Pumppu

Pumppu on hydraulikone, joka muuntaa käyttömoottorin mekaanisen energian tai lihasenergian (käsipumpuissa) nestevirtauksen energiaksi , joka liikkuu ja luo painetta kaikenlaisille nesteille, mekaaninen nesteiden seos. kiinteät ja kolloidiset aineet tai nesteytetyt kaasut [1] . Nestepaine-ero pumpun ulostulossa ja liitetyssä putkistossa aiheuttaa sen liikkeen.

Historia

Pumpun keksintö kuuluu muinaisiin ajoiin. Ensimmäinen tunnettu mäntäpumppu tulipalon sammuttamiseen, jonka keksi antiikin kreikkalainen mekaanikko Ctesibius , mainitaan jo 1. vuosisadalla eKr. e. sekä Aleksandrian sankarin että Vitruviuksen kirjoituksissa . Keskiajalla pumppuja käytettiin erilaisissa hydraulikoneissa . Ranskalainen tiedemies D. Papin ehdotti yhtä ensimmäisistä kierteisellä kotelolla ja nelisiipisellä juoksupyörällä varustetuista keskipakopumpuista . 1700-luvulle asti pumppuja käytettiin paljon harvemmin kuin vedennostokoneita (laitteet nesteen paineettomaan siirtoon), mutta höyrykoneiden tultua käyttöön pumput alkoivat korvata vedennostokoneet. 1800 - luvulla lämpö- ja sähkömoottorien kehityksen myötä pumput yleistyivät. Vuonna 1838 venäläinen insinööri A. A. Sablukov rakensi keskipakopumpun aiemmin luomansa tuulettimen pohjalta ja työskenteli sen avulla merimoottorin luomiseen.

Luokitus

Pumppujen epätäydellinen luokitus toimintaperiaatteen ja suunnittelun mukaan on seuraava:

keskipakopumput
siipipyörä (lamelli) pumput
siipi (siipi) pumput
- nesterengaspumppu
hammaspyöräpumput
aksiaalimäntäpumput
radiaalimäntäpumput
keskipakoruuvi (levy, aksiaalinen diagonaali) pumput
ruuvi (ruuvi)
mäntä
pyörre
pyörivä
suihkukone
sinimuotoinen
peristalttinen
kalvo
imeytyminen
hydraulinen mäntäpumppu
magneettinen purkaus

Pumpun ominaisuudet

Pumpun ominaisuudet ovat käyriä, jotka ilmaisevat riippuvuuksia H = f1(Q); N = f2(Q); Hyötysuhde = f3(Q) vakionopeudella

Pumpun toimintaa kuvaavat parametrit

Haaraputkea ( hydraulijärjestelmän pistettä, johon pumppu on asennettu), josta pumppu imee nestettä, kutsutaan imuksi , haaraputkea, johon se pumppaa, kutsutaan paineeksi . Suuttimet voivat olla eri korkeuksilla, kun taas pumppu käyttää osan energiasta päänkorkeuden z 1 ja imukorkeuden z 0 välisen hydrostaattisen paineen eron poistamiseen (tämä voi olla myös negatiivinen arvo).

Pumpun nostokorkeus on mekaanisen energian lisäys nesteen massayksikköä kohti sen ulostulon ja sisääntulon välillä. Yleensä energian mitta on pumpattavan nesteen kolonnin korkeus (jolla on ominaispaino vapaan pudotuksen kiihtyvyyden aikana , tässä kaavassa se on ominaispaino, ei nesteen tiheys ): -: nnelle nesteelementille paineella ja nesteen nopeudella : _ $H$ $\gamma$ $g$ $i$ $s$ $v_{i}$

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

vastaavasti, pumpun pää:

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

Syöttö - pumpun syöttämän nesteen määrä aikayksikköä kohti. Bulkkisyöttöä tai tilavuussyöttöä voidaan harkita : $G$ $K$

G=\gamma Q

Teho - pumpun energiankulutus aikayksikköä kohti. Nettoteho on pumpun koko nestevirtauksen energialisäys: . Pumpun sisäinen teho on sen kokonaisteho, pois lukien pumpun mekaanisten osien kitkahäviöt , eli nesteelle lämpö- ja mekaanisen energian muodossa annettu teho. $N$ ${\näyttötyyli N_{h))$ $\textstyle N_{h}=GH=\gamma QH$ $N_{i}$

Hyödyllisen ja syötetyn tehon suhde on pumpun hyötysuhde :

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

Tässä tapauksessa määrien mitat on otettava huomioon: jos esimerkiksi nostokorkeus ilmaistaan metreinä ja virtaus kilogrammoina sekunnissa , teho kilowatteina lasketaan kaavalla:

N [kW] =G [kg] H [m]102η [mittaton].

Pumpun häviöt voivat olla hydraulisia (pumpun sisällä olevan hydraulisen vastuksen voittamisen kustannukset ), tilavuudellisia (pumpun virtauksen pieneneminen verrattuna työkappaleen syöttöön) ja mekaanisia (pumpun osien kitka nesteeseen - sisäiset mekaaniset häviöt) , niiden kitka toisiaan vastaan laakereissa jne. d - ulkoinen). Ne otetaan huomioon vastaavasti hydraulisella tehokkuudella η g , tilavuusarvolla η noin ja mekaanisella, jaettuna sisäiseen ja ulkoiseen, η m \u003d η m i η m e . η=η g η noin η m ; N i = N r me . _

Pienin ylimääräinen imukorkeus nesteen höyrystymispaineen yläpuolella on nesteen mekaanisen energian määrä pumpun tuloaukossa, mikä on tarpeen pumpun kavitaation estämiseksi . Ylimääräinen imukorkeus määritellään seuraavasti: $H_{0u~min}$ ${\displaystyle p_{s))$

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

missä on paine pumpun sisääntulossa, viitaten pumpun akselin tasoon. Käytännössä pumpun vaaditun NPSH:n arvo otetaan tietyllä varmuuskertoimella = 1,2…1,4. Sallittu imukorkeus määritetään ottaen huomioon paine nesteen pinnalla säiliössä, josta se otetaan, ja imuputkien vastus (lineaarisissa yksiköissä) seuraavasti: ${\displaystyle p_{0a))$ $\phi$ ${\displaystyle p_{b))$ $h_{c}$

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

Avoimet astiat - tämä on ilmakehän paine , suljetuille astioille, joissa on kiehuvaa nestettä . ${\displaystyle p_{b))$ $\textstyle p_{b}=p_{s}{\mbox{,))$

Pumppujen luokitus toimintaperiaatteen mukaan

Pumpussa vallitsevien voimien luonteen mukaan: tilavuusvoimat, joissa painevoimat hallitsevat, ja dynaamiset, joissa inertiavoimat hallitsevat.

Työkammion kytkennän luonteen mukaan pumpun tulo- ja poistoaukkoon: jaksollinen liitäntä (syrjäytyspumput) ja pysyvä liitäntä tulo- ja poistoaukkoon (dynaamiset pumput).

Syrjäytyspumppuja käytetään viskoosien nesteiden pumppaamiseen. Näissä pumpuissa on yksi energian muunnos - moottorin energia muunnetaan suoraan nesteenergiaksi (mekaaninen => kineettinen + potentiaali). Nämä ovat korkeapainepumppuja, ne ovat herkkiä pumpattavan nesteen saastumiselle. Työprosessi syöttöpumpuissa on epätasapainoinen (korkea tärinä), joten niille on luotava massiiviset perustukset. Lisäksi näille pumpuille on ominaista epätasainen toimitus. Tällaisten pumppujen suurena plussaa voidaan pitää kuivaimukykyä (itseimeytyvä).

Dynaamisille pumpuille on ominaista kaksinkertainen energiamuunnos (1. vaihe: mekaaninen → kineettinen + potentiaali; 2. vaihe: kineettinen → potentiaali). Likaiset nesteet voidaan pumpata dynaamisissa pumpuissa, niillä on tasainen syöttö ja tasapainoinen työprosessi. Toisin kuin iskutilavuuspumput, ne eivät ole itseimeviä.

Syrjäytyspumput

Tilavuuspumppujen prosessi perustuu työkammion vaihtoehtoiseen täyttämiseen nesteellä ja sen syrjäyttämiseen työkammiosta. Joitakin iskutilavuuspumppuja:

Juoksupyöräpumput - tarjoavat pumpattavan tuotteen laminaarisen virtauksen pumpun ulostulossa ja niitä voidaan käyttää annostelijoina. Voidaan valmistaa elintarvikkeiden, öljyn ja bensiinin kestäviä sekä hapon ja alkalin kestäviä versioita
Siipipumput - tarjoavat tasaisen ja hiljaisen pumpattavan tuotteen imemisen pumpun ulostulossa, voidaan käyttää annosteluun. Ne voivat olla joko säädettäviä tai säätelemättömiä. Säädettävässä siipipumpussa virtauksen muutos suoritetaan muuttamalla työkammion tilavuutta roottorin ja staattorin epäkeskisyyden muutoksesta johtuen . Ohjauslaitteena käytetään hydraulisia ja mekaanisia säätimiä.
Ruuvipumput - tarjoavat tasaisen pumpattavan tuotteen virtauksen pumpun ulostulossa, voidaan käyttää annostelussa
Mäntäpumput voivat tuottaa erittäin korkean paineen, eivät toimi hyvin hankaavien nesteiden kanssa, voidaan käyttää annosteluun
Peristalttiset pumput tuottavat matalan paineen, ovat kemiallisesti inerttejä, niitä voidaan käyttää annosteluun
Kalvopumput - luovat matalan paineen, voidaan käyttää annosteluun

Tilavuuspumppujen yleiset ominaisuudet :

Työprosessin syklisyys ja siihen liittyvä annostelu ja syötteen ja paineen pulsaatiot. Tilavuuspumpun syöttöä ei suoriteta tasaisena virtauksena, vaan osissa.
Tiiviys eli painejohdon jatkuva erotus imuputkesta (siipipumpuilla ei ole tiiviyttä, vaan ne ovat läpivirtaus).
Itseimevä eli tilavuuspumppujen kyky luoda imulinjaan tyhjiö, joka riittää nostamaan imuputkessa olevan nesteen pumpun tasolle (siipipumput eivät ole itseimeviä).
Painehydrauliikkalinjaan syntyvän paineen riippumattomuus pumpun nestesyötöstä

Dynaamiset pumput

Dynaamiset pumput on jaettu:

Siipipumput , joissa työkappale on siipipyörä tai hieno ruuvi. Ne sisältävät:
- Keskipakoinen , jossa käytön mekaanisen energian muuntaminen virtauksen potentiaalienergiaksi tapahtuu keskipakovoimien vuoksi, jotka syntyvät, kun juoksupyörän siivet ovat vuorovaikutuksessa nesteen kanssa. Keskipakopumput jaetaan:
  - Keskipakoruuvipumppu on eräänlainen keskipakopumppu, jossa nestettä syötetään työkappaleeseen ja joka on tehty keskellä olevan halkaisijaltaan suuren pienen ruuvin (levyn) muodossa, joka työntyy tangentiaalisesti ylöspäin tai sivuttain rungosta. Tällaiset pumput pystyvät pumppaamaan karamellisoituneita ja tahmeita massoja, kuten liimaa
  - Ulokepumppu - eräänlainen keskipakopumppu, jossa on yksisuuntainen nestesyöttö juoksupyörään, joka sijaitsee akselin päässä, etäällä käytöstä.
  - Radiaalipumput , joiden työkappaleet ovat radiaalisia juoksupyöriä. Hidasnopeuksiset yksivaiheiset ja monivaiheiset pumput korkealla nostokorkeudella pienillä virtausnopeuksilla.
- Aksiaaliset (potkuri) pumput , joiden työkappale on potkurityyppinen juoksupyörä. Näissä pumpuissa oleva neste liikkuu juoksupyörän pyörimisakselia pitkin. Suurinopeuksisille pumpuille, joilla on korkea nopeuskerroin, on ominaista suuret virtausnopeudet, mutta alhaiset nostokorkeudet.
  - Puoliaksiaaliset ( diagonaali , turbiini ) pumput, joiden työkappale on puoliaksiaalinen ( diagonaali, turbiini ) siipipyörä.
Pyörrepumput ovat erillinen siipipumpputyyppi, jossa mekaaninen energia muuttuu potentiaaliseksi virtausenergiaksi (paineeksi) johtuen pyörteen muodostumisesta pumpun työkanavassa.
Suihkupumput , joissa nesteen liike tapahtuu apunesteen, höyryn tai kaasun virtauksen energian vuoksi (ei liikkuvia osia, mutta alhainen hyötysuhde).
Mänät (hydrauliset männät) , joissa käytetään vesivasaran ilmiötänesteen pumppaamiseen (minimaalinen määrä liikkuvia osia, lähes ei hankauspintoja, yksinkertainen rakenne, kyky kehittää korkea ulostulopaine, alhainen hyötysuhde ja tuottavuus)

Pyörivät pumput

Vortex-pumput ovat dynaamisia pumppuja, joissa neste liikkuu juoksupyörän kehää pitkin tangentiaalisessa suunnassa. Käytön mekaanisen energian muuntaminen virtauksen potentiaalienergiaksi (paineeksi) tapahtuu useiden juoksupyörän virittämien pyörteiden vuoksi pumpun työkanavassa. Oikeiden pumppujen hyötysuhde ei yleensä ylitä 30 % .

Pyörrepumpun käyttö on perusteltua, kun nopeuskertoimen arvo on . Monivaiheiset pyörrepumput laajentavat merkittävästi käyttöpaineiden vaihteluväliä pienillä virtauksilla, mikä pienentää nopeuskertoimen syöttöpumpuille tyypillisiin arvoihin. $n_{s}<40$

Oheispumpuissa yhdistyvät syrjäytyspumppujen (korkeat paineet pienillä virtauksilla) ja dynaamisten pumppujen (pumpun korkeuden lineaarinen riippuvuus virtauksesta, virtauksen tasaisuus) edut.

Ohjauspumppuja käytetään puhtaiden ja matalaviskoosisten nesteiden, nesteytettyjen kaasujen pumppaamiseen, tyhjennyspumppuina kuuman lauhteen pumppaamiseen.

Vortex-pumpuilla on alhaiset kavitaatio-ominaisuudet. Nopeuden kavitaatiokerroin[ tuntematon termi ] pyörrepumput . $C = 100...110$

Samankaltaisuus siipipumppujen kanssa

Samankaltaisuusteorian ja dimensioanalyysin menetelmät mahdollistavat pumpun suorituskykyä koskevien kokeellisten tietojen yleistämisen tieteellisesti. Joidenkin geometristen mittasuhteiden nesteen liike pumpussa määritetään yksinkertaistetussa mallissa: pyörän halkaisija D , m; virtausnopeus Q , m³/s; nopeus n , s -1 ; nesteen tiheys ρ , kgfs2 / m4 ; viskositeetti μ, kgf s/m². Riippuvat parametrit ovat momentti pumpun akselilla M , kgf m ja nostokorkeus H , m. Järjestelmä pelkistetään dimensiottomien kompleksien riippuvuuteen : $\textstyle {\bar {M}}=f(Re,St)$

${\bar M}={M \over \rho n^{2}D^{5}}$ - mittaamaton hetki,
$Re={\rho Q \over \mu D}$ on Reynoldsin luvun analogi ,
$St={nD^{3} \over Q}$ on Strouhal-luvun analogi .

Sisäinen teho on verrannollinen akselin vääntömomenttiin kerrottuna kierrosten lukumäärällä:

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

;

viittaamme paineeseen dynaamiseen paineeseen: (ensimmäisen likiarvon paine on verrannollinen kehänopeuteen pyörän kehällä), $\textstyle {H \over v^{2}/2g}\sim {H \over D^{2}n^{2}/g}$

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

Sitten kahdelle geometrisesti samanlaiselle pumpulle, joiden skaalaussuhde on D 1 / D 2 = λ, oikealla yhtälöllä (eli ), pumppujen samankaltaisuusyhtälöt ovat myös totta: $St_{1}=St_{2}$ $\textstyle Q_{1}/Q_{2}=\lambda ^{3}n_{1}/n_{2}$

{\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}

Nämä yhtälöt ovat oikein kriteerin Re ja suhteellisen pinnan karheuden muutoksen aiheuttamaan mittakaavavaikutukseen asti . Tarkennettu muoto sisältää muutoksen vastaavassa tehokkuudessa Re :n ja D :n muutoksilla :

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

Samankaltaisuusyhtälöiden seuraus on samanlaisten pumppujen taajuussuhde (sama hyötysuhde)

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

Siipipumppujen nopeusominaisuudet

Kierrosten määrä n r , s −1 , kuvaa pumpun juoksupyörän rakennetyyppiä; se määritellään tämänkaltaisen vertailupumpun kierrosten lukumääränä, jonka virtaus on 1 m³/s 1 m:n korkeudella:

r = n√ Q [m³/s]( H [m]) 3/4.

Mitaton kierrosluku on yleisempi parametri, joka ei riipu käytettyjen arvojen ulottuvuudesta:

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

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

Nopeuskerroin n s , s −1 on vertailupumpun, joka on samanlainen kuin tämä, kierrosten lukumäärä, jonka hyötyteho on 75 kgf m/s 1 m:n korkeudella; oletetaan, että tällainen pumppu toimii vedellä (γ=1000 kgf/m³) ja sillä on sama hyötysuhde.

ns = 3,65n√ Q [m³/s]( H [m]) 3/4.

Nämä arvot mahdollistavat eri pumppujen vertailun, jos ero hydraulisessa ja tilavuustehokkuudessa jätetään huomiotta. Koska kierrosten määrän lisääminen mahdollistaa yleensä pumpun ja sen moottorin koon ja painon pienentämisen, ja siksi se on hyödyllistä. Pienen nopeuden pyörät mahdollistavat korkean paineen luomisen alhaisella virtauksella, suuren nopeuden pyöriä käytetään suureen syöttöön ja matalaan paineeseen.

Juoksupyörätyypit nopeuskertoimesta riippuen

n s , s -1	P2 / D0 _ _	Pumpun tyyppi
40÷80	~2.5	Hidas keskipakonopeus
80÷140	~2	Keskipako normaali
140÷300	1,4÷1,8	Keskipako nopea
300÷600	1,1÷1,2	Diagonaali tai ruuvi
600÷1800	0,6÷0,8	Aksiaalinen

Kavitaatiokohtainen kierrosluku , s −1 , on pumpun virtausreitin suunnittelun ominaisuus imuteholla mitattuna; on tämänkaltaisen pumpun, jonka virtaus on 1 m³/s ja H 0 u min = 10 m, kierrosten lukumäärä: $\textstyle n_{r}^{{\mbox{*}}}$

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

=n√ Q [m³/s]( H 0 u min [m]/10) 3/4.

Pumppujen luokittelu toteutuksen mukaan

Mekaaninen
- Mäntä
- Pyörivä
- Kalvo
- lamellimainen
- ruuvi
- Juuret
- Kela
- Kierre
- Turbomolekyylinen
Magneettinen purkaus
Mustesuihku
- Vesirengas
- Höyry-öljy diffuusio
- Höyry-öljyn tehostin
Sorptio
kryogeeninen

Pumppujen luokitus pumpattavan väliaineen tyypin mukaan

Kemialliset pumput

Kemialliset pumput on suunniteltu erilaisten aggressiivisten nesteiden pumppaamiseen, joten niiden pääasialliset käyttöalueet ovat kemian- ja petrokemianteollisuus (happojen, emästen, öljytuotteiden pumppaus), maali- ja lakkateollisuus (maalit, lakat, liuottimet jne.) sekä elintarviketeollisuus. ala.

Kemikaalipumput on suunniteltu aggressiivisten nesteiden (hapot, emäkset), orgaanisten nesteiden, nesteytettyjen kaasujen jne. pumppaamiseen, jotka voivat olla räjähdysherkkiä, eri lämpötiloja, myrkyllisyyttä, taipumusta polymeroitumiseen ja tarttumiseen, liuenneiden kaasujen pitoisuutta. Pumpattavien nesteiden luonne määrää sen, että pumpattavien nesteiden kanssa kosketuksiin joutuvat kemikaalipumppujen osat on valmistettu kemiallisesti kestävistä polymeereistä tai korroosionkestävistä seoksista tai niissä on korroosionkestävät pinnoitteet.

Ulostepumput

Ulostepumppuja käytetään saastuneiden nesteiden ja jäteveden pumppaamiseen . Ne on suunniteltu pumpattavan väliaineen korkeammalle viskositeetille ja siinä olevien suspendoituneiden hiukkasten pitoisuudelle, mukaan lukien pienet ja keskikokoiset hankaavat hiukkaset (hiekka, sora ). Ulostepumput voivat olla upotettavat tai puoliksi upotettavat, ja niiden suunnittelussa voi olla myös leikkausmekanismi nestevirran mukana kulkevien suurten kiinteiden kappaleiden jauhamiseen. Tällaisten pumppujen nykyaikaisissa malleissa on joskus kelluke, joka kytkee pumpun automaattisesti päälle / pois päältä.

Pääsovellusympäristö on viemäriasemilla.

Muistiinpanot

↑ Koneet pumppaamiseen ja kaasun paineen luomiseen - puhaltimet ja kompressorit . Joitakin kaasujen pumppaamiseen tarkoitettuja koneita ja laitteita kutsutaan myös pumpuiksi, esimerkiksi tyhjiöpumppu , vesisuihkupumppu , käsipumppu pyörillä varustettujen ajoneuvojen renkaiden täyttöön.

Kirjallisuus

Suuri Neuvostoliiton Encyclopedia : [30 nidettä] / ch. toim. A. M. Prokhorov . - 3. painos - M . : Neuvostoliiton tietosanakirja, 1969-1978.
Lermantov V.V. Pumps // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron : 86 osassa (82 osaa ja 4 lisäosaa). - Pietari. , 1890-1907.
Lomakin A. A. Keskipako- ja aksiaalipumput. - 2. - M. - L .: Mashinostroenie, 1966.

Sanakirjat ja tietosanakirjat

Suuri tanskalainen
Hienoa norjalaista
Iso venäläinen
Brockhaus ja Efron
Brockhaus ja Efron
maailman ympäri
Pieni Brockhaus ja Efron
Uusi
Britannica (verkossa)

Bibliografisissa luetteloissa
BNF : 11948685g GND : 4047843-9 J9U : 987007548548705171 LCCN : sh85109065 NDL : 00569125 NKC : ph116851