離心泵的工作原理:在驅(qū)動機作用下,通過高速旋轉(zhuǎn)的葉輪中的葉片,撥動泵殼體內(nèi)的液體旋轉(zhuǎn),使液體產(chǎn)生離心力,離心力使液體產(chǎn)生動能和壓能,實現(xiàn)機械能向液壓能的轉(zhuǎn)化。
離心泵在兩種情況下會出現(xiàn)反轉(zhuǎn):驅(qū)動機接線錯誤引起的反轉(zhuǎn)和驅(qū)動機出現(xiàn)故障停機而引起的反轉(zhuǎn)。在此,將前者定義為“主動反轉(zhuǎn)”,后者定義為“被動反轉(zhuǎn)”。
首先,需要明確兩個概念:反向旋轉(zhuǎn)和反向流動。反向旋轉(zhuǎn)是指葉輪的旋轉(zhuǎn)方向相反。這可能是由于接線連接錯誤導致驅(qū)動電機的方向錯誤造成的。
現(xiàn)以蝸殼式泵為例,看看反轉(zhuǎn)時對離心泵有何影響。
在主動反轉(zhuǎn)的情況下,泵的運行(如果設計時考慮了防松措施、軸承和機械密封運轉(zhuǎn)無方向性要求)基本上沒有區(qū)別。這意味著泵仍會繼續(xù)沿正向流動方向?qū)⒘黧w從低壓吸入側(cè)輸送到高壓排出側(cè),但不會產(chǎn)生原始設計所需要的流量。同時,盡管液體流動方向未變,然而因原先的后彎式葉輪葉片變成了前彎式葉輪葉片,液體流動中會出現(xiàn)堵塞,揚程會發(fā)生劇烈變化,壓力下降很多,且影響排出。
這是由于泵的漸開線外殼的原始設計和出口管的位置而引起的。蝸殼和出口管是根據(jù)“泵的旋轉(zhuǎn)方向”設計和定位的,該方向是為特定設計預先確定的。
使用的葉輪類型(開式、半開式或閉式)和按照原始泵規(guī)格設計的蝸殼將導致?lián)P程及流量特性的實際差異會因泵而異,通常,反轉(zhuǎn)揚程不超過正轉(zhuǎn)揚程的一半。
毫無疑問,反轉(zhuǎn)改變了液體的流動狀態(tài)(盡管流向仍然是正向的),并導致流動室內(nèi)出現(xiàn)汽泡等,最終影響泵的效率且影響排出。在蝸殼的大部分區(qū)域可能會觀察到汽蝕現(xiàn)象,因此揚程會受到非常大的影響。
但就基本泵送動作而言,泵仍將繼續(xù)以正向排出方向泵送液體。
這種情況可能出現(xiàn)在系統(tǒng)特性曲線具有高靜壓頭的系統(tǒng)中,也有可能出現(xiàn)在并聯(lián)運行的離心泵中。當驅(qū)動設備發(fā)生故障、泵出口管路打開時,流體將反向流經(jīng)泵,并推動轉(zhuǎn)子反向旋轉(zhuǎn)。反向旋轉(zhuǎn)速度通常明顯高于泵的正常運行速度,這取決于系統(tǒng)條件(特別是目前的壓頭)和泵的比轉(zhuǎn)速。徑向流泵的反轉(zhuǎn)速度通常比泵的運行速度高約25 %,而軸流泵的反轉(zhuǎn)速度可能會高出100 %。
如果使用緩慢關閉的閥門而不是止回閥來防止浪涌壓力,也會出現(xiàn)被動反轉(zhuǎn)的情況。允許回流的液體流過離心泵。
如果浪涌壓力是由于驅(qū)動機斷電而未安裝止回閥,泵轉(zhuǎn)子也會反轉(zhuǎn)。此時,必須考慮只能以一個方向旋轉(zhuǎn)的滑動軸承和機械密封所帶來的風險。
如果回流的液體接近其沸點,它將會在泵或其出口側(cè)節(jié)流裝置中汽化。當出現(xiàn)汽、液兩相流時,反向旋轉(zhuǎn)速度之比可能上升到一個危險的高值(它是液體/蒸汽密度比平方根的函數(shù))。
如果在離心泵高速反轉(zhuǎn)時開啟電動機,則泵組的啟動轉(zhuǎn)矩很大,啟動時間也將大大延長。對于異步電機,建議在此條件下關注電動機的附加溫升;而對于泵來說,應特別關注附加轉(zhuǎn)矩對軸及聯(lián)軸器強度的影響。
只有采取適當?shù)拇胧?,才能防止反轉(zhuǎn)速度過高導致泵組的損壞。
1) 如果離心泵在運行過程中可能存在反轉(zhuǎn)時,轉(zhuǎn)子部件(如葉輪、軸承螺母)應考慮防松措施,以免反轉(zhuǎn)時零部件松動脫落。
2) 應注意反轉(zhuǎn)時對(流體動壓)軸承的潤滑是否有不利影響。
3) 注意:帶有泵送環(huán)的機械密封具有旋轉(zhuǎn)方向性。
2) 在管道中安裝可靠的自動關閉止回閥(例如旋啟式止回閥)。