Durante o processo de fluxo de fluidos, alguma energia mecânica é perdida devido à resistência ao fluxo. Portanto, para transportar o fluido de um local para outro, seja para transferir o fluido de um local com menor energia específica total para um local com maior energia específica total, ou simplesmente para superar a resistência ao fluxo, a energia mecânica deve ser fornecida ao fluido. O maquinário utilizado para o transporte de líquidos é denominado bomba (Bomba). As bombas são classificadas principalmente em três categorias com base nas suas características estruturais e princípios de funcionamento:
I. Bombas do tipo-de palhetas: essas bombas funcionam fazendo com que as palhetas rotativas trabalhem no fluido, aumentando assim a energia mecânica do líquido. Os exemplos incluem várias bombas centrífugas, bombas de vórtice e bombas de fluxo axial, etc.
II Bombas de Deslocamento Positivo: Estas bombas utilizam o movimento alternativo dos pistões ou o movimento rotativo dos rotores para alterar o volume da câmara de trabalho, comprimindo o líquido e realizando trabalho no líquido, aumentando assim a energia mecânica do líquido. Os exemplos incluem bombas alternativas, bombas de engrenagem e bombas de parafuso, etc.
Bomba de jato III: funciona usando o jato de alta-velocidade gerado pelo fluido de trabalho para ejetar o fluido e, em seguida, por meio da troca de momento, a energia do fluido ejetado é aumentada.
Devido à sua estrutura simples, facilidade de fabricação, fluxo estável, forte adaptabilidade e operação conveniente, as bombas centrífugas são amplamente utilizadas na produção química. Portanto, neste artigo, focaremos na introdução de bombas centrífugas.
O princípio de funcionamento de uma bomba centrífuga
Quando uma bomba centrífuga está em operação, ela depende do impulsor giratório de alta-velocidade para permitir que o líquido adquira energia e aumente seu potencial de pressão sob o efeito da força centrífuga inercial. Antes de a bomba centrífuga começar a funcionar, o corpo da bomba e a tubulação de entrada devem ser preenchidos com meio líquido para evitar a ocorrência de cavitação.
Quando o impulsor gira rapidamente, as pás fazem com que o meio gire rapidamente. O meio rotativo é expelido do impulsor sob a ação da força centrífuga. Depois que a água dentro da bomba é descartada, uma área de vácuo se forma no centro do impulsor. Ao mesmo tempo, ele suga continuamente o líquido e fornece continuamente certa energia ao líquido-sugado e, em seguida, descarrega o líquido. Assim, a bomba centrífuga funciona continuamente desta forma.
A estrutura de uma bomba centrífuga
Existem muitos tipos de bombas centrífugas. Embora as estruturas dos vários tipos de bombas sejam diferentes, os componentes principais são basicamente os mesmos.
Os principais componentes de uma bomba centrífuga incluem: impulsor, eixo da bomba, carcaça da bomba, base da bomba, caixa de gaxeta (dispositivo de vedação), anel de vedação, carcaça do mancal, etc.
1. Impulsor
O impulsor é o componente funcional de uma bomba centrífuga. Ele consegue bombear líquidos girando em alta velocidade e realizando trabalho nos líquidos. É uma parte importante da bomba centrífuga.
O impulsor é geralmente composto pelo cubo, pelas pás e pela placa de cobertura. A placa de cobertura do impulsor é dividida em placa de cobertura frontal e placa de cobertura traseira. A placa de cobertura no lado de entrada do impulsor é chamada de placa de cobertura frontal e a placa de cobertura do outro lado é chamada de placa de cobertura traseira.
Quando a bomba centrífuga é iniciada, o eixo da bomba aciona o impulsor para girar em alta velocidade juntos. Isso força o líquido que foi pré{1}}preenchido entre as lâminas a girar. Sob a ação da força centrífuga inercial, o líquido se move radialmente do centro para a periferia do impulsor.
Durante o processo de fluxo através do impulsor, o líquido adquire energia, aumentando sua pressão estática e aumentando a velocidade do fluxo. Quando o líquido sai do impulsor e entra na carcaça da bomba, ele desacelera devido à expansão gradual dos canais de fluxo dentro da carcaça. Parte da energia cinética é convertida em energia de pressão estática e finalmente flui tangencialmente para a tubulação de descarga.
De acordo com as suas formas estruturais, os impulsores podem ser classificados nos três tipos seguintes.
(1) O impulsor fechado possui placas de cobertura em ambos os lados. Existem 4 a 6 lâminas entre as placas de cobertura. O impulsor fechado possui alta eficiência e é o tipo mais utilizado. É adequado para transportar líquidos limpos, sem partículas sólidas ou fibras.
(2) O impulsor-do tipo aberto não possui placas de cobertura em ambos os lados das pás. É adequado para o transporte de líquidos contendo grande quantidade de sólidos em suspensão. No entanto, a sua eficiência é relativamente baixa e a pressão do líquido transportado não é elevada.
(3) O impulsor do tipo sem{1}}aberto possui apenas uma placa de cobertura traseira. É adequado para transportar líquidos propensos à sedimentação ou que contenham matéria sólida em suspensão. Sua eficiência está entre a dos impulsores do tipo aberto e fechado.
2. Eixo da bomba
A principal função do eixo da bomba centrífuga é transmitir potência e apoiar o impulsor para mantê-lo na posição de trabalho e operar normalmente. Uma extremidade do eixo é conectada ao eixo do motor através de um acoplamento e a outra extremidade suporta o impulsor para movimento rotacional. O eixo está equipado com componentes como rolamentos e vedações axiais.
Os materiais comuns para eixos de bombas são aço carbono e aço inoxidável.
O impulsor e o eixo são conectados por uma chaveta. Como este método de conexão só pode transmitir torque, mas não pode fixar a posição axial do impulsor, na bomba, uma luva axial e uma porca de travamento são usadas para fixar a posição axial do impulsor.
Após o impulsor ser posicionado axialmente com a porca de travamento e a luva do eixo, para evitar que a porca de travamento se solte, é necessário evitar a reversão da bomba. Especialmente para bombas recém-instaladas ou bombas que foram desmontadas e reparadas, uma verificação do sentido de rotação deve ser realizada de acordo com os regulamentos para garantir a consistência com o sentido especificado.
3. Manga
A função da luva do eixo é proteger o eixo da bomba, convertendo o atrito entre a gaxeta e o eixo da bomba no atrito entre a gaxeta e a luva do eixo. Portanto, a luva do eixo é um componente-propenso ao desgaste da bomba centrífuga.
A superfície da luva do eixo também pode passar por tratamentos como cementação, nitretação, cromagem e pulverização. O requisito de rugosidade da superfície geralmente é necessário para atingir Ra3,2μm - Ra0,8μm. Isto pode reduzir o coeficiente de atrito e aumentar a vida útil.
4. Rolamentos
Os rolamentos desempenham a função de suportar o peso e a carga do rotor. Nas bombas centrífugas, os rolamentos são usados principalmente. O anel externo do rolamento está em um sistema de eixo base com o furo da caixa do rolamento, enquanto o anel interno está em um sistema de furo base com o eixo rotativo. As normas nacionais da categoria correspondente possuem valores recomendados e podem ser selecionados de acordo com circunstâncias específicas. Os rolamentos são geralmente lubrificados com graxa e óleo lubrificante.
5. Caixa de enchimento
Quando o eixo da bomba se projeta da carcaça da bomba, há uma folga entre o eixo e a carcaça. Em bombas centrífugas de-sucção simples, se nenhum dispositivo de vedação do eixo for usado nesta peça, a água de alta-pressão dentro da carcaça da bomba vazará em grandes quantidades. A caixa de gaxeta é um dos dispositivos de vedação de eixo comumente usados. A caixa de gaxeta é composta por cinco componentes: a luva de vedação do eixo, a gaxeta, o tubo de vedação de água, o anel de vedação de água e a tampa da gaxeta.
⒍蜗壳
A voluta é um canal de fluxo-em forma de espiral que aumenta gradualmente em área-de seção transversal da saída do impulsor até a entrada do impulsor do próximo estágio ou até o tubo de saída da bomba. O canal de fluxo se expande gradualmente e a saída tem a forma de um tubo difusor. Depois que o líquido flui para fora do impulsor, sua velocidade de fluxo pode ser reduzida suavemente, convertendo uma grande parte de sua energia cinética em energia de pressão estática.
As vantagens da voluta são que ela é fácil de fabricar, possui uma ampla zona de eficiência e a eficiência da bomba muda pouco após a usinagem do impulsor.
A desvantagem é que o formato da voluta é assimétrico. Ao usar uma única voluta, a pressão que atua radialmente no rotor não é uniforme, o que pode causar flexão do eixo. Portanto, em bombas multi-estágios, apenas a primeira e a última seções utilizam volutas, enquanto a seção intermediária adota um dispositivo de roda guia.
O material da voluta geralmente é ferro fundido. A voluta da bomba anti-corrosão é feita de aço inoxidável ou outros materiais-anticorrosivos, como plástico, fibra de vidro, etc. Para bombas multi-estágios, devido à alta pressão, os requisitos de resistência do material são maiores, e suas volutas são geralmente feitas de aço fundido.
⒎ Roda motriz
A roda guia é um disco estacionário com palhetas guia dianteiras enroladas em sua borda externa na parte frontal. Essas palhetas-guia formam uma série de canais de fluxo-em forma de difusor. Na parte traseira, existem palhetas-guia reversas que direcionam o líquido para a entrada do impulsor do próximo estágio. Depois que o líquido é ejetado do impulsor, ele flui suavemente para a roda guia e continua a fluir para fora ao longo das palhetas guia dianteiras, com sua velocidade diminuindo gradualmente e a maior parte de sua energia cinética sendo convertida em energia de pressão estática.
A folga unilateral radial entre o impulsor e as palhetas guia é de aproximadamente 1 mm. Se a folga for muito grande, a eficiência diminuirá; se for muito pequeno, causará vibração e ruído. Em comparação com a voluta, a carcaça da bomba centrífuga segmentada de múltiplos-estágios com rodas guia é mais fácil de fabricar e possui maior eficiência de conversão de energia. Porém, sua instalação e manutenção são mais difíceis que a da voluta.
16. Anel de vedação
Para reduzir vazamentos internos e proteger a carcaça da bomba, um anel de vedação substituível é instalado na carcaça correspondente à entrada do impulsor. A folga radial entre o furo interno do anel de vedação e o círculo externo do impulsor está geralmente entre 0,1 e 0,2 mm. Após o desgaste do anel de vedação, a folga radial aumenta, resultando na diminuição do volume de descarga de líquido da bomba e na redução da eficiência. Quando a folga de vedação ultrapassar o valor especificado, é necessário substituí-la a tempo.
As formas estruturais do anel de vedação são de três tipos:
Tipo-de anel plano, com estrutura simples e fácil fabricação, mas com baixo efeito de vedação;
O anel de vedação do tipo -ângulo reto permite que o vazamento de líquido passe através de um canal de 90 graus, resultando em um melhor efeito de vedação em comparação com o tipo de anel-plano. É amplamente utilizado.
O anel de vedação labirinto tem um bom efeito de vedação, mas sua estrutura é complexa e sua fabricação é difícil. Portanto, raramente é usado em bombas centrífugas.
O processo de trabalho de uma bomba centrífuga
Antes de ligar a bomba, encha primeiro a bomba com o líquido a ser transportado.
2. Após a partida da bomba, o eixo da bomba aciona o impulsor para girar em alta velocidade, gerando força centrífuga. Sob esta força, o líquido é lançado do centro do impulsor para a periferia do impulsor, a sua pressão aumenta e flui para o corpo da bomba a uma velocidade muito elevada (15-25 m/s).
3. Na carcaça da bomba, à medida que o canal de fluxo se expande continuamente, a velocidade do fluxo do líquido diminui, fazendo com que a maior parte da energia cinética seja convertida em energia de pressão. Finalmente, o líquido sai da porta de descarga com uma pressão estática relativamente alta e entra na tubulação de descarga.
4. Após a expulsão do líquido dentro da bomba, forma-se um vácuo no centro do impulsor. Sob a diferença de pressão entre a pressão da superfície do líquido (pressão atmosférica) e a pressão no interior da bomba (pressão negativa), o líquido entra na bomba através da tubulação de sucção e preenche a posição onde o líquido foi expelido.
Classificação de bombas centrífugas
Os produtos de bombas centrífugas são geralmente classificados de acordo com suas características estruturais. Existem vários métodos de classificação, incluindo seis tipos: classificados pela pressão de trabalho, pelo número de impulsores em funcionamento, pela forma como o impulsor absorve a água, etc.
⒈ De acordo com a pressão de trabalho:
Bomba-de baixa pressão: a pressão é inferior a 100 metros de coluna de água.
Bomba de média-pressão: A pressão varia de 100 a 650 metros de coluna d’água.
Bomba-de alta pressão: a pressão é superior a 650 metros de coluna de água.
2. De acordo com o número de impulsores em funcionamento:
Bomba-de estágio único: refere-se a uma bomba em que há apenas um impulsor no eixo da bomba.
Bomba-multiestágio: esse tipo de bomba possui dois ou mais impulsores em seu eixo. Neste caso, a altura manométrica total da bomba é a soma das alturas manométricas geradas por cada um dos n impulsores.
3. De acordo com o método de entrada de água do impulsor:
Bomba de entrada de água-única-: também conhecida como bomba-de sucção única, significa que há apenas uma porta de entrada de água no impulsor.
Bomba de sucção bidirecional: também conhecida como bomba de sucção-dupla, possui uma porta de entrada em ambos os lados do impulsor. Sua vazão é duas vezes maior que a de uma única-bomba de sucção. Ele pode ser considerado aproximadamente como dois-impulsores de bomba de sucção únicos colocados-com-de volta.
4. De acordo com a posição do eixo da bomba:
Bomba horizontal: O eixo da bomba está na posição horizontal.
Bomba vertical: O eixo da bomba está na posição vertical.
5. De acordo com a forma da junta da carcaça da bomba:
Bomba bipartida horizontal: É aquela onde a costura da junta é aberta no plano horizontal que passa pelo eixo.
Bomba de superfície articular vertical: Refere-se a uma bomba onde a superfície articular é perpendicular à linha do eixo.
6. O método para direcionar a água que sai do impulsor em direção à câmara de descarga:
Bomba da carcaça: Depois que a água sai do impulsor, ela entra diretamente na carcaça da bomba, que tem formato espiral.
Bomba de palhetas-guia: Depois que a água sai do impulsor, ela entra nas palhetas-guia colocadas fora do impulsor e, em seguida, prossegue para o próximo estágio ou flui para o tubo de saída.
⒎ De acordo com os diferentes meios transportados, as bombas centrífugas podem ser classificadas como: bombas de água, bombas de óleo, bombas-resistentes à corrosão, etc.
Cavitação e bloqueio de vapor
Fenômeno de erosão
A partir do princípio de funcionamento da bomba centrífuga, pode-se saber que depois que o líquido entre as pás é ejetado do impulsor giratório de alta-velocidade, uma área de baixa-pressão é formada perto da entrada do impulsor. Quando a pressão na entrada do impulsor for igual ou inferior à pressão de vapor saturado pV do líquido transportado na temperatura operacional, o líquido nesta área irá vaporizar e formar bolhas. Quando as bolhas viajam com o líquido para a área de alta-pressão, elas condensarão rapidamente devido à pressão.
No momento da condensação das bolhas, forma-se um vácuo local. O líquido circundante corre em alta velocidade em direção ao espaço anteriormente ocupado pela bolha, causando impacto e vibração, resultando em uma força de impacto significativa. Especialmente quando o ponto de condensação da bolha está próximo da superfície da lâmina, numerosas partículas líquidas impactam a lâmina em alta frequência e pressão; ao mesmo tempo, a bolha também pode conter uma pequena quantidade de oxigênio e outras substâncias que têm um efeito químico corrosivo nos materiais metálicos. Sob a ação combinada de impacto contínuo e corrosão química, a superfície da lâmina é danificada, formando manchas e rachaduras, o que levará ao dano prematuro da lâmina. Este fenômeno é chamado de cavitação em bombas centrífugas.
O fenômeno da ligação de gases
Quando uma bomba centrífuga é acionada, se houver ar na bomba, devido à baixa densidade do ar, a força centrífuga gerada após a rotação é pequena. Como resultado, a baixa pressão formada na área central do impulsor é insuficiente para sugar o líquido. Mesmo que a bomba centrífuga seja ligada, ela não poderá completar a tarefa de transporte. Este fenômeno é denominado "bloqueio de ar".
Isso indica que a bomba centrífuga não tem capacidade de-ferragem automática. Portanto, antes de ligar a bomba centrífuga, ela deve ser abastecida com o líquido a ser transportado. Obviamente, se a entrada de sucção da bomba centrífuga for colocada abaixo do nível do líquido transportado, o líquido fluirá automaticamente para a bomba. Este é um caso especial. A tubulação de sucção da bomba centrífuga é equipada com uma válvula inferior para evitar que o líquido que foi preenchido antes de começar a fluir para fora da bomba. A tela do filtro pode evitar que substâncias sólidas no líquido sejam sugadas e bloqueiem as tubulações e o tubo de descarga da carcaça da bomba. A válvula reguladora instalada na tubulação de descarga é utilizada para ligar a bomba, parar a bomba e regular a vazão.
Da perspectiva das diferentes causas de cavitação e bloqueio de vapor:
A ligação de ar refere-se à presença de ar dentro do corpo da bomba. Geralmente ocorre quando a bomba é ligada. A principal manifestação é que o ar de dentro do corpo da bomba não foi totalmente removido. Já a cavitação é causada pelo líquido atingir sua pressão de vaporização a uma determinada temperatura. Percebe-se que está intimamente relacionado ao meio transportado e às condições de trabalho.
Os seguintes métodos podem ser usados para prevenir a ocorrência do fenômeno de bloqueio de ar:
1. Antes de começar, encha a concha com líquido. Garanta uma vedação hermética na carcaça. A válvula de enchimento de água e o chuveiro não devem vazar. O desempenho da vedação deve ser bom.
2. A tubulação de sucção da bomba centrífuga está equipada com uma válvula inferior para evitar que o líquido que foi bombeado antes da partida flua de volta para a bomba. A tela do filtro pode evitar que partículas sólidas do líquido sejam sugadas. A tubulação de descarga é equipada com uma válvula reguladora que é usada para iniciar e parar a bomba e regular a vazão.
3. Coloque a entrada de sucção da bomba centrífuga abaixo do nível do líquido para onde o líquido precisa ser transportado. O líquido fluirá automaticamente para a bomba.
As causas e soluções da ocorrência de cavitação
As principais causas da cavitação são:
1. A resistência da tubulação de entrada é muito alta ou a tubulação é muito fina.
2. A temperatura do meio transportado está muito alta;
3. Fluxo excessivo, ou seja, a válvula de saída está muito aberta;
4. A altura de instalação é muito alta, o que afeta a capacidade de entrada de líquido da bomba.
5. Questões de seleção, incluindo a seleção de bombas e a seleção de materiais de bomba, etc.
Solução:
1. Remova objetos estranhos da tubulação de entrada para garantir um fluxo suave ou aumente o diâmetro da tubulação.
2. Reduzir a temperatura do meio transportado;
3. Reduza a altura de instalação;
4. Substitua a bomba ou faça melhorias em determinados componentes da bomba, como usar materiais resistentes à cavitação.
