POMPAREA APEI

MEMORIUL JUSTIFICATIV

MEMORIUL JUSTIFICATIV

Ridicarea apei de la nivelurile inferioare la nivelurilor superioare se poate face cu masini hidraulice.

Exista masini hidraulice elevatoare care ridica apa fara sa actioneze asupra ei presiunea (lantul cu galeti, roata cu palete, roata cu cupe, melcul hidraulic etc.) si masini hidraulice elevatoare care ridica si transporta apa prin exercitarea unei presiuni asupra ei (pompe, emulsoare, ejectoare etc.)

Pompele ridica si transporta apa prin exercitarea presiunii asupra ei cu ajutorul unor mecanisme care produc depresiuni si presiuni succesive, iar emulsoarele si ejectoarele ridica si transporta apa prin exercitarea presiunii direct asupra ei, folosind in acest scop aer comprimat respective apa sub presiune.

Daca debitul care trebuie pompat este mai mare dect debitul pe care-l poate da o singura pompa, se prevad mai multe pompe care functioneaza in paralel.

La trei pompe in functiune se prevede una de rezerva, iar la mai mult de trei pompe in functiune se prevad doua pompe de rezerva. Aceste pompe de rezerva vor avea caracteristicile celei mai mari pompe in functiune.

STATII DE POMPARE

Statiile de pompare sunt cladiri special amenajate in mod special cu instalatii hidraulice, mecanice si electrice care serves la pomparea apei. Pot fi pentru alimentari cu apa sau pentru canalizari in constructia supraterana, semiingropata sau subterana. Trebuie sa prezinte siguranta si continutate in functionare, sa asigure conditii igienice si sanitare pentru personal si sa fie economice in exploatare.

POMPE

Pompele sunt utilaje care servesc la deplasarea lichidelor in conducte, comunicandu-le o presiune suplimentara, necesara ridicarii acestora la inaltimea dorita si invingerii rezistentelor hidraulice din conducte.

In acest fel, pompa executa un lucru mecanic datorita energiei primate de la un motor de antrenare. O parte din aceasta energie o transmite lichidului pompat.

MODIFICAREA DEBITULUI POMPAT

Relatiile dau posibilitatea proiectelor de micropompe sa realizeze microagregate cu alti parametri functionali, cunoscand parametrii asigurati de o pompa acceptata ca model optim.

Relatiile pun in evidenta posibilitatea modificarii debitului, sarcinii de pompare, puterii si randamentului unei micropompe.

ETAJAREA POMPELOR

Asa cum rezulta din relatia 2.11, pentru diameter si turatii uzuale ale micropompelor, sarcina pe rotor este limitata. Deoarece ridicarea apei din puturile adanci (de obicei forate) necesita inaltimii de pompare mai mari, solutia utilizarii unor agregate de pompare multietajate este aproape obligatoru.

Dorohoi, data Intocmit,

PIESE SCRISE

POMPAREA APEI

Ridicarea apei de la nivelurile inferioare la nivelurilor superioare se poate face cu masini hidraulice.

Exista masini hidraulice elevatoare care ridica apa fara sa actioneze asupra ei presiunea (lantul cu galeti, roata cu palete, roata cu cupe, melcul hidraulic etc.) si masini hidraulice elevatoare care ridica si transporta apa prin exercitarea unei presiuni asupra ei (pompe, emulsoare, ejectoare etc.)

POMPE, EMULSOARE SI EJECTOARE

Pompele ridica si transporta apa prin exercitarea presiunii asupra ei cu ajutorul unor mecanisme care produc depresiuni si presiuni succesive, iar emulsoarele si ejectoarele ridica si transporta apa prin exercitarea presiunii direct asupra ei, folosind in acest scop aer comprimat respective apa sub presiune.

Din punct de vedere constructive pompele pot fi: cu miscare alternativa (rectilinie, rotativa, cu diafragma), centrifuge si de constructii diverse.

Pompele cu miscare alternative rectilinie sunt pompele cu piston. Un exemplu de pompa rotativa este pompa Alweiller, iar pompa autoaspiratoare cu inel de apa sau pompele sonice cu propulsator sunt pompe de constructii diverse.

Pompele pot fi actionate mechanic sau manual.

Pompele cu piston pot fi cu piston propriu zis, la care pistonul sub forma unui disc se deplaseaza intr-un cilindru, venind in contact cu peretii acestuia, sau pot fi cu plunger, la care pistonul numit plunger are forma unui cilindru gol sau plin care se misca intr-o presetupa de etansare fara a atinge peretii interiori ai cilindrului. Din punct de vedere ai functionarii pot fi: aspiratoare, respingatoare sau aspiratoare respingatoare, iar in functie de actiune pot fi cu actiune simpla, cu actiune dubla, cu actiune tripla, cu actiune cuadrupla si cu un plunger diferential.

Pompele Alweiller ( cu clape) sunt pompe cu miscare rotativa. In figura 266 este reprezentata o astfel de pompa cu actiune dubla. Rotind spre dreapta si stanga manerul pompei, se deschid si se inchid alternative clapele de aspiratie si refulare. Caracteristicile sunt date de STAS 2668-51.

Pompele cu diafragma au constructie simpla si functionare sigura. In figura 1 se prezinta o pompa cu difragma manuala, care se compune dintr-un corp de fonta , dintr-o supapa de aspiratie, dintr-o supapa de refulare, dintr-o diafragma elastica de cauciuc si dintr-o parghie. La miscarea parghiei difragma primeste o miscare vibratorie, provocand aspiratie la aspirare si refulare la coborare.

Pompele centrifuge se compun dintr-o carcasa, in interiorul caruia se invarte in mod continuu un rotor cu palete curbate in sens invers miscarii. Intrarea si iesirea apei din pompe se face axial sau tangential. Comparativ cu pompele cu piston, pompele centrifuge prezinta urmatoarele avantaje: constructie mai simpla si mai usoara, cost mai redus, turatii mai mari, suprafete ocupate mai mici, sensibilitate mai redusa la lichide cu impuritati, gama de debite de pompare mai mare. In schimb, au randament mai scazut, sunt putin mai robuste, au durata de functionare mai mica, sin nu se pot aplica la debite mici si presiuni de pompare de sute de atmosfere.

Se umple pompa cu apa si prin rotire rapida a rotorului ia nastere o forta centrifuga sub actiunea careia lichidul se deplaseaza spre periferia rotorului, fiind aruncat in camera spirala, de unde trece in conducta de refulare. In partea centrala a rotorului se formeaza vacuum, iar in locul lichidului care este in pompa este luat alt lichid care vine din conducta de aspiratie sub influenta presiunii atmosferice. Viteza apei creste din centrul rotorului pana la periferia lui, iar cand lichidul trece in camera in forma de spirala, a carei sectiune cresta treptat pana la iesirea din pompa, plusul de viteza obtinut se transforma intr-un surplus de presiune, debitul fiind constant, si in acest fel se obtine inaltimea manometrica necesara pompei.

La pornire pompa trebuie amorsata deoarece rotorul nu este destul de etans fata de carcasa. Amorsarea pompei se face fie turnand apa din sus prin robinetul de umplere, si in acest caz trebuie prevazut sorb cu ventil de retinere STAS 2309-64, pentru a retine apa de umplere, fie ridicand apa in pompa prin creare de vacuum cu ajutorul unei pompe de vacuum, si in acest caz se monteaza sorb simplu STAS 2231-64. Pompele asezate mai jos decat nivelul apei din rezervorul din care aspira se amorseaza prin deschiderea vanei conductei de aspiratie.

Conductele de aspiratie trebuie sa fie ermetice, scurte, drepte si cu generatoarea superioara in rampa de 0,005 spre pompa, iar daca au reductii acestea trebuie sa fie asimetrice pentru ca la umplerea cu apa tot aerul sa fie eliminate prin robinetul de dezaerisire prevazut la partea de sus a pompei. Se monteaza vane langa pompe pe conductele de aspiratie, cand sunt montate mai multe pompe la aceeasi conducta de aspiratie sau cand pompa este amplasata sub nivelul apei din rezervorul din care aspira.

Conductele de aspiratie se dimensioneaza la viteza de 1,0 . 1,5 m/s si se executa din tuburi de fonta imbinate cu flanse sau din tuburi de otel sudate.

Pe conducta de refulare, dimensionata si executata ca si conducta de aspiratie, se monteaza o clapeta de retinere si o vana, in imediata apropiere a pompei. Clapeta de retinere opreste apa care tinde sa se intoarca in pompa la oprire sau sa treaca dintr-o pompa in alta, la o functionare paralela, iar vana serveste pentru pornirea pompei si pentru oprirea sau reglarea debitului si presiunii sale.

Pompele centrifuge pot fi monoetajate sau cu mai multe etaje, adica cu mai multe rotoare separate succesiv in serie, la trecerea prin cate un rotor inaltimea totala de pompare H marindu-se cu cate 35 m.

Caracteristici functionale referitoare la pompe centrifuge monoetajate, cu simplu flux, utilizate pentru lichide neagresive curate sau putin murdare pana la 105°C si vascozitatea pana la 5°E, sunt date conform STAS 4053-62, in tabela 23.

Tabela 23

Caracteristicile functionale ale pompelor centrifuge monoetajate

Daca debitul care trebuie pompat este mai mare dect debitul pe care-l poate da o singura pompa, se prevad mai multe pompe care functioneaza in paralel.

La trei pompe in functiune se prevede una de rezerva, iar la mai mult de trei pompe in functiune se prevad doua pompe de rezerva. Aceste pompe de rezerva vor avea caracteristicile celei mai mari pompe in functiune.

Daca nivelul apei care se aspira este mult sub nivelul terenului, se cobora pompele cu ax orizontal mai jos cu 3 . .5 m, se folosesc pompe cu ax vertical, cu lungimea axului dintre motor si pompa de 10 . 15 m sau se folosesc pompe submersibile, la care motorul capsulat si cuplat direct cu pompa se gaseste in apa, unde este alimentat cu current printr-un cablu.

Pompele de vacuum sunt pompe cu piston, rotative sau autoaspiratoare cu inel de apa si se utilizeaza pentru amorsarea sifoanelor, conductelor de aspiratie si pompelor centrifuge.

Pompele autoaspiratoare cu inel de apa sunt formate dintr-o roata cu palete asezata excentric intr-o carcasa. Aceste pompe se cupleaza direct la motoare electrice si prin invartirea rotii se formeaza un inel de apa care produce un efect de aspiratie de la 1 la 2, unde spatiile se maresc, si o presare de 3 la 4 unde spatiile se micsoreaza. Intrarea si iesirea apei se face prin butuc, iar etansarea paletelor se obtine prin inelul de apa. Inainte de pornire se amorseaza cu apa. Pentru a mentine constat volumul inelului de apa in timpul functionarii si pentru racire, trebuie sa se introduca un debit de 250..300l/h apa de recirculatie in linia de aspiratie si aceasta apa se evacueaza impreuna cu aerul prin conducta de refulare, in rezervorul special din care s-a luat sau la canal.

Emulsoarele (pompele mamut) functioneaza dupa principiul diferentei de greutate specifica la amestecarea apei cu aer comprimat.

De la un compressor aerul comprimat merge prin conducta de aer la partea de jos a conductei de apa, unde micsoreaza greutatea specifica a apei, amestecul de apa cu aer ridicabdu-se prin conducta de apa pana la suprafata.

Se defineste coeficientul de reducere a greutatii specifice din coloana ascendenta, notandu-se cu p, raportul:

P=H₂/H₁+H₂.

In general p=0,35 . 0,75, iar pentru a ridica la 1m³ la inaltimea H1=5 . 50 m sunt necesari 1,5 . 7 m³ de aer. Compresorul de aer poate fi cu piston cu actiune simpla sau cu actiune dubla. In conducta de apa viteza poate fi de 1,6 . 2m/s pentru debite intre 2 si 60l/s, iar conducta de aer are diametrul de trei ori mai mic decat conducta de apa si poate fi si concentrica cu aceasta. Randamentul pompelor este de 15 . 22%.

Ejectoarele ridica si transporta apa cu ajutorul unei alte ape sub presiune.

Printr-o conducta se introduce apa sub presiune care iese prin ajutaj sub forma unui jet. Acest jet produce depresiune in camera de aspiratie antrenand alta apa care se ridica in aceasta camera prin conducta de aspiratie. Apa trimisa prin conducta sub presiune impreuna prin conducta de aspiratie trece apoi in conducta de refulare. Presiunea pentru lichidul activ ce trece sub conducta sub presiune poate fi create cu orice pompa. Se pompeaza cu ajutorul ejectoarelor debite de 1 . 60m³/h, consumul de apa active reprezentand 70 . 200% din cantitatea de lichid pompata. La o presiune a apei de 40 m col, apa ejectoarele pot pompa apa la o inaltime de 3 . 10 m inclusive aspiratia de 2 m. Au randament de 0,1 . 0,4.

STATII DE POMPARE

Statiile de pompare sunt cladiri special amenajate in mod special cu instalatii hidraulice, mecanice si electrice care serves la pomparea apei. Pot fi pentru alimentari cu apa sau pentru canalizari in constructia supraterana, semiingropata sau subterana. Trebuie sa prezinte siguranta si continutate in functionare, sa asigure conditii igienice si sanitare pentru personal si sa fie economice in exploatare. Cuprind in general o sala a masinilor, un atelier de reparatii, o magazie, un birou pentru tinerea scriptelor si un mic grup sanitar.

Sala masinilor poate cuprinde pompele cuplate cu motoare, conductele de aspiratie si de refulare cu vane si clapete, pompele de vacuum cuplate cu motoarele, cazanele de vacuum, compresoarele de aer, pompele de mana pentru evacuarea apei accidentale din interior, apometre si aparate de punere in functiune si de masura. Aceasta sala are inaltimea de 3,5 m, iar cand se prevad mecanisme de ridicare sau pompe cu ax vertical, va avea inaltimea in functie de acestea. Inaltimea minima sub macara va fi de 3,5 m, iar intre utilajul montat si sarcina mobila care se deplaseaza va trebui prevazut un spatiu de siguranta de 0,5 m.

In interiorul statiei conductele pot fi instalate in canale de caramida, beton sau beton armat; in subsolul sau pardoseala salii de masini; pe pardoseala salii de masini sau in cazuri speciale deasupra agregatelor, la cel putin 2 m de pardoseala si izolate termic.

Conductele se prevad, de obicei, cu flanse pentru a fi rapid demontate in caz de reparatii.

Se recomanda ca pomparea sa se faca prin intermediul unui put de aspiratie, care preia socurile produse la pornirea brusca a pompelor si care are capacitatea necesara inmagazinarii apei in 1 . .15 minute.

Se folosesc motoare de curent alternativ trifazat, in majoritatea cazurilor de tip asincron la tensiunea de 220/380 V si la turatie de 1450rot/min sau de 2900rot/min.

Daca alimentarea cu energie electrica se face de la distante mari (5 . 10km), trebuie prevazut cu un grup electrogen care sa produca energie electrica necesara in caz ca se defecteaza liniile electrice.

Statiile de pompare pot fi cu comanda manuala locala, cu comanda de la distanta si automate.

POMPE

Pompele sunt utilaje care servesc la deplasarea lichidelor in conducte, comunicandu-le o presiune suplimentara, necesara ridicarii acestora la inaltimea dorita si invingerii rezistentelor hidraulice din conducte.

In acest fel, pompa executa un lucru mecanic datorita energiei primate de la un motor de antrenare. O parte din aceasta energie o transmite lichidului pompat.

In instalatiile frigorifice, pompele se utilizeaza pentru:

circulatia apei de racire in condensatoare si turnuri de racire;

activarea circulatiei in bazinele deschise de racire a agentului intermediar;

circulatia agentului intermediar in instalatiile cu racire indirecta;

circulatia agentului frigorific intre separatoare-acumulatoare si vaporizatoare , in instalatiile cu circulatie fortata a agentului;

circulatia solutiei intre absorbitor si fierbator, in instalatiile cu absorbtie;

ungerea cu ulei a compresoarelor si actiunea unor dispozitive hidraulice;

Parametrii care caracterizeaza functionarea unei pompe, adica marimile caracteristice sunt:

debitul, care este cantitatea volumetrica de lichid pompata in unitatea de timp; in cele ce urmeaza se va nota aceasta marime cu D, iar ca uniatate de masura se va folosi fie m³/h fie m³/s;

inaltimea totala de refulare, care este presiunea pe care trebuie sa o dezvolte pompa pentru ridicarea lichidului pompat la un anumit nivel si pentru invingerea rezistentelor hidraulice in conducte; aceasta marime se noteaza cu H si se indica in metri de coloana de apa sau in atmosfere tehnice, in care caz 1 kgf/cm² este echivalent cu 10 m C.A.;

randamentul, care indica cat din puterea consumata se transforma in puterea utila; marimea lui depinde de tipul si de gradul de perfectiune constructiva a pompei si se noteaza cu

puterea, in kW, care indica puterea necesara la arborele pompei , pentru antrenarea acesteia; se noteaza cu N;

turatia pompei, in rot/min . , care depinde de caracteristicile constructive ale pompei.

Dupa principiul de functionare si sistemul constructiv, tipurile de pompe utilizate in instalatii frigorifice sunt: cu piston, centrifuge, axiale, cu pinioane si speciale pentru agenti frigorifici.

a. Pompe cu piston

Pompele cu piston functioneaza dupa acelasi principiu ca si compresoarele cu piston. Debitul se calculeaza cu aceeasi formula ca la compresoare. Se utilizeaza din ce in ce mai rar, deoarece are diametrul si greutatea mare si ocupa o suprafata mai mare decat celelalte tipuri. In schimb realizeaza randamente inalte de 0,8 . 0,9 si presiuni mari.

b. Pompe centrifuge

Pompele centrifuge sunt cele mai raspandite in instalatiile frigorifice, avand caracteristici de functionare corespunzatoare necesitatilor din aceste instalatii si o serie de avantaje cum ar fi: constructie simpla, greutate si dimensiuni reduse la debite mari; mult mai ieftine decat cele cu piston; ocupa loc putin si necesita fundatii usoare; lucrand la turatii mari; se cupleaza direct cu motorul de antrenare; exploatare si intretinere simpla.

Dezavantajele principale sunt: randament slab in comparatie cu pompele cu piston si inaltimi de refulare reduse.

Pompa centrifuga, reprezentata schematic in fig. V-18, functioneaza dupa acelasi principiu ca si turbocompresoarele. Este constituita dintr-un corp in forma de melc 1, in care se invarte un rotor 2, cu palete curbate inapoi, in sensul miscarii. Lichidul care intra in directia axului pompei 3, din conducta de aspiratie 4, ajunge in rotorul cu palete, care il proiecteaza cu mare viteza catre periferie prin canaul in forma de melc, de sectiunea variabila a corpului, sub actiunea fortei centrifuge dezvoltate prin invartirea rotorului. Apropiindu-se de iesirea din pompa, lichidul isi micsoreaza viteza si isi ridica presiunea. Dupa proiectarea lichidului catre periferie, in partea centrala a rotorului, se produce o depresiune, determinand aspiratia continua a lichidului din conducta de aspiratie.

Inainte de pornirea pompei, conducta de aspiratie si rotorul trebuie umplute cu lichid, operatie care se numeste amorsare. In acest scop, conducta de aspiratie este prevazuta la capatul din rezervorul de lichid, cu o clapeta de retinere 6, care nu permite lichidului sa se scurga din conducta de aspiratie in rezervor, cand se face amorsarea sau pompa nu este in functiune.

Cand pompa este plasata sub nivelul lichidului din rezervor sau se afla in circuit inchis, ea este in permanenta plina cu lichid si nu necesita amorsare.

Pompele centrifuge se pot executa cu unul sau mai multe rotoare si de turatii diferite, functie de inaltimea de refulare si debitele pe care trebuie sa le realizeze.

Im practica, pompele de joasa presiune, adica cu H<20 m C.A. se realizeaza cu un singur rotor si turatie pana la 1500 rot/min. Pompele de medie presiune, adica cu H=20 . 40 m C.A., se realizeaza cu un singur rotor, insa cu turatie de cca 3000 rot/min. Pompele de inalta presiune, adica cu H>40 m C.A., se realizeaza cu mai multe rotoare.

In instalatiile frigorifice se utilizeaza in special pompele de joasa si medie presiune.

Debitul pe care trebuie sa-l realizeze o pompa se stabileste in functie de scopul pe care il are instalatia.

In cazul cel mai frecvent, cand pompa are rolul de a transporta o cantitate de caldura prin intermediul unui lichid, debitul sau D se stabileste cu ajutorul relatiei:

In care:

Q este cantitatea de caldura ce trebuie transportata , in J/s;

- densitatea (masa volumica) a lichidului, in kg/m³

C - caldura masica a lichidului, in J/kg°K;

t - diferenta de temperatura intre intrarea si iesirea lichidului din

aparatul care preia caldura.

Inaltimea de refulare H, caracteristica unei anumite pompe centrifuge, nu depend de natura lichidului pompat. Pentru un debit dat Q si o anumita turatie, inaltimea va fi aceeasi, fie ca este vorba despre apa, saramura concentrate sau despre alt lichid.

In mod obisnuit, fabricile constructoare indica inaltimea de refulare in metri coloana de apa (m H2o).

Deoarece manometrele obisnuite sunt gradate in atmosfere tehnice (1kgf/cm²=10 m H2o), folosirea lor pentru alte lichide decat apa, cu greutati specifice diferite , trebuie corect interpretata.

Relatia intre indicatia manometrului p si inaltimea de refulare H este:

De exemplu, la o inaltime de refulare 30 m, in cazul saramurii cu γl=1,2 kgf/dm³, presiunea indicate de manometru va fi:

Daca o pompa este montata in circuit deschis, inaltimea de refulare necesara H se compune din:

h a, inaltimea de aspiratie, care nu trebuie sa depaseasca 5 . 6 m;

h r,inaltimea de refulare propriu-zisa (diferenta de nivel intre axul pompei sic el mai inalt punct din instalatie);

h p, inaltimea necesara pentru a invinge rezistentele hidraulice din circuit.

Inaltimea totala de refulare, numita si manometrica, este deci:

H=ha+hr+hp.

Daca pompa este montata in circuit deschis, dar inecat, adica sub nivelul lichidului din rezervorul din care aspira, atunci ha are semnul negative. Cand pompa este montata in circuit inchis, atunci inaltimea manometrica de refulare este hp.

Cunoscand debitul maxim de lichid de circulat D[m³/h], inaltimea manometrica de refulare H [m. C.A.] si masa volumica a lichidului [kg/m³], se poate calcula puterea N in kW sau CP a electromotorului cu relatiile:

Randamentul pompei , pentru pompe centrifuge variaza intre 0,4 . 0,8, functie de gradul de perfectiune al pompei.

In general, pompele cu mai multe rotoare au randamente mai ridicate.

Daca intr-o diagrama se reprezinta grafic variatia marimilor caracteristice H,N si , functie de debitul D, se obtin niste curbe care se numesc curbe caracteristice de functionare a pompei centrifuge respective. Aceste curbe se obtin prin efectuarea de probe la banc, cu inscrierea pe diagrama a rezultatelor.

Din analiza curbelor caracteristice din figura V-20, rezulta ca la cresterea debitului de la zero pana la o valoare D1, creste si inaltimea de refulare H. Din acel punct, cresterea de debit este insotita de o scadere continua a inaltimii de refulare. Puterea N este minima la debit zero si creste permanent odata cu cresterea debitului. Randamentul al pompei creste pana la un anumit debi D2, dupa care scade.

Rezulta deci, ca o pompa functioneaza in bune conditii intre D1 si D2 .Intre zero si D1, functionarea este instabila si randamentul scazut iar peste D2, de asememea, randamentul scade, puterea consumata de motorul de antrenare creste mult.

Din aceasta analiza se trage concluzia ca pornirea unei pompe centrifuge trebuie facuta cu robinetul de refulare inchis, pentru a nu solicita instalatia electrica, deoarece in acest caz puterea absorbita este minima, reprezentand 30 . 50% din puterea nominala.

Intr-o instalatie existenta, cresterea rezistentei retelei, respective a valorii H, poate fi provocata de: depuneri de impuritati in interiorul conductelor si aparatelor; bransarea unor noi consumatori prin prelungirea conductei; inchoderea unor consumatori.

In practica, poate avea loc si cazul contrar, adica o pompa sa fie montata pe o retea cu o rezistenta hidraulica mai mica decat cea pentru care a fost dimensionat motorul electric de antrenare. In aceasta situatie se produce cresterea debitului pompei si ca urmare a puterii absorbite, care poate provoca arderea motorului.

In cazul functionarii a doua sau mai multe pompe cu aceleasi caracteristici pe aceiasi retea, trebuie retinut ca debitele lor nu se insumeaza, ci rezulta un debit mai mic deci suma debitelor ce depinde de rezistenta retelei.

Daca aceiasi pompa este pusa in functionare la alte turatii, intre parametrii ei de functionare se stabilesc urmatoarele relatii:

In care cu indicele 1 s-au notat parametrii corespunzatori turatiei n1 iar cu indicele 2, cei corespunzatori turatiei n2.

In tara noastra pompele centrifuge se fabrica intr-o gama variata de tipuri de catre Uzina de pompe Bucuresti precum si de alte fabrici.

In figura V-21, este reprezentata constructia unei pompe tip cerna .

Motorul de antrenare al pompei se fixeaza pe acelasi postament si se cupleaza cu pompa prin intermediul unui cuplaj elastic.

La unele constructii, pompa este fixata directpe flansa de capat a motorului de antrenare.

In exploatare, trebuie asigurata ungerea periodica a lagarelor si mentinuta etanseitatea presgarniturii. Aceasta are rolul sa impiedice scurgerea lichidului in exterior pe langa axul pompei sau patrunderea aerului din exterior in pompa.

Garnitura de etansare este construita din inele de snur de azbest grafiat si trebuie completata si stransa periodic.

c. Pompe axiale

Pentru recircularea de debite mari de apa, solutii si saramuri in bazine deschise de racire, in scopul intensificarii schimbului de caldura de la vaporizatoarele din bazin la lichid, se utilizeaza pompe axiale, numite practice agitatoare.

Acestea pot fi cu ax vertical si orizontal. Cele mai raspandite sunt agitatoarele de tip FRIGOTEHNICA, care realizeaza debite de 250 . 350 m³/h la inaltimi de refulare de 20 . 30 mm C.A.

Rotorul este constituit dintr-un butuc cu 3 palete montate pe un ax antrenate de un motor de tip vertical. Rotorul se afla intr-un tub cilindric numit difuzor. Lichidul aspirat din bazin de catre rotor, parcurge difuzorul in directia axiala si este refulat in compartimentul de sub agitator de unde iese printr-o fanta in compartimentul vaporizatoarelor.

Alegerea marimii si numarului de agitatoare, se face tinand seama ca viteza in sectiunea compartimentului vaporizatoarelor sa fie de min, 0,3 m/s.

Agitatorul se fixeaza de bazin prin suruburi, cu motorul in exteriorul bazinului.

FUNCTIONAREA POMPELOR CENTRIFUGE PE RETEA

Asa cum se arata schematic. micropompa centrifuga cu axul vertical (ex. KAMA) vehiculeaza debitul Q intre rezervorul de aspiratie cu nivel liber (RA) si cel de refulare (RP) prin intermediul circuitului de aspiratie si de refulare. Considerand Na cota la nivelul rotorului pompei (rezultat din montarea pompei) si Za respectiv ZR cotele nivelelor apei, se poate determina: H ga - inaltimea geodezica de aspiratie; H gr - inaltimea geodezica de refulare si H g - inaltimea geodezica totala a instalatiei.

Cand este fixat circuitul instalatiei de pompare si sant cunoscute categoriile de armature din dotarea acestuia, se pot preciza pierderile de sarcina totale care adaugate la Hg (inaltimea geodezica) sta bileste sarcina la care functioneaza pompa la instalatile.

Este foarte important ca pierderile de sarcina totale in instalatiile de pompare sa fie cat mai mici, deoarece numai in aceasta situatie scade consumul energetic ocazionat de pompare apei, respectiv pentru o pompa data poate creste inaltimea geozdezica a instalatiei sau presiunea disponibila la locul de consum.

In mod deosebit trebuie avut in vedere faptul ca, la orice sporire a pierderilor de sarcina pe circuitul de aspiratie al unei pompe trebuie sa se reduca corespunzator inaltimea geodezica de aspiratie (Hga).

Din aceasta cauza circuitul de aspiratie al unei pompe trebuie sa fie cat mai scurt, de diametru cat mai mare (astfel ca viteza pe aspiratie sa nu depaseasca 1m/s) si reduce la strictul necesar coturile, respectiv armaturile pe acest circuit. Obisnuit, se interzice montarea robinetilor pe circuitul de aspiratie al pompelor, iar sorburile si sila de protectie a acestora trebuie astfel alese, incat sa introduca pierderi de sarcina cat mai mici. In unele situatii, functionarea pompei la sarcina redusa, poate favoriza in pompa aparitia fenomenului de cavitatie.

Aparitia fenomenului se datoreste faptului ca debitul pompei creste, sporesc atat pierderile de sarcina pe circuitul de aspiratie al pompei, cat si NPSHp. In aceste conditii relatia 7 nu mai este satisfacuta si atunci urmeaza ca pentru evitarea fenomenului, pompa sa fie mai mult coborata catre nivelul apei (Hga trebuie micsorat). Functionarea pompei intr-un asemnea regim, pe langa alte neajunsuri, duce la distrugerea rotorului si in general a zonei cavitate.

Datorita frecarii fluidului de peretii conductei de aspiratie si de refulare, inclusiv din cauza existentei pe traseu a unor coturi (schimbari de directie) sau armature (robineti, clapet de retinere) pe circuitul instalatiei apar pierderi de sarcina liniare si locale pe care agregatul de pompare trebuie sa le invinga pentru a asigura in circuit debitul Q; astfel sarcina pompei Hp trebuie sa fie:

(1)

In care : hra este suma pierderilor de sarcina pe circuitul de aspiratie ;

Hrr - suma pierderilor de sarcina pe circuitul de refulare.

Suma tuturor pierderilor de sarcina se exprima ca fiind:

(2)

Si cum viteza

(3)

Se pot exprima pierderile in fumctie de debitul Q conform relatiei:

(4)

In care : M = el se numeste modulul de rezistenta al instalatiei.

Cu aceste precizari rezulta caracteristica unei retele de pompare de forma:

    (5)

Cand in rezervorul de aspiratie presiunea este pA, iar ce de refulare pR, inaltimea geodezica a instalatiei sporeste, se numeste inaltime statica, se exprima prin relatia (6) si este reprezentata grafic..

(6)

Obsnuit in instalatiile consumatorilor individuali se realizeaza pA = p at iar pR = pat in cazul rezervoarelor de refulare deschise (robinetului 9 din figura 2.6 deschis) respectiv pn ≠ p at cat refulare are loc intr-un hidrofor cu perna de aer (robinetul 9 inchis). Deoarece functionarea unei pompe presupune Hp > Hg si cum trebuie ca Hp = Hc, grafic, debitul pompat corespunde punctului (F) de intersectie intre caracteristica pompei si cea a conductei. Corespunzator acestui punct rezulta parametrii QF, HF, ήF si PF, legati prin relatia 2.2 de dependenta. O pompa este cu atat mai bine aleasa, respectiv reteaua este bine dimensionala atunci cand randamentul ήp se apropie de valoarea , deci cand se asigura pe instalatie Qn si Hn. Inchizand partial robinetul de pe conducta de refulare a unei pompe, cresc pierderile de sarcina in instalatie iar caracteristica conductei devine de forma (Q) si punctual de functionare ajunge in (F1).

In acest regim, debitul este QF1 iar ceilalti parametrii devin: HF1 ήF1, PF1 cu Remarcam ca la inchiderea rebinetului de pe circuitul de refulare, debitul si puterea pompei se reduce, deci motorul electric se descarca de sarcina. Asemenea regim de functionare nu este recomandat, deoarece pierderile de sarcina introduce suplimentar sporesc consumul de energie pe unitatea de volum de apa pompata; de asemenea, marindu-se sarcina pompei se poate deteriora mai repede sistemul de etansare (cu presetupa sau simering). Se observa ca la o instalatie, o data cu sporirea inaltimii geodezice, , debitul scade, deoarece caracteristica HC1 (Q) devine HC2 (Q); de asemenea in situatiile in care: ZA = ct; pA = pa t iar pR ≠pat creste, caracteristica retelei schimba punctual de functionare din F1 in Fa. Situatia se intalneste in cazul pompelor care refuleaza in rezervoare cu perna de aer-hidrofoare - motiv pentru care in acest regim umplerea hidroforului se face mai repede in primele momente (cand pompa realizeaza QF1 si mai lent catre sfarsit (cand pompa realizeaza ), o data cu sporirea presiunii pernei de aer in aceasta.

CAVITATIA SI LIMITAREA INALTIMII GEODEZICE DE ASPIRATIE LA POMPELE CENTRIFUGE

Cavitatia reprezinta un fenomen hidraulic complex ce apare la fluidele in miscare si consta in degajarea gazelor dizolvate in acestea de indata ce presiunea scade sub o valoare critica. Pentru apa, la temperatura de    t = 15-20°C, aceasta presiune critica se poate considera m. col. Apa (in valori absolute). In cazul instalatiilor de pompare, aparitia fenomenului altereaza performantele energetice ale pompelor, se produce dezamorsarea acestora, apar zgomote si vibratii caracterisitice si duce la distrugerea rotorului pompei sau a suprafetelor din vecinatatea zonei cavitate. Evitarea fenomenului zis de "fierbere la rece" se realizeaza practice prin limitarea inalaltimii geodezice de aspiratie a pompelor (Hga) si mentinerea sub control a pierderilor de sarcina pe circuitul de aspiratie al acestora. In figura 2.10, a agregatului de pompare amplasat cu Hga deasupra nivelului apei in bazinul de aspiratie, poate evita aparitia fenomenului daca, in toate regimurile nu exista riscul ca in punctual de intrare in palele rotorice, presiunea sa ajunga in valoarea critica. Daca p1 < pcr din apa se vor degaja gazelle dizolvate (apa fierbe la rece) iau nastere bulele de gaze I se vor fi antrenate apoi catre iesirea din rotor unde p2 > p2. Ca urmare bulele de gaze formate trec succesiv prin fazele I-II-III, volumul se micsoreaza pana cand dupa faza a III - a se vor sparge. Fenomenul de spargere a bulelor constituie implozia acestora si produce zgomote si vibratii caracteristice. Prezenta bulelor de gaz in zona de intrare (mai ales) diminueaza sectiunea de trecere a fluidului, debitul pompei se micsoreaza, iar sarcina si randamentul se prabuseste la Q > QR.

Functionarea pompelor intr-un asemenea regim (de cavitatie) conducte la distrugerea rotorului, zona cavitata devine spongioasa ca urmare a unei fenomen complex de erodare mecanica si coroziune chimica (datorite imploziei bulelor si oxigenului activ continut in bulele de gaz). Relatii analitice obtinute in baza unor legi cunoscute de hidraulica, permit exprimarea lui dupa relatia:

(7)

in care: A(m) reprezinta altitudinea locului de montare si functionare a pompei; pv / = 0,24 m. col. Apa; - pierderilor de sarcina maxime posibil sa apara pe circuitul de aspiratie ; (NPSH)p = f(Q) - rezerva de cavitatie a pompei, specifica fiecarui tip de pompa si precizata de catre furnizor (in metrii coloana de apa).

Pentru o parte din micropompele realizate in tara autorii au determinat in laborator caracteristicile de cavitatie care sant prezentare sub forma de curbe NPSH p = f(Q) in capitolul 6.

Pentru pompele centrifuge, cifra de cavitatie creste cu debitul si sporeste o data cu micsorarea diametrului rotoric prin strunjire (NPSHc > NPSHa).

Din relatia se poate constata ca o pompa este cu atat mai buna, respectiv poate realize un Hga mai mare, cu cat NPSHp este mai mic. Deoarece pentru micropompele realizate in tara NPSHp = 2-3 (4) m iar ≤ 0,4 m se poate admite la o instalatie cel mai mult Hga= 6-7 m.

Limita maxima a lui Hga se poate atinge in conditiile diminuarii la maximum a pierderilor de sarcina pe circuitul de aspiratie (diametrul mai mare al conductei circuitului de aspiratie, lungimii reduse pentru circuitul de aspiratie, evitarea coturilor si excluderea unor robineti pe circuitul de aspiratie, utilizarea unor sorburi cu pierderi de sarcina reduse, evitarea infundarii sitelor de protectie a acestora, marirea suprafetei libere a acestor site (lumina).

Daca conditiile locale de exploatare impugn la inceput este obligatorie amplasarea pompei sub cota terenului, situatie care duce la apropierea pompei axul N0 fata de nivelul ZA al apei in bazinul de aspiratie.

Deoarece in fluidele calde creste foarte mult, este obligatorie montarea pompelor cu (No) sub cota (Za) si in acest caz pompele au asigurata contrapresiune pe aspiratie. Sant si cazuri in care din montare pompa realizeaza Hga < 0, pentru a se putea asigura amorsarea gravitationala a acestuia.

Consumatorii individuali care dispun de puturi sapate sau forate in care nivelul apei calde este foarte scazut si care nu pot realize instalatii care sa asigure Hga ≤ 7 - 8 m, pot face pomparea, respectiv scoaterea apei, cu ajutorul unor pompe adecvate acestui scop, asa cum vom arata in continuare la alte capitole ale lucrarii.

MODIFICAREA PARAMETRILOR DE FUNCTIONARE A POMPELOR CENTRIFUGE

Problema intereseaza atat proiectantii de micropompe care urmaresc permanent imbunatatirile si diversificarea parametrilor acestora, cat si consumatorii, care pot cateodata adapta parametrii de functionare ai unei pompe la cerintele retelei.

MODIFICAREA DEBITULUI POMPAT

Relatiile dau posibilitatea proiectelor de micropompe sa realizeze microagregate cu alti parametri functionali, cunoscand parametrii asigurati de o pompa acceptata ca model optim.

Relatiile pun in evidenta posibilitatea modificarii debitului, sarcinii de pompare, puterii si randamentului unei micropompe.

In exploatare, apar situatii cand sant utilizate de catre consumatori, doua micropompe ce au refulare racordata la aceeasi conducta; in asemenea situatie pompele functioneaza in parallel sau in formatie.

Analiza functionarii pompelor in paralel este evidentiala unde au fost reprezentate: (Q) - caracteristica de functionare a pompelor (Q) - caracteristica echivalenta a pompelor functionand in formatie (rezultata prin dublarea pe orizontala a caracteristicilor individuale); Hc (Q) - caracteristica retelei de pompare. La functionarea separate a pompelor se obtin debitele: , iar la functionarea in formatie debitul devine

Deoarece <, rezulta ca ceea ce arata ca debitul formatiei de doua pompe este mai mic decat suma debitelor pompelor la functionarea separata a acestora; diferenta este cu atat mai mare cu cat pierderile de sarcina pe reteaua instalatiei de pompare sant mai mari. Deoarece debitul de participare rezulta si ceea ce reprezinta o descarcare a motorului electric de actionare, respectiv un curent consumat mai redus fata de situatia cand pompele functionau separate.

MODIFICAREA SARCINII POMPELOR

Asa cum rezulta din relatiile modificarea sarcinii unei pompe centrifuge este rezultatul variatiei atat a diametrului rotorie (D2) cat si a turatiei (n). O influenta importanta o au de asemenea: alegerea unghiurilor de asezare a palelor 1 si 2, forma de curbura a palelor (modul de trasare), numarul palelor rotorice (pasul t1 sau t2), forma canalului de pala, gradul de finite si precizie al executarii rotorului, jocul intre rotor si camera spirala etc.

Conform relatiilor (2.15 - 2.17), sporirea diametrului rotire la iesire D2 si a turatiei n pentru o pompa care pastreaza constante Z; D1, 1,2; b1,2, reprezinta cea mai indicate metoda de crestere a sarcinii pompelor. Astfel, cunoscand Q1; H1; P1 la turatia (n 1), rezulta Q2: H2; P2; la turatia n2 > n1, aplicand relatiile:

(8)

in care, Q, H, P reprezinta debitul, sarcina si puterea pompei.

Cand la turatie n constanta (n = ct) si se mareste diametrul D2 la valoarea relatiile devin:

(9)

Se constata ca, modificarea lui (D2) sau (n) influenteaza diferentiat debitul, sarcina si puterea pompelor; modificarea turatiei sau a diametrului rotoric alegandu-se in functie de scopul urmarit. La cuplarea directa intre motor si pompa, turatia este in functie de gama de turatii sub care motoarele se fabrica in productie de serie.

Cel mai simplu, modificare turatiei de antrenare a micropompelor se poate realize utilizand transmisia prin curele trapezoidale.

Pentru a obtine la antrenarea pompei turatia n2, cureaua trapezoidala este trecuta peste fulia de diametrul D1 la motor si D2 la pompa.

Deoarece functionarea presupune egalitatea vitezelor periferice u1 = u2 si cum u1, 2 = r 1,2.(1), rezulta:

(10)

Respectiv : n1D1 = n1 D2

De unde :

(11)

Practic, pentru a obtine o turatie n2 > n1 se allege corespunzator raportul de multiplicare al fuliilor (D1/D2), de unde rezulta:

(12)

In care: K < 1, tine seama de alunecarea existenta intre curea si fulie. Celelalte elemente ale transmisiei sant directa legatura cu puterea transmisa, tipul de curea utilizata, distanta intre axe L s.a. Se are in vedere de asemenea ca motorul de actionare sa fie pe masura cerintelor puterii pompei la noua sa turatie (vezi relatiile 3.1; 3.2).

ETAJAREA POMPELOR

Asa cum rezulta din relatia 2.11, pentru diameter si turatii uzuale ale micropompelor, sarcina pe rotor este limitata. Deoarece ridicarea apei din puturile adanci (de obicei forate) necesita inaltimii de pompare mai mari, solutia utilizarii unor agregate de pompare multietajate este aproape obligatoru. Etajarea pompelor presupune prin constructie asezarea (inserierea) pe un acelasi arbore si sub aceeasi carcasa a mai multor rotoare despartite printr-o piesa speciala fixa denumita directrice sau stator interrotoric. Daca sarcina fiecarui rotor este H, debitul Qr, iar pompa are N rotoare rezulta:

(13)

Dupa cum se poate vedea din directricea 3 asigura conducerea apei la iesirea din primul rotor catre intrarea in cel de al doilea, astfel ca aceasta sa aiba asigurata intrarea cat mai ortogonala (). Suplimentar, directricea transformata hc in hp pentru ca gradul de reactie reprezentand sa fie supraunitar.

Solutia de etajare a pompelor este aplicata la pompele industriale HEBE produse de S.A. AVERSA (alimentare in current trifazat) si PCS1-3 produse de Cooperativa Metalica, pompe care intereseaza in mod deosebit pe consumatorii individuali care dispun de puturi forate adanci cu nivel freatie scazut si au asigurata numai tensiune alternative monofazata (220 V).

INSERIEREA POMPELOR

In anumite cazuri, cand pomparea apei din puturile adanci trebuie sa asigure si presiune ridicata in instalatia consumatorului, se poate adopta solutia de functionare a doua pompe identice (), inseriate pe retea. Asa cum rezulta, prima pompa (P1) este amplasata ca Hga1 fata de nivelul apei in sursa (RA), iar cea de a doua (P2) la fata de aceasta, astfel ca circuitul de refulare al primei pompe C1 sa constituie circuit de aspiratie pentru cea de a doua pompa P2. In aceasta situatie caracteristica echivalenta pompelor P1 si P2 inseriate se obtine dubland (insumand) caracteristica pompei pe verticala; situatie in care asa cum se vede din figura 3.4, b debitele pompate sant . Aceeasi situatie rezulta cand pompele sant asezate apropiat asa cum se arata in figura 3.4, b. Prima si a doua pompa au acelasi N0 astfel incat N2 - NA ≤; in aceasta varianta trebuie verificat daca carcasa pompei P2 suporta presiunea din aceasta care este aproape dublul lui Hp.

PIESE DESENATE

Fig. 1 Instalatie sezoniera echipata cu agregat EPC-1-Ǿ 1 1/4' pentru alimentare cu apa menajera si microirigatii din surse bogate (rauri, lacuri, balti) si prevazuta cu rezervor de acumulare.

Fig 2 Pozitionarea unor repere si scheme functionale ale agregatului EPC-2-Ǿ 1 1/4' cu hidrofor 85 dm³ (EMT):

a-amplasare deasupra sursei de apa; b-amplasare la distanta La2 fata de sursa de apa.

Fig 3 Instalatie de pompare din surse abundente cu rezervor de acumulare si exploatare sezoniera, la temperatura t> 00C, dotata cu microagregate RESING MG, KAMA-5

1-capac; 2-conducta de preaplin; 3-rezervor de acumulare; 4-suportul metalic al rezervorului; 5-robinetul pentru consumator; 6-robinet trecere rezervor acumulare; 7- robinet de linie; 8-manometru; 9-pompa; 10-circuit de alimentare; 11-sorb; 12-vacumetru; 13-palnia si robinet de amorsare; 14-impamantare; 15-cablu de legare la impamantare; 16-traductor de nivel.

Fig 4 Instalatie de pompare (in trepte) cu microagregate inseriate KAMA-5 sau EPC-1,2-03/4 din puturi forate sau sapate cu nivel freatic foarte scazut.

1-sorb cu clapeta de sens unic; 2-circuit de aspiratie; 3 si 6-pompe; 4-cablu de suspendare a pompei; 5-legaturi la priza de impamantare; 7-circuit; 8-conductoare de impamantare; 9-cabina protectoare.

BIBLIOGRAFIE

Alexandrescu Florin Conducte si armaturi 1963

Burchiu V.    Instalatii de pompare

Editura didactica si pedagogica 1982

Chimion G si altii    Pompe centrifugale

Editura tehnica Bucuresti 1964

Chioveanu T.    Cartea instalatorului

Editura Tehnica 1989

Dunitrescu L    Instalatii sanitare pentru ansambluri

de cladiri

Editura tehnica Bucuresti 1970

Dunitrescu L    Instalatii sanitare pentru ansambluri

de cladiri (editia a 2 a)

Editura tehnica Bucuresti 1980

Florescu Al    Exploatarea lucrarilor de alimentare cu apa

si canalizare

Editura tehnica 1979

Mihail N.    Materiale de constructie si instalatii

Editura didactica si pedagogica 1975

Mateescu Th. Calculul instalatiilor sanitare, apa, canal, gaze

Editura Gh. Asachi Iasi 1996

Pislarasu I    Alimentari cu apa

Editura tehnica Bucuresti 1981

Pricop Gh si altii Indrumator pentru alimentari cu apa prin foraje

Editura Agro - Silvica 1963

Simonetti A. Cartea muncitorului de instalatii sanitare interioare

Editura Tehnica 1980

Simonetti A.    Agenda instalatorului de apa si canal

Editura Tehnica 1984

Vintila St si altii    Instalatii de alimentare cu apa, canalizare,

Sanitare si de gaze

Ed. Didactica si pedagogica Bucuresti