Menu

Pompy wirowe

Definicja pomp wirowych

Pompy wirowe należą do grupy maszyn wirnikowych. Ich zasada działania polega na zwiększaniu krętu cieczy w wirniku (tj. organie roboczym) zaopatrzonym w łopatki i obracającym się ze stałą prędkością obrotową. Ciecz stale przepływająca przez wirnik podlega działaniu siły odśrodkowej lub działaniu siły wyporu łopatek, albo obu tych sił łącznie. W ten sposób energia silnika jest przekazywana cieczy za pośrednictwem wirnika, powodując w niej wzrost energii ciśnienia i energii kinetycznej. Po wyjściu cieczy z wirnika następuje dalsza przemiana jej energii kinetycznej w energię ciśnienia. Przyrost energii kinetycznej i ciśnienia w pompie jest zależny od konstrukcji wirnika i jego prędkości obrotowej. W odróżnieniu od pomp wyporowych przyrost wysokości podnoszenia w pompie wirowej jest zależny od wydajności.

Podział pomp wirowych

W zależności od kierunku przepływu cieczy przez wirnik pompy wirowe dzielimy na:

odśrodkowe - o promieniowym przepływie cieczy,
helikoidalne i diagonalne (promieniowo-osiowe) - o przepływie ukośnym.
śmigłowe - o przepływie osiowym.
W zależności od ilości stopni pompy można dalej dzielić na:

- jednostopniowe

- wielostopniowe

 Ze względu na położenie wału pompy wirowe dzielimy na pompy o wale poziomym  i pionowym. Pompy wirowe są to maszyny wysokoobrotowe i dlatego przeważnie sprzęga się je bezpośrednio z silnikami szybkobieżnymi; z silnikiem elektrycznym, turbiną parową lub gazową. Prędkość obrotowa pomp wirowych wynosi zwykle 500-3000 obr/min, a przy napędzie turbina parową 5000-12 000 obr/min.

 

Budowa i zasada działania pomp wirowych

W pompach wirowych obracający się wirnik, dzięki odpowiedniemu wyprofilowaniu łopatek, wprawia cząstki wody znajdujące się w przestrzeniach międzyłopatkowych w ruch od strony ssawnej ku stronie tłocznej. Zasysana woda, przepływając pomiędzy przestrzeniami międzyłopatkowymi wirnika, zyskuje pewną energię kinetyczną prędkości), ulegającą częściowej przemianie w energię ciśnienia.

 

W zależności od kierunku przepływu wody przez wirnik (przestrzenie międzyłopatkowe) rozróżnia się:
pompy odśrodkowe —o przepływie odśrodkowym w płaszczyźnie prostopadłej
do osi wirnika (lub zbliżonej do prostopadłej),
pompy helikoidalne —o przepływie ukośnym i obwodowym kanale zbiorczym pompowanej wody,
pompy diagonalne —także o ukośnym przepływie w obrębie wirnika, lecz po wypływie z niego dalszy przepływ wody jest zgodny z kierunkiem osiowym,
pompy śmigłowe (osiowe) —o przepływie osiowym przez wirnik.

pompwi01.jpg

 

 

Rys.1 Schemat pomp wirowych a) pompa odśrodkowa, b) helikoidalna, c) diagonalna, d) śmigłowa

 

Pompy wirowe mogą znajdować się poniżej lub powyżej zwierciadła cieczy w zbiorniku czerpalnym. Uruchomienie pompy wirowej znajdującej się powyżej zwierciadła cieczy w zbiorniku czerpalnym, bez uprzedniego napełnienia jej i przewodu ssawnego cieczą pompowaną oraz odpowietrzenia jej wnętrza, nie jest możliwe.
Jedynie pompy samozasysające mogą się samoczynnie odpowietrzyć i napełnić pompowaną cieczą.
Pompy wirowe przeznaczone do podnoszenia cieczy z dużych głębokości noszą nazwę głębinowych. W zależności od położenia silnika dzielą się one na:
–pompy wałowe,
–pompy z zatopionym silnikiem elektrycznym.

Przykłady konstrukcji pomp wirowych


Pompa jednostopniowa odśrodkowa. Pompy jednostopniowe mają wirnik przewieszony tj. umieszczony na końcu wału za łożyskiem. Zamiana energii kinetycznej cieczy opuszczającej wirnik 2 na energię ciśnienia jest realizowana najprzód w kanałach dyfuzorowych łopatek kierowniczych odśrodkowych 1, umieszczonych w osłonie za wirnikiem. Z kierownicy odśrodkowej ciecz wypływa do osłony spiralnej 3, stanowiącej kanał zbiorczy; tam zachodzi dalsza zamiana prędkości na ciśnienie. Podstawowymi elementami pompy są: wirnik, wał, kierownica, dławica oraz kadłub z komorą zbiorczą.Wirniki są zwykle odlewane z żeliwa razem z łopatkami, dla większych prędkości obwodowych - ze staliwa, z brązu lub stopów lekkich. W pompach niskiego ciśnienia stosuje się zwykle tylko komorę spiralną, stanowiącą część kadłuba. Po obróbce wirnik wymaga starannego wyrównoważenia dla uniknięcia drgań w czasie pracy. Uszczelnienie kadłuba w miejscu przejścia przezeń wału pompy zapewnia dławnica. Jako szczeliwa używa się bawełny nasyconej łojem - w przypadku pompy do wody zimnej, a azbestu nasyconego grafitem i łojem - dla cieczy o podwyższonych temperaturach. Uszczelnienia wirnika w kadłubie zapobiegają zbytniemu przeciekowi cieczy z powrotem do wlotu wirnika. Wykonywane są one w postaci wymiennych brązowych pierścieni uszczelniających.
pompwi02.jpg

Rys.2 Pompa odśrodkowa jednostopniowa pozioma, wysokociśnieniowa

  1. Kierownica łopatkowa
  2. Wirnik
  3. Osłona spiralna
  4. Wał
  5. Dławica
  6. Kadłub
  7. Stojak łożyskowy
  8. Pierścienie uszczelniające wirnik
  9. Króciec wlotowy
  10. Króciec wylotowy


Pompa promieniowa z wirnikiem dwustrumieniowym. Pompy tego typu są stosowane do małych i średnich ciśnień przy większych wydajnościach. Zaletą takiego rozwiązania jest zachowanie właściwych proporcji wirnika w tych warunkach, brak naporu osiowego i zmniejszenie strat nieszczelności ze względu na brak organu odciążającego.

pompwi03.jpg

 

Odśrodkowa pompa wielostopniowa zasilająca
Jeśli wysokość podnoszenia jest duża, dzieli się ją pomiędzy kolejne stopnie pompy. Stopień pompy tworzą: wirnik 1, wieniec łopatek kierowniczych odśrodkowych 2, przewał oraz wieniec łopatek kierowniczych dośrodkowych 3, kierujących ciecz do wlotu następnego stopnia. Poszczególne wirniki pompy wielostopniowej mają zwykle identyczną budowę. W pompach wysokociśnieniowych stosuje się kadłuby jednolite (garnkowe) lub członowe. Poszczególne człony kadłuba są tu połączone śrubami ściągowymi (kotwy) łącznie z kadłubami wlotowym i wylotowym. Pompy zasilające mają bardzo wysokie parametry pracy; ciśnienie tłoczenia do 40Mpa przy wydajności do 2000 m3/h, temperaturze pompowanej wody do 260 stopni C i zapotrz3ebowaniu mocy do 23 MW.

pompwi04.jpg
Rys.4 Pompa zasilająca wielostopniowa z kadłubem członowym
Stopień pompy tworzą:

  1. Wirnik
  2. Przewał
  3. Kierownica dośrodkowa

 

W każdej pompie wirowej powstaje napór osiowy na wirnik, wywołany różnicą ciśnień po obu jego stronach. Wypadkowa siła osiowa pochodzącą od naporu działa w kierunku wlotu wirnika (przeciwnym do kierunku dopływu cieczy do wirnika). Siła ta jest proporcjonalna do wysokości podnoszenia i np. w wysokoprężnych pompach zasilających może wynosić kilkaset kN. Istnieje kila sposobów zrównoważenia tej siły, kiedy nie wystarcza już wyłącznie łożysko oporowe. Przy zastosowaniu pierścieni uszczelniających po obu stronach wirnika oraz otworów w jego tylnej ścianie siła osiowa zmniejsza się o ok. 70%. Podobny skutek powodują żebra umieszczone na tylnej ścianie wirnika, tworzące jakby nowy wirnik - stosowane w pompach do cieczy agresywnych i zanieczyszczonych, chroniące dodatkowo dławnicę przez odsysanie cieczy z jej obszaru. W pompach wielostopniowych jest niekiedy stosowany przeciwny kierunek przepływu w połowie wirników, co znosi prawie całkowicie siłę osiową. Przykładem może tu być pompa z wirnikiem dwustrumieniowym. W pompach na wyższe ciśnienie stosuje się tarcze odciążającą, umieszczoną na wale za ostatnim stopniem. Ciśnienie tłoczenia wywiera na tarcze nacisk równy łącznej sile osiowej, lecz przeciwnie skierowany. Układ wirujący ma swobodę przesuwu osiowego, co umożliwia samonastawienie się układu odciążającego i zrównoważenie się obu sil. Konstrukcja pomp helikoidalnych nie różni się zasadniczo od pomp odśrodkowych (oczywiście poza kształtem wirnika).

 

 



 

 

(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});