar;
(4) Ketinggian pemasangan terlalu tinggi sehingga mempengaruhi kapasitas isap pompa;
(5) Masalah pemilihan, termasuk pemilihan pompa, pemilihan material pompa, dll
ketentuan penyelesaian:
(1) Membersihkan benda asing pada pipa saluran masuk agar saluran masuk tidak terhalang, atau menambah ukuran diameter pipa;
(2) Mengurangi suhu media pengangkut;
(3) Kurangi ketinggian pemasangan;
(4) Memilih kembali pompa atau melakukan perbaikan pada komponen tertentu pada pompa, seperti menggunakan bahan tahan korosi.