I. Siurblių apibrėžimas ir apžvalga
Siurblys, kaip plačiai naudojamas mechaninis įrenginys įvairiose srityse, jo pagrindinė funkcija yra transportuoti skysčius (pvz., vandenį, alyvą ir kt.) iš vienos vietos į kitą. Su siurblio pavara skysčiai gali efektyviai ir stabiliai atlikti transportavimo užduotį, tenkindami įvairius gamybos ir gyvenimo poreikius.
Siurblys yra mechaninis įrenginys, naudojamas įvairiems skysčiams transportuoti. Jo taikymo sritis yra plati, apimanti vandenį, alyvą, rūgščių ir šarmų tirpalus, emulsijas, suspensijas, skystus metalus ir kt. Be to, pavarų alyvos siurbliai taip pat gali transportuoti skystų -dujų mišinius ir skysčius, kuriuose yra suspenduotų kietųjų medžiagų.
Siurbliai gali būti suskirstyti į tris pagrindines kategorijas pagal jų veikimo principus: darbinio tūrio siurbliai, sparnuotės siurbliai ir kitų tipų siurbliai. Verta paminėti, kad povandeninių siurblių klasifikacija yra įvairesnė. Be klasifikavimo pagal veikimo principą, jie taip pat gali būti suskirstyti į kategorijas ir pavadinti pagal vairavimo būdą, struktūrą, paskirtį ir gabenamo skysčio pobūdį.
Įvairiuose siurblio veikimo parametruose yra sudėtingų, tarpusavyje susijusių pokyčių, ir šiuos ryšius galima intuityviai parodyti charakteristikų kreivėmis. Kiekvienas siurblys turi savo unikalią charakteristikų kreivę, atspindinčią jo specifines veikimo charakteristikas. Kaip mechaninis įtaisas skysčiams transportuoti arba skysčių slėgiui didinti, siurblys perduoda skysčiui pagrindinio variklio mechaninę energiją arba kitą išorinę energiją, taip padidindamas skysčio energiją.
II. Siurblio apibrėžimas ir istorinė kilmė
Siurblys – mechaninis įtaisas skysčiams transportuoti ar skysčių slėgiui didinti – turi istoriją, siekiančią senovės laikus. Apskritai, siurblys naudojamas ne tik skysčiams transportuoti, bet ir tam tikrus mechaninius įrenginius, specialiai sukurtus dujoms transportuoti. Perduodamas pagrindinio variklio mechaninę ar kitų šaltinių energiją skysčiui, siurblys padidina skysčio energiją.
Didėjantis vandens kėlimo žmonių poreikis paskatino įvairių vandens kėlimo įrenginių atsiradimą. Pavyzdžiui, grandininis siurblys Egipte buvo išrastas maždaug 1700 m. pr. Kr., o Kinija turėjo senovinius vandens kėlimo įrankius, tokius kaip svirtys, vėjaračiai ir vandens ratai. Senovės Graikijoje Archimedas išrado sraigtinį strypą III amžiuje prieš Kristų, padėdamas pamatą vėlesnei siurblių technologijai.
Laikui bėgant senovės graikų meistras Ktesibijus išrado primityvų stūmoklinį siurblį - gaisro gesinimo siurblį - maždaug 200 m. pr. Kr. Tada, 1588 m., buvo užfiksuotas 4 ašmenų slankiojančio mentelės siurblys, žymintis pradinį rotacinio siurblio kūrimą. Iki 1689 m. prancūzas D. Papanas toliau kūrė naujoves ir išrado spiralinį išcentrinį siurblį su 4 ašmenų sparnuotėmis.
XVIII amžiuje JAV iš eilės atsirado išcentriniai siurbliai su radialinėmis tiesiomis mentėmis, pusiau -atviromis dvigubo-siurbimo sparnuotėmis ir spiralėmis, taip pat stūmokliniai siurbliai, tiesiogiai varomi garais. Šios naujovės prisidėjo prie šiuolaikinės siurblių technologijos formavimo ir plėtros.
Nuolat tobulėjant technologijoms, 1840–1850 m. HR Worsington iš Jungtinių Valstijų išrado tiesioginio-garinio veikimo stūmoklinį siurblį, kurio siurblio cilindras ir garo cilindras buvo išdėstyti vienas priešais kitą ir padėjo pagrindą šiuolaikinių stūmoklinių siurblių tobulinimui. O 1851–1875 m., kai atsirado daugiapakopiai išcentriniai siurbliai, buvo galima sukurti aukšto- aukšto išcentrinius siurblius.
Nuo to laiko nuolat atsiranda įvairių naujų siurblių tipų, kurių efektyvumas palaipsniui gerėja, o našumo ir pritaikymo sritys taip pat tapo vis platesnės.
III. Siurblių klasifikacija
Siurbliai, kurie yra plačiai naudojami įvairiose srityse, yra įvairių tipų ir klasifikuojami įvairiais būdais. Pagal veikimo principus siurblius galima suskirstyti į tris kategorijas:
Pirma, yra tūrinis siurblys, taip pat žinomas kaip sparnuotės siurblys arba mentinis siurblys. Šio tipo siurblys naudoja besisukančią sparnuotės jėgą skysčiui, nuolat perduodant energiją skysčiui ir didinant jo kinetinę energiją bei slėgį. Vėliau kinetinė energija per išleidimo kamerą paverčiama slėgio energija. Teigiamo tūrio siurbliai apima išcentrinius siurblius, ašinio srauto siurblius, dalinio srauto siurblius ir sūkurinius siurblius.
Kitas tipas yra tūrinis siurblys. Šio tipo siurblys perduoda energiją periodiškai keisdamas sandarios darbo erdvės tūrį, taip padidindamas skysčio slėgį ir priversdamas jį išleisti. Tūriniai siurbliai gali būti toliau skirstomi į stūmoklinius siurblius ir sukamuosius siurblius pagal darbinių elementų judėjimo formą.
Be to, yra ir kitų tipų siurblių, kurie energiją perduoda unikaliais būdais. Pavyzdžiui, reaktyviniai siurbliai remiasi dideliu-greičiu darbinio skysčio srove, kad įsiurbtų ir sumaišytų transportuojamą skystį, o energija perduodama keičiantis impulsams; diafragminiai siurbliai ir vandens plaktuko siurbliai naudoja vandens plaktuko efektą stabdymo metu, kad perduotų energiją; o elektromagnetiniai siurbliai užtikrina skysčio transportavimą skysto metalo srautu veikiami elektros srovės ir elektromagnetinės jėgos.
Be to, siurbliai gali būti toliau klasifikuojami pagal transportuojamo skysčio savybes, varymo būdą, struktūrą ir paskirtį.
IV. Siurblių pritaikymas įvairiose srityse
Siurblių veikimo spektras yra platus – nuo milžiniškų siurblių, kurių debitas siekia kelis šimtus tūkstančių kubinių metrų per valandą, iki miniatiūrinių siurblių, kurių debitas mažesnis nei keli decilitrai per valandą; jų slėgio diapazonas taip pat gali skirtis nuo normalaus slėgio iki 19,61 Mpa (200 kgf/cm2) ar daugiau. Be to, skiriasi ir gabenamo skysčio temperatūra bei tipas, pvz., vanduo (švarus vanduo, nuotekos ir kt.), aliejus, rūgštys ir bazės, suspensijos, skysti metalai ir kt.
Chemijos ir naftos sektorių gamyboje siurbliai atlieka itin svarbų vaidmenį. Kadangi žaliavos, pusgaminiai ir gatavi produktai dažniausiai yra skysčiai, šiuose sudėtinguose procesuose siurbliai ne tik transportuoja skysčius, bet ir užtikrina cheminėms reakcijoms reikalingą slėgį ir srautą. Tuo pačiu metu jie taip pat naudojami daugelyje prietaisų temperatūrai reguliuoti.
Žemės ūkio gamyboje siurbliai yra pagrindinė drėkinimo ir drenažo technika. Mūsų šalies kaimo vietovės yra didžiulės, o žemės ūkio produkcijai palaikyti kasmet reikia daug siurblių. Paprastai tariant, žemės ūkio siurbliai sudaro pusę visos siurblių galios.
Kasybos ir metalurgijos pramonė taip pat yra svarbios siurblių taikymo sritys. Šiose pramonės šakose tokiems procesams kaip kasyklų drenažas, mineralų apdirbimas, lydymas ir valcavimas reikalingas siurblių palaikymas.
Energetikos sektoriuje, nesvarbu, ar tai atominė elektrinė, ar šiluminė elektrinė, siurbliai atlieka labai svarbų vaidmenį. Atominėms elektrinėms reikalingi pagrindiniai, antriniai ir tretiniai siurbliai, kad būtų užtikrintas stabilus branduolinių reakcijų veikimas; o šiluminės elektrinės, norėdamos palaikyti normalų elektrinės darbą, naudojasi daugybe katilinių tiekimo siurblių, kondensato siurblių, cirkuliacinių siurblių ir šlako bei pelenų siurblių.
Gynybos konstrukcijos taip pat negali išsiversti be siurblių. Orlaivių sklendėms, vairams ir važiuoklės reguliavimui, karo laivų ir tankų bokštelių sukimuisi, povandeninių laivų panardinimui ir pakilimui – visa tai reikalauja siurblių, kurie užtikrintų reikiamą galią ir reguliavimo funkcijas. Be to, kai kuriems aukšto{2} slėgio ir radioaktyviems skysčiams transportavimo ir tvarkymo metu reikalavimas, kad siurblys veiktų be nuotėkio, yra labai didelis.
Laivų statybos pramonėje kiekviename{0}}okeaniniame laive naudojami šimtai skirtingų tipų siurblių. Nuo propelerinių siurblių, varančių laivą, iki įvairių siurblių, kurie palaiko laivo kajučių aplinką – visi jie yra nepamainomi. Be to, vandens tiekimo ir drenažo sistemos miestuose, garo lokomotyvų naudojamas vanduo, staklių tepimas ir aušinimas, dažų transportavimas tekstilės pramonėje ir pieno bei cukraus produktų transportavimas maisto pramonėje – visa tai priklauso nuo siurblių palaikymo.
Apibendrinant galima pasakyti, kad siurbliai yra visur paplitę įvairiose srityse, įskaitant aviaciją, karinę įrangą, pramoninę gamybą ir kasdienį gyvenimą, ir atlieka nepakeičiamą vaidmenį. Todėl siurbliai priskiriami bendrajai mašinai ir tampa nepakeičiamu bei svarbiu gaminiu mechanikos pramonėje.
V. Pagrindiniai siurblių parametrai
Siurbliai, kaip svarbi bendrosios technikos sudedamoji dalis, jų veikimas tiesiogiai įtakoja veiklos efektyvumą įvairiuose pritaikymo scenarijuose. Norėdami visiškai suprasti siurblių veikimą, pirmiausia turime sutelkti dėmesį į keletą pagrindinių pagrindinių parametrų. Šie parametrai ne tik atspindi būdingas siurblių charakteristikas, bet ir yra labai svarbios gairės renkantis ir naudojant.
1. Srauto greitis Q
Srauto greitis yra svarbus rodiklis matuojant, kiek skysčio siurblys gali pernešti per laiko vienetą, paprastai išreiškiamas tūriu arba mase. Tūrio srautas žymimas Q, o jo vienetai apima m3/s, m3/h, l/s ir tt Masės srautas žymimas Qm, o jo vienetai yra t/h, kg/s ir tt Ryšys tarp šių dviejų gali būti nustatytas pagal formulę Qm=ρQ, kur ρ reiškia skysčio tankį. Normalios temperatūros vandens tankis ρ yra maždaug 1000 kg/m3.
2. Vadovas H
Aukštis reiškia energijos padidėjimą skysčio vieneto masėje po to, kai siurblys jį pumpuoja nuo siurblio įleidimo angos (ty siurblio įleidimo jungės) iki išleidimo angos (ty siurblio išleidimo angos flanšo). Tai prilygsta efektyviajai energijai, kurią įgyja vienas niutonas skysčio, praeinant pro siurblį. Jo vienetas yra N·m/N, kuris taip pat paprastai žinomas kaip metrai. Tai rodo skysčio kolonėlės, kurią siurblys siurbia, aukštį, todėl jis taip pat vadinamas metrais.
3. Sukimosi greitis n
Greitis reiškia siurblio veleno apsisukimų skaičių per laiko vienetą, paprastai žymimą simboliu n, o jo vienetas yra apsisukimai per minutę (r/min).
4. Siurbimo galvutės marža
Siurbimo galvutės riba, taip pat žinoma kaip grynoji teigiama siurbimo galvutė, yra pagrindinis parametras matuojant kavitacijos efektyvumą. Kinijoje šis parametras anksčiau buvo pažymėtas Δh.
5. Galia ir efektyvumas
Siurblio galia paprastai vadinama įvesties galia, kuri yra galia, perduodama iš pagrindinio variklio į siurblio veleną, taip pat žinoma kaip veleno galia, žymima P. Efektyvioji siurblio galia arba išėjimo galia žymima Pe ir matuoja efektyviąją energiją, gaunamą iš siurblio išleidžiant skystį per laiko vienetą.
Verta paminėti, kad galva tiksliai atspindi šią efektyvią energiją. Konkrečiai, galvutė reiškia efektyvią energiją, kurią sunkiojo skysčio vienetas gauna, kai jis išpumpuojamas iš siurblio. Todėl, padauginus aukštį, masės srautą ir gravitacinį pagreitį, galime apskaičiuoti efektyviąją energiją, kurią per tam tikrą laiką įgyja siurblio skysčio vienetas, kuris yra efektyvioji siurblio galia:
Pe=ρgQH (W)=QH (W)
Tarp jų ρ yra siurblio siurbiamo skysčio tankis (kg/m³), savitasis siurblio siurbiamo skysčio svoris (N/m³), Q yra siurblio srautas (m³/s), H yra siurblio aukštis (m), o g yra pagreitis dėl gravitacijos (m/s²).
Skirtumas tarp veleno galios P ir efektyvios galios Pe parodo galios nuostolius siurblyje. Norėdami kiekybiškai įvertinti šį nuostolį, pristatome siurblio efektyvumo sąvoką, kuri išreiškiama kaip efektyvios galios ir veleno galios santykis ir žymima η.
VI. Srauto apibrėžimas ir konversija
Srauto greitis, kuris yra siurblio išleidžiamo skysčio tūris per laiko vienetą, žymimas Q. Jo vienetai apima kubinius metrus per valandą (m3/h), litrus per sekundę (l/s) ir tt Verta paminėti, kad 1 litras per sekundę atitinka 3,6 kubinio metro per valandą, o tai taip pat yra 0,06 kubinių metrų per minutę arba 60 kubinių metrų per minutę. Be to, galime apskaičiuoti per valandą pumpuojamą svorį, naudodami srauto greitį ir skysčio savitąjį svorį, pažymėtą G, kur ρ reiškia skysčio savitąjį svorį. Pavyzdžiui, jei tam tikro siurblio debitas yra 50 kubinių metrų per valandą, siurbiant vandenį norime sužinoti, kiek svorio galima išsiurbti per valandą? Darant prielaidą, kad vandens savitasis sunkis ρ yra 1000 kilogramų kubiniame metre, galime apskaičiuoti pagal formulę G=Qρ, o rezultatas yra 50 000 kilogramų per valandą arba 50 tonų per valandą.
VII. Galvos apibrėžimas ir konversija
Galva, kuri yra energija, gaunama per siurblį pratekančio skysčio svorio vienetą, žymima H ir matuojama metrais (m). Ji apima siurbimo galvutę ir yra maždaug lygi slėgio skirtumui tarp siurblio išėjimo ir įleidimo angos. Tuo tarpu siurblio slėgis žymimas P ir matuojamas MPa (megapaskaliais). Verta paminėti, kad tarp galvos ir slėgio yra tam tikras konversijos ryšys. Specifinė formulė yra H=P/ρ, kur ρ yra skysčio savitasis svoris. Pavyzdžiui, kai P yra 1 kg/cm², pagal formulę galime apskaičiuoti, kad H yra maždaug 10 metrų.
1 MPa yra lygus 10 kg/cm². Aukštį H galima apskaičiuoti naudojant formulę H=(P2 - P1) / ρ, kur P2 reiškia išėjimo slėgį, P1 reiškia įėjimo slėgį, o ρ yra skysčio savitasis sunkumas.
Toliau aptarsime kavitacijos ribos ir siurbimo pakilimo sąvokas bei jų matavimo vienetus. Kavitacija reiškia reiškinį, kai siurblio veikimo metu skystis prie sparnuotės įleidimo angoje dėl vakuuminio slėgio sukuria garus. Šie išgarinti burbuliukai, susidūrę su skysčio dalelėmis, sukelia metalinių paviršių, pvz., sparnuotės, eroziją ir taip pažeidžia šiuos metalinius komponentus. Šis vakuuminis slėgis yra žinomas kaip garavimo slėgis. Kita vertus, kavitacijos riba reiškia energiją, kurią skysčio masės vienetas siurblio įsiurbimo angoje turi viršija garavimo slėgį. Jis matuojamas metrais ir paprastai žymimas NPSHr.
Siurbimo aukštis, taip pat žinomas kaip būtina kavitacijos riba Δh, yra vakuumo laipsnis, kuriuo siurblys gali įsiurbti skystį. Tai leistinas siurblio montavimo aukštis, jo mazgas taip pat yra metrai. Siurbimo galvutės apskaičiavimo formulė yra tokia: Siurbimo aukštis=Standartinis atmosferos slėgis - Kavitacijos riba - Saugumo riba. Tarp jų, esant standartiniam atmosferos slėgiui, vamzdyno vakuuminis aukštis yra 10,33 metro, o saugos riba paprastai laikoma 0,5 metro.
Pavyzdžiui, tam tikram siurbliui jo būtinas siurbimo aukštis yra 4,0 metro. Norėdami apskaičiuoti jo įsiurbimo aukštį Δh, galime naudoti aukščiau pateiktą formulę. Skaičiavimo rezultatas: Δh=10.33 - 4.0 - 0.5=5.83 metrai.
VIII. Siurblio kavitacijos reiškinys ir jo priežastys
1. Kavitacijos apibrėžimas
Kai skystis pasiekia tam tikrą temperatūrą, jo slėgis nukrenta iki garavimo slėgio, atitinkančio šią temperatūrą. Šiuo metu skystyje susidarys burbuliukai. Šis reiškinys žinomas kaip kavitacija.
2. Kavitacijos kolapsas
Kavitacijos proceso metu susidarę burbuliukai, skysčiui tekant į aukšto -slėgio sritį, dėl staigaus slėgio padidėjimo greitai susitrauks ir galiausiai sprogs skystyje. Šis reiškinys vadinamas kavitacijos kolapsu.
3. Kavitacijos priežastys ir pavojai
Jei siurblio veikimo metu tam tikrose srauto kanalo vietose (pvz., šiek tiek už sparnuotės mentių įleidimo angos) atsiranda specifinė priežastis, dėl kurios siurbiamo skysčio absoliutus slėgis nukrenta žemiau garavimo slėgio toje temperatūroje, skystis šioje vietoje pradeda garuoti, sudarydamas daug burbuliukų. Kai skystis, kuriame yra šių burbuliukų, patenka į sparnuotės aukšto-slėgio sritį, burbuliukai greitai susitraukia, veikiami aukšto slėgio skysčio, ir galiausiai sprogsta. Šis procesas ypač akivaizdus panardinamuose siurbliuose. Kondensaciją ir burbuliukų plyšimą lydi greitas tuštumos užpildymas skysčių dalelėmis, esant itin dideliam greičiui, dėl to stipriai veikiamas vanduo. Šis vandens smūgis į metalo paviršių atsitrenkia dideliu smūgio dažniu, smūgio įtempis siekia nuo šimtų iki tūkstančių atmosferų, o smūgio dažnis gali siekti net dešimtis tūkstančių kartų per sekundę. Sienų paviršiai, kurie ilgą laiką yra veikiami tokio poveikio, gali būti stipriai pažeisti ir net perforuoti.
4. Kavitacijos procesas ir padariniai
Siurblyje kavitacija yra sudėtingas procesas, apimantis burbuliukų susidarymą, vystymąsi ir žlugimą. Kai tam tikrose siurblio srauto sekcijos vietose susidaro specifinės sąlygos, dėl kurių skysčio absoliutus slėgis nukrenta žemiau garavimo slėgio, skystis pradeda garuoti ir susidaro daug burbuliukų. Šie burbuliukai, skysčiui patekus į sparnuotės aukšto-slėgio sritį, veikiami aukšto-slėgio, greitai susitraukia ir galiausiai plyšta. Šių procesų serija ne tik smarkiai pažeidžia srauto komponentus, bet ir sukelia nemalonų triukšmą bei vibraciją, todėl labai sumažėja siurblio našumas. Sunkiais atvejais dėl kavitacijos gali net sutrikti skysčio tiekimas siurblyje, o tai gali turėti įtakos normaliam siurblio veikimui.
IX. Kokia yra siurblio charakteristikos kreivė?
Siurblio charakteristikos kreivė, dar žinoma kaip veikimo kreivė, iš esmės vaizduoja santykį tarp pagrindinių išcentrinio siurblio veikimo parametrų. Šios kreivės gaunamos atlikus faktinius matavimus ir vizualiai parodo skysčio judėjimo siurblyje modelį. Charakteristikos kreivės apima srauto greičio ir slėgio (Q-H), srauto greičio ir efektyvumo (Q-η), srauto greičio ir galios (Q-N) ir srauto greičio bei garavimo slėgio ribos (Q-NPSHr) kreives. Šios kreivės yra labai svarbios norint suprasti siurblio darbinę būseną, nes kreivėje galima rasti atitinkamų slėgio, galios, efektyvumo ir garavimo slėgio ribos reikšmių rinkinį bet kuriame duotame srauto taške, o šis parametrų rinkinys vadinamas darbo būsena arba veikimo tašku. Visų pirma, darbo taškas, esantis didžiausiu išcentrinio siurblio efektyvumu, vadinamas optimaliu darbo tašku, ir paprastai tai yra projektinis veikimo taškas. Norint užtikrinti normalų siurblio veikimą ir energijos taupymo efektyvumą, labai svarbu suprasti šiuos veikimo parametrus.
11. Kaip apibrėžiamas siurblio efektyvumas? Kokia jo formulė?
Siurblio efektyvumas apibrėžiamas kaip efektyviosios galios ir veleno galios santykis, pavaizduotas simboliu η, o jo skaičiavimo formulė yra η=Pe/P. Čia Pe reiškia efektyviąją siurblio galią, o P reiškia siurblio veleno galią, ty galią, perduodamą iš pagrindinio variklio į siurblio veleną. Efektyvioji galia yra siurblio aukščio, masės srauto ir gravitacinio pagreičio sandauga, o jo formulė yra Pe=ρg QH (vatais) arba Pe=QH/1000 (kilovatais). Be to, ρ reiškia siurblio transportuojamo skysčio tankį, yra skysčio savitasis sunkumas (= ρg), o g yra gravitacinis pagreitis. Tuo pačiu metu masės srautą Qm galima gauti padauginus tankį ρ iš srauto greičio Q, vienetais tonomis per valandą arba kilogramais per sekundę.
12. Kas yra viso siurblio veikimo bandymo stendas?
Viso siurblio veikimo bandymo stendas yra pažangi įranga, galinti tiksliai patikrinti įvairius siurblių veikimo parametrus. Jis atitinka nacionalinius standartus ir turi B-lygio tikslumą, užtikrinantį bandymo rezultatų tikslumą. Šiame bandymų stende yra tikslūs prietaisai, įskaitant sliekinį srauto matuoklį srautui matuoti, tikslų slėgio matuoklį, skirtą slėgiui matuoti, vakuumo matuoklį siurbimo galvutei matuoti ir ašinę galios mašiną galiai matuoti. Be to, spidometras taip pat naudojamas tiksliai nustatyti siurblio greitį. Bendradarbiaudami su šiais tiksliais instrumentais galime gauti visą siurblio veikimo parametrų rinkinį ir visapusiškai įvertinti jo veikimą.
