Кіріспе
Айналмалы кинетикалық энергияны түрлендіру арқылы сұйықты тасымалдауға қолданылатын сорғы.
Центробегті сорғылар айналмалы кинетикалық энергияны сұйық ағынының гидродинамикалық энергиясына түрлендіру арқылы сұйықты тасымалдау үшін қолданылады. Айналу энергиясы әдетте қозғалтқыштан немесе электрмотордан алынады. Олар динамикалық осьтік симметриялы жұмыс сіңіретін турбомашиналардың бір түрі болып табылады. Сұйық сорғының жұмыс доңғалағына айналу осі бойымен немесе оған жақын кіреді және жұмыс доңғалағымен үдетіледі, содан кейін радиалды бағытта диффузорға немесе спиральдік камераға (корпусқа) ағып, одан шығады. Көбінесе су, кәріз, ауыл шаруашылығы, мұнай және мұнай-химия өнімдерін тасымалдау үшін қолданылады. Центробегті сорғылар жоғары өнімділік, абразивті ерітінділермен үйлесімділік, араластыру мүмкіндігі және салыстырмалы түрде қарапайым конструкциясы үшін жиі таңдалады. Центробегті желдеткіштер әдетте ауа тазартқыштарды немесе шаң сорғыштарды іске қосу үшін қолданылады. Центробегті сорғының кері функциясы – судың потенциалдық энергиясын механикалық айналу энергиясына түрлендіретін су турбинасы.
Тарих
Реттидің сөзінше, центрифугалық сорғы деп сипатталатын алғашқы машина 1475 жылы итальяндық Ренессанс инженері Франческо ди Джорджио Мартинидің еңбегінде кездесетін лайды көтеру машинасы болған. Нағыз центробегтік сорғылар тек 17 ғасырдың соңында ғана дамыды, осы кезде Денис Папин тік лопастарды қолданып жасады. Иллюзиялық лопастарды 1851 жылы британдық ойлап табушы Джон Аппольд енгізді.
Жұмыс принципі
Көптеген сорғылар сияқты, центробегтік сорғы да айналу энергиясын, көбінесе электрмотордан, қозғалатын сұйықтықтағы энергияға түрлендіреді. Энергияның бір бөлігі сұйықтықтың кинетикалық энергиясына жұмсалады. Сұйықтық корпустың орталық тесігінен ось бойымен кіреді, арақашықтық қанатшаларына түсіп, айналмалы қозғалыс арқылы жанама және радиалды бағытта сыртқа шығарылады, содан кейін корпустың диффузорлық бөлігіне таралады. Сұйықтық арақашықтықтан өтетін кезінде жылдамдық пен қысымды арттырады. Түйреуіш тәрізді диффузор немесе спираль бөлігі ағынды баяулатып, қысымды одан әрі жоғарылатады.
Жылдамдық үшбұрышы
Жылдамдық векторлары құратын үшбұрыш жылдамдық үшбұрышы деп аталады. Бұл ереже Eq. (1) теңдеуінің Eq. (2) теңдеуіне айналуына көмектесті және сорғының жұмыс ілу принципін кеңінен түсіндірді. 2.3 (а) суреті алға қарай иілген қанатты дөңгелектің жылдамдық үшбұрышын, ал 2.3 (b) суреті радиалды тік қанатты дөңгелектің жылдамдық үшбұрышын көрсетеді. Ол ағынға қосылған энергияның (вектормен көрсетілген) ағынның жылдамдығына (вектормен көрсетілген) кері пропорционалды өзгеруін нақты көрсетеді.
Тік центробегіш насостар
Тік центробегтік насостарды консольді насостар деп те атайды. Олар бірегей білік және подшипниктерді орналастыру жүйесін пайдаланады, бұл волютаның сорғы құбырынан тыс жерде орналасқан подшипниктерде ілуіне мүмкіндік береді. Бұл типтегі сорғы шахтаның тығыздалуын қамтамасыз ету үшін толтыру қорабын қолданбайды, оның орнына "түзету жинағышын" (throttle bushing) пайдаланады. Бұл стильдегі сорғыны жиі қолдану – бөлшектерді тазалау машинасы.
Қуатын сорғылар
Минералдық өнеркәсіпте немесе мұнайлы құмды өндіруде, бай минералдарды немесе битумды құм мен саздан бөліп алу үшін көбік пайда болады. Көбікте ауа болады, ол дәстүрлі сорғыларды бітеуіне және жұмыс істеуін тоқтатуына себеп болады. Өнеркәсіп тарихында бұл мәселені шешу үшін әртүрлі әдістер әзірленді. Қағаз және целлюлоза өндірісінде, аралық дискіге тесіктер жасалады. Ауа аралық дискінің арт жағына шығып, арнайы шығарып тастағыш ауаны сору багіне қайтарады. Аралық дискіде негізгі қанаттар арасында екіге бөлінген қанаттар немесе қосымша қанаттар деп аталатын кішкентай қанаттар да болуы мүмкін. Кейбір сорғыларда үлкен сору тесігі, индуктор немесе сорғыдан шығарылатын қысымды көбікті сору багіне қайта жіберу арқылы көпіршіктерді жою мүмкіндігі қарастырылған.
Көп сатылы центробегіш насостар
Екі немесе одан көп жұмыс доңғалағынан (импеллер) тұратын центробегтік сорғы көп сатылы центробегтік сорғы деп аталады. Жұмыс доңғалақтары бір білікте немесе әртүрлі біліктерде орналастырылуы мүмкін. Әрбір сатыда сұйықтық сыртқы диаметрдегі шығаруға (төгілімге) дейін орталыққа бағытталады. Шығыстағы жоғары қысым үшін жұмыс доңғалақтары тізбектей қосылуы мүмкін. Жоғары өнімділік үшін жұмыс доңғалақтары параллель қосылуы мүмкін. Көп сатылы центробегтік сорғының кең таралған қолданылуы – қазандыққа су беру сорғысы. Мысалы, 350 МВт қуаттылықтағы установкаға екі параллель су беру сорғысы қажет болады. Әрбір су беру сорғысы 21 МПа қысымда 150 л/с өнім беретін көп сатылы центробегтік сорғы болып табылады. Сұйықтыққа берілетін барлық энергия жұмыс доңғалағын қозғалтатын механикалық энергиядан алынады. Бұл температураның сәл көтерілуіне (қысымның артуымен қатар) әкелетін, изентропиялық сығымдалу кезінде өлшенуі мүмкін.
Қатты заттарды бақылауға арналған центробегтік сорғылар
Мұнай кенішіндегі қатты бөлшектерді басқару жүйесіне сазды ыдыстарда немесе олардың үстінде орналасқан көптеген центробегті сорғылар қажет. Қолданылатын центробегті сорғылардың түрлері: құм сорғылары, батып жүретін шлам сорғылары, араластыру сорғылары және зарядтау сорғылары. Олардың әрқайсысының өзгеше функциялары бар, бірақ жұмыс істеу принципі бірдей.
Магниттік қосарланған сорғылар
Магниттік байланыстырылған насостар немесе магниттік жетек насостар, дәстүрлі сорғылау әдісінен өзгеше, себебі мотор тікелей механикалық білік арқылы емес, магниттік күштер арқылы насосқа қосылады. Насос жетек магнит арқылы жұмыс істейді, ол насос роторын "қозғалтады", ал ротор мотормен қозғалатын негізгі білікке магниттік күш арқылы байланысады. Олар көбінесе сорғыланатын сұйықтықтың ағуы үлкен қауіп тудыратын жағдайларда қолданылады (мысалы, химиялық немесе ядролық өнеркәсіптегі агрессивті сұйықтықтар, электр тогы бар саябақ мүсіндерінің су шашыратқыштары). Басқа қолданылу жағдайларына коррозиялық, жанғыш немесе уытты сұйықтықтарды сорғылау қажеттігі (мысалы, тұз қышқылы, натрий гидроксиді, натрий гипохлориті, күкірт қышқылы, темір(II)/темір(III) хлориді немесе азот қышқылы) жатады. Оларда мотор білігі мен жұмыс дөңгелегі арасында тікелей байланыс болмайды, сондықтан тығыздағыш қорап немесе бездің қажеті жоқ. Корпус бұзылмаса, ағу қаупі жоқ. Насос білігі насос корпусының сыртындағы подшипниктермен тірелмейді, сондықтан насостың ішіндегі тіреу бұрандалармен қамтамасыз етіледі. Магниттік жетек насостарының қуаты бірнеше ватттан алып 1 МВт-қа дейін болуы мүмкін.
Бастапқы
Сорғыны сұйықтықпен толтыру процесіне алдын ала дайындау (приминг) дейді. Барлық центробегтік сорғыларға сұйықтық корпусында сұйықтық болуы қажет, осылайша олар жұмыс істеуге дайын тұрады. Егер сорғы корпусы бу немесе газдармен толса, сорғының жұмыс дөңгелегі газға толып, сұйықтықты қабылдауға қабілетсіз болады. Центробегтік сорғының алдын ала дайындалған күйде қалуын және газға толуын болдырмау үшін, көптеген сорғылар сұйықтық алатын көзден төмен орналастырылады. Сол сияқты нәтижеге басқа сорғы берген қысыммен сорғының сору құбырына сұйықтық беру арқылы да қол жеткізуге болады.
Өзін-өзі қоректендіретін центробекті сорғы
Қалыпты жағдайларда, кәдімгі центробегтік сорғылар сұйықтық деңгейі сорғыдан төмен геодезиялық биіктікте орналасқан кіріс құбырынан ауаны шығара алмайды. Өзін-өзі қамтамасыз ететін сорғылар сыртқы қосымша құрылғыларсыз сорғының сору құбырынан ауаны шығаруға қабілетті болуы керек. Ішкі сору сатысы бар центробегтік сорғылар, мысалы, су ағыны сорғылары немесе бүйірлік каналды сорғылар да өзін-өзі қамтамасыз ететін сорғылар ретінде жіктеледі. Сонымен қатар, сифон әрекетін болдырмау және сорғы тоқтатылғанда сұйықтықтың корпуста қалуын қамтамасыз ету үшін сору жағында ауыспалы клапан немесе газ шығару клапаны орнатылуы тиіс. Бөлгіш камерасы бар өзін-өзі қамтамасыз ететін центробегтік сорғыларда, сорғыланған сұйықтық пен ішке сіңген ауа көпіршіктері импеллердің әрекетімен бөлгіш камераға сорғыланады. Ауа сорғының төгілу саңылауы арқылы шығып кетеді, ал сұйықтық қайтадан төмен түсіп, импеллермен қайтадан сіңіріледі. Осылайша сору құбыры үнемі босатылады. Мұндай өзін-өзі қамтамасыз ету мүмкіндігін қамтамасыз етуге қажетті конструкция сорғының тиімділігіне кері әсер етеді. Сонымен қатар, бөлгіш камераның көлемі салыстырмалы түрде үлкен. Осы себептерге байланысты бұл шешім тек кішкентай сорғылар үшін, мысалы, бағбандарға арналған сорғылар үшін қолданылады. Өзін-өзі қамтамасыз ететін сорғылардың көбінесе қолданылатын түрлері – бүйірлік каналды және су сақиналы сорғылар. Өзін-өзі қамтамасыз ететін сорғының тағы бір түрі – екі корпус камерасы және ашық импеллері бар центробегтік сорғы. Бұл конструкция өзін-өзі қамтамасыз ету қабілеті үшін ғана емес, сонымен қатар процестік инженерияда екі фазалы қоспаларды (ауа/газ және сұйық) қысқа мерзімге сорғанда немесе ластанған сұйықтықтарды өңдегенде, мысалы, құрылыс шұңқырларынан суды тоқтату кезінде газсыздандыру әсері үшін де қолданылады. Бұл сорғы түрі аяқ клапанысыз және сору жағында эвакуациялау құрылғысысыз жұмыс істейді. Сомпаны іске қосу алдында өңделетін сұйықтықпен толтыру қажет. Екі фазалы қоспа сору құбыры босатылғанға дейін және сұйықтық деңгейі атмосфералық қысыммен алдыңғы сору камерасына итерілгенге дейін сорғыланады. Қалыпты сорғылау кезінде бұл сорғы қарапайым центробегтік сорғы сияқты жұмыс істейді.