Usura nelle pompe centrifughe
Le pompe centrifughe vengono talvolta utilizzate in ambienti in cui il prodotto pompato contiene solidi sospesi. Mentre alcune pompe sono progettate specificamente per la movimentazione di solidi o applicazioni di liquame, le normali pompe centrifughe non contengono funzioni per prevenire il degrado delle prestazioni dovuto all'impatto dei solidi.
Ci sono alcuni segnali chiave che indicano che una pompa centrifuga convenzionale soffre di usura erosiva e abrasiva. Ecco le strategie di valutazione e mitigazione da considerare e applicare quando ciò si verifica.
Le particelle sono un problema in una pompa centrifuga a causa del modo in cui la macchina aggiunge velocità al liquido mentre passa lungo i canali della girante. In generale, maggiore è la velocità alla punta della girante, maggiore è l'energia che viene impartita a qualsiasi particella sospesa all'interno del liquido. Questa energia può quindi causare danni a tutto ciò che colpisce.
Immagine 1. La velocità delle particelle è direttamente associata alla velocità di punta della girante. (Immagini per gentile concessione di Hydro, Inc.)In termini generali, la perdita di materiale per erosione è determinata dalla velocità della particella al cubo (Equazione 1).
Equazione 1:
Erosione = XC3
C è la velocità della particella
X è un coefficiente basato sul liquido
essere pompato
La velocità della particella è direttamente associata alla velocità di punta della girante (immagine 1). L'abbassamento della velocità di punta di una macchina ha un impatto significativo sulla velocità delle particelle e, quindi, sull'energia erosiva.
Velocità della punta= πD2n/60
In particolare, questo colpisce le particelle che escono dalla girante con l'impatto ad alta velocità sui labbri della voluta della pompa, causando danni erosivi.
Quando una particella ad alta energia passa dalla girante al labbro della voluta, si verifica un modello di danno molto particolare. Il danno è generalmente concentrato all'intersezione del labbro a voluta dell'involucro e la parete laterale dell'involucro. Le particelle che colpiscono il centro del labbro della voluta vengono spazzate via nel flusso medio della linea di flusso e il tempo in cui sono a contatto con il labbro è limitato (immagine 2).
Immagine 2. Illustrazione dell'usura al labbro della voluta
Le particelle che colpiscono il labbro della voluta vicino alla parete laterale vengono influenzate dall'interfaccia del doppio strato limite che esiste tra il labbro e la parete laterale. Queste particelle non passano rapidamente nel flusso medio della linea di flusso e iniziano a ruotare (immagine 3).
Immagine 3. Rappresentazione del movimento delle particelle che illustra il flusso vicino alla parete rispetto al flusso medio
Anche altre aree sono soggette ad usura e sono generalmente associate al gioco fine dell'anello di usura dell'anello. Esistono due tipi di usura abrasiva/erosiva che aumentano il gioco dell'anello di usura e peggiorano le prestazioni della pompa.
Immagine 4 (a sinistra). Le particelle attraversano il gioco dell'anello di usura guidate dalla pressione differenziale e la loro forma e direzione influiscono sulle superfici dell'anello di usura aumentando i giochi. Immagine 5 (a destra). Se i giochi dell'anello di usura sono inferiori alla dimensione massima delle particelle, il materiale viene rimosso dal gioco.Gli anelli di usura svolgono anche un ruolo significativo in un'altra forma comune di usura che si verifica nelle pareti laterali dell'involucro della voluta. Una delle funzioni principali di un anello di usura è quella di fornire un anello restrittivo tra diversi regimi di pressione all'interno di una pompa centrifuga. A causa di questa funzione, un lato dell'anello di usura opera a una pressione maggiore dell'altro. La pressione differenziale attraverso l'anello anulare guida il fluido attraverso il gioco dell'anello di usura.
Questo effetto ha proprietà di irrigidimento che migliorano la dinamica del rotore della macchina. All'interno di un ambiente erosivo ciò può causare un particolare tipo di usura di danni. Quando il liquido che esce dall'anello di usura dell'anello di usura si getta nel passaggio a bassa pressione trasportando particelle di energia più elevata, con esso le particelle colpiscono la parete laterale dell'involucro e tagliano il limite di pressione. Questo è noto come danno da vortice di Taylor.
Tattiche per limitare l'usura
La limitazione delle velocità della punta sui servizi in cui possono essere presenti particelle all'interno del fluido pompato limita i danni. Se non è possibile limitare la velocità della punta, scegliere una macchina che abbia un gioco di punta elevato tra il diametro esterno della girante e il labbro della voluta. Questo dà a tempo/distanza/velocità la possibilità di agire su qualsiasi particella, riducendo così la loro velocità prima che colpiscano l'involucro.
Modifica le labbra a voluta. Profilando i labbri della voluta a forma di ferro di cavallo, è possibile limitare l'usura vista all'intersezione tra il labbro e la parete laterale dell'involucro. Il raggio ampio e regolare sul labbro significa che la conseguenza del doppio strato limite che trattiene le particelle e fa sì che ruotino a causa del flusso passante è ridotta al minimo poiché le particelle sono forzate nel flusso medio dalla geometria del raggio e non può essere bloccato nelle intersezioni d'angolo (immagine 6).
Immagine 6. Modifica del labbro a volute per alleviare i danni
I rivestimenti possono essere utili per combattere l'usura abrasiva, ma è necessario un occhio abile per garantire che il giusto tipo di rivestimento venga applicato nelle aree giuste sulla base di una valutazione del danno osservato. Un rivestimento con un'elevata forza di adesione e un'elevata durezza se applicato in combinazione con le altre tecniche menzionate in questo articolo può avere successo nel limitare i danni.
Le particelle presenti nei liquidi delle pompe centrifughe possono causare danni e degrado delle prestazioni. Alcuni danni sono ancora inevitabili, ma l'uso di modifiche alla geometria, combinate con rivestimenti duri, aumenta la durata e l'affidabilità della pompa.