Selama proses aliran fluida, sebagian energi mekanik hilang karena hambatan aliran. Oleh karena itu, untuk memindahkan fluida dari satu tempat ke tempat lain, baik untuk memindahkan fluida dari lokasi dengan energi spesifik total lebih rendah ke lokasi dengan energi spesifik total lebih tinggi, atau sekadar untuk mengatasi hambatan aliran, energi mekanik harus diberikan pada fluida. Mesin yang digunakan untuk mengangkut zat cair disebut pompa (Pump). Pompa terutama diklasifikasikan menjadi tiga kategori berdasarkan karakteristik struktural dan prinsip kerjanya:
I. Pompa tipe baling-baling-: Pompa ini bekerja dengan membuat baling-baling yang berputar bekerja pada fluida, sehingga meningkatkan energi mekanik cairan. Contohnya termasuk berbagai pompa sentrifugal, pompa pusaran, dan pompa aliran aksial, dll.
II Pompa Pemindahan Positif: Pompa ini memanfaatkan gerakan bolak-balik piston atau gerakan memutar rotor untuk mengubah volume ruang kerja, mengompresi cairan dan melakukan kerja pada cairan, sehingga meningkatkan energi mekanik cairan. Contohnya termasuk pompa bolak-balik, pompa roda gigi, dan pompa ulir, dll.
III Jet Pump: Ia bekerja dengan menggunakan jet berkecepatan tinggi-yang dihasilkan oleh fluida kerja untuk mengeluarkan fluida, dan kemudian melalui pertukaran momentum, energi fluida yang dikeluarkan ditingkatkan.
Karena strukturnya yang sederhana, kemudahan pembuatan, aliran stabil, kemampuan beradaptasi yang kuat, dan pengoperasian yang mudah, pompa sentrifugal banyak digunakan dalam produksi bahan kimia. Oleh karena itu, pada artikel kali ini kami akan fokus pada pengenalan pompa sentrifugal.
Prinsip kerja pompa sentrifugal
Saat pompa sentrifugal beroperasi, pompa ini bergantung pada-impeller yang berputar berkecepatan tinggi untuk memungkinkan cairan memperoleh energi dan meningkatkan potensi tekanannya di bawah pengaruh gaya sentrifugal inersia. Sebelum pompa sentrifugal mulai bekerja, badan pompa dan pipa saluran masuk harus diisi dengan media cair untuk mencegah terjadinya kavitasi.
Ketika impeller berputar dengan cepat, sudu-sudu tersebut menyebabkan medium berputar dengan cepat. Media yang berputar terlempar keluar dari impeler karena aksi gaya sentrifugal. Setelah air di dalam pompa dibuang, terbentuk area vakum di tengah impeler. Pada saat yang sama, ia terus-menerus menyedot cairan dan terus menerus memberikan energi tertentu kepada cairan yang dihisap-itu, kemudian mengeluarkan cairan tersebut. Jadi, pompa sentrifugal bekerja terus menerus dengan cara ini.
Struktur pompa sentrifugal
Ada banyak jenis pompa sentrifugal. Walaupun struktur berbagai jenis pompa berbeda, komponen utamanya pada dasarnya sama.
Komponen utama pompa sentrifugal antara lain: impeller, poros pompa, selubung pompa, alas pompa, kotak pengepakan (alat penyegel), cincin penyegel, rumah bantalan, dll.
1. Impeler
Impeller merupakan komponen kerja pompa sentrifugal. Ia mencapai pemompaan cairan dengan memutar pada kecepatan tinggi dan melakukan kerja pada cairan. Ini adalah bagian penting dari pompa sentrifugal.
Impeler umumnya terdiri dari hub, bilah, dan pelat penutup. Pelat penutup impeller dibagi menjadi pelat penutup depan dan pelat penutup belakang. Pelat penutup pada sisi saluran masuk impeler disebut pelat penutup depan, dan pelat penutup sisi lainnya disebut pelat penutup belakang.
Ketika pompa sentrifugal dihidupkan, poros pompa menggerakkan impeler untuk berputar dengan kecepatan tinggi secara bersamaan. Hal ini memaksa cairan yang telah-diisi di antara bilah untuk berputar. Di bawah aksi gaya sentrifugal inersia, cairan bergerak secara radial dari pusat ke pinggiran impeler.
Selama proses aliran melalui impeler, cairan memperoleh energi, dengan peningkatan tekanan statis dan kecepatan aliran. Ketika cairan meninggalkan impeller dan memasuki rumah pompa, ia melambat karena saluran aliran yang melebar secara bertahap di dalam rumah pompa. Sebagian energi kinetik diubah menjadi energi tekanan statis, dan akhirnya mengalir secara tangensial ke dalam pipa pembuangan.
Berdasarkan bentuk strukturnya, impeler dapat diklasifikasikan menjadi tiga jenis berikut.
(1) Impeler tertutup memiliki pelat penutup di kedua sisinya. Ada 4 hingga 6 bilah di antara pelat penutup. Impeler tertutup mempunyai efisiensi yang tinggi dan merupakan jenis yang paling banyak digunakan. Sangat cocok untuk mengalirkan cairan bersih tanpa partikel atau serat padat.
(2) Impeler tipe-terbuka tidak memiliki pelat penutup di kedua sisi bilahnya. Sangat cocok untuk mengangkut cairan yang mengandung padatan tersuspensi dalam jumlah besar. Namun efisiensinya relatif rendah dan tekanan cairan yang diangkut tidak tinggi.
(3) Impeler tipe semi-terbuka hanya memiliki pelat penutup belakang. Sangat cocok untuk mengalirkan cairan yang rentan terhadap sedimentasi atau mengandung bahan tersuspensi padat. Efisiensinya terletak antara impeler tipe terbuka dan tertutup.
2. Poros pompa
Fungsi utama poros pompa pada pompa sentrifugal adalah menyalurkan daya dan menopang impeler agar tetap pada posisi kerja dan beroperasi secara normal. Salah satu ujung poros dihubungkan ke poros motor melalui kopling, dan ujung lainnya menopang impeller untuk gerakan rotasi. Poros dilengkapi dengan komponen seperti bantalan dan segel aksial.
Bahan umum untuk poros pompa adalah baja karbon dan baja tahan karat.
Impeler dan poros dihubungkan dengan sebuah kunci. Karena metode sambungan ini hanya dapat mengirimkan torsi tetapi tidak dapat memperbaiki posisi aksial impeller, pada pompa, selongsong aksial dan mur pengunci digunakan untuk memperbaiki posisi aksial impeller.
Setelah impeler diposisikan secara aksial dengan mur pengunci dan selongsong poros, untuk mencegah mur pengunci kendor, pompa harus dicegah agar tidak terbalik. Khusus untuk pompa yang baru dipasang atau pompa yang telah menjalani pembongkaran dan perbaikan, sebaiknya dilakukan pemeriksaan arah putaran sesuai ketentuan untuk memastikan kesesuaian dengan arah yang ditentukan.
3. Lengan
Fungsi selongsong poros adalah untuk melindungi poros pompa, mengubah gesekan antara packing dan poros pompa menjadi gesekan antara packing dan selongsong poros. Oleh karena itu, selongsong poros merupakan-komponen pompa sentrifugal yang rawan aus.
Permukaan selongsong poros juga dapat mengalami perawatan seperti karburasi, nitridasi, pelapisan krom, dan penyemprotan. Persyaratan kekasaran permukaan umumnya diperlukan untuk mencapai Ra3.2μm - Ra0.8μm. Hal ini dapat mengurangi koefisien gesekan dan meningkatkan masa pakai.
4. Bantalan
Bantalan berperan menopang berat dan beban rotor. Pada pompa sentrifugal, bantalan gelinding paling banyak digunakan. Cincin luar bantalan berada dalam sistem poros dasar dengan lubang rumah bantalan, sedangkan cincin bagian dalam berada dalam sistem lubang dasar dengan poros berputar. Standar nasional kategori yang cocok memiliki nilai yang direkomendasikan, dan dapat dipilih sesuai dengan keadaan tertentu. Bantalan umumnya dilumasi dengan gemuk dan minyak pelumas.
5. Kotak pengisi
Ketika poros pompa menonjol keluar dari selubung pompa, terdapat celah antara poros dan selubung. Pada pompa sentrifugal-hisap tunggal, jika tidak ada alat penyegel poros yang digunakan pada bagian ini, air-tekanan tinggi di dalam selubung pompa akan bocor keluar dalam jumlah besar. Kotak pengepakan adalah salah satu alat penyegel poros yang umum digunakan. Kotak pengepakan terdiri dari lima komponen: selongsong penyegel poros, pengepakan, pipa segel air, cincin segel air, dan penutup pengepakan.
⒍蜗壳
Volute adalah saluran aliran berbentuk-spiral yang secara bertahap bertambah luas-penampangnya dari saluran keluar impeler ke saluran masuk impeler tahap berikutnya atau ke pipa saluran keluar pompa. Saluran aliran berangsur-angsur mengembang, dan saluran keluarnya berbentuk tabung diffuser. Setelah cairan mengalir keluar dari impeler, kecepatan alirannya dapat dikurangi dengan lancar, mengubah sebagian besar energi kinetiknya menjadi energi tekanan statis.
Kelebihan volute adalah mudah dibuat, mempunyai zona efisiensi yang luas, dan efisiensi pompa sedikit berubah setelah impeler dikerjakan.
Kekurangannya adalah bentuknya yang volute tidak simetris. Saat menggunakan volute tunggal, tekanan yang bekerja pada rotor secara radial tidak seragam, sehingga kemungkinan besar menyebabkan poros bengkok. Oleh karena itu, pada pompa multi-tahap, hanya bagian pertama dan terakhir yang menggunakan volute, sedangkan bagian tengah menggunakan perangkat roda pemandu.
Bahan volute biasanya besi cor. Volute pompa anti-korosi terbuat dari baja tahan karat atau bahan anti-korosi lainnya, seperti plastik, fiberglass, dll. Untuk pompa multi-tahap, karena tekanannya yang tinggi, persyaratan kekuatan materialnya lebih tinggi, dan volutenya umumnya terbuat dari baja tuang.
⒎ Roda Penggerak
Roda pemandu adalah piringan stasioner dengan baling-baling pemandu depan melilit tepi luarnya di sisi depan. Baling-baling pemandu ini membentuk serangkaian saluran aliran berbentuk diffuser-. Di sisi belakang terdapat baling-baling pemandu terbalik yang mengarahkan cairan ke saluran masuk impeler tahap berikutnya. Setelah cairan dikeluarkan dari impeler, ia mengalir dengan lancar ke roda pemandu dan terus mengalir keluar sepanjang baling-baling pemandu depan, dengan kecepatannya menurun secara bertahap dan sebagian besar energi kinetiknya diubah menjadi energi tekanan statis.
Jarak bebas radial unilateral antara impeler dan baling-baling pemandu kira-kira 1 mm. Jika jarak bebas terlalu besar, efisiensi akan menurun; jika terlalu kecil akan menimbulkan getaran dan kebisingan. Dibandingkan dengan volute, selubung pompa dari pompa sentrifugal multi-tahap tersegmentasi dengan roda pemandu lebih mudah dibuat dan memiliki efisiensi konversi energi yang lebih tinggi. Namun, pemasangan dan pemeliharaannya lebih sulit dibandingkan volute.
16. Cincin penyegel
Untuk mengurangi kebocoran internal dan melindungi selubung pompa, cincin penyegel yang dapat diganti dipasang pada selubung yang sesuai dengan saluran masuk impeler. Jarak bebas radial antara lubang bagian dalam cincin penyegel dan lingkaran luar impeler umumnya antara 0,1 dan 0,2 mm. Setelah cincin penyegel aus, jarak bebas radial meningkat, mengakibatkan penurunan volume pelepasan cairan pompa dan penurunan efisiensi. Jika celah penyegelan melebihi nilai yang ditentukan, maka perlu diganti tepat waktu.
Bentuk struktural cincin penyegel ada tiga jenis:
Tipe cincin-datar, dengan struktur sederhana dan pembuatan mudah, namun efek penyegelannya buruk;
Cincin penyegel tipe-sudut kanan memungkinkan kebocoran cairan melewati saluran 90 derajat, sehingga menghasilkan efek penyegelan yang lebih baik dibandingkan dengan jenis-cincin datar. Ini banyak digunakan.
Cincin segel labirin memiliki efek penyegelan yang baik, tetapi strukturnya rumit dan pembuatannya sulit. Oleh karena itu jarang digunakan pada pompa sentrifugal.
Proses kerja pompa sentrifugal
Sebelum menghidupkan pompa, isi pompa dengan cairan yang akan diangkut terlebih dahulu.
2. Setelah pompa dihidupkan, poros pompa menggerakkan impeler untuk berputar dengan kecepatan tinggi sehingga menghasilkan gaya sentrifugal. Di bawah gaya ini, cairan terlempar dari pusat impeler ke pinggiran impeler, tekanannya meningkat, dan mengalir ke dalam selubung pompa dengan kecepatan sangat tinggi (15-25 m/s).
3. Di dalam casing pompa, saluran aliran terus mengembang, kecepatan aliran cairan melambat, menyebabkan sebagian besar energi kinetik diubah menjadi energi tekanan. Terakhir, cairan mengalir keluar dari lubang pembuangan dengan tekanan statis yang relatif tinggi dan masuk ke pipa pembuangan.
4. Setelah cairan di dalam pompa dikeluarkan, terbentuk ruang hampa di tengah impeler. Di bawah perbedaan tekanan antara tekanan permukaan cairan (tekanan atmosfer) dan tekanan di dalam pompa (tekanan negatif), cairan memasuki pompa melalui pipa hisap dan mengisi posisi di mana cairan dikeluarkan.
Klasifikasi pompa sentrifugal
Produk pompa sentrifugal umumnya diklasifikasikan menurut karakteristik strukturnya. Ada berbagai metode klasifikasi, termasuk enam jenis: diklasifikasikan berdasarkan tekanan kerja, berdasarkan jumlah impeler yang bekerja, berdasarkan cara impeler menyerap air, dll.
⒈ Menurut tekanan kerja:
Pompa-tekanan rendah: Tekanannya lebih rendah dari 100 meter kolom air.
Pompa-tekanan sedang: Tekanan berkisar antara 100 hingga 650 meter kolom air.
Pompa-tekanan tinggi: Tekanannya lebih tinggi dari 650 meter kolom air.
2. Menurut jumlah impeler yang bekerja:
Pompa-satu tahap: Ini mengacu pada pompa yang hanya memiliki satu impeler pada poros pompa.
Pompa multi-tahap: Pompa jenis ini memiliki dua impeler atau lebih pada porosnya. Dalam hal ini, head total pompa adalah jumlah head yang dihasilkan oleh masing-masing n impeler.
3. Menurut metode pemasukan air dari impeler:
Pompa pemasukan air-sisi tunggal: Juga dikenal sebagai pompa-hisap tunggal, artinya hanya ada satu lubang pemasukan air pada impeler.
Pompa hisap dua arah: Juga dikenal sebagai-pompa hisap ganda, pompa ini memiliki lubang masuk di kedua sisi impeler. Laju alirannya dua kali lebih besar dibandingkan dengan-pompa hisap tunggal. Secara kasar dapat dianggap sebagai dua impeler-pompa hisap yang ditempatkan saling-ke-belakang.
4. Menurut posisi poros pompa:
Pompa horizontal: Poros pompa berada pada posisi horizontal.
Pompa vertikal: Poros pompa berada pada posisi vertikal.
5. Menurut bentuk sambungan casing pompa:
Pompa belah horizontal: Ini adalah pompa yang jahitan sambungannya dibuka pada bidang horizontal yang melewati sumbu.
Pompa permukaan sambungan vertikal: Ini mengacu pada pompa yang permukaan sambungannya tegak lurus terhadap garis sumbu.
6. Cara mengarahkan air yang keluar dari impeller menuju ruang pembuangan:
Casing pump : Setelah air keluar dari impeller langsung masuk ke dalam casing pompa yang berbentuk spiral.
Pompa baling-baling pemandu: Setelah air keluar dari impeler, air masuk ke baling-baling pemandu yang dipasang di luar impeler, dan kemudian melanjutkan ke tahap berikutnya atau mengalir ke pipa saluran keluar.
⒎ According to the different media being transported, centrifugal pumps can be classified as: water pumps, oil pumps, corrosion-resistant pumps, etc.
Kunci kavitasi dan uap
Fenomena erosi
Dari prinsip kerja pompa sentrifugal, dapat diketahui bahwa setelah cairan di antara sudu-sudu dikeluarkan dari impeler yang berputar dengan kecepatan tinggi, maka akan terbentuk area bertekanan rendah di dekat saluran masuk impeler. Ketika tekanan pada saluran masuk impeler sama dengan atau lebih rendah dari tekanan uap jenuh pV cairan yang diangkut pada suhu operasi, cairan di area ini akan menguap dan membentuk gelembung. Saat gelembung bergerak bersama cairan ke-area bertekanan tinggi, gelembung akan mengembun dengan cepat akibat tekanan tersebut.
Pada saat gelembung mengembun, ruang hampa lokal terbentuk. Cairan disekitarnya mengalir deras menuju ruang yang sebelumnya ditempati oleh gelembung dengan kecepatan tinggi, menimbulkan benturan dan getaran, sehingga menghasilkan gaya tumbukan yang signifikan. Terutama ketika titik kondensasi gelembung berada di dekat permukaan sudu, banyak partikel cair yang berdampak pada sudu dengan frekuensi dan tekanan tinggi; pada saat yang sama, gelembung tersebut mungkin juga mengandung sejumlah kecil oksigen dan zat lain yang memiliki efek korosif kimia pada bahan logam. Di bawah aksi gabungan dari benturan terus menerus dan korosi kimia, permukaan mata pisau rusak, membentuk bintik-bintik dan retakan, yang akan menyebabkan kerusakan dini pada mata pisau. Fenomena ini disebut kavitasi pada pompa sentrifugal.
Fenomena pengikatan gas
Ketika pompa sentrifugal dihidupkan, jika terdapat udara di dalam pompa, karena kepadatan udara yang rendah, gaya sentrifugal yang dihasilkan setelah putarannya kecil. Akibatnya, tekanan rendah yang terbentuk di bagian tengah impeler tidak cukup untuk menyedot cairan. Sekalipun pompa sentrifugal dihidupkan, tugas pengangkutannya tidak dapat diselesaikan. Fenomena ini disebut "penguncian udara".
Hal ini menunjukkan bahwa pompa sentrifugal tidak memiliki-kemampuan pemancing otomatis. Oleh karena itu, sebelum memulai pompa sentrifugal harus diisi dengan cairan yang akan dialirkan. Tentu saja, jika saluran masuk hisap pompa sentrifugal ditempatkan di bawah ketinggian cairan dari cairan yang dialirkan, maka cairan tersebut secara otomatis akan mengalir ke dalam pompa. Ini adalah kasus khusus. Pipa hisap pompa sentrifugal dilengkapi dengan katup bawah untuk mencegah cairan yang terisi sebelum mulai mengalir keluar dari pompa. Layar filter dapat mencegah zat padat dalam cairan tersedot dan menghalangi saluran pipa dan pipa pembuangan rumah pompa. Katup pengatur yang dipasang pada pipa pembuangan digunakan untuk menghidupkan pompa, menghentikan pompa, dan mengatur aliran.
Dari sudut pandang berbagai penyebab kavitasi dan penguncian uap:
Pengikatan udara mengacu pada keberadaan udara di dalam badan pompa. Biasanya terjadi saat pompa dihidupkan. Manifestasi utamanya adalah udara di dalam badan pompa belum sepenuhnya dikeluarkan. Sedangkan kavitasi disebabkan oleh zat cair mencapai tekanan penguapannya pada suhu tertentu. Terlihat bahwa hal ini berkaitan erat dengan media yang diangkut dan kondisi kerja.
Cara-cara berikut ini dapat digunakan untuk mencegah terjadinya fenomena air lock:
1. Sebelum memulai, isi cangkang dengan cairan. Pastikan cangkangnya tertutup rapat. Katup pengisian air dan kepala pancuran tidak boleh bocor. Performa penyegelannya harus bagus.
2. Pipa hisap pompa sentrifugal dilengkapi dengan katup bawah untuk mencegah cairan yang dipompa masuk sebelum dinyalakan mengalir kembali ke dalam pompa. Layar filter dapat mencegah partikel padat dalam cairan tersedot. Pipa pembuangan dilengkapi dengan katup pengatur yang digunakan untuk menghidupkan dan mematikan pompa serta mengatur laju aliran.
3. Tempatkan saluran masuk hisap pompa sentrifugal di bawah permukaan cairan tempat cairan perlu diangkut. Cairan secara otomatis akan mengalir ke pompa.
Penyebab dan solusi terjadinya kavitasi
Penyebab utama kavitasi adalah:
1. Resistansi pipa saluran masuk terlalu tinggi atau pipa terlalu tipis.
2. Suhu media yang diangkut terlalu tinggi;
3. Aliran berlebihan, yaitu katup keluar dibuka terlalu lebar;
4. Ketinggian pemasangan terlalu tinggi sehingga mempengaruhi kapasitas pemasukan cairan pompa.
5. Masalah pemilihan, termasuk pemilihan pompa dan pemilihan bahan pompa, dll.
Larutan:
1. Singkirkan benda asing dari pipa saluran masuk untuk memastikan kelancaran aliran, atau menambah diameter pipa.
2. Menurunkan suhu media yang diangkut;
3. Kurangi ketinggian pemasangan;
4. Mengganti pompa atau melakukan perbaikan pada komponen tertentu pada pompa, misalnya menggunakan bahan yang tahan terhadap kavitasi.
