POMPE CENTRIFUGE - Constructia pompelor centrifuge

POMPE CENTRIFUGE

1. Generalitati

Pompele centrifuge sunt masini hidraulice rotative care transforma energia mecanica in energie hidraulica, preponderent hidrodinamica prin intermediul unui organ de lucru numit rotor.

Constructia pompelor centrifuge

O pompa centrifuga (fig. 1) se compune in general din urmatoarele organe principale: carcasa pompei cu racordul de aspiratie si cel de refulare, organele directoare si rotorul pompei cu arborele, lagarele si presgarniturile sale.

Carcasa este in forma de spirala la pompelor cu un etaj si cilindrica la pompele cu mai multe etaje. Dupa numarul de intrari ea poate fi: simpla, cand intrarea lichidului se face numai pe o parte, si dubla, cand intrarea se face pe ambele parti.

Carcasele se executa prin turnare, din fonta pentru pompele de joasa si medie presiune si din otel pentru cele de inalta presiune; in cazul substantelor chimice active, ele se confectioneOrganele directoare (de conducere) au scopul de a da o directie convenabila curentului de lichid la intrarea in rotor, la iesirea din rotor si la trecerea de la un etaj la altul, in cazul pompelor multietajate. Ele sunt imobile ca si carcasa, de aceea mai poarta numele si de stator. Profilul organelor directoare este astfel realizat, incat curentul de lichid sa nu fie supus unor schimbari bruste de directie sau vartejuri, care ar duce la pierderi hidraulice inutile si deci la un randament scazut al pompei.

Rotorul este principalul organ mobil al pompei. Dupa modul de intrare a lichidului, rotoarele pot fi cu aspiratie simpla sau dubla (pe ambele fete). La pompele multietajate, rotorul este multiplu.

In functie de conditiile impuse de presiune, turatie si natura lichidului pompei, rotoarele se toarna din fonta, bronz fosforos, otel etcaza sau se captusesc cu camasi din materiale specia Rotorul se fixeaza pe arbore prin presare si printr-o pana longitudinala.

Arborele este organul care transmite puterea de la motor la rotorul pompei, fiind prevazut la un capat cu cuplaj in cazul antrenarii directe prin motor coaxial, sau cu roata pentru curele in cazul antrenarii prin transmisie.

Arborele se confectioneaza de obicei din otel-carbon sau oteluri speciale tratate termic, iar in cazul pomparii lichidelor corosive, din otel inoxidabil; cand se pompeaza lichide foarte agresive, el se protejeaza cu o bucsa de bronz sau se executa complet din bronz.

Lagarele pe care se sprijina arborele rotorului sunt fixate fie in carcasa sau in capacele acesteia, fie in exterior, fie si in carcasa si in exterior. Lagarele pot fi de alunecare sau cu rulmenti. In cazul pompelor de mare putere si de turatie se folosesc lagare de alunecare unse cu ulei sub presiune, circulatia fiind asigurata de o pompa cu roti dintate.

Presgarniturile se monteaza pe arbore in capacele frontale de aspiratie si de refulare, avand rolul de a izola interiorul pompei pe presiunea atmosferica. Presgarnitura de la aspiratie trebuie sa impiedice intrarea aerului in pompa, care ar putea avea ca efect inrautatirea functionarii sau chiar scoaterea ei din functiune. Presgarnitura de la refulare trebuie sa impiedice iesirea lichidului din pompa pe langa arbore. Presgarnituria de la aspiratie poate avea si o constructie speciala, cu etansare hidraulica (fig. 2). Aceasta este o presgarnitura obisnuita, care are insa mijlocul garniturilor de etansare un inel 1 gaurit si prevazut cu un canal circular. Corpul presgarniturii are doua orificii 2 si 3, la care se racordeaza cate o conducta de la parte de refulare si de aspiratie a pompei.

3. Tipuri constructive de pompe centrifuge

Constructia pompelor centrifuge este foarte variata, datorita in primul rand schimbarii in limite largi a debitului si presiunii iar in al doilea rand datorita multiplelor posibilitati de montare si antrenare a pompelor.

Pompele tip LOTRU-CERNA-CRIS sunt standardizate (STAS 4053 - 88) si se construiesc in 16 marimi pentru debite intre 5 si 450 m³/h si inaltimi de pompare de la 3 la 55 m H₂O. Ele sunt monoetajate, cu carcasa spirala, avand rotorul de tip inchis, in simplu flux, montat in consola pe arbore.

Pompele tip SADU sunt pompe multietajate construite in patru marimi pentru debite de 2. 100 m³/h si inaltimi de pompare de 8. 180 m H₂O.

Pompele tip OLT sunt pompe multietajate construite in doua marimi pentru debite de 45. 72 m³/h si inaltimi de pompare de 470. 500 m H₂O.

Pompele tip BICAZ, destinate pentru lichide abrazive, sunt pompe monoetajate, orizontale, cu rotorul de tip inchis, fixat in consola pe arborele pompei. Ele se construiesc in trei marimi pentru debite de 80. 250 m³/h si inaltimi de pompare de 30. 80 m H₂O.

Pompele tip SIRET sunt pompe monoetajate, orizontale, cu rotorul in dublu flux. Se construiesc asemenea pompe pentru debite de 400. 7800 m³/h si inaltimi de pompare de 6. 40 m H₂O.

Pompele tip BRATES sunt pompe monoetajate, orizontale, cu carcasa spirala si cu rotorul diagonal. Ele se construiesc in cinci marimi pentru debite de 700. 3600 m³/h si inaltimi de pompare de 5. 17 m H₂O.

Pompele tip JIU sunt pompe multietajate executate in sase tipuri pentru debite de 40. 400 m³/h si inaltimi de pompare de 20. 50 m H₂O.

Pompele tip NDS sunt pompe monoetajate, cu rotorul in dublu flux, asemanatoare cu pompele tip SIRET. Se construiesc pentru debite de 650. 6500 m³/h si inaltimi de pompare de 22. 79 m H₂O.

Pompe monoetajate cu carcasa spirala si rotor in consola

Pompele centrifuge monoetajate cu carcasa spirala si flux simplu, avand rotorul in consola, sunt de constructie orizontala si in tara noastra sunt reprezentate prin familia de pompe tip Lotru, Cerna, Cris. Aceste pompe sunt destinate deplasarii apei sau altor lichide neagresive, curate sau putin murdare, la temperatura de pana la 105⁰C si vascozitatea de pana la 5⁰E. Se utilizeaza in foarte multe domenii de activitate: in industrie, in transport, in agricultura, pentru statii de pompare mici, stabile sau transportabile, in alimentari cu apa, in constructii etc.

Asa cum rezulta din fig. 5, pompele Lotru, Cerna, Cris au rotorul inchis cu flux simplu. El este montat in consola pe un arbore din otel, care se sprijina, prin intermediul a doi rulmenti cu bile, in lagarul pompei

Constructia rationala a pompelor asigura demontarea rapida a partilor hidraulice, cat si a celor mecanice.

Pompele tip Lotru, Cerna, Cris se antreneaza in mod normal cu motoare electrice sau termice de puteri corespunzatoare, prin intermediul unor cuplaje elastice, cand turatia motoarelor corespunde turatiei pompei.

In cazul pomparii unor lichide calde, la temperatura pana la 130⁰C, pompele tip Lotru, Cerna, Cris au o constructie speciala, avand o camera de racire, care permite introducerea unui lichid de racire din exterior.

Fig. 5. Pompa din familia tip Lotru, Cerna, Cris:

1 - carcasa; 2 - capac aspiratie; 3 - rotor; 4 - piulita; 5 - inel labirint; 6 - inel presgarnitura; 7- garnitura; 8 - presgarnitura; 9 - azvarlitor;

10 - dop; 11 - vizor; 12 - rulment; 13 - lagar; 14 - capac; 15 - arbore.

Spre deosebire de pompele normale arborele este protejat in spatiul presgarniturii de o bucsa de protectie, care se monteaza pe arbore.

Pompe multietajate

Tendinta de a obtine pompe centrifuge cu dimensiuni de gabarit mici si inaltimi de pompare cat mai mari a determinat aparitia si raspandirea cat mai larga a pompelor multietajate. Pompele multietajate se pot grupa din punct de vedere constructiv in doua grupe:

1. Pompe multietajate sectionate - al caror corp este constituit din mai multe compartimente - care formeaza fiecare cate un etaj sau o treapta a pompei. Compartimentele pompelor sectionale sunt prinse intre corpul de refulare si corpul de aspiratie si sunt stranse in mod obisnuit cu tiranti.

Pompe multietajate cu corpul dintr-o singura bucata, obisnuit sectionate in plan orizontal. La aceste pompe toate etajele, adica rotoarele si directricele cu canale de intoarcere, sunt asezate inauntrul corpului comun si sunt rigidizate cu ajutorul capacului pompei.

In cazul constructiilor multietajate sectionate, pompele se pot demonta usor, chiar si in cazul in care se vehiculeaza lichide nocive. Pentru a evita indoirea arborelui atunci cand se demonteaza fiecare compartiment in parte, la pompele mari se prevad din turnare picioare la fiecare compartiment, care la demontare ajuta compartimentului sa alunece pe placa de baza ca pe un ghidaj, fara sa solicite arborele

Pompele sectionate prezinta insa dezavantajul ca fiecare compartiment sau etaj trebuie etansat, iar pompa, ori de cate ori se verifica sau se repara, trebuie demontata din instalatie. La pompele multietajate sectionale, in care echilibrarea impingerii axiale se face cu dispozitiv hidraulic, pentru a se putea demonta usor acest dispozitiv, in caz de avarie, el se plaseaza in capatul pompei, nu in partea de cuplare a motorului.

In cazul constructiilor multietajate cu corpul dintr-o singura bucata sectionat in plan orizontal, accesul la rotoare nu presupune demontarea conductelor de aspiratie si de refulare. Este suficienta demontarea capacului, corpul pompei ramanand mai departe in instalatie. Numai cand corpul pompei este dintr-o singura bucata, dar nu este sectionat in plan orizontal, atunci operatia este foarte dificila, datorita faptului ca, dupa o perioada mai lunga sau mai scurta de lucru, organele interioare ale pompei se fixeaza, ca urmare a oxidarii si a actiunii chimice care are loc in decursul exploatarii intre corpul pompei si celelalte organe.

Pompele tip Sadu sunt destinate vehicularii apei si lichidelor neagresive, curate sau putin murdare, la temperatura de pana la 105⁰C si vascozitatea pana la 5⁰E.

Pompele tip Sadu se disting ca denumire prin cele doua numere despartite prin semnul inmultirii care urmeaza dupa numele pompei. Primul numar indica diametrul racordului de aspiratie, iar al doilea - numarul de etaje.

In figura 6 este reprezentata o pompa tip Sadu 65 X 4.

Fig. 6 Pompa multietajata tip Sadu 65X4:

1 - capacul lagarului; 2 - rulment; 3 - capacul lagarului; 4 - garnitura; 5 - corp de aspiratie; 6 - bucsa; 7 - inel labirint; 8 - rotor; 9 - carcasa; 10 - garnitura;

11 - directrice de refulare; 12 - directrice de refulare a ultimului etaj; 13 - bucsa;

14 - corp de refulare; 15 - tirant; 16 - azvarlitor; 17 - inel de distanta; 18 - bucsa de distanta; 19 - lagar; 20-presgarnitura; 21 - inel presgarnitura; 22 - arbore;

23 - conducta; 24 - bucsa; 25 - garnitura; 26 - lagar.

Intre corpul de refulare si corpul de aspiratie, cu ajutorul tirantilor exteriori, se strang carcasele intermediare, inauntrul carora lucreaza cate un rotor cu simplu flux. Apa circula dintr-un compartiment intr-altul prin intermediul directricei, care este prevazuta cu palete de intoarcere.

Echilibrarea fortei axiale se face prin gaurirea discului din spate al rotoarelor. Arborele pompei se sprijina pe doua lagare cu rulmenti cu bile. Etansarea arborelui se face prin intermediul a doua presgarnituri cu garnituri moi, udate cu lichid sub presiune.

Intrucat pompele centrifuge vin de obicei din fabrica gata asamblate cu motorul lor pe o placa comuna, operatia de montare este foarte simpla, constand numai in fixarea placii pe fundatia respectiva. Inainte de fixarea suruburilor de fundatie, trebuie sa se verifice cu nivela si cu firul cu plumb orizontalitatea, respectiv verticalitatea pompei si a intregului agregat.

Verificarea coaxialitatii celor doi arbori se face cu ajutorul unei rigle, care trebuie sa se aseze perfect pe cele doua flanse ale cuplajului, care se rotesc usor. Totodata se verifica cu ajutorul unui spion daca distanta dintre fetele celor doua flanse stranse cu suruburi este aceeasi pe toata circumferinta.

. Centrarea se verifica printr-o proba de functionare in gol si apoi in sarcina, controland incalzirea lagarelor si a presgarniturilor. In cazul cand temperatura lor depaseste 60 - 70⁰C, se reface centrarea.

O atentie deosebita se va acorda la montarea conductelor de legatura, in special a celor de aspiratie, care trebuie sa fie perfect etanse si sa nu permita formarea unor pungi de aer in interior. Pentru evitarea pungilor de aer, reductiile montate la schimbarea diametrului conductelor trebuie sa fie nesimetrice. Conductele de aspiratie trebuie sa fie pe cat posibil verticale si cat mai scurte. Portiunile orizontale se vor monta cu o panta de minimum 2 %.

La partea inferioara a conductei de aspiratie se monteaza un sorb si o supapa de retinere, aceasta din urma avand rolul de a permite cuplarea pompei cu lichid la pornire. Pe conducta de refulare se monteaza de asemenea o supapa de retinere, avand rolul de a reduce loviturile pe supapa sorbului, la oprirea pompei. Pentru scurgerea lichidului din conducta de refulare si pentru umplerea pompei la pornire, se racordeaza la conducta de refulare dupa supapa de retinere un ocolitor cu robinet, iar capatul interior al ocolitorului se leaga la racordul de refulare al pompei.

Dupa montare, pompa centrifugala impreuna cu intreaga instalatie trebuie supusa unei probe. Se face mai intai o proba de presiune pentru verificarea etanseitatii tuturor imbinarilor - flanse, filete etc. - indepartand eventualele defecte ivite. Dupa aceea se pune in functiune instalatia in gol, verificand sensul    de rotire al motorului si functionarea fara zgomot, batai si trepidatii.

In timpul exploatarii, pompele pot fi montate in serie sau in paralel. Se pot monta in serie doua pompe centrifuge care au acelasi debit, obtinandu-se o inaltime de refulare totala de doua ori mai mare decat in cazul unei singure pompe. Pentru aceasta, la conducta de refulare a uneia din pompe, se racordeaza inaintea unui robinet o derivatie, prin care lichidul intra in aspiratia celeilalte pompe, dupa robinetul de pe conducta de aspiratie.

Intretinerea si exploatarea pompelor centrifuge

In timpul functionarii, pompele centrifuge trebuie supravegheate continuu, urmarind indicatiile aparatelor de control, incalzirea si ungerea lagarelor, starea garniturilor de etansare etc. Inelele de ungere ale lagarelor trebuie sa se roteasca liber impreuna cu arborele, iar incalzirea lagarelor nu trebuie sa depaseasca temperatura mediului inconjurator cu mai mult de 40 - 50⁰C.

La pornire, se controleaza pompa daca este plina cu lichid, ceea ce ar trebui sa se intample normal, daca supapa de retinere de la sorb este etansa. In caz contrar, se umple pompa pana la nivelul conductei de refulare, pentru a evacua tot aerul din interior.

Reglarea debitului pompei centrifuge in timpul functionarii se poate face prin variatia turatiei pompei si prin strangularea robinetului de la refulare.

Oprirea pompei se face prin inchiderea treptata a robinetului de refulare, dupa care se opreste motorul de antrenare.

Avariile cele mai grave care pot avea loc in timpul exploatarii se datoresc cavitatiei si loviturilor de berbec.

Cavitatia este degajarea de vapori in punctele unde presiunea lichidului scade sub valoarea presiunii de vaporizare, datorita inaltimii mari de aspiratie, temperaturii ridicate de pompare, vartejurilor mari, cresterii vitezei lichidului etc. La aparitia cavitatii, debitul, inaltimea de pompare si randamentul pompei scad simtitor.

Loviturile de berbec, care produc de asemenea avarii grave, ajungand pana la spargerea corpului pompei, iau nastere fie prin inchiderea brusca a unui robinet de pe conducta de refulare, fie din cauza opririi bruste a motorului de antrenare. In primul caz, energia cinetica a coloanei de lichid in miscare din conducta de refulare se transforma brusc in energie de presiune.