Износ центробежных насосов
Центробежные насосы иногда используются в средах, где перекачиваемый продукт содержит взвешенные твердые частицы. В то время как некоторые насосы специально разработаны для работы с твердыми веществами или шламами, обычные центробежные насосы не содержат функций для предотвращения снижения производительности из-за воздействия твердых тел.
Есть несколько основных признаков того, что обычный центробежный насос подвержен эрозионному и абразивному износу. Ниже приведены стратегии оценки и смягчения последствий, которые следует учитывать и применять в таких случаях.
Частицы представляют собой проблему в центробежном насосе из-за того, как машина увеличивает скорость жидкости, когда она проходит вверх по каналам рабочего колеса. Как правило, чем выше скорость на конце крыльчатки, тем больше энергии передается любой частице, взвешенной в жидкости. Затем эта энергия может нанести ущерб всему, на что она воздействует.
Изображение 1. Скорость частиц напрямую связана со скоростью вращения крыльчатки. (Изображения предоставлены Гидро, ООО.)В общих чертах, потери материала в результате эрозии определяются скоростью частицы в кубе (уравнение 1).
Уравнение 1:
Эрозия = ХС3
C - скорость частицы
X – коэффициент, основанный на жидкости
накачан
Скорость частицы напрямую связана со скоростью кончика крыльчатки (изображение 1). Снижение скорости наконечника машины оказывает значительное влияние на скорость частиц и, следовательно, на эрозионную энергию.
Скорость наконечника = πD2n/60
В частности, это влияет на частицы, выходящие из рабочего колеса при высокоскоростном ударе о кромки улитки насоса, вызывая эрозионное повреждение.
Когда высокоэнергетическая частица проходит от крыльчатки к кромке улитки, возникает очень специфический характер повреждения. Повреждение обычно концентрируется в месте пересечения выступа улитки корпуса и боковой стенки корпуса. Частицы, ударяющиеся о центр выступа улитки, уносятся в средний поток, и время их контакта с выступом ограничено (рис. 2).
Изображение 2. Иллюстрация износа кромки улитки
Частицы, которые ударяются о выступ улитки рядом с боковой стенкой, попадают под влияние двойного пограничного слоя, который существует между выступом и боковой стенкой. Эти частицы не сразу переходят в среднелинейный поток и начинают вращаться (рис. 3).
Изображение 3. Представление движения частиц, иллюстрирующее пристенный и средний поток.
Другие области также подвержены износу и обычно связаны с малым зазором кольцевого уплотнения износа. Существует два типа абразивного/эрозионного износа, которые увеличивают зазор компенсационного кольца и ухудшают работу насоса.
Изображение 4 (слева). Частицы проходят через зазор компенсационного кольца под действием перепада давления, и их форма и направление воздействуют на поверхности компенсационного кольца, увеличивая зазоры. Изображение 5 (справа). Если зазоры компенсационных колец меньше максимального размера частиц, материал удаляется из зазора.Кольца износа также играют важную роль в другой распространенной форме износа, возникающем в боковых стенках спирального корпуса. Одной из основных функций компенсационных колец является создание ограничительного кольцевого пространства между различными режимами давления в центробежном насосе. Из-за этой функции одна сторона компенсационного кольца работает при более высоком давлении, чем другая. Перепад давления в кольцевом кольце направляет жидкость через зазор компенсационного кольца.
Этот эффект имеет свойства жесткости, которые улучшают динамику ротора машины. В эрозионной среде это может привести к определенному характеру повреждения из-за износа. Поскольку жидкость, выходящая из кольцевого пространства компенсационного кольца, впрыскивается в канал низкого давления, неся частицы с более высокой энергией, вместе с ней частицы ударяются о боковую стенку корпуса и врезаются в границу давления. Это известно как повреждение вихрем Тейлора.
Тактика ограничения износа
Ограничение скорости наконечника в тех случаях, когда частицы могут присутствовать в перекачиваемой жидкости, ограничивает ущерб. Если скорость наконечника не может быть ограничена, выберите машину с большим зазором между внешним диаметром рабочего колеса и кромкой улитки. Это дает время/расстояние/скорость воздействовать на любые частицы, тем самым снижая их скорость до того, как они ударятся об обсадную колонну.
Измените губы улитки. За счет профилирования улитки в форме подковы можно ограничить износ, наблюдаемый в месте пересечения между кромкой и боковой стенкой корпуса. Большой гладкий радиус на кромке означает, что последствия двойного пограничного слоя, который удерживает частицы и заставляет их вращаться из-за проходящего потока, сведены к минимуму, поскольку частицы выталкиваются в средний поток за счет геометрии радиуса и нельзя застрять в угловых перекрестках (Изображение 6).
Изображение 6. Модификация улитки для уменьшения повреждений
Покрытия могут быть полезны в борьбе с абразивным износом, но требуется опытный глаз, чтобы гарантировать, что правильный тип покрытия наносится в нужных областях на основе оценки наблюдаемого повреждения. Покрытие с высокой прочностью сцепления и высокой твердостью при нанесении в сочетании с другими методами, упомянутыми в этой статье, может эффективно ограничить повреждение.
Частицы, присутствующие в жидкостях центробежного насоса, могут привести к повреждению и снижению производительности. Некоторые повреждения по-прежнему неизбежны, но изменение геометрии в сочетании с твердыми покрытиями увеличивает срок службы и надежность насоса.