עקרון בנייה ועבודה של משאבה צנטריפוגלית
לפי הפיזיקה, עצם העובר תנועה מעגלית נתון לכוח צנטריפוגלי. אם הכוח הצנטריפטלי אינו מספיק או אובד, האובייקט יעוף החוצה לאורך כיוון המשיק של ההיקף בגלל האינרציה, ויוצר מה שנקרא תנועה צנטריפוגלית. משאבות צנטריפוגליות פועלות על ידי שימוש בתנועה צנטריפוגלית אינרציאלית זו.
תרשים סכמטי של המבנה הבסיסי של משאבות צנטריפוגליות חד-שלביות בשימוש נפוץ בהנדסת אספקת מים וניקוז. מרכיבי העבודה העיקריים שלו הם אימפלר 1, מעטפת משאבת נחושת 2 וציר משאבה 3 שמניע את האימפלר להסתובב. פתח היניקה של מעטפת המשאבה בצורת חילזון מחובר לצינור היניקה 4 של משאבת המים, והיציאה מחוברת לצינור הלחץ 7 של משאבת המים. האימפלר עם להבים מעוקלים מותקן במארז משאבה קבוע, והכניסה של האימפלר מחוברת לצינור היניקה של משאבת המים. לפני תחילת השאיבה, מלא את המשאבה ואת צינור היניקה במים. כאשר מכונת הכוח מניעה את האימפלר להסתובב במהירות גבוהה דרך פיר המשאבה,
המים באימפלר מסתובבים במהירות גבוהה יחד עם האימפלר. עקב הלכידות הבלתי מספקת של המים וכוח החיכוך בין הלהבים למים ליצירת כוח צנטריפטלי השומר על תנועת הסיבוב של זרימת המים, זרימת המים באימפלר זורמת בהדרגה לכיוון הקצה החיצוני של האימפלר, היא נזרק מהאימפלר ונכנס למארז המשאבה, ואז זורם לתוך צינור הלחץ של משאבת המים דרך צינור חרוט הדיפוזיה. הוא מועבר לרשת הצינורות דרך צינור הלחץ. במקביל, נוצר וואקום במרכז האימפלר עקב זריקת המים החוצה ולחץ אטמוספרי פועל על פני בריכת היניקה. המים בצינור היניקה זורמים ללא הרף לתוך האימפלר לאורך צינור היניקה בהפרש לחצים זה. הסיבוב המתמשך של האימפלר גורם למים להיזרק כל הזמן החוצה ולשאוב פנימה, ויוצרים את אספקת המים הרציפה של המשאבה הצנטריפוגלית.
כאמור, תהליך העבודה של משאבה צנטריפוגלית הוא למעשה תהליך של העברת והמרת אנרגיה. הוא ממיר את האנרגיה המכנית של מכונת הכוח לאנרגיה הקינטית ולאנרגיית הלחץ של הנוזל המועבר. בתהליך של העברת אנרגיה והמרה, יש בהכרח הפסדי אנרגיה רבים, וככל שההפסד גדול יותר, כך יעילות העבודה נמוכה יותר וביצועי המשאבה גרועים יותר.
מרכיבים עיקריים של משאבה צנטריפוגלית
משאבה צנטריפוגלית מורכבת ממרכיבים רבים. ניקח כדוגמה משאבה צנטריפוגלית יניקה חד-שלבית, נדון בתפקודים, בחומרים ובהרכב של כל רכיב עיקרי.
1, אימפלר
האימפלר, הידוע גם כגלגל העבודה או הגלגל המסתובב, משמש להעברת האנרגיה המכנית של מכונת הכוח לנוזל הנשאב, ומגדיל את אנרגיית הנוזל הזורם דרך האימפלר. בעת בחירת חומרי אימפלר, בנוסף לשיקול החוזק המכני תחת כוח צנטריפוגלי, יש לקחת בחשבון גם את עמידות הבלאי ועמידות החומר בפני קורוזיה. כיום, האימפלרים עשויים בעיקר מברזל יצוק, פלדה יצוקה וברונזה.
האימפלר מתחלק לשני סוגים לפי המבנה שלו: יניקה יחידה ויניקה כפולה. הוא סופג מים בצד אחד, ולוחות הכיסוי הקדמיים והאחוריים של האימפלר אינם סימטריים. אימפלר יניקה יחיד משמש למשאבות צנטריפוגליות יניקה יחידה. אימפלר יניקה כפול, סופג מים משני הצדדים ולוחית הכיסוי של האימפלר סימטרית. משאבות צנטריפוגליות יניקה כפולות משתמשות באימפלרים יניקה כפולים, בעלי קצב זרימה גדול ויכולים לאזן אוטומטית כוחות צירים.
האימפלר מחולק לשלוש צורות על סמך לוח הכיסוי שלו: סגור, פתוח וחצי פתוח. אימפלר עם שתי לוחות כיסוי נקרא אימפלר סגור. בין לוחות הכיסוי, יש 6-12 להבים שמתכופפים לאחור. סוג זה של אימפלר הוא בעל יעילות גבוהה והוא נמצא בשימוש נרחב. אימפלר עם לוח כיסוי אחורי בלבד וללא לוח כיסוי קדמי נקרא אימפלר פתוח למחצה. אימפלר עם להבים בלבד וללא לוחית כיסוי נקרא אימפלר פתוח. לאימפלרים חצי פתוחים ופתוחים יש פחות להבים, בדרך כלל רק 2? 5 חלקים, שני סוגי האימפלרים הללו בעלי יעילות נמוכה יותר בהשוואה לאימפלרים סגורים ומתאימים ל-6
פריקת נוזלים מזוהמים או המכילים כמות גדולה של חלקיקים מוצקים.
2, פיר משאבה
תפקידו של פיר המשאבה הוא לתמוך ולהניע את האימפלר להסתובב, תוך העברת האנרגיה של מכונת הכוח לאימפלר. נדרש שקצה הציר של המשאבה הצנטריפוגלית האופקית יהיה ישר ובעל חוזק וקשיחות מספקים כדי למנוע תנודת האימפלר הנגרמת כתוצאה מכיפוף הציר במהלך פעולת המשאבה, מה שעלול לגרום נזק לאימפלר ולמארז המשאבה עקב בלאי. פיר המשאבה עשוי בדרך כלל מפלדת פחמן או נירוסטה. קצה אחד של פיר המשאבה מקובע לאימפלר עם מפתח שטוח ואום הפוך, מה שמבטיח שהאימפלר מהודק במהלך הסיבוב; במשאבות מים גדולות ובינוניות, המיקום הצירי של האימפלר ממוקם באמצעות שרוולי גל ואומים המהדקים את שרוולי הציר. התקן צימוד בקצה השני של פיר המשאבה.
3, מעטפת משאבה
מעטפת המשאבה של משאבה צנטריפוגלית היא בצורת קונכייה של שבלול המכילה ומובילה נוזלים. הוא מורכב מכיסוי משאבה וגוף חילזון. מכסה המשאבה הוא תא היניקה של המשאבה, המתפקד כדי להוביל באופן שווה את המים בצינור היניקה לכיוון האימפלר עם אובדן מינימלי. על פי המבנה, ניתן לחלק את תאי היניקה לתאי יניקה חרוטיים ישרים, תאי יניקה טבעתיים ותאי יניקה ספירליים למחצה. גוף החילזון מורכב מתא חילזון ומקונוס מפזר. תפקידו העיקרי של תא החילזון הוא לאסוף את זרימת המים המושלכת על ידי האימפלר ולשמור על מהירות זרימת מים קבועה בתא החילזון על ידי הגדלת חתך הזרימה שלו באופן מתמשך, על מנת להפחית את אובדן הראש. לאחר השחרור מתא החילזון, המים זורמים לתוך צינור הלחץ דרך צינור חרוט הדיפוזיה. תפקידו של צינור חרוט הדיפוזיה הוא להפחית את מהירות זרימת המים ולהמיר חלק מהאנרגיה הקינטית של זרימת המים לאנרגיית לחץ.
ישנם שני חורים קדחו באוגני הכניסה והיציאה של מעטפת המשאבה, המשמשים להתקנת מדי ואקום ומדדי לחץ למדידת לחץ הכניסה והיציאה של המשאבה. החלק העליון של מעטפת המשאבה מצויד בחור למילוי מים (או מיצוי אוויר), המשמש למילוי מים או הוצאת אוויר ממארז המשאבה לפני הפעלת משאבת המים. תחתית מעטפת המשאבה מצוידת בחור ניקוז לריקון המים המצטברים בתוך המשאבה לאחר הפסקה, למניעת הקפאה בחורף. החלק התחתון של מעטפת המשאבה מצויד בחורי ברגים לקיבוע לבסיס. מלבד חורי הברגים המקבעים את משאבת המים, יש לסתום חורי ברגים אחרים עם פקקים עם הברגה כאשר משאבת המים אינה בשימוש זמנית.
בין הרכיבים לעיל, האימפלר וציר המשאבה הם החלקים המסתובבים של משאבה צנטריפוגלית אנכית, בעוד שמעטפת המשאבה היא רכיב קבוע. ישנם שלושה חיבורים בין שני אלה: התקן אטם הפיר בין ציר המשאבה למארז המשאבה, הטבעת הפחתת נזילות בחיבור בין האימפלר לדופן הפנימית של מעטפת המשאבה, והמיסב בחיבור הסיבובי בין המשאבה. פיר ומושב המשאבה.