Центрифугална сисаљка

Центрифугалне сисаљке су сисаљке кроз које текућина протјече од смјера црпљења према тлачној страни дјеловањем центрифугалне силе, с радијалним током струјања, која потискује текућину између лопатица једног или више ротора. Центрифугалне сисаљке прикладне су за сваку намјену осим за мале количине и мале брзине, те за текућине које имају велику вискозност. Користе се највише за мале и средње добавне висине и за велике добавне количине при повечаним брзинама струјања. Ове сисаљке нису самоусисне тј. нису у могућности исцрпсти зрак из усисног цјевовода. Центрифугалне сисаљке могу бити једноступањске и вишеступањске. Углавном имају кућиште од лијеваног жељеза, ротор од бронце и вратило од нехрђајућег челика. Често се на вратило навлачи кошуљица од бронце или истог материјала као и вратило да би се вратило заштитило од трошења и тиме избјегло често мијењање. Одликују се константном добавом и добавном висином, заузимају мало простора, непосредно се спајају на погонски строј уз погодну брзину вртње. У успоредби са сисаљкама истих података, ове су релативно јефтиније, немају вентила, а израда и одржавање је јефтиније. Центрифугалне сисаљке, због капацитета и специфичне енергије имају велику заступљеност, те су у великој мјери истиснуле стапне/клипне сисаљке.

Центрифугална сисаљка се састоји од спиралног кућишта и ротора причвршћеног на вратилу који се врти великом брзином. Када се ротор врти потискује текућину која се налази између лопатица, дјеловањем центрифугалне силе текућина повечава брзину која се добрим дијелом претвара у тлак.

Подијела центрифугалних сисаљки

Wарман центрифугална сисаљка

Према капацитету

малог капацитета до 0,3 м³/с

средњег капацитета од 0,3 м³/с до 1 м³/с

великог капацитета изнад 1 м³/с

Према специфичној енергији

мале специфичне енергије (49 Ј/кг) ; добавне висине до 5 м ВС

средње специфичне енергије (49-490 Ј/кг) ; добавне висине од 5-50 м ВС

велике специфичне енергије (490 Ј/кг и више); добавне висине изнад 50 м ВС

Према брзини вртње и специфичном броју окретаја

спороокретне, нс = 60 - 100

нормалне, нс = 100 – 300

брзоокретне, нс = 400 - 1000

Према броју кућишта

с једним кућиштем

с два кућишта ( на истом вратилу )

Према положају вратила ротора

вертикалне

хоризонталне

Према способности усиса

без способности самоусиса

самоусисне

Према начину погона

турбо сисаљке

електромоторне

моторне сисаљке

Конструкцијски дијелови центрифугалних сисаљки

Свака центрифугална сисаљка има сљедеће основне дијелове:

кућиште (статор) у којему је смјештено радно коло с лопатицама (ротор)

вратило радног кола спојено с погонским стројем

лежај вратила с тлачном бртвеницом, која спријечава да текућина излази из кућишта сисаљке

бртвени прстенови између радног кола и кућишта који спријечавају да текућина преструјава с тлачне на усисну страну радног кола

Кућиште сисаљке или статора везано је на улазни и излазни цјевовод сисаљке. Облик канала унутар кућишта може бити тако изведен да придоноси промјени тлака и брзине струјања текућине кроз сисаљку. Постоје двије основне изведбе кућишта и то спирално и дифузорско с уграђеним статорским лопатицама.

Радно коло с лопатицама или ротор радни је дио центрифугалне сисаљке који својом вртњом повећава тлак и кинетичку енергију текућине. С обзиром на струјање у ротору могу бити радијалне, полурадијалне и аксијалне.

Добавна висина радног кола је ограничена па се код већих добавних висина радна кола спајају у серију. Том изведбом текућина пролази редом из једног кола у сљедећи, па се укупни пораст тлака текућине остварује у неколико ступњева. Према броју ступњева постоје једноступањске и вишеступањске центрифугалне сисаљке. Текућина може улазити у сисаљку кроз један или више улаза (највише 4) те према броју улаза имамо једноулазне и више улазне центрифугалне сисаљке.

Принцип рада центрифугалне сисаљке осигирава континуиран проток такућине кроз кућиште, с константним тлаком и запремнином, све дотле док брзина и отпори остају у допуштеним границама. Уз испуњење наведених увјета могуће је постићи велику добаву уз релативно мале димензије сисаљке.

За нормалан рад сисаљке потребно је да тлак такућине испред ротора буде нешто виши од парцијалног тлака испаравања текућине, тј. да постоји залиха тлака због опасности од појаве кавитације.

Према смјеру у којему текућина прострујава кроз ступњеве вишеступањске сисаљке, разликују се једносмјерне, протусмјерне и попречне центрифугалне сисаљке.

Пуштање у рад

Центрифугалне сисаљке не могу саме црпити воду осим ако су постављене испод разине воде, што значи испод разине у танку или испод разине мора или ријеке. Због тога се усисна цијев и сисаљка морају напунити водом или пак мора постојати самоусисни уређај. Ако је изведбом предвиђено , усисна цијев се може пунити с помоћу хидрофора или преко тлачног цјевовода друге сисаљке. Пуњење усисне цијеви и сисаљке текућином мора бити попраћено извлачењм зрака из усисне цијеви и сисаљке. У тој фази рада вентил на тлачној страни сисаљке треба бити затворен, и лагано се отвара након укључења погонског строја када се на манометру покаже да сисаљка ствара тлак. У раду треба провјеравати загријавање бртви, ако се загријавају треба помало попуштати бртвеницу а ако се ради о текућини изнад 40°Ц треба осигурати хлађење бртвеница. Треба контролирати и загријавање лежајева односно њихово подмазивање.

При заустављању сисаљке треба поступно затварати вентил на тлачној цијеви, и чим проток престане треба искључити погонски мотор. Мотор се треба заустављати лагано, у противном значи да је он неисправан. Ако сисаљка тлачи у цјевовод који се налази изложен хладноћи гдје може доћи до замрзавања воде, обавезно треба испустити воду из цјевовода, јер може доћи до разарања сисаљке и цјевовода. При поновном упућивању, када је тлачна цијев пуна воде, треба мало отворити вентил у тлачној цијеви да се напуни водом усисна цијев и сисаљка. Том приликом треба испустити зрак на мјестима које је за то предвиђено. Овај поступак вриједи за сисаљке без самоусисног уређаја. Ако сисаљка није дуго радила, потребно је неколико пута руком окренути вратило јер се може догодити да је вратило негдје кородирало, што захтијева велику снагу за покретање па може изазвати и заустављање електромотора. Сисаљку је потребно при раду надзирати преко њених контролно-мјерних инструмената, те повремено провјеравати подмазивање лежајева и повремено испуштати зрак.

Неисправности у раду центрифугалних сисаљки

За вријеме упућивања и у раду , на сисаљци се могу појавити одређене неисправности које могу бити посљедица лоше монтаже , изведбених погрешака и неправилног послуживања. Те неисправности су углавном сљедеће:

ако сисаљка не добавља воду у тлачну цијев

сисаљка је постављена превише високо у односу на мјесто одакле црпи воду

запорни вентил у тлачној цијеви је затворен или недовољно отворен

у усисној цијеви или танку вода се замрзла

усисна кошара је онечишћена

неповратни вентил на усисном кошу пушта

превелики су отпори у усисном и тлачном цјевоводу

превисока је температура текућине коју сисаљка пребацује

недовољна брзина вртње погонског строја

крај усисне цијеви је превише високо постављен од дна танка

ротор се окреће у супротном смијеру

карактеристика сисаљке не одговара карактеристици цјевовода

ако сисаљка не даје пуни капацитет

у усисну цијев кроз бртвенице продире зрак

усисни кош и усисна цијев су онечишћени

усисни кош је недовољно уроњен у такућину

усисна или тлачна геодетска висина је већа од допуштене

недовољна брзина вртње сисаљке

ако погонски мотор сисаљке ради с преоптерећењем

проточни дијелови сисаљке су онечишћени

превише је притегнута бртвеница

истрошени су лежајеви и бртве у бртвеницама

повишен је аксијални тлак

тлак је нижи од предвиђеног, па сисаљка шаље у тлачну цијев већу количину текућине

превелика брзина вртње мотора

оштећен је ротор или је искривљено вратило

ако сисаљка не даје потребан тлак

мала је брзина вртње мотора

у сисаљку улази зрак

оштећен је ротор

премален је вањски промјер ротора

ако вибрира кућиште сисаљке

попустили су темељни вијци

вратило мотора и сисаљке нису центрични

недовољно је избалансиран ротор

превелик је прогиб вратила сисаљке или мотора

недовољно је чврст темељ сисаљке

истрошени су лежајеви и бртве ротора

брзина вртње је близу критичне брзине

сисаљка ради с кавитацијом

у текућини има крутих твари

ако се загријава кућиште

дуљи рад при затвореном запорном вентилу у тлачној цијеви

превисока је температура текућине која се пребацује

ако се загријава вратило сисаљке

прејако је притегнута очница бртвенице

искривљено је вратило

отврднуо је бртвени материјал

премала је зрачност између вратила и очнице бртвенице

ако се загријавају лежајеви сисаљке

лежајеви су истрошени или су превише притегнути

искривљено је вратило

недовољно подмазивање

мазиво не долази до лежаја

уље није одговарајуће каквоће

уље је онечишћено

Појава кавитације код центрифугалних сисаљки

Покус кавитације модела вијка у хидродинамичком воденом тунелу

Почетком кавитације се сматра када у некој точки сустава сисаљке кроз који или око којег струји текућина, минимални апсолутни тлак пмин падне на вриједност тлака испаравања текућине пва у тој точки почиње испаравање и стварају се мјехурићи паре. Ако се апсолутни тлак и даље смањује , проширује се додручје појаве кавитације. У увјетима развијене кавитације нарушава се хомогеност тока, струјање постаје двофазно и мијењају се хидродинамички односи. Тлак испаравања пва овисан је о врсти текућине и њеној тамператури, тако вода при тлаку пва = 1,013 бара испарује на температури 100°Ц , а при тлаку пва = 0,023 бара на при температури од 20°Ц.

Смањење тлака п до критичног износа, може се појавити локално или захватити читава подручја, узроковано је режимом рада сисаљке или њезиним конструктивним својствима. Узроци локалног пада тлака могу бити: велика брзина такућине на улазу у ротор, храпавост површина, положај сисаљке, зачепљеност усисног цјевовода, повишена температура текућине.

Лопатице ротора центрифугалних сисаљки имају релативно велику ободну брзину, тако да текућина коју захваћају добива такођер велику брзину струјања, посебно они слојеви текућине који су уз саме лопатице. Слојеви текућине уз лопатице имају највећу брзину струјања, а тиме и најнижи тлак. Будући да за сваки тлак одговара одређена температура испаравања, у слојевима који се налазе уз саме лопатице, при одређеној брзини струјања и ниском тлаку, настат ће испаравање и ослобађање пара. Такођер, у сусједном слојевима влада виши тлак, те ће се текућина из тих слојева великом брзином усмјерити у слојеве нижег тлака, који се налази уз саме лопатице. Текућина на тај начин ствара ударац на лопатицама, а као посљедицу изазива повишење тлака и разарање лопатице и других дијелова ротора. Ако се у пари налази и кисик, поред ерозије долази и до настајања корозије. Појава кавитације праћена је карактеристичним шумом и вибрацијама, а рад сисаљке постаје немиран и неједноличан, смањује се висина добаве, проток и искористивост. Као посљедица је неповољна економичност, несигурност у раду и смањење трајности сисаљке.

Ради заштите од штетног дјеловања кавитације, унутарњи се дијелови сисаљке пресвлаче другим металима отпорним на корозију и ерозију или пресвлаче пластичним масама.

Мјеста изложена кавитацији у центрифугалној сисаљци

задња површина лопатица о предјелу улаза текућине

мјеста изложена промјени смјера кретања текућине

сужења пресјека струјања

Спријечавање појаве кавитације

смањењем висине црпљења

црпљење хладне текућине (воде) ако је могуће

добрим бртвљењем усисних цијеви

фином и пажљивом обрадом површина лопатица

Дјеловање аксијалне силе код центрифугалних сисаљки

У центрифугалним сисаљкама за вријеме рада појављује се дјеловање аксијалне силе у правцу вратила. Та сила настаје због продирања текућине кроз распор између кућишта и ротора и због скретања млаза текућине из аксијалног у радијални смјер. Поред појаве аксијалне силе, кроз распор између кућишта и ротора губи се одређена количина текућине, што се исказује запреминским ступњем дјеловања. Аксијална сила код једноступањских и нискотлачних сисаљки може бит занемарива, а код високотлачних-вишеступањских велика и значајна. У овом другом случају треба тражити практична рјешења за њено отклањање као што су:

изведба ротора с клизним изданцима

уградња тањура за растеречење

уградмја колута за растеречење

уградња стапа за растерећење

изведба сисаљки с посебним распоредом ротора

примјена ротора с двоструким улазом текућине

Лежајеви и бртвенице центрифугалних сисаљки

Анимација кугличног лежаја

Лежајеви могу бити:

клизни

куглични : радијални и радијално-аксијални

Клизни лежајеви се примјењују опћенито на спороокретним сисаљкама, а посебно на вертикалним, гдје служе као доњи лежај вратила. Куглични лежајеви се примјењују у центрифугалним сисаљкама као радијални или радијално-аксијални , у сврху преузимања аксијалне силе. Вратило које носи треба бити на лежајевима помно избалансирано.

Врло важан конструкцијски дио сисаљке је бртвеница. Она спријечава излаз текућине или улаз зрака у усисни дио ротора. Пожељно је да бртвеница уздуж вратила пропушта само мало текућине , што показује да зрак не улази у кућиште. Пропуштањем бртвенице и улазом зрака у усисни дио кућишта смањује се вакуум у усисној цијеви. На мјестима гдје бртвеница пропушта текућину сисаљке имају отвор за потребе одводње.

Постоје три стандардне изведбе бртвеница, а оне су:

А – бртвеница с бртвом од плетенице

Б – бртвеница с бртвом од плетенице и бртвеним прстеном (а)

C – бртвеница с механичком бртвом

Изведба А је уобичајена изведба гдје се бртвена плетеница притеже вијком на прирубници бртвенице. Таква изведба се примјењује на сисаљкама за хладне текућине.

Изведба Б се примјењује за самоусисне сисаљке. Да се спријећи улаз зрака, уграђује се клизни бртвени прстен. Он се нормално поставља у средини плетенице. На прстен се доводи текућина под тлаком из спиралног кућишта сисаљке у бртвеницу посебном цијеви. На тај наћин кроз бртвеницу у сисаљку може улазити само текућина а не зрак. Бртвенице изведбе А и Б треба стално одржавати, надзирати, притезати или попуштати.

Изведба C приказује механичку бртву на којој се бртвљење врши гуменим,графитним и жељезним прстеновима, посебном матицом, протуматицом и опругом постављеном на вратилу. Бртву није потребно надзирати и притезати јер ту улогу преузима опруга. На самоусисним сисаљкама спирално кућиште и бртвеница спајају се с цијеви да се спријећи улазак зрака у усисни дио сисаљке.

Види чланке

• Сисаљка
• Клипна сисаљка
• Зупчаста сисаљка
• Вијчана сисаљка