Per quanto tempo posso far funzionare la mia pompa a secco?
A chiunque abbia familiarità con le pompe industriali a trascinamento magnetico (azionamento magnetico) è stato chiesto informazioni sul funzionamento a secco della pompa. Dopotutto, una lavastoviglie e una lavatrice a casa lo fanno sempre. Ci sono materiali per cuscinetti che lo consentono, giusto? Certo, un qualificato "sì", ma è tempo di dare un'occhiata più da vicino al funzionamento a secco.
IMMAGINE 1: Componente del cuscinetto in carburo di silicio rotto (Immagine per gentile concessione di Magnatex Pumps, Inc.)
La marcia a secco, tranne che in senso letterale, è un termine improprio. Le pompe industriali sono meccanicamente sigillate o senza tenuta e possono risentire dei risultati di ciò che l'industria ha soprannominato "funzionamento a secco". Questo articolo si concentrerà sulla configurazione della pompa a trascinamento magnetico con componenti del cuscinetto in carburo di silicio (SiC), che è uno dei due tipi senza tenuta di pompe centrifughe rotodinamiche.
Le pompe a trascinamento magnetico hanno cuscinetti lubrificati dal prodotto che richiedono la presenza di liquido per un corretto funzionamento. Questi cuscinetti idrodinamici (semplici) dipendono da una barriera fluida che separa i componenti del cuscinetto che diventa un cuneo quando c'è movimento relativo tra le due superfici. Quando questa barriera fluida viene interrotta, le due superfici si toccano e possono causare danni ai componenti. Questo effetto può essere cumulativo, con conseguente guasto del componente quando vengono raggiunti i limiti.
Quando la pompa perde aspirazione, deve essere spenta immediatamente. I danni ai componenti SiC possono verificarsi in pochi secondi. L'utilizzo di un monitor di potenza per rilevare quando il carico del motore è cambiato improvvisamente, ad esempio quando la pompa perde l'aspirazione, proteggerà i principali componenti della pompa. Il funzionamento continuato senza liquido sufficiente all'aspirazione può portare rapidamente a gravi danni ai componenti SiC.
Per una lunga durata, la pompa richiede solo la disponibilità di liquido, il funzionamento entro l'intervallo di portata della pompa della curva e entro i limiti di progettazione della pompa. Si prega di notare che è meglio avviare la pompa contro una valvola di mandata parzialmente chiusa (circa un quarto aperta). La valvola di aspirazione deve essere sempre aperta durante il funzionamento e chiusa solo quando la pompa deve essere isolata per motivi di manutenzione.
Componenti dei cuscinetti in SiC e condizioni di malfunzionamento del sistema
Il materiale dei cuscinetti SiC non tollera gli urti meccanici, che è ciò che si verifica quando il liquido lubrificante tra le superfici dei componenti del cuscinetto è insufficiente, portando al contatto tra i componenti. Ci sono diverse situazioni durante il funzionamento del sistema che possono produrre tali condizioni.
funzionamento della pompa con valvole chiuse
pressione insufficiente all'aspirazione della pompa (altezza di aspirazione positiva netta disponibile [NPSHa] inadeguata) che causa cavitazione
lunghi periodi di funzionamento in condizioni di flusso estremamente basso
periodi di funzionamento prolungati in condizioni di portata elevata con bassa resistenza alla pressione allo scarico - funzionamento "fuori curva" o oltre il campo di portata massima
cicli eccessivi del flusso del sistema da una portata all'altra
temperatura eccessiva che provoca la vaporizzazione del liquido pompato (flusso di lubrificazione) sulle superfici dei componenti del cuscinetto o pressione interna del sistema insufficiente per mantenere il fluido pompato allo stato liquido mentre passa attraverso la pompa
energizzare il motore senza liquido nella pompa, anche brevemente per controllarne la rotazione
ingresso della paletta della girante ostruito all'occhiello di aspirazione
SiC sinterizzato appositamente trattato è disponibile presso numerosi fornitori per fornire capacità di funzionamento a secco migliorate nel caso di una condizione di malfunzionamento del sistema. Alcuni produttori utilizzano rivestimenti che aderiscono al substrato SiC, mentre altri utilizzano metodi di infusione che integrano meccanicamente il rivestimento nel materiale di base. Tutti questi sono chiamati rivestimenti simili al diamante (DLC) nel settore. Questi trattamenti riducono sostanzialmente il coefficiente di attrito superficiale rispetto a quello del SiC sinterizzato standard. Meno attrito durante il ribaltamento del sistema e altre condizioni di funzionamento a secco generano meno calore, riducendo la possibilità di rottura dei componenti del cuscinetto per contatto meccanico o shock termico.
In riferimento alle apparecchiature di pompaggio e ai cuscinetti lubrificati dal prodotto, nessuno consiglia di far funzionare la pompa senza che il liquido la attraversi. C'è del liquido residuo che rimane quando l'unità perde l'aspirazione, ma che verrà rapidamente espulso dai lati dei componenti del cuscinetto con il funzionamento continuato. La vaporizzazione del liquido può avvenire rapidamente, a seconda delle dimensioni della pompa.
I tempi di funzionamento a secco definitivi richiederebbero test specifici delle dimensioni della pompa e delle condizioni di servizio in questione. Per le piccole pompe di potenza inferiore a 2 CV, i test hanno dimostrato che il tempo di funzionamento a secco è di pochi minuti e può essere allungato a più di un'ora per le pompe più piccole con cuscinetti rivestiti in DLC. Maggiore è la potenza assorbita dalla pompa, minore è il periodo di tempo prima che si verifichi un danno nel sistema di cuscinetti. Per le pompe più grandi nella gamma da oltre 50 CV, mentre i rivestimenti DLC saranno comunque d'aiuto, il tempo prima che si verifichino danni rimane piuttosto breve. Eccitare il motore per controllare la rotazione di una pompa senza cuscinetti rivestiti in DLC o liquido nell'unità potrebbe causare danni ai cuscinetti. I danni da funzionamento a secco appariranno inizialmente come componenti SiC incrinati o scheggiati. Quando il liquido svanisce e i componenti ceramici rotanti entrano in contatto con componenti fissi, il SiC può frantumarsi, rompendosi in piccoli pezzi. Il funzionamento continuato danneggia più componenti della pompa come l'albero, il corpo posteriore, il coperchio del corpo e la girante, tutti componenti costosi. Questo tipo di danno alla pompa è prevenibile.
Anche in questo caso, si consiglia di proteggere la pompa da un monitor di potenza e di impostare il punto di intervento per bassa potenza a un livello che rappresenti la prima indicazione che l'aspirazione è stata persa. L'impostazione del ritardo del punto di intervento basso a meno di 2 o 3 secondi può impedire l'intervento della pompa quando una grande bolla di vapore/aria fuoriesce dalla pompa senza perdere l'aspirazione. Cercare di correre più a lungo per svuotare la linea di aspirazione del prodotto comporterà un danno alla pompa che è più costoso della piccola quantità di prodotto che potrebbe rimanere nella linea di aspirazione. Un monitor di alimentazione correttamente impostato farà risparmiare denaro al proprietario della pompa in diversi account aziendali.
Le motopompe in scatola, l'altro tipo centrifugo senza tenuta, utilizzano in genere materiali per cuscinetti più morbidi, incluso il carbonio, che sono più lubrificanti, ma suscettibili all'usura. Questi richiedono un sistema di monitoraggio dei cuscinetti per evitare danni ai componenti.
Nelle pompe a tenuta meccanica, le facce di tenuta operano su un film idrodinamico simile e richiedono lo stesso tipo di lubrificazione. Non funzioneranno a lungo senza danni.
La maggior parte dei danni alle pompe a trascinamento magnetico può essere evitata. La migliore risposta alla domanda del titolo è: non far funzionare la pompa a secco.