Pompa multistadio verticale: principio di funzionamento e applicazioni

Una pompa multistadio verticale è progettata per applicazioni che richiedono una pressione relativamente elevata ma non hanno molto spazio a disposizione. Viene comunemente utilizzato nella fornitura di acqua negli edifici, nell'aumento della pressione industriale, nel trattamento dell'acqua, nell'alimentazione di caldaie, nell'irrigazione, nei sistemi di raffreddamento e in progetti selezionati di raffreddamento a liquido-di data center.

La differenza principale tra questa pompa e una pompa centrifuga monostadio- è il numero di giranti. Una pompa multistadio ha più giranti disposte in serie. Quando il liquido passa da uno stadio a quello successivo, la sua pressione aumenta.

Ciò rende la pompa adatta per i compiti in cui una pompa-a stadio singolo non può produrre una prevalenza sufficiente. Tuttavia, una pressione più elevata non significa automaticamente prestazioni migliori. La pompa deve ancora corrispondere al flusso effettivo, alla resistenza del sistema, alle condizioni di ingresso e alle proprietà del liquido.

A pompa multistadio verticaleè una pompa centrifuga non-auto-adescante con motore, albero e stadi idraulici disposti verticalmente.

In una tipica pompa CDL o CDLF, il motore aziona l'albero della pompa attraverso un giunto. Le giranti e i diffusori sono installati all'interno di un cilindro a pressione. I collegamenti di aspirazione e di scarico si trovano nella parte inferiore della pompa, solitamente sullo stesso livello orizzontale. Questa disposizione rende la pompa relativamente facile da collegare a una tubazione esistente.

Il termine pompa multistadio verticale è la descrizione tecnica standard. Gli acquirenti possono anche cercare pompa multistadio verticale o pompa a stadio verticale, sebbene queste forme siano meno comuni nella documentazione tecnica.

Poiché la pompa non è autoadescante-, deve essere riempita di liquido prima di avviarsi. Anche l'ingresso deve rimanere allagato o sotto una pressione positiva sufficiente. Il funzionamento a secco della pompa può danneggiare in breve tempo la tenuta meccanica.

Il liquido entra nel centro della prima girante. Quando il motore fa ruotare l'albero, la girante trasferisce energia al liquido e lo sposta verso l'esterno grazie alla forza centrifuga.

Il liquido passa poi attraverso un diffusore. Il diffusore rallenta e reindirizza il flusso, convertendo parte della sua velocità in pressione prima di guidarlo nella girante successiva.

Lo stesso processo si ripete in ogni fase. Il flusso rimane sostanzialmente continuo, mentre la prevalenza generata da ciascuna girante viene aggiunta alla prevalenza totale della pompa. Dopo la fase finale, il liquido sotto pressione entra nella camera di scarico e confluisce nel sistema.

Aumentando il numero di stadi normalmente aumenta la prevalenza disponibile. Non aumenta necessariamente la portata nominale. Più fasi influiscono anche sulla potenza del motore, sull'altezza della pompa, sul carico assiale e sulla pressione massima di esercizio, quindi il numero di giranti dovrebbe essere selezionato in base al punto di lavoro richiesto piuttosto che trattato come una misura generale della qualità della pompa.

Costruzione principale

Una pompa multistadio verticale CDL/CDLF è normalmente costituita da un motore, un giunto, un albero della pompa, una tenuta meccanica, un cilindro di pressione, giranti, diffusori, cuscinetti e una camera combinata di aspirazione e mandata.

Il catalogo specifica un motore a due-poli completamente chiuso, raffreddato con ventola, con protezione IP55 e isolamento di Classe F. Le curve prestazionali standard a 50 Hz si basano su velocità di circa 2.900 o 2.950 giri/min.

Per un progetto di esportazione, la frequenza e la tensione devono essere confermate prima della selezione. Una pompa selezionata da una curva a 50 Hz non deve essere semplicemente collegata a un'alimentazione a 60 Hz. La variazione di velocità influenzerà portata, prevalenza, potenza assorbita e NPSH.

Anche la tenuta meccanica merita attenzione. Per la normale acqua pulita, la tenuta standard può essere sufficiente. Acqua calda, miscele di glicole, acqua salata, prodotti chimici per la pulizia e altri liquidi speciali possono richiedere una guarnizione o un elastomero diverso.

La differenza principale tra le pompe CDL e CDLF è la costruzione della sezione bagnata.

I modelli CDL generalmente combinano giranti, diffusori e cilindri di pressione in acciaio inossidabile con camere di aspirazione, camere di scarico, teste o basi della pompa in ghisa, a seconda delle dimensioni della pompa. Sono destinati principalmente a liquidi puliti e non-corrosivi.

I modelli CDLF utilizzano più acciaio inossidabile nella sezione bagnata e sono più adatti a pulire liquidi con proprietà leggermente corrosive, a condizione che i materiali siano stati confrontati con il liquido reale.

I materiali comuni del catalogo includono acciaio inossidabile AISI 304 per giranti, diffusori e cilindri di pressione. A seconda del modello, l'albero può essere AISI 304, AISI 316L o un altro grado specificato.

Per applicazioni più impegnative, i componenti a contatto con il fluido possono essere offerti in acciaio inossidabile duplex SS304, SS316 o 2205. La scelta corretta dipende dalla temperatura, dal pH, dal contenuto di cloruro, dalla concentrazione chimica, dalla pressione e dal tempo di funzionamento.

In pratica le parole “pompa in acciaio inox” non dicono abbastanza. Dobbiamo ancora conoscere il materiale della camera di aspirazione, della camera di scarico, dell'albero, della tenuta meccanica e degli elastomeri. Ciò è particolarmente importante per l'acqua salata delle piscine, l'acqua di mare e l'acqua trattata chimicamente.

• Costruzione di approvvigionamento idrico e aumento della pressione

Le pompe multistadio verticali sono ampiamente utilizzate negli edifici residenziali, negli hotel, negli ospedali, negli uffici e in altre strutture in cui la pressione di rete disponibile non è sufficiente.

Possono essere installati in gruppi di pressione-costanti, sistemi di alimentazione di serbatoi-sul tetto e zone a pressione in-edifici a molti piani.

La prevalenza richiesta deve essere calcolata in base all'altezza statica, alle perdite del tubo, alla resistenza dell'apparecchiatura e alla pressione richiesta all'uscita finale. Selezionare una pompa solo dal numero di piani spesso comporta una pressione eccessiva o insufficiente.

Se la domanda del sistema cambia considerevolmente durante il giorno, due o più pompe più piccole con controllo della velocità-variabile sono spesso una scelta migliore rispetto a una pompa grande.

• Acque industriali e pressurizzazione

I compiti industriali tipici includono l'approvvigionamento idrico di processo-, il potenziamento della linea di produzione-, il lavaggio delle apparecchiature, l'alimentazione del sistema di filtri-e la pulizia ad alta-pressione.

Questi sistemi hanno spesso più di una condizione operativa. Una linea di pulizia, ad esempio, può richiedere un flusso elevato per brevi periodi ma un flusso molto inferiore durante la normale produzione. In tali casi, la pompa deve essere controllata al punto di funzionamento normale e alla domanda massima.

Se il flusso richiesto è elevato ma la prevalenza è relativamente bassa, normalmente confronteremo la pompa multistadio con una pompa a stadio singolo-in linea o ad aspirazione-end. Una pompa multistadio non è automaticamente la scelta più efficiente per ogni sistema idrico industriale.

• Sistemi di trattamento dell'acqua e a membrana

Le pompe multistadio verticali sono comunemente utilizzate nella filtrazione, nell'ultrafiltrazione, nelle apparecchiature per l'acqua pura, nei sistemi a osmosi inversa-e in altri processi di trattamento dell'acqua.

La pompa può essere utilizzata per alimentare filtri, mantenere la pressione prima di una sezione a membrana o far circolare l'acqua attraverso parte del sistema di trattamento.

Il suo funzionamento dipende dal flusso di trattamento richiesto e dalla resistenza dei filtri, delle valvole, dei moduli a membrana e delle tubazioni.

La resistenza del filtro non rimane costante. Quando un filtro raccoglie la contaminazione, la sua caduta di pressione aumenta. La pompa deve pertanto essere controllata per verificare le condizioni del filtro sia pulito che sporco. Il monitoraggio della pressione differenziale- è utile perché mostra quando è necessaria la pulizia o la sostituzione.

Per la desalinizzazione dell'acqua di mare, le pompe CDL/CDLF possono essere prese in considerazione per l'alimentazione del pretrattamento, la circolazione ausiliaria o l'alimentazione a membrana laddove la pressione e i materiali siano idonei. Non si deve presumere che un modello standard sia adatto all'osmosi inversa con acqua di mare ad alta-pressione. L'elevata salinità, la concentrazione di cloruri, la pressione operativa e il servizio continuo richiedono una revisione separata dei materiali e della pressione.

• Piscina di acqua salata e acqua salina

Una pompa multistadio verticale può gestire l'acqua salata della piscina se i materiali, la tenuta meccanica e le condizioni operative sono idonei.

Le informazioni di cui normalmente abbiamo bisogno includono salinità, concentrazione di cloruro, pH, temperatura dell'acqua, disinfettanti e ore di funzionamento. Capelli, sabbia, fibre e altri detriti devono essere rimossi prima che l'acqua raggiunga la pompa.

Un filtro o una membrana possono proteggere la pompa dalle particelle, ma non impediscono la corrosione da cloruro. L'SS304 può essere accettabile in alcune applicazioni a basso-cloruro, ma non è una scelta universale per l'acqua salata. A seconda dell'analisi effettiva dell'acqua, potrebbe essere necessario l'acciaio inossidabile duplex SS316, 2205 o un altro materiale.

• Alimentazione caldaia, acqua calda e condensa

La gamma CDL/CDLF può essere utilizzata per funzioni selezionate di alimentazione di caldaie, acqua calda{1} e condensa.

Il catalogo fornisce un intervallo di temperatura del liquido compreso tra -15 gradi e 70 gradi per le versioni standard e tra -15 gradi e 120 gradi per le versioni ad acqua calda. Il limite esatto dipende ancora dal modello selezionato, dalla guarnizione, dalla pressione e dalle condizioni di ingresso.

L'acqua calda necessita di particolare attenzione perché la sua pressione di vapore è più elevata. Una pompa può soddisfare la pressione di scarico richiesta e continuare a cavitare se la pressione in ingresso è troppo bassa. Per le applicazioni di alimentazione e condensazione di caldaie-, è necessario controllare sempre l'NPSH e la pressione di ingresso minima.

• HVAC e raffreddamento industriale

Le pompe multistadio verticali possono essere utilizzate nei sistemi di raffreddamento-dell'acqua, nei circuiti di-condizionamento dell'aria, nei circuiti di scambiatori di calore-e altri sistemi con resistenza relativamente elevata.

In un circuito chiuso la pompa vince principalmente sugli attriti e sulle perdite di carico dell'apparecchiatura. Di solito non è necessario sollevare l'acqua per tutta l'altezza dell'edificio. Trattare l'altezza dell'edificio come la prevalenza della pompa in un circuito chiuso può portare a un grave sovradimensionamento.

Per un circuito di raffreddamento a-grande portata e a bassa-pressione, una pompa-a stadio singolo potrebbe essere l'opzione migliore. La curva del sistema dovrebbe decidere il tipo di pompa.

• Raffreddamento a liquido del data center AI

Alcuni sistemi di raffreddamento a liquido- dei data center presentano una perdita di pressione sufficiente da giustificare una pompa multistadio verticale. Le possibili attività includono la circolazione della CDU, circuiti di scambiatori di calore a piastre-, tubazioni lunghe, aumento della pressione di derivazione di rack- e set di pompe di raffreddamento ridondanti.

La pompa fa normalmente parte di un circuito più ampio contenente CDU, scambiatori di calore, piastre fredde, filtri, valvole di controllo, tubi flessibili e connettori rapidi. Nel calcolo deve essere inclusa la perdita di pressione attraverso tutti questi componenti. Per i rami a cremagliera paralleli è necessario controllare anche il ramo idraulicamente più sfavorevole.

Le proprietà del refrigerante sono importanti tanto quanto il flusso e la prevalenza. Le miscele di acqua-glicole hanno una viscosità maggiore dell'acqua, soprattutto a bassa temperatura. Ciò aumenta la resistenza del tubo e può modificare sia le prestazioni della pompa che la richiesta di potenza del motore.

L'acqua deionizzata e i refrigeranti dielettrici pongono diverse domande su corrosione, conduttività, guarnizioni ed elastomeri. Pertanto, non è necessario specificare una pompa per acqua-pulita standard per un progetto di-raffreddamento a liquido senza esaminare il liquido di raffreddamento effettivo.

L’affidabilità è un’altra considerazione importante. Le strutture critiche possono richiedere ridondanza N+1 o 2N, cambio automatico della pompa, controllo della velocità- variabile, rilevamento delle perdite e comunicazione con il sistema di gestione dell'edificio o del data center.

• Irrigazione e servizi industriali generali

La gamma può essere utilizzata anche per l'irrigazione di terreni agricoli, sistemi di irrigazione, irrigazione a goccia, fornitura di acqua per apparecchiature e altre attività relative a liquidi-puliti.

L'acqua contenente sabbia, fibre o solidi sospesi significativi deve essere filtrata prima che entri nella pompa. Le pompe CDL/CDLF standard non sono pompe per acque luride e non devono essere utilizzate per liquidi abrasivi o fortemente contaminati.

Secondo il catalogo CDL/CDLF, la pompa standard è destinata a liquidi puliti, sottili, non-infiammabili e non-esplosivi senza particelle solide o fibre.

I limiti generali sono:

• Temperatura del liquido standard: da -15 gradi a 70 gradi;
• Versione con acqua calda-: da -15 gradi a 120 gradi;
• Temperatura ambiente massima: 40 gradi;
• Altitudine di installazione standard: fino a 1.000 m.
• Al di sopra di 40 gradi di temperatura ambiente o 1.000 m di altitudine, la ridotta densità dell'aria influisce sul raffreddamento del motore. Potrebbe essere necessario declassare il motore o sostituirlo con un'unità di classificazione superiore-.

Pressione massima di esercizio

Non esiste un unico valore nominale di pressione per l'intera gamma CDL/CDLF.

A seconda del modello e della disposizione dei collegamenti, il catalogo elenca le pressioni massime di esercizio di 16, 20, 25 o 30 bar. Alcuni valori più alti indicati tra parentesi richiedono una configurazione speciale.

Quando si controlla la pressione del sistema, è necessario considerare insieme la pressione in ingresso e la pressione-generata dalla pompa. Dovrebbero essere inclusi anche l'arresto-della testa e i picchi temporanei di pressione.

Ciò è importante nei sistemi di raffreddamento a membrana e a liquido- perché filtri, alloggiamenti a membrana, CDU, scambiatori di calore, piastre fredde, tubi flessibili e connettori rapidi possono avere valori di pressione inferiori rispetto alla pompa stessa.

NPSH e condizioni di ingresso

La cavitazione si verifica quando la pressione all'ingresso della girante diventa troppo bassa per la temperatura del liquido. Potrebbe causare rumore, vibrazioni, flusso instabile, prevalenza ridotta e danni alla girante o alla tenuta meccanica.

Il rischio è maggiore quando:

• Il liquido è caldo;
• La pompa aspira da un serbatoio-di livello basso;
• Il tubo di ingresso è lungo o troppo piccolo;
• La pompa funziona vicino all'estremità-del flusso elevato della sua curva;
• L'installazione è in alta quota;
• Un filtro è bloccato;
• Il liquido ha una viscosità maggiore dell'acqua.

Un tubo di ingresso corto e di dimensioni adeguate con il minor numero di restrizioni possibile offre solitamente condizioni di ingresso migliori. È necessario monitorare la caduta di pressione dei filtri in modo che il blocco progressivo non faccia morire di fame la pompa.

Una selezione affidabile inizia dalla portata e dalla prevalenza totale richieste. Laddove la domanda cambia, è meglio fornire un flusso minimo, normale e massimo invece di un valore di picco.

Per un sistema aperto, la prevalenza totale normalmente include la portanza statica, l'attrito del tubo, le perdite di valvole e raccordi, la resistenza dell'apparecchiatura e la pressione di uscita richiesta. In un circuito chiuso, il calcolo si basa principalmente sulla resistenza delle tubazioni e delle apparecchiature.

Evitare di aggiungere una quantità eccessiva di testa "per sicurezza". Una pompa sovradimensionata spesso funziona con una valvola a farfalla, consuma più energia e funziona lontano dalla sua regione di migliore-efficienza.

Il liquido dovrebbe quindi essere definito correttamente. Oltre al nome, abbiamo bisogno di temperatura, densità, viscosità, pH, concentrazione chimica e contenuto di solidi. Per l'acqua salata, la concentrazione di cloruro è essenziale. Per il raffreddamento a liquido è necessario fornire il tipo e la concentrazione del glicole o di altro refrigerante.

Infine, il punto di lavoro proposto dovrebbe essere controllato sulla curva effettiva della pompa. Il flusso e la testa da soli non bastano. Dovrebbero essere esaminati anche l'efficienza, la potenza assorbita, l'NPSH, la-testa di spegnimento e l'intervallo operativo consentito.

Problemi comuni di selezione

Diversi errori compaiono ripetutamente nelle domande sulle pompe:

• Selezione per potenza motore invece che per portata e prevalenza;
• Supponendo che più stadi significhino sempre una pompa migliore;
• Ignorando la pressione in ingresso e l'NPSH;
• Trattare tutti i gradi di acciaio inossidabile come equivalenti;
• Applicazione di una curva da 50 Hz a un progetto da 60 Hz;
• Supponendo che un filtro risolverà un problema di corrosione;
• Ignorare l'aumento di pressione attraverso un filtro sporco;
• Selezione solo per i picchi di domanda;
• Dimenticare la pressione prodotta allo spegnimento-;
• Utilizzo di una configurazione standard della pompa dell'acqua-per un refrigerante sconosciuto.

La maggior parte di questi problemi possono essere evitati se i dati relativi al funzionamento del sistema e al liquido vengono forniti prima di scegliere il modello della pompa.

Informazioni da includere in una richiesta

Per una normale applicazione dell'acqua, fornire:

• Portata e prevalenza richieste;
• Temperatura del liquido e di esercizio;
• Condizioni di pressione o aspirazione in ingresso;
• Pressione massima del sistema;
• Tensione e frequenza;
• Materiali preferiti;
• Dimensioni e standard della connessione;
• Installazione interna o esterna;
• Funzionamento continuo o intermittente;
• Requisiti di velocità-variabile o multi-pompa.

Per applicazioni di raffreddamento ad acqua salata, a membrana, chimica o a liquido-, fornire anche la composizione del liquido, il contenuto di cloruro, la viscosità, la perdita di pressione del filtro, le ore di funzionamento, i requisiti di controllo e la ridondanza richiesta.

A pompa multistadio verticaleaumenta la pressione facendo passare il liquido attraverso diverse giranti in serie. Il suo ingombro compatto e l'elevata-capacità di prevalenza lo rendono una scelta pratica per la fornitura di edifici, il potenziamento industriale, il trattamento delle acque, il servizio di acqua calda-, l'irrigazione, il raffreddamento e progetti selezionati di desalinizzazione o data center.

Le pompe CDL sono generalmente destinate a liquidi puliti e non-corrosivi. Le pompe CDLF utilizzano più acciaio inossidabile nella sezione bagnata e possono gestire liquidi leggermente corrosivi una volta confermata la compatibilità dei materiali. A seconda dell'applicazione, è possibile prendere in considerazione l'acciaio inossidabile duplex SS304, SS316 o 2205.

La decisione finale dovrebbe basarsi sul punto di lavoro effettivo e sulle condizioni operative. Portata, prevalenza, temperatura, pressione di ingresso, NPSH, materiali, dati del motore e pressione massima del sistema devono tutti concordare con la curva della pompa selezionata.

Questo approccio di solito dà risultati migliori rispetto alla scelta di una pompa solo in base alla potenza del motore, alle dimensioni del tubo o al numero di stadi.