Pompa

O pompă este o mașină hidraulică care transformă energia mecanică a unui motor de antrenare sau energia musculară (în pompele manuale) în energia unui flux de fluid , care servește la deplasarea și la crearea presiunii pentru lichide de toate tipurile, un amestec mecanic de lichide cu substanțe solide și coloidale sau gaze lichefiate [1] . Diferența de presiune a fluidului la ieșirea pompei și a conductei conectate provoacă mișcarea acestuia.

Istorie

Invenția pompei aparține vremurilor străvechi. Prima pompă cu piston cunoscută pentru stingerea unui incendiu, care a fost inventată de mecanicul grec antic Ctesibius , este menționată încă din secolul I î.Hr. e. în scrierile atât ale Eroului Alexandriei , cât şi ale lui Vitruvius . În Evul Mediu, pompele erau folosite la diferite mașini hidraulice . Una dintre primele pompe centrifuge cu carcasă volută și rotor cu patru pale a fost propusă de omul de știință francez D. Papin . Până în secolul al XVIII-lea, pompele erau folosite mult mai rar decât mașinile de ridicare a apei (dispozitive pentru deplasarea lichidului fără presiune), dar odată cu apariția motoarelor cu abur, pompele au început să înlocuiască mașinile de ridicare a apei. În secolul al XIX-lea , odată cu dezvoltarea motoarelor termice și electrice , pompele au devenit larg răspândite. În 1838, inginerul rus A. A. Sablukov a construit o pompă centrifugă pe baza unui ventilator pe care l-a creat anterior și la care a lucrat folosindu-l pentru a crea un motor marin.

Clasificare

O clasificare incompletă a pompelor conform principiului de funcționare și proiectare este următoarea:

Pompe centrifuge
pompe cu rotor (lamelare).
pompe cu palete
- pompă cu inel de lichid
pompe cu viteze
pompe cu piston axial
pompe cu piston radial
pompe centrifuge cu șurub (disc, diagonală axială).
șurub (șurub)
piston
vârtej
rotativ
avion
sinusoidal
peristaltic
membrană
absorbţie
pompa hidraulica berbec
descărcare magnetică

Caracteristicile pompei

Caracteristicile pompei sunt curbe care exprimă dependențele H = f1(Q); N = f2(Q); Eficiență = f3(Q) la viteză constantă

Parametrii care caracterizează funcționarea pompei

Conducta de derivație (punctul din sistemul hidraulic în care este instalată pompa) din care pompa trage lichidul se numește aspirație , conducta de derivație în care pompează este presiune . Duzele pot fi la diferite înălțimi, în timp ce pompa cheltuiește o parte din energie pentru depășirea diferenței de presiuni hidrostatice dintre înălțimea capului z 1 și înălțimea de aspirație z 0 (aceasta poate fi și o valoare negativă).

Înălțimea unei pompe este creșterea energiei mecanice pe unitatea de masă de fluid între ieșirea și intrarea acesteia. De obicei, măsura energiei este înălțimea coloanei lichidului pompat (având o greutate specifică în timpul accelerației în cădere liberă , aici în formulă este greutatea specifică, nu densitatea lichidului): pentru al -lea element fluid cu presiune și viteza fluidului : $H$ $\gamma$ $g$ $i$ $p$ $v_{i}$

E_{i}={\frac {p_{i}}{\gamma }}+z_{i}+{\frac {v_{i}^{2}}{2g}}{\mbox{, }}

respectiv capul pompei:

H=E_{1}-E_{0}={\frac {p_{1}-p_{0}}{\gamma }}+(z_{1}-z_{0})+{\frac {v_{1}^{2}-v_{0}^{2}}{2g}}{\mbox{.}}

Alimentare - cantitatea de lichid furnizată de pompă pe unitatea de timp. Furajele în vrac sau furajele volumetrice pot fi luate în considerare : $G$ $Q$

G=\gamma Q

Putere - consumul de energie al pompei pe unitatea de timp. Puterea netă este creșterea de energie a întregului debit de fluid din pompă: . Puterea internă a pompei este puterea sa totală, excluzând pierderile prin frecare ale părților mecanice ale pompei, adică puterea transmisă lichidului sub formă de energie termică și mecanică. $N$ $N_{h)$ $\textstyle N_{h}=GH=\gamma QH$ $N_{i}$

Raportul dintre puterea utilă și cea furnizată este eficiența pompei:

\eta ={\frac {N_{h}}{N}}

În acest caz, trebuie luate în considerare dimensiunile cantităților: dacă, de exemplu, înălțimea este exprimată în metri și debitul în kilograme pe secundă , atunci puterea în kilowați este calculată prin formula:

N [kW] =G [kg] H [m]102η[fără dimensiuni].

Pierderile în pompă pot fi hidraulice (costul depășirii rezistenței hidraulice din interiorul pompei), volumetrice (reducerea debitului pompei în comparație cu alimentarea corpului de lucru) și mecanice (frecarea pieselor pompei față de lichid - pierderi mecanice interne , frecarea lor între ele în rulmenți etc. d - extern). Ele sunt luate în considerare, respectiv, de randamentul hidraulic η g , volumetric η aproximativ și mecanic, împărțit în intern și extern, η m \u003d η m i η m e . η=η g η aproximativ η m ; N i = N η m e .

Înălțimea minimă de aspirație în exces peste presiunea de vaporizare a lichidului este cantitatea de energie mecanică a lichidului la intrarea în pompă, necesară pentru a preveni cavitația în pompă . Capul de aspirație în exces este definit ca: $H_{0u~min}$ $p_{s)$

H_{{0u}}={\frac {p_{{0a}}-p_{s}}{\gamma }}+{\frac {v_{0}^{2}}{2g}}{\mbox{ ,}}

unde este presiunea la admisia pompei, raportată la nivelul axei pompei. În practică, valoarea NPSH necesară pompei este luată cu un anumit factor de siguranță = 1,2…1,4. Înălțimea admisă de aspirație se determină ținând cont de presiunea pe suprafața lichidului din rezervor, de unde este preluat, și de rezistența (în unități liniare) a conductelor de aspirație ca: $p_{0a)$ $\phi$ $p_{b)$ $h_{c}$

[H_{0u}]={\frac {p_{b}-p_{s}}{\gamma }}-\varphi H_{0u\mathrm {min} }-h_{c}''p_{ b}

Pentru vasele deschise - aceasta este presiunea atmosferică , pentru vasele închise cu un lichid care fierbe . $p_{b)$ $\textstyle p_{b}=p_{s}{\mbox{,)}$

Clasificarea pompelor după principiul de funcționare

După natura forțelor care predomină în pompă: volumetrice, în care predomină forțele de presiune, și dinamice, în care predomină forțele de inerție.

După natura legăturii camerei de lucru cu admisia și ieșirea pompei: racord periodic (pompe volumetrice) și racordare permanentă a admisiei și ieșirii (pompe dinamice).

Pompele volumetrice sunt utilizate pentru pomparea lichidelor vâscoase. În aceste pompe, există o singură conversie de energie - energia motorului este direct transformată în energie fluidă (mecanică => cinetică + potențial). Acestea sunt pompe de înaltă presiune, sunt sensibile la contaminarea lichidului pompat. Procesul de lucru în pompele volumetrice este dezechilibrat (vibrații ridicate), deci este necesar să se creeze fundații masive pentru acestea. De asemenea, aceste pompe se caracterizează prin livrare neuniformă. Un mare plus al unor astfel de pompe poate fi considerat capacitatea de a aspira uscat (autoamorsare).

Pompele dinamice se caracterizează prin conversie dublă a energiei (etapa 1: mecanic → cinetic + potențial; etapa a 2-a: cinetic → potențial). Lichidele murdare pot fi pompate în pompe dinamice, au o alimentare uniformă și un proces de lucru echilibrat. Spre deosebire de pompele volumetrice, acestea nu sunt autoamorsante.

Pompe de cilindree

Procesul pompelor volumetrice se bazează pe umplerea alternativă a camerei de lucru cu lichid și deplasarea acestuia din camera de lucru. Unele tipuri de pompe volumetrice:

Pompe cu rotor - asigură un flux laminar al produsului pompat la ieșirea pompei și pot fi folosite ca dozatoare. Poate fi realizat în versiuni rezistente la alimente, ulei și benzină și rezistente la acizi și alcaline
Pompe cu palete - asigură o aspirație uniformă și silențioasă a produsului pompat la ieșirea pompei, pot fi utilizate pentru dozare. Ele pot fi fie reglabile, fie nereglementate. La pompele cu palete variabile, modificarea debitului se realizează prin modificarea volumului camerei de lucru datorită unei modificări a excentricității rotorului și statorului . Ca dispozitiv de control, se folosesc regulatoare hidraulice și mecanice.
Pompe cu șurub - asigură o curgere lină a produsului pompat la ieșirea pompei, pot fi utilizate pentru dozare
Pompele cu piston pot genera presiune foarte mare, nu funcționează bine cu lichide abrazive, pot fi folosite pentru dozare
Pompele peristaltice generează presiune scăzută, sunt inerte chimic, pot fi utilizate pentru dozare
Pompe cu diafragmă - creează presiune scăzută, pot fi folosite pentru dozare

Proprietăți generale ale pompelor volumetrice:

Ciclicitatea procesului de lucru și porționarea și pulsațiile asociate de alimentare și presiune. Alimentarea unei pompe volumetrice nu se realizează într-un debit uniform, ci în porțiuni.
Etanșeitate , adică separarea constantă a conductei de presiune de conducta de aspirație (pompele cu palete nu au etanșeitate, dar sunt curgătoare).
Autoamorsare , adică capacitatea pompelor volumetrice de a crea un vid în conducta de aspirație suficient pentru a ridica lichidul din conducta de aspirație până la nivelul pompei (pompele cu palete nu sunt autoamorsante).
Independenta presiunii create in conducta hidraulica de presiune fata de alimentarea cu lichid de catre pompa

Pompe dinamice

Pompele dinamice sunt împărțite în:

Pompe cu palete , în care corpul de lucru este o roată cu palete sau un șurub fin. Ei includ:
- Centrifugă , în care conversia energiei mecanice a antrenării în energie potențială a fluxului are loc datorită forțelor centrifuge care apar atunci când paletele rotorului interacționează cu lichidul. Pompele centrifuge sunt împărțite în:
  - O pompă centrifugă cu șurub este un tip de pompă centrifugă cu alimentare cu fluid la corpul de lucru realizată sub forma unui șurub mic (discuri) de diametru mare situat în centru, cu o ejectie tangenţială în sus sau lateral de corp. Astfel de pompe sunt capabile să pompeze mase caramelizate și lipicioase, cum ar fi lipiciul
  - Pompă cantilever - un tip de pompă centrifugă cu alimentare unidirecțională cu fluid către rotorul situat la capătul arborelui, la distanță de motor.
  - Pompe radiale , ale căror corpuri de lucru sunt rotoare radiale. Pompe cu o singură treaptă și cu mai multe trepte cu viteză mică, cu înălțimi mari la debite reduse.
- Pompe axiale (cu elice) , al căror corp de lucru este un rotor de tip elice. Lichidul din aceste pompe se deplasează de-a lungul axei de rotație a rotorului. Pompele de mare viteză cu un coeficient de viteză ridicat se caracterizează prin debite mari, dar valori scăzute ale înălțimii.
  - Pompe semiaxiale ( diagonale , turbină ), al căror corp de lucru este un rotor semiaxial (diagonal, turbină).
Pompele vortex sunt un tip separat de pompe cu palete în care conversia energiei mecanice în energie potențială de curgere (presiune) are loc datorită formării de vortex în canalul de lucru al pompei.
Pompe cu jet , în care mișcarea lichidului se realizează datorită energiei fluxului unui lichid auxiliar, abur sau gaz (fără piese mobile, dar eficiență scăzută).
Berbeci (berbec hidraulici) , folosind fenomenul ciocanului de berbec pentru a pompa fluid (piese în mișcare minime, aproape fără suprafețe de frecare, design simplu, capacitatea de a dezvolta presiune ridicată la ieșire, eficiență și productivitate scăzute)

Pompe rotative

Pompele vortex sunt pompe dinamice în care lichidul se mișcă de-a lungul periferiei rotorului într-o direcție tangențială. Conversia energiei mecanice a antrenării în energia potențială a debitului (presiunii) are loc datorită multiplelor vârtejuri excitate de rotor în canalul de lucru al pompei. Eficiența pompelor reale nu depășește de obicei 30% .

Utilizarea unei pompe vortex este justificată atunci când valoarea coeficientului de viteză este . Pompele Vortex cu design în mai multe etape extind în mod semnificativ gama de presiuni de funcționare la debite mici, reducând factorul de turație la valorile tipice pentru pompele volumetrice. $n_{s}<40$

Pompele periferice combină avantajele pompelor volumetrice (presiuni mari la debite mici) și pompele dinamice (dependența liniară a capului pompei de debit, uniformitatea debitului).

Pompele periferice sunt folosite pentru pomparea de lichide curate și cu vâscozitate scăzută, gaze lichefiate, ca pompe de drenaj pentru pomparea condensului fierbinte.

Pompele vortex au calități scăzute de cavitație. Coeficientul de viteză de cavitație[ termen necunoscut ] pompe vortex . $C=100..110$

Similaritate cu pompele cu palete

Metodele de teoria similarității și analiza dimensională fac posibilă generalizarea datelor experimentale privind performanța pompei pe baze științifice. Mișcarea fluidului în pompă a unor proporții geometrice este determinată într-un model simplificat: diametrul roții D , m; debitul Q , m³/s; viteza n , s −1 ; densitatea lichidului ρ, kgf s 2 /m 4 ; vâscozitatea μ, kgf s/m². Parametrii dependenți sunt momentul pe arborele pompei M , kgf m, și înălțimea H , m. Sistemul se reduce la dependența de complexe adimensionale : $\textstyle {\bar {M}}=f(Re,St)$

${\bar M}={M \over \rho n^{2}D^{5}}$ - moment adimensional,
$Re={\rho Q \over \mu D}$ este un analog al numărului Reynolds ,
$St={nD^{3} \over Q}$ este un analog al numărului Strouhal .

Puterea internă este proporțională cu cuplul pe arbore înmulțit cu numărul de rotații:

N_{i}=\rho n^{3}D^{5}f'(Re,St)

;

raportăm presiunea la presiunea dinamică: (presiunea din prima aproximare este proporțională cu viteza circumferențială la periferia roții), $\textstyle {H \over v^{2}/2g}\sim {H \over D^{2}n^{2}/g}$

H={D^{2}n^{2} \over g}f''(Re,St)

Apoi, pentru două pompe similare din punct de vedere geometric cu un raport de scalare D 1 / D 2 = λ, cu egalitatea corectă (adică ), ecuațiile de similitudine pentru pompe sunt de asemenea adevărate: $St_{1}=St_{2}$ $\textstyle Q_{1}/Q_{2}=\lambda ^{3}n_{1}/n_{2}$

{\frac {N_{{i1}}}{N_{{i2}}}}=\lambda ^{5}\left({n_{1} \over n_{2}}\right)^{3}{ \frac {\rho _{1}}{\rho _{2}}}

{\frac {H_{1}}{H_{2}}}=\lambda ^{2}\left({n_{1} \over n_{2}}\right)^{2}

Aceste ecuații sunt corecte până la efectul de scară cauzat de modificarea criteriului Re și rugozitatea relativă a suprafeței . Forma rafinată include o modificare a eficienței corespunzătoare cu o modificare a Re și D :

{\frac {Q_{1}}{Q_{2}}}=\lambda ^{3}{n_{1} \over n_{2}}{\eta _{{\mbox{o6 1}}} \ peste \eta _{{\mbox{o6 2))))

{\frac {N_{1}}{N_{2}}}=\lambda ^{5}\left({n_{1} \over n_{2}}\right)^{3}{\frac {\ rho _{1}}{\rho _{2}}}{\eta _{{{\mathrm M}e1}} \over \eta _{{{\mathrm M}e2}}}

{\frac {H_{1}}{H_{2}}}=\lambda ^{2}\left({n_{1} \over n_{2}}\right)^{2}{\eta _{ {\Gamma 1}} \over \eta _{{\Gamma 2}}}

O consecință a ecuațiilor de similaritate este raportul de frecvență al pompelor similare (pentru o eficiență egală)

{\frac {n_{1}}{n_{2}}}={\frac {{\sqrt ({\frac {Q_{2}}{Q_{1}}}}}}{\left({\ frac {H_{2}}{H_{1}}}\right)^{{3/4}}}}{\mbox{.}}

Caracteristicile de viteză ale pompelor cu palete

Numărul specific de rotații n r , s −1 , caracterizează tipul de proiectare al rotorului pompei; este definit ca numărul de rotații ale unei pompe de referință ca aceasta cu un debit de 1 m³/s la o înălțime de 1 m:

r = n√ Q [m³/s]( H [m]) 3/4.

Numărul specific adimensional de rotații este un parametru mai universal care nu depinde de dimensiunea valorilor aplicate:

{\bar n}_{r}^{=}{\frac {n{\sqrt Q}}{(gH)^{{3/4}}}}{\mbox{.}}

În sistemul metric ( n , s −1 ; Q , m³/s; H , m; g = 9,81 m/s²) n̄ r ≈ 0,180 n r [s −1 ].

Factorul de turație n s , s −1 , este numărul de rotații ale unei pompe de referință, asemănătoare cu aceasta, cu o putere utilă de 75 kgf m/s la o înălțime de 1 m; se presupune că o astfel de pompă funcționează pe apă (γ=1000 kgf/m³) și are aceeași eficiență.

ns = 3,65n√ Q [m³/s]( H [m]) 3/4.

Aceste valori fac posibilă compararea diferitelor pompe, dacă diferența de eficiență hidraulică și volumetrică este neglijată. Deoarece o creștere a numărului de rotații permite, de regulă, reducerea dimensiunii și greutății pompei și a motorului acesteia și, prin urmare, este benefică. Roțile de viteză mică vă permit să creați presiune mare la debit scăzut, roțile de viteză mare sunt folosite pentru avans ridicat și presiune scăzută.

Tipuri de rotoare în funcție de coeficientul de viteză

n s , s −1	D2 / D0 _ _	Tip pompa
40÷80	~2,5	Centrifugă de viteză mică
80÷140	~2	Centrifugă normală
140÷300	1,4÷1,8	Centrifugă de mare viteză
300÷600	1,1÷1,2	Diagonală sau șurub
600÷1800	0,6÷0,8	Axial

Numărul de rotații specific cavitației , s -1 , este o caracteristică a proiectării traseului de curgere a pompei în ceea ce privește capacitatea de aspirație; este numărul de rotații ale unei pompe ca aceasta cu un debit de 1 m³/s și H 0 u min = 10 m: $\textstyle n_{r}^{{\mbox{*}}}$

\textstyle n_{r}^{{\mbox{*}}}

=n√ Q [m³/s]( H0umin [ m ]/ 10 ) 3/4.

Clasificarea pompelor după implementare

Mecanic
- Piston
- Rotativ
- Diafragmă
- lamelar
- şurub
- Rădăcini
- Bobina
- Spirală
- Turbomolecular
Descărcare magnetică
Inkjet
- Inel de apă
- Difuzia abur-ulei
- Booster abur-ulei
Sortie
criogenic

Clasificarea pompelor după tipul de mediu pompat

Pompe chimice

Pompele chimice sunt concepute pentru pomparea diferitelor lichide agresive, astfel că principalele lor domenii de aplicare sunt industria chimică și petrochimică (acizi de pompare, alcaline, produse petroliere), industria vopselelor și lacurilor (vopsele, lacuri, solvenți etc.) și alimentară. industrie.

Pompele chimice sunt concepute pentru pomparea de lichide agresive (acizi, alcaline), lichide organice, gaze lichefiate etc., care pot fi explozive, cu diferite temperaturi, toxicitate, tendinta de polimerizare si lipire, continut de gaze dizolvate. Natura lichidelor pompate determină ca părțile pompelor chimice care vin în contact cu lichidele pompate să fie realizate din polimeri rezistenți chimic sau aliaje rezistente la coroziune, sau să aibă acoperiri rezistente la coroziune.

Pompe pentru fecale

Pompele pentru fecale sunt folosite pentru pomparea lichidelor contaminate și a apelor uzate . Sunt proiectate pentru o vâscozitate mai mare a mediului pompat și a conținutului de particule în suspensie în acesta, inclusiv particule abrazive mici și medii (nisip, pietriș ). Pompele pentru fecale pot fi submersibile sau semisubmersibile, iar designul lor poate fi echipat și cu un mecanism de tăiere pentru măcinarea pieselor solide mari transportate de fluxul de lichid. Modelele moderne de astfel de pompe au uneori un flotor pentru a porni / opri automat pompa.

Mediul principal de aplicare este la stațiile de canalizare.

Note

↑ Maşini pentru pomparea şi crearea sub presiune a gazului - ventilatoare şi compresoare . De asemenea, unele mașini și aparate pentru pomparea gazelor sunt numite și pompe, de exemplu, o pompă de vid , o pompă cu jet de apă , o pompă manuală pentru umflarea anvelopelor vehiculelor cu roți.

Literatură

Marea Enciclopedie Sovietică : [în 30 de volume] / cap. ed. A. M. Prohorov . - Ed. a 3-a. - M . : Enciclopedia Sovietică, 1969-1978.
Pompe Lermantov V.V. // Dicționar enciclopedic al lui Brockhaus și Efron : în 86 de volume (82 de volume și 4 suplimentare). - Sankt Petersburg. , 1890-1907.
Lomakin A. A. Pompe centrifuge și axiale. - al 2-lea. - M. - L .: Mashinostroenie, 1966.

Dicționare și enciclopedii

mare danez
Mare norvegian
Rusă mare
Brockhaus și Efron
Brockhaus și Efron
in jurul lumii
Micul Brockhaus și Efron
Nou
Britannica (online)

În cataloagele bibliografice
BNF : 11948685g GND : 4047843-9 J9U : 987007548548705171 LCCN : sh85109065 NDL : 00569125 NKC : ph116851