Tipi di pompe a turbina verticale e loro principi di funzionamento

Le pompe a turbina verticali sono ampiamente utilizzate per l'approvvigionamento idrico municipale, i sistemi di raffreddamento industriali, l'irrigazione, il controllo delle inondazioni, la lotta antincendio e l'assunzione di acqua non depurata da fiumi, laghi, bacini idrici e mare.

Sono particolarmente utili quando il livello dell'acqua cambia in modo significativo o quando la pompa deve aspirare acqua da un pozzo profondo, un serbatoio, un serbatoio o una fonte sotterranea. L'elemento pompante rimane sotto il livello dell'acqua, mentre un albero verticale e un tubo a colonna trasportano la potenza verso il basso e muovono il liquido pompato verso l'alto.

Se si confrontano diversi tipi di pompe a turbina verticale o si cerca di comprendere i principi di funzionamento delle pompe a turbina verticale, gli aspetti più importanti da considerare sono la progettazione idraulica, il numero di stadi, la disposizione di installazione e il liquido pompato.

A pompa a turbina verticaleè un tipo di pompa verticale ad albero lungo- con la girante immersa nel liquido pompato. Il motore viene normalmente installato sopra il piano di montaggio o la testa di scarico. La potenza del motore viene trasmessa attraverso un albero verticale alla girante sotto il livello dell'acqua.

Il liquido entra dal fondo della pompa, passa attraverso la girante e la vaschetta del diffusore, quindi scorre verso l'alto attraverso il tubo della colonna. Nella parte superiore della pompa, il liquido viene convogliato nella tubazione di scarico attraverso una testa di scarico o un gomito.

Le pompe verticali ad albero lungo LC-sono disponibili come pompe sospese monostadio-o multistadio e possono essere configurate nelle disposizioni VS1 o VS6.

Una tipica pompa a turbina verticale comprende:

• Un motore verticale e un supporto motore
• Una testa di scarico o gomito di scarico
• Un albero della testa, alberi in linea e albero della girante
• Giunti per alberi
• Tubi a colonna
• Cuscinetti dell'albero della linea e fermi dei cuscinetti
• Ciotole diffusori
• Una o più giranti
• Una campana di aspirazione o un filtro di ingresso

Poiché la pompa è installata verticalmente, richiede uno spazio sul pavimento relativamente ridotto. È inoltre possibile regolare il numero di tubi colonna e di sezioni dell'albero per adattarsi alle diverse profondità di installazione.

Il processo di funzionamento della pompa a turbina verticale può essere suddiviso in cinque fasi fondamentali: trasmissione di potenza, ingresso del liquido, trasferimento di energia, recupero della pressione e scarico.

1. Il motore aziona l'albero verticale

Quando il motore si avvia, la coppia viene trasferita attraverso il giunto all'albero della testa, agli alberi in linea e all'albero della girante. Questo sistema di alberi aziona la girante sommersa.

I cuscinetti posizionati lungo l'albero lo supportano e limitano il movimento radiale. Il corretto allineamento dell'albero e la lubrificazione dei cuscinetti sono essenziali, soprattutto sulle pompe con profondità di impostazione elevate.

2. La girante sommersa aspira il liquido

La girante è installata al di sotto del livello minimo di esercizio dell'acqua. Poiché l'elemento pompante è già sommerso, la pompa normalmente non richiede lo stesso sistema di adescamento del vuoto utilizzato da una pompa centrifuga convenzionale-montata in superficie.

Il liquido entra verticalmente attraverso la campana di aspirazione o l'apertura di ingresso. Per le installazioni a serbatoio aperto-, è possibile installare un filtro per impedire ai detriti più grandi di entrare e danneggiare la girante o i passaggi del diffusore.

3. La girante aggiunge energia al liquido

Mentre la girante ruota, trasferisce l'energia meccanica dal motore al liquido. Ciò aumenta la velocità e la pressione del liquido.

Il design della girante determina il modo in cui il liquido si muove attraverso la pompa e se l'unità è più adatta per un servizio con prevalenza maggiore, media o alta-portata e bassa-prevalenza.

4. Il diffusore recupera la pressione

Dopo aver lasciato la girante, il liquido entra nella vaschetta del diffusore. Il diffusore guida il flusso e converte parte della sua velocità in pressione.

In una pompa a turbina verticale multistadio, il liquido entra quindi nella girante successiva e riceve un ulteriore aumento di energia. Ogni stadio aggiuntivo aumenta la prevalenza totale che la pompa può produrre.

5. Il tubo della colonna trasporta il liquido verso l'alto

Il liquido pressurizzato viaggia verso l'alto attraverso il tubo della colonna. Successivamente entra nella testa di scarico o nel gomito ed esce dalla pompa attraverso un'uscita orizzontale collegata al sistema di tubazioni esterno.

In termini semplici, ecco come funziona una pompa a turbina: il motore aziona una girante sommersa attraverso un albero verticale, la girante e il diffusore aumentano la pressione del liquido e il gruppo colonna trasporta il liquido in superficie.

Pompa a turbina verticale-singolo stadio

Una pompa monostadio- è dotata di una girante e di una vaschetta del diffusore. Ha meno componenti interni e viene normalmente utilizzato quando la prevalenza di scarico richiesta è bassa o moderata.

I suoi principali vantaggi includono:

• Una costruzione relativamente semplice
• Installazione e manutenzione più semplici
• Meno componenti di assemblaggio della vasca
• Buona idoneità per applicazioni ad alto-flusso e con prevalenza da bassa-a-media-

Pompa a turbina verticale multistadio

Una pompa multistadio ha due o più giranti e bicchieri diffusori disposti in serie. Il liquido guadagna energia aggiuntiva mentre passa attraverso ciascuna fase, consentendo alla pompa di generare una prevalenza totale più elevata.

Le pompe a turbina verticale multistadio sono comunemente utilizzate per:

• Estrazione dell'acqua da pozzi profondi-
• Riempimento serbatoio elevato
• Acque di processo industriale
• Sistemi antincendio ad alta-pressione
• Trasferimento di acqua-a lunga distanza
• Applicazioni che richiedono una pressione di scarico più elevata

L'aggiunta di stadi aumenta principalmente la prevalenza anziché il flusso. Il numero finale di stadi deve essere selezionato in base al punto di lavoro richiesto, alla velocità della pompa, all'NPSH disponibile, al livello minimo dell'acqua, alle perdite del tubo della colonna e alla potenza del motore.

1. Pompa centrifuga verticale-ad albero lungo

La pompa centrifuga verticale-ad albero lungo è uno dei modelli di turbina verticale più comuni. Il liquido entra vicino al centro della girante e si muove verso l'esterno sotto la forza centrifuga prima di passare nel diffusore e nel tubo della colonna.

Le sue caratteristiche principali includono:

• Configurazioni a fase singola e multistadio
• Un'ampia gamma di testine disponibili
• Lunghezze dell'albero e della colonna regolabili
• Idoneità per acqua pulita, acqua circolante, acqua di raffreddamento, acqua piovana e liquidi industriali selezionati

I punti di lavoro disponibili possono coprire portate da circa 50 a 8.400 m³/h e prevalenze da 10 a 300 m. Il modello finale deve essere selezionato in base alla portata richiesta, alla prevalenza dinamica totale, alle proprietà del liquido, alla profondità di impostazione e alle condizioni di installazione.

2. Pompa a flusso-misto verticale

Una pompa a flusso-misto produce sia un flusso radiale che assiale. Il liquido lascia la girante inclinata anziché spostarsi principalmente verso l'esterno, come in una pompa centrifuga, o quasi completamente lungo l'albero, come in una pompa a flusso assiale-.

Le pompe a flusso-misto vengono spesso selezionate per:

• Applicazioni ad alto-flusso
• Teste da basse-a-medie
• Drenaggio comunale
• Irrigazione agricola
• Sistemi di circolazione dell'acqua
• Controllo delle piene e trasferimento dell'acqua

Costituiscono una pratica soluzione intermedia quando una pompa a flusso assiale-non è in grado di produrre una prevalenza sufficiente, ma un design centrifugo sarebbe inutilmente restrittivo per il flusso richiesto.

3. Pompa a flusso-assiale verticale

Una pompa a flusso assiale verticale-utilizza una girante di tipo-elica. Il liquido si muove principalmente nella direzione dell'albero della pompa e le pale rotanti generano la forza assiale necessaria per spostarlo attraverso le palette guida e il passaggio di scarico.

Le pompe a flusso assiale- sono progettate per portate molto elevate con prevalenze relativamente basse. Le applicazioni comuni includono:

• Drenaggio delle inondazioni
• Grandi sistemi di irrigazione
• Pompaggio delle acque piovane
• Trasferimento acque di fiumi e laghi
• Acqua di circolazione della centrale elettrica
• Altri compiti di pompaggio ad alta-portata e-bassa prevalenza

Sebbene una pompa a flusso assiale verticale- possa anche utilizzare un'installazione verticale e un albero lungo, non è esattamente la stessa cosa di una pompa a turbina verticale convenzionale. Per un sito web in lingua inglese-, pompa a flusso assiale verticale e pompa a turbina verticale devono essere presentati come termini di prodotto separati in modo che i clienti possano identificare il progetto idraulico corretto.

4. Pompe sommergibili assiali-a flusso e tubolari

Una pompa sommergibile a flusso assiale- combina il motore e la pompa in un'unica unità subacquea. Una pompa tubolare sommergibile viene installata direttamente all'interno di un tubo o di un passaggio di flusso in modo che l'acqua si muova attraverso il gruppo pompa completo.

I loro principali vantaggi includono:

• Elevata capacità di flusso a bassa prevalenza
• Nessun sistema convenzionale ad albero lungo-
• Layout compatto della stazione di pompaggio
• Molteplici opzioni di installazione
• Idoneità per progetti di gestione delle acque piovane, controllo delle inondazioni, irrigazione e grandi progetti di trasferimento dell'acqua

A seconda del sito, queste pompe possono essere installate su un albero verticale, su una fondazione, ad angolo o direttamente all'interno di una tubazione.

Le pompe sommergibili a flusso assiale-e tubolari non dovrebbero normalmente essere raggruppate nella categoria delle pompe a turbina verticale standard. È meglio presentarli come soluzioni correlate per progetti di pompaggio ad alto-flusso.

Tipo di acqua-pulita

Una pompa per acqua pulita-standard viene utilizzata per acqua o liquidi con proprietà fisiche e chimiche simili all'acqua. Le applicazioni tipiche includono l'approvvigionamento idrico comunale, l'assunzione di acqua industriale, l'acqua di raffreddamento e l'irrigazione agricola.

Tipo resistente all'abrasione-

Una pompa resistente all'abrasione- è progettata per liquidi contenenti sedimenti o particelle abrasive, come acqua di fiume con sabbia, acqua di scaglie di mulino, acqua di cenere o liquidi che tendono a cristallizzare.

A seconda delle condizioni operative, la girante, le tazze del diffusore, gli anelli di usura, i manicotti dell'albero e altre parti a contatto con il fluido possono essere realizzati con materiali più resistenti all'usura-.

Tipo resistente alla corrosione-

Le pompe resistenti alla corrosione-sono utilizzate per acqua di mare, liquidi acidi o alcalini e acque reflue industriali corrosive.

La selezione del materiale dovrebbe basarsi sulla composizione del liquido, sulla concentrazione, sulla temperatura, sul contenuto di cloruro e sul meccanismo di corrosione previsto. I materiali disponibili possono includere acciaio inossidabile, acciaio inossidabile duplex e altre leghe resistenti alla corrosione-.

Può-tipo o tipo barile-pompa

Una pompa a turbina verticale di tipo lattina- è dotata di un barile esterno che circonda il gruppo vasca e colonna. Questa disposizione migliora le condizioni di aspirazione e viene spesso utilizzata per condensa, prodotti petroliferi e liquidi che richiedono migliori prestazioni di cavitazione.

È utile anche quando il sito non dispone di un pozzo umido aperto e la pompa deve essere collegata a un sistema di tubazioni chiuso o a un recipiente a pressione.

Pompa a turbina verticale-per acque luride

Una pompa ad albero lungo verticale-di tipo-per fognature deve essere progettata in modo da garantire il passaggio dei solidi, la protezione dei cuscinetti e la resistenza all'usura.

È possibile utilizzare un tubo di protezione dell'albero per isolare l'albero e i cuscinetti della linea dell'albero dal liquido pompato. È quindi possibile fornire ai cuscinetti acqua pulita per il lavaggio esterno per impedire l'ingresso di acque reflue e particelle abrasive nei giochi dei cuscinetti.

Per i liquami contenenti solidi di grandi dimensioni o fibre lunghe, è necessario controllare attentamente il tipo di girante, le dimensioni del passaggio, il filtro di ingresso, i materiali e il design anti-intasamento.

Girante e Diffusore

La girante trasferisce l'energia meccanica al liquido. Il diffusore controlla il flusso in uscita dalla girante e converte la velocità in pressione.

La girante e il diffusore devono essere adattati al range di portata, prevalenza, velocità ed efficienza richiesti. Questo vale sia per le pompe mono-stadio che per quelle multistadio.

Albero verticale e giunti

L'albero trasmette la potenza dal motore a livello del pavimento alla girante sommersa. Nelle installazioni più profonde, l'albero è diviso in più sezioni collegate tramite giunti filettati o a manicotto.

Questa struttura in sezioni semplifica la produzione, il trasporto, l'installazione e la manutenzione della pompa.

Cuscinetti dell'albero di linea

I cuscinetti dell'albero in linea sono installati a intervalli lungo l'albero per controllare il movimento radiale e mantenere stabile il gruppo rotante.

Il materiale del cuscinetto e il metodo di lubrificazione dipendono dal liquido pompato. Le pompe per acqua pulita-potrebbero utilizzare il liquido pompato per la lubrificazione. Le applicazioni per acque reflue possono richiedere un tubo di protezione e una fornitura esterna di acqua lubrificante pulita.

Cuscinetto reggispinta

La pompa produce una spinta assiale durante il funzionamento e anche il gruppo rotante ha il proprio peso. Questi carichi devono essere sostenuti da un cuscinetto reggispinta.

Il cuscinetto reggispinta può essere installato nel supporto del motore oppure la pompa può utilizzare un motore verticale con cuscinetto reggispinta integrato.

Guarnizione e manicotti dell'albero

La tenuta meccanica nella parte superiore della pompa può utilizzare una baderna o un altro sistema di tenuta selezionato per il progetto.

I manicotti sostituibili sono comunemente montati nelle posizioni di tenuta e di cuscinetto. Questi manicotti proteggono l'albero principale dall'usura e sono meno costosi da sostituire rispetto all'albero stesso.

Prima di selezionare una pompa a turbina verticale, verificare le seguenti condizioni operative.

1. Portata e prevalenza richieste

La prevalenza dinamica totale deve includere la portanza statica, l'attrito del tubo, le perdite dei raccordi, le perdite della valvola e la pressione richiesta al punto di scarico. Selezionare una pompa solo in base alla differenza del livello dell'acqua può portare a un punto di lavoro errato.

2. Livelli dell'acqua minimi e massimi

Il livello operativo minimo determina la sommersione richiesta della girante e influisce sulle prestazioni di cavitazione, sulla formazione di vortici e sul funzionamento stabile.

Il livello massimo dell'acqua è importante anche per controllare la testa di scarico, la fondazione, la lunghezza dell'albero e la disposizione per la manutenzione.

3. Profondità di impostazione della pompa

La profondità di impostazione determina il numero di sezioni dell'albero, tubi della colonna e cuscinetti della linea dell'albero. Un'impostazione più profonda pone inoltre maggiori esigenze in termini di allineamento dell'albero, controllo delle vibrazioni e precisione di installazione.

4. Proprietà dei liquidi

Il fornitore della pompa deve conoscere la temperatura, la densità, la corrosività, la concentrazione dei solidi, la dimensione delle particelle e se il liquido contiene fibre o materiali cristallizzanti.

5. Disposizione dell'installazione

L'installazione può utilizzare un pozzo aperto, un pozzo di cemento, un contenitore in acciaio, un barile a pressione o un'altra soluzione. L'elevazione della fondazione, la geometria dell'aspirazione, lo spazio di accesso e le condizioni di sollevamento devono essere confermati prima di selezionare la pompa.

6. Tipo di pompa idraulica

Per servizi con prevalenza più elevata-, una pompa a turbina verticale multistadio è spesso l'opzione più pratica. Per servizi ad alto-flusso e bassa-prevalenza, una pompa tubolare a flusso-assiale, a flusso misto-o o sommergibile potrebbe essere la soluzione migliore.

7. Materiali e lubrificazione dei cuscinetti

L'acqua pulita, l'acqua di mare, le acque reflue industriali e i liquidi contenenti solidi abrasivi richiedono materiali delle parti a contatto con il fluido, materiali dei cuscinetti, protezione dell'albero e sistemi di lubrificazione diversi.

8. Motore e sistema di controllo

Il motore e il controller devono corrispondere all'alimentazione disponibile, al metodo di avviamento, al controllo della velocità richiesto e alla frequenza operativa. Un convertitore di frequenza-variabile può essere utile quando la domanda del sistema cambia in modo significativo.

Le pompe a turbina verticale offrono numerosi vantaggi pratici:

• La girante sommersa normalmente elimina la necessità di adescamento del vuoto
• La pompa è in grado di gestire i cambiamenti dei livelli dell'acqua
• L'installazione verticale consente di risparmiare spazio sul pavimento
• È possibile utilizzare fasi aggiuntive per produrre una prevalenza più alta
• Le lunghezze dell'albero e della colonna possono essere regolate per diverse profondità di impostazione
• È disponibile un'ampia gamma di design e materiali idraulici
• La pompa può essere configurata per l'approvvigionamento idrico, il drenaggio, l'irrigazione, l'antincendio, il raffreddamento dell'acqua e l'aspirazione industriale

Una pompa a turbina verticale e una pompa per pozzi profondi sono la stessa cosa?

Le loro applicazioni si sovrappongono, ma non si tratta sempre dello stesso tipo di pompa.

Una pompa per pozzi profondi è generalmente compatta e ha un diametro esterno relativamente piccolo. I range di portata, prevalenza e potenza del motore disponibili sono generalmente inferiori. Queste pompe sono comunemente utilizzate per l'irrigazione agricola, l'approvvigionamento idrico domestico, l'irrigazione del bestiame e piccoli sistemi di estrazione delle acque sotterranee.

Alcune pompe economiche per pozzi profondi utilizzano giranti in plastica-per ridurre il peso e i costi di produzione. Il loro prezzo di acquisto è quindi spesso inferiore. A seconda dell'alimentazione disponibile, gli utenti possono scegliere una versione elettrica standard o un pacchetto di pompaggio-a energia solare.

Una pompa a turbina verticale è generalmente destinata ai compiti municipali e industriali più impegnativi. Viene comunemente utilizzato per grandi sistemi di approvvigionamento idrico-, acqua circolante industriale, acqua di raffreddamento, impianti antincendio, drenaggio minerario, presa di acqua di mare e grandi progetti di irrigazione.

Le pompe a turbina verticale sono disponibili in una gamma molto più ampia di dimensioni, portate, prevalenze e potenze del motore. Possono essere costruiti come unità a stadio singolo-o multistadio e la lunghezza dell'albero e della colonna può essere regolata per adattarsi alla profondità di installazione richiesta.

Per acqua pulita, fognature, acqua di mare, liquidi corrosivi o servizi abrasivi, le parti a contatto con il fluido possono essere fornite in ghisa, acciaio al carbonio, acciaio inossidabile, acciaio inossidabile duplex e altri materiali-resistenti all'usura o alla corrosione-.

Poiché una pompa a turbina verticale è solitamente più grande, più complessa e più configurabile, i suoi costi di acquisto, installazione e manutenzione sono normalmente più elevati di quelli di una pompa standard per pozzi profondi.

Come regola pratica, una pompa per pozzi profondi è spesso la scelta più economica per piccoli progetti di irrigazione sotterranea e agricola. Una pompa a turbina verticale è solitamente la scelta migliore quando il progetto richiede una capacità maggiore, una gamma di prevalenza più ampia, materiali speciali, maggiore affidabilità operativa o una configurazione-progettata su misura.

L'aggiunta di più stadi della girante aumenta il flusso?

Non necessariamente. L'aggiunta di stadi della girante in serie aumenta principalmente la prevalenza della pompa. Non aumenta il flusso nella stessa proporzione.

La portata effettiva è determinata dalla progettazione idraulica di ogni stadio, dalla velocità della pompa, dal diametro della girante e dalla resistenza del sistema di tubazioni.

Una pompa a turbina verticale può gestire le acque reflue?

Sì, a condizione che la pompa sia progettata per le effettive condizioni delle acque reflue.

La girante, la dimensione del passaggio, i materiali bagnati, la protezione dell'albero e il sistema di lubrificazione dei cuscinetti devono essere selezionati in base alla quantità e alle dimensioni dei solidi, alla presenza di fibre e all'abrasività o corrosività del liquido.

Una configurazione standard per acqua pulita-non deve essere utilizzata per acque reflue contenenti materiali ad alto contenuto di solidi o che possono avvolgersi attorno alla girante.

Una pompa a flusso assiale verticale-è un tipo di pompa a turbina verticale?

I due tipi di pompe vengono spesso utilizzati in progetti simili, ma normalmente dovrebbero essere trattati come categorie di prodotti separate.

Una pompa a turbina verticale convenzionale utilizza generalmente una girante a flusso centrifugo o misto-. Una pompa a flusso assiale verticale-utilizza una girante del tipo a elica-per generare la spinta assiale ed è progettata principalmente per portate molto grandi con prevalenze basse.

L'uso del nome inglese corretto del prodotto aiuta gli acquirenti a confrontare la giusta gamma di prestazioni ed evita confusione durante la scelta della pompa.

La comprensione dei principi di funzionamento delle pompe a turbina inizia con la relazione tra la girante sommersa, l'albero verticale, il diffusore e il tubo della colonna.

Il motore trasferisce la potenza attraverso l'albero alla girante. La girante aggiunge energia al liquido, il diffusore converte parte della velocità del flusso in pressione e il tubo a colonna trasporta il liquido al sistema di scarico.

Ciascun tipo di pompa ha una potenza operativa diversa. Una pompa monostadio-offre una struttura più semplice, mentre una pompa a turbina verticale multistadio può produrre una prevalenza molto più elevata. Le pompe centrifughe verticali-ad albero lungo coprono un'ampia gamma di impieghi industriali, mentre le pompe tubolari a-flusso misto, assiale-e sommergibili sono spesso più adatte per applicazioni ad alto-flusso e a bassa-prevalenza.

Una buona scelta della pompa non dovrebbe mai basarsi solo sul nome del prodotto. Il flusso, la prevalenza dinamica totale, la variazione del livello dell'acqua-, la profondità di impostazione, le proprietà del liquido, le condizioni di cavitazione, i materiali, la progettazione dell'aspirazione e la disposizione dell'installazione influiscono tutti sulle prestazioni.

Quando questi fattori vengono controllati correttamente, una pompa a turbina verticale può fornire un funzionamento stabile, efficiente e affidabile per una lunga durata.