Au cours du processus d’écoulement des fluides, une certaine énergie mécanique est perdue en raison de la résistance à l’écoulement. Par conséquent, pour transporter le fluide d'un endroit à un autre, qu'il s'agisse de transférer le fluide d'un emplacement avec une énergie spécifique totale inférieure vers un emplacement avec une énergie spécifique totale plus élevée, ou simplement pour surmonter la résistance à l'écoulement, de l'énergie mécanique doit être fournie au fluide. La machinerie utilisée pour transporter des liquides est appelée pompe (Pump). Les pompes sont principalement classées en trois catégories en fonction de leurs caractéristiques structurelles et de leurs principes de fonctionnement :
I. Pompes de type à palettes : ces pompes fonctionnent en faisant travailler les palettes rotatives sur le fluide, augmentant ainsi l'énergie mécanique du liquide. Les exemples incluent diverses pompes centrifuges, pompes vortex et pompes à flux axial, etc.
II Pompes volumétriques : Ces pompes utilisent le mouvement alternatif des pistons ou le mouvement rotatif des rotors pour modifier le volume de la chambre de travail, comprimant le liquide et effectuant un travail sur le liquide, augmentant ainsi l'énergie mécanique du liquide. Les exemples incluent les pompes alternatives, les pompes à engrenages et les pompes à vis, etc.
Pompe à jet III : elle fonctionne en utilisant le jet à grande vitesse généré par le fluide de travail pour éjecter le fluide, puis, grâce à l'échange d'impulsion, l'énergie du fluide éjecté est augmentée.
En raison de sa structure simple, de sa facilité de fabrication, de son débit stable, de sa forte adaptabilité et de son fonctionnement pratique, les pompes centrifuges sont largement utilisées dans la production chimique. Par conséquent, dans cet article, nous nous concentrerons sur l’introduction des pompes centrifuges.
Le principe de fonctionnement d'une pompe centrifuge
Lorsqu'une pompe centrifuge est en fonctionnement, elle s'appuie sur la roue rotative à grande vitesse-pour permettre au liquide d'acquérir de l'énergie et d'augmenter son potentiel de pression sous l'effet de la force centrifuge d'inertie. 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 l'apparition de cavitation.
Lorsque la roue tourne rapidement, les pales font tourner rapidement le fluide. Le fluide en rotation est éjecté de la roue sous l'action de la force centrifuge. Une fois l’eau à l’intérieur de la pompe rejetée, une zone de vide se forme au centre de la turbine. En même temps, il aspire continuellement le liquide et donne continuellement une certaine énergie au liquide aspiré, puis évacue le liquide. Ainsi, la pompe centrifuge fonctionne ainsi en continu.
La structure d'une pompe centrifuge
Il existe de nombreux types de pompes centrifuges. Bien que les structures des différents types de pompes 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, la base de la pompe, la boîte de garniture (dispositif d'étanchéité), la bague d'étanchéité, le boîtier de roulement, etc.
1. Roue
La roue est l’élément de travail d’une pompe centrifuge. Il réalise le pompage de liquides en tournant à grande vitesse et en travaillant sur les liquides. C'est une partie importante de la pompe centrifuge.
La roue est généralement composée du moyeu, des pales et du couvercle. La plaque de couverture de la roue est divisée en plaque de couverture avant et plaque de couverture arrière. La plaque de recouvrement du côté entrée de la turbine est appelée plaque de recouvrement avant, et la plaque de recouvrement de l'autre côté est appelée plaque de recouvrement arrière.
Lorsque la pompe centrifuge démarre, l'arbre de la pompe entraîne la roue à tourner ensemble à grande vitesse. Cela force le liquide qui a été pré-rempli entre les lames à tourner. Sous l'action de la force centrifuge d'inertie, le liquide se déplace radialement du centre vers la périphérie de la roue.
Au cours du processus d'écoulement à travers la roue, le liquide acquiert de l'énergie, sa pression statique augmentant et la vitesse d'écoulement augmentant. Lorsque le liquide quitte la roue et pénètre dans le corps de la pompe, il ralentit en raison de l'expansion progressive des canaux d'écoulement à l'intérieur du corps. Une partie de l'énergie cinétique est convertie en énergie de pression statique et s'écoule finalement tangentiellement dans la canalisation de décharge.
Selon leurs formes structurelles, les roues peuvent être classées dans les trois types suivants.
(1) La roue fermée est dotée de plaques de recouvrement des deux côtés. Il y a 4 à 6 lames entre les plaques de recouvrement. La roue fermée a un rendement élevé et est le type le plus largement utilisé. Il convient au transport de liquides propres sans particules solides ni fibres.
(2) La turbine de type ouvert-n'a pas de plaques de recouvrement des deux côtés des pales. Il convient au transport de liquides contenant une grande quantité de matières en suspension. Cependant, son efficacité est relativement faible et la pression du liquide transporté n'est pas élevée.
(3) La turbine de type semi-ouverte n'a qu'une plaque de recouvrement arrière. Il convient au transport de liquides sujets à la sédimentation ou contenant des matières solides en suspension. Son efficacité se situe entre celle des roues de type ouvert et fermé.
2. Arbre de pompe
La fonction principale de l'arbre de pompe d'une pompe centrifuge est de transmettre la puissance et de soutenir la roue pour la maintenir en position de travail et fonctionner normalement. Une extrémité de l'arbre est reliée à l'arbre du moteur via un accouplement et l'autre extrémité supporte la roue pour le mouvement de rotation. L'arbre est équipé de composants tels que des roulements et des joints axiaux.
Les matériaux courants pour les arbres de pompe sont l’acier au carbone et l’acier inoxydable.
La roue et l'arbre sont reliés par une clavette. Étant donné que cette méthode de connexion ne peut transmettre que le couple mais ne peut pas fixer la position axiale de la roue, dans la pompe, un manchon axial et un écrou de blocage sont utilisés pour fixer la position axiale de la roue.
Une fois la roue positionnée axialement avec l'écrou de blocage et le manchon d'arbre, pour empêcher l'écrou de blocage de se desserrer, il est nécessaire d'empêcher la pompe de s'inverser. En particulier pour les pompes nouvellement installées ou les pompes ayant subi un démontage et une réparation, une vérification du sens de rotation doit être effectuée conformément à la réglementation pour garantir la cohérence avec le sens spécifié.
3. Manche
La fonction du manchon d'arbre est de protéger l'arbre de la pompe, en convertissant 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 un composant sujet à l'usure de la pompe centrifuge.
La surface du manchon d'arbre peut également subir des traitements tels que la cémentation, la nitruration, le chromage et la pulvérisation. L'exigence de rugosité de surface est généralement requise pour atteindre Ra3,2μm - Ra0,8μm. Cela peut réduire le coefficient de frottement et augmenter la durée de vie.
4. Roulements
Les roulements jouent le rôle de supporter le poids et la charge du rotor. Dans les pompes centrifuges, les roulements sont principalement utilisés. La bague extérieure du roulement se trouve dans un système d'arbre de base avec le trou du boîtier de roulement, tandis que la bague intérieure se trouve dans un système de trou de base avec l'arbre rotatif. Les normes nationales des catégories correspondantes ont des valeurs recommandées et peuvent être sélectionnées en fonction de circonstances spécifiques. Les roulements sont généralement lubrifiés avec de la graisse et de l'huile lubrifiante.
5. Boîte de remplissage
Lorsque l'arbre de la pompe dépasse du corps de pompe, il y a un espace entre l'arbre et le corps. Dans les pompes centrifuges à simple-aspiration, si aucun dispositif d'étanchéité d'arbre n'est utilisé à cet endroit, l'eau à haute-pression à l'intérieur du corps de la pompe s'échappera en grande quantité. La caisse d'emballage est l'un des dispositifs d'étanchéité d'arbre les plus couramment utilisés. La boîte à garniture est composée de cinq composants : le manchon d'étanchéité d'arbre, la garniture, le tuyau d'étanchéité à l'eau, la bague d'étanchéité à l'eau et le couvercle de garniture.
⒍蜗壳
La volute est un canal d'écoulement en forme de spirale-dont la section transversale augmente progressivement-de la sortie de la roue à l'entrée de la roue de l'étage suivant ou au tuyau de sortie de la pompe. Le canal d'écoulement se dilate progressivement et la sortie se présente sous la forme d'un tube diffuseur. Une fois que le liquide s'écoule de la roue, sa vitesse d'écoulement peut être réduite en douceur, convertissant une grande partie de son énergie cinétique en énergie de pression statique.
Les avantages de la volute sont qu'elle est facile à fabriquer, qu'elle possède une large zone d'efficacité et que l'efficacité de la pompe change peu après l'usinage de la roue.
L'inconvénient est que la forme de la volute est asymétrique. Lors de l'utilisation d'une seule volute, la pression agissant radialement sur le rotor n'est pas uniforme, ce qui est susceptible de provoquer une flexion de l'arbre. Par conséquent, dans les pompes à plusieurs étages, seules la première et la dernière sections utilisent des volutes, tandis que la section centrale adopte un dispositif à roue de guidage.
Le matériau de la volute est généralement de la fonte. La volute de la pompe anti-corrosion est en acier inoxydable ou en d'autres matériaux anti-corrosion, tels que le plastique, la fibre de verre, etc. Pour les pompes à plusieurs-étages, en raison de la haute pression, les exigences de résistance des matériaux sont plus élevées et leurs volutes sont généralement en acier moulé.
⒎ Roue motrice
La roue de guidage est un disque fixe avec des aubes directrices avant enroulées autour de son bord extérieur sur la face avant. Ces aubes directrices forment une série de canaux d'écoulement en forme de diffuseur-. Sur la face arrière, il y a des aubes directrices inversées qui dirigent le liquide vers l'entrée de la roue de l'étage suivant. Une fois que le liquide est éjecté de la roue, il s'écoule doucement dans la roue de guidage et continue de s'écouler vers l'extérieur le long des aubes directrices avant, sa vitesse diminuant progressivement et la majeure partie de son énergie cinétique étant convertie en énergie de pression statique.
Le jeu radial unilatéral entre la roue et les aubes directrices est d'environ 1 mm. Si le jeu est trop grand, l'efficacité diminuera ; s'il est trop petit, cela provoquera des vibrations et du bruit. Comparé à la volute, le corps de pompe de la pompe centrifuge segmentée à plusieurs étages avec roues de guidage est plus facile à fabriquer et a une efficacité de conversion d'énergie plus élevée. Cependant, son installation et son entretien sont plus difficiles que celui de la volute.
16. Bague d'étanchéité
Pour réduire les fuites internes et protéger le corps de la pompe, une bague d'étanchéité remplaçable est installée sur la coque 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 et 0,2 mm. Une fois la bague d'étanchéité usée, le jeu radial augmente, entraînant une diminution du volume de refoulement de liquide de la pompe et une réduction de l'efficacité. Lorsque le jeu d'étanchéité dépasse la valeur spécifiée, il est nécessaire de le remplacer à temps.
Les formes structurelles de la bague d'étanchéité sont de trois types :
Type à anneau plat-, avec une structure simple et une fabrication facile, mais un mauvais effet d'étanchéité ;
La bague d'étanchéité de type-à angle droit permet aux fuites de liquide de passer à travers un canal à 90 degrés, ce qui entraîne un meilleur effet d'étanchéité par rapport au type à bague plate-. Il est largement utilisé.
La bague d'étanchéité à labyrinthe a un bon effet d'étanchéité, mais sa structure est complexe et sa fabrication est difficile. Par conséquent, il est rarement utilisé dans les pompes centrifuges.
Le processus de travail d'une pompe centrifuge
Avant de démarrer la pompe, remplissez d'abord la pompe avec le liquide à transporter.
2. Une fois la pompe démarrée, l'arbre de la pompe entraîne la roue à tourner à grande vitesse, générant une force centrifuge. Sous cette force, le liquide est projeté du centre de la roue vers la périphérie de la roue, sa pression augmente et il s'écoule dans le corps de la pompe à une vitesse très élevée (15-25 m/s).
3. Dans le corps de la pompe, à mesure que le canal d'écoulement se dilate continuellement, la vitesse d'écoulement du liquide ralentit, provoquant la conversion de la majeure partie de l'énergie cinétique en énergie de pression. Enfin, le liquide s'écoule de l'orifice de décharge avec une pression statique relativement élevée et pénètre dans la canalisation de décharge.
4. Une fois le liquide à l’intérieur de la pompe expulsé, un vide se forme au centre de la turbine. Sous la différence de pression entre la pression superficielle du liquide (pression atmosphérique) et la pression à l'intérieur de la pompe (pression négative), le liquide pénètre dans la pompe par la canalisation d'aspiration et remplit la position où le liquide a été expulsé.
Classification des pompes centrifuges
Les produits de pompes centrifuges sont généralement classés en fonction de leurs caractéristiques structurelles. Il existe différentes méthodes de classification, dont six types : classification par pression de service, par nombre de roues en fonctionnement, par mode d'aspiration de l'eau par la roue, etc.
⒈ Selon la pression de travail :
Pompe basse-pression : la pression est inférieure à 100 mètres de colonne d'eau.
Pompe moyenne-pression : la pression varie de 100 à 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- : il s'agit d'une pompe dont l'arbre ne comporte qu'une seule roue.
Pompe à plusieurs étages- : ce type de pompe est doté de deux roues ou plus sur son arbre. Dans ce cas, la hauteur totale de la pompe est la somme des hauteurs générées par chacune des n roues.
3. Selon la méthode de prise d'eau de la roue :
Pompe d'admission d'eau-unique côté- : également connue sous le nom de pompe d'aspiration simple-, cela signifie qu'il n'y a qu'un seul port d'admission d'eau sur la roue.
Pompe d'aspiration bidirectionnelle : également connue sous le nom de pompe à double-aspiration, elle possède un orifice d'entrée des deux côtés de la turbine. Son débit est deux fois plus important que celui d'une simple-pompe aspirante. Il peut être grossièrement considéré comme deux roues de pompe d'aspiration simples-placées dos à dos-à-.
4. Selon la position de l'arbre de la pompe :
Pompe horizontale : L'arbre de la pompe est en position horizontale.
Pompe verticale : L'arbre de la pompe est en position verticale.
5. Selon la forme du joint du corps de pompe :
Pompe à fente horizontale : c'est celle où le joint est ouvert sur le plan horizontal passant par l'axe.
Pompe à surface de joint verticale : Il s'agit d'une pompe dont la surface de joint est perpendiculaire à la ligne d'axe.
6. La méthode pour diriger l’eau sortant de la roue vers la chambre de décharge :
Pompe à corps : Une fois que l'eau sort de la roue, elle pénètre directement dans le corps de pompe qui a une forme en spirale.
Pompe à aubes directrices : Une fois que l'eau sort de la roue, elle pénètre dans les aubes directrices situées à l'extérieur de la roue, puis passe à l'étape suivante ou s'écoule dans le tuyau de sortie.
⒎ Selon les différents fluides transportés, les pompes centrifuges peuvent être classées en : pompes à eau, pompes à huile, pompes-résistantes à la corrosion, etc.
Cavitation et blocage de vapeur
Phénomène d'érosion
D'après le principe de fonctionnement de la pompe centrifuge, on peut savoir qu'une fois le liquide entre les pales éjecté de la roue rotative à grande vitesse-, une zone de 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 dans cette zone se vaporise et forme des bulles. Lorsque les bulles voyagent avec le liquide vers la zone à haute -pression, elles se condensent rapidement en raison de la pression.
Au moment de la condensation des bulles, un vide local se forme. Le liquide environnant se précipite vers l'espace précédemment occupé par la bulle à grande vitesse, provoquant des impacts et des vibrations, entraînant une force d'impact importante. Surtout lorsque le point de condensation de la bulle est proche de la surface de la lame, de nombreuses particules liquides impactent la lame à une fréquence et une pression élevées ; dans le même temps, la bulle peut également contenir une petite quantité d'oxygène et d'autres substances ayant un effet chimique corrosif sur les matériaux métalliques. Sous l'action combinée d'un impact continu et d'une corrosion chimique, la surface de la lame est endommagée, formant des taches et des fissures, ce qui entraînera un endommagement prématuré de la lame. Ce phénomène est appelé cavitation dans les pompes centrifuges.
Le phénomène de liaison des gaz
Lorsqu'une pompe centrifuge démarre, s'il y a de l'air dans la pompe, en raison de la faible densité de l'air, la force centrifuge générée après la rotation est faible. En conséquence, la basse pression formée dans la zone centrale de la roue est insuffisante pour aspirer le liquide. Même si la pompe centrifuge démarre, elle ne peut pas terminer la tâche de transport. Ce phénomène est appelé « sas ».
Cela indique que la pompe centrifuge n'a pas de capacité d'auto--amorçage. Par conséquent, avant de démarrer la pompe centrifuge, celle-ci doit être remplie du liquide à transporter. Bien entendu, si l’entrée d’aspiration de la pompe centrifuge est placée en dessous du niveau du liquide transporté, le liquide s’écoulera automatiquement dans la pompe. Il s'agit d'un cas particulier. La canalisation d'aspiration de la pompe centrifuge est équipée d'une vanne de fond pour empêcher le liquide rempli avant le démarrage de s'écouler hors de la pompe. Le tamis filtrant peut empêcher les substances solides présentes dans le liquide d'être aspirées et de bloquer les canalisations et le tuyau de refoulement du corps de pompe. La vanne de régulation installée dans le tuyau de refoulement est utilisée pour démarrer la pompe, arrêter la pompe et réguler le débit.
Du point de vue des différentes causes de cavitation et de bouchon de vapeur :
La liaison d'air fait référence à la présence d'air à l'intérieur du corps de la pompe. Cela se produit généralement au démarrage de la pompe. La principale manifestation est que l’air à l’intérieur du corps de la pompe n’a pas été complètement éliminé. Alors que la cavitation est provoquée par le liquide atteignant sa pression de vaporisation à une certaine température. On voit qu'elle est étroitement liée au support transporté et aux conditions de travail.
Les méthodes suivantes peuvent être utilisées pour prévenir l’apparition du phénomène de sas :
1. Avant de commencer, remplissez la coque de liquide. Assurer une étanchéité parfaite sur la coque. Le robinet de remplissage d'eau et la pomme de douche ne doivent pas fuir. Les performances d'étanchéité doivent être bonnes.
2. La canalisation d'aspiration de la pompe centrifuge est équipée d'une vanne de fond pour empêcher le liquide pompé avant le démarrage de refluer dans la pompe. Le tamis filtrant peut empêcher l'aspiration des particules solides contenues dans le liquide. La canalisation de refoulement est équipée d'une vanne de régulation qui est utilisée pour démarrer et arrêter la pompe et réguler le débit.
3. Placez l'entrée d'aspiration de la pompe centrifuge en dessous du niveau de liquide là où le liquide doit être transporté. Le liquide s'écoulera automatiquement dans la pompe.
Les causes et les solutions à l’apparition de cavitation
Les principales causes de cavitation sont :
1. La résistance du pipeline d’entrée est trop élevée ou le pipeline est trop fin.
2. La température du fluide transporté est trop élevée ;
3. Débit excessif, c'est-à-dire que la vanne de sortie est trop ouverte ;
4. La hauteur d'installation est trop élevée, ce qui affecte la capacité d'aspiration de liquide de la pompe.
5. Problèmes de sélection, y compris la sélection des pompes et la sélection des matériaux de pompe, etc.
Solution:
1. Retirez les corps étrangers du pipeline d'entrée pour assurer un écoulement fluide ou augmentez le diamètre du pipeline.
2. Réduisez la température du milieu transporté ;
3. Réduisez la hauteur d’installation ;
4. Remplacez la pompe ou apportez des améliorations à certains composants de la pompe, comme l'utilisation de matériaux résistants à la cavitation.
