Studiul Si Proiectarea Unei Scheme de Transport a Produselor In Stare Lichida Utilizand O Pompa Centrifuga

CUPRINS:

TEMA PROIECTULUI

INTRODUCERE

Cap. I. PRINCIPII TEORETICE

I.1. Caracteristicile principale ale pompelor

I.2. Regimurile de curgere ale fluidelor

I.3. Ecuațiile fundamentale ale curgerii fluidelor

I.3.1. Ecuația de continuitate

I.3.2. Legea conservării maselor și energiei (Ecuația lui Bernulli)

I.4. Pomparea

I.5. Debit, putere, randament

I.6. Caviația

Cap. II. CLASIFICAREA POMPELOR

II.1. Pompe centrifugale

II.2. Pompe axiale

II.3. Pompe cu canal lateral

II.4. Pompe cu fluid motor

II.5. Pompe sifon

II.6. Pompe gaz – lift sau mamut

II.7. Pompe cu membrana

II.8. Pompe cu roti dintate cu angrenare exterioara

II.9. Pompe cu piston

II.10. Pompe cu palate culisante și palate flexibile

II.11. Pompe perisaltice

II.12. Pompe cu inel de lichid

CAP. III. CONSTRUCȚIA ȘI FUNCȚIONAREA POMPEI CENTRIFUGE

III.1. Constructia pompei centrifuge

III.2. Functionarea pompei centrifuge

CAP. IV. CALCULUL POMPEI CENTRIFIUGE

IV.1. Alegerea lichidului de lucru

IV.2. Calculul debitului pompei

IV.2.1. Alegerea randamentelor

IV.2.2. Randamentul volumetric

IV.3. Calculul arborelui

IV.3.1. Predimensionarea arborelui

IV.3.2. Alegerea, calculul și verificarea penei

IV.4. Calculul intrării în rotor

IV.5. Calculul ieșirii din rotor

ANEXE

BIBLIOGRAFIE

TEMA PROIECTULUI

Studiul și proiectarea unei scheme de transport a produselor în stare lichidă utilizând o pompă centrifugă de putere 1,6 KW, cu înălțimea de pompare 20,5 m, randamentul hidraulic de 0,79.

INTRODUCERE

Operațiile tehnologice se realizează cu ajutorul unor aparate, mașini de lucru și utilaje. Mașinile, aparatele și utilajele pentru un proces tehnologic se caracterizează prin caracteristici tehnice constructive, principiu de funcționare și caracteristici tehnologice de capacitate și calitate.

Operațiile, aparatele și utilajele care se utilizează în diversele ramuri ale industriei alimentare pentru prelucrarea produselor agricole, sunt permanent înnoite și modernizate prin folosirea și adaptarea celor mai noi cuceriri ale științei.

În acest proiect este prezentată o schemă tehnologică de transport a produselor în stare lichidă utilizând o pompă centrifugă, în acest caz al laptelui.

Apariția și dezvoltarea construcțiilor de pompe a fost strâns legată de necesitatea transportării lichidelor, îndeosebi a apei. Obiectul irigării pământului egiptean prin pomparea apelor din fluviul Nil nu se deosebește mult de cerințele pompării apei în marile orașe contemporane, chiar dacă metodele de realizare sau schimbat.

Pentru refularea apei, necesară irigării ogoarelor, oamenii foloseau mașina de scos apă, pusă în mișcare prin forța musculară sau prin energia de cădere a apelor.

Inventarea în secolul al XVIII-lea a mașinii cu abur a determinat apariția, la scurt timp după aceasta, a pompei cu piston. În anul 1897, omul de știință rus V. G. Suhov elaborează prima lucrare asupra teoriei pompelor cu piston.

Dezvoltarea instalațiilor de forță, creșterea puterilor de acționare, apariția motoarelor electrice, trecerea de la acționarea pompelor prin mișcare de translație alternativă la acționarea prin mișcare de rotație au dus la mărirea puterii pompelor cu rotor, care s-au răspândit în ritm rapid.

Pompele sunt mașini destinate transformării energiei mecanice disponibile la arborele unui motor în energie hidraulică transmisă la un lichid la ieșirea acestuia din pompă. Pompele se folosesc la deplasarea unui fluid dintr-un loc în altul, în timp ce fluidul primește energia prin mișcarea unui corp solid (rotor, piston) în masa fluidului.

Cu construcția de pompe se ocupă un număr mare de uzine. Producția mondială anuală de pompe se cifrează la sute de mii de pompe cu debite de la câțiva litri pe minut până la zeci de metrii cubi pe secundă și cu antrenare prin motoare electrice cu puteri până la 5000 kW. Dimensiunile de gabarit și greutatea pompelor-dependente de destinație și de tipul lor constructiv-oscilează aproximativ între și 2- până la 8- și, respectiv, 10 t.

În prezent pompele au o largă utilizare în toate ramurile tehnicii.

În hidrotehnică, apa este pompată dintr-un rezervor inferior într-unul superior, dintr-un râu într-un lac de acumulare sau din pânza apelor subterane în rezervoare de alimentare cu apă potabilă. În lucrările de construcții, pompele se folosesc la evacuarea apelor din gropile de fundație și din incinta construcției hidrotehnice, pe șantier. Pentru hidroameliorații, pompele se utilizează la desecarea mlaștinilor, a terenurilor îndiguite sau la pomparea debitelor de apă necesare irigațiilor. La executarea diverselor lucrări hidrotehnice sunt necesare pompe de presiune înaltă pentru dislocarea terenurilor și transportul nămolului.

Un rol important îl au stațiile de pompare pentru asigurarea cu apă industrială și potabilă a centrelor industriale, a orașelor și satelor. În orice uzină, fabrică, atelier din oricare ramură industrială: metalurgică, chimică, agricultură, minieră, alimentară, construcții etc., se utilizează nu una, ci mai multe pompe, și, de cele mai multe ori, nu un singur tip funcțional, ci mai multe. Aici, pompele se folosesc pentru dispozitivele hidraulice de acționare sau la pomparea diverselor lichide, ca: petrol, benzină, acizi, ulei, apă, băuturi răcoritoare, alcoolice etc. [2]

CAP I. PRINCIPII TEORETICE

I.1. Caracteristici principale ale pompelor

Pompele sunt mașini hidraulice care transformă energia mecanică a motorului în energie a lichidului care se pompează mărindu-i-se presiunea.

Pentru deplasarea unui lichid printr-o conductă sau utilaj este necesară asigurarea unei diferențe de presiune la capetele conductei sau între punctual de intrare și cel de ieșire a fluidului din utilaj. Pompele sunt utilaje care măresc presiunea fluidului, prin utilizarea unei părți din energia mecanică exterioară consumată de pompă.

Pompele trebuie să fie ermetice, pentru a preîntâmpina pătrunderea aerului în lichidul pompat și să se asigure un debit uniform, în special la filtrare. Ele trebuie să aibă un randament înalt, masă și dimensiuni mici, productivitate bună și presiune corespunzătoare. Pompele nu trebuie să reprezinte un pericol pentru personalul de deservire, dar trebuie să se repare ușor, să fie simple în exploatare, montare, să fie dirijate automat și de la distanță.

Pompele realizează nu numai transportul, ci și amestecul, atunci când este necesar. Atunci când pompele sunt folosite pentru transportul fluxului de lichid, ele asigură transportarea propriu-zisă a lichidului prin conducte, mărindu-I energia, astfel încât să permită ridicarea sa de la un nivel h1 spre un nivel h2 și presiunea lor de la p1 la p2. Pentru a crește, presiunea trebuie să învingă rezistența frecării și a obstacolelor, iar fluxul trebuie să aibă la alimentare viteze mai mari decât în cazurile obișnuite, pentru a reduce durata de alimentare a aparatului.

Productivitatea Q (/s) este determinată de volumul de lichid pompat într-o unitate de timp.

Presiunea creată de pompă se compune din înălțimea geometrică de ridicare a lichidului Hr, învingerea diferențelor de presiuni la capetele conductelor p1 și p2 și rezistențele hidraulice în conductele și aparatele prin care curge lichidul:

H=Hr-, I.1.

unde: ρ este densitatea lichidului, kg/; Hr este înălțimea geometrică de ridicare a lichidului egală cu suma înălțimilor de aspirare și pompare, m; g este accelerația căderii libere.

Puterea (kW) consumată de pompă depinde de productivitatea pompei, mărimea fluxului și densitatea transportoare:

N=, I.2.

unde: Q este productivitatea pompei, /s ; η este randamentul mechanic.

Puterea motorului electric se stabilește ținând seama de eventualele supraîncărcări, introducând coeficientul β:

Nm.e=Nβ I.3.

Debitul pompei reprezintă cantitatea de fluid transportată de pompă în unitatea de timp. Cantitatea poate fi exprimată prin masa sau volumul de fluid, ceea ce corespunde unui debit masic, respective unui debit volumic. În cazul pompelor se deosebește un debit real și unul teoretic. Raportul dintre debitul volumic real și cel teoretic definește randamentul volumic al pompei:

ηv= I.4.

Înălțimea maximă de aspirație este în funcție de înălțmea la care se poate monta racordul de aspirație al pompei față de nivelul lichidului.

Dacă se montează pompa la o distanță mai mare (pe verticală) decât înălțimea maximă de aspirație, atunci funcționarea ei nu mai este posibilă. Valoarea maximă a înălțimii de aspirație se determină aplicând ecuația lui Bernoulli: între punctual 1 situat la suprafața lichidului care urmează a fi asiprat și punctual 2 situat la intrarea în pompă.

Diferența h1-h2 reprezintă chiar înălțimea de aspirație Ha. Alte caracteristici sunt: viteza W care la suprafața lichidului este nulă; energia specifică Eh este de asemenea nulă; p1 presiunea în spațiul de aspirație; p2 presiunea la intrarea în pompă.Având în vedere aceste considerații obținem:

[] I.5.

Dacă se împarte ecuația la ρg se poate calcula înălțimea maximă de aspirație Ha: [m] I.6.

Înălțimea manometrică. Distanța măsurată pe verticală H2, între pompa și nivelul până la care impinge lichidul se numește înălțimea de refulare și se notează cu Hr. Distanța între nivelul de aspirație și cel și cel de refulare este înălțimea geometrică Hg=Ha+Hr și reprezintă presiunea statică a lichidului.

Se scrie ecuația lui Bernoulli sub forma:

I.7.

Se observă că toți termenii au dimensiuni liniare. Raportul dintre energia specifică Eh și greutatea specifică se numește înălțimea manometrică și se notează cu H. Ea cuprinde pe lângă înălțimea geometrică de pompare Hg, înălțimea (I.8.)necesară ridicării presiunii lichidului, înălțimea (I.9.), necesară creșterii energiei cinetice, precum și înălțimea necesară pentru a învinge frecarea I.10.

Înălțimea manometrică H se măsoară în metri ai coloanei de lichid pompat și este întotdeauna mai mare decât înălțimea geometrică. [5]

I.2. Regimurile de curgere ale fluidelor

În procesele tehnologice din industria alimentară, materiile prime care se prelucrează produsele intermediare și produsele finite obținute se găsesc de cele mai multe ori în stare fluidă sau sunt aduse în această stare.

Prin starea fluidă sau fluid se înțelege acea stare care se caracterizează prin mișcarea moleculelor unele fața de altele si printr-o deformare ușoară.

Cele mai reprezentative fluide sunt lichidele si gazele.Acestea se deosebesc prin efectele pe care le au asupra stării lor ,tempereatura si presiunea.

Lichidele se consideră practic necompresibile si nedilatabile,adică cu creșterea presiunii iși micșoreaza puțin volumul iar cu creștera temperaturii iși maresc puțin volumul. Deci densiatea lor variaza puțin cu schimbarea presiunii si a temperaturii.

Curgerea este caracterizată de deplasările straturilor sau particulelor ce constituie fluidul respectiv. La vitezele relativ mici ale fluidului ce curge printr-o conductă se formează straturi de particule dispuse paralel, care se deplasează liniștit, menținându-se pe traiectorii paralele de-a lungul conductei. Curgerea realizată în aceste condiții cu o anumită viteză direcționată în direcția generală de curgere se numește curgere laminară.

La viteze mai mari de deplasare, curgerea poate păstra aspectul de curgere laminară până la o anumită viteză, numită viteză critică, când particulele nu se mai mențin în straturi paralele. In acest caz, particulele se amestecă între ele, iar traiectoriile de deplasare nu se mai continua paralel, ci apar uneori și traiectorii transversale ce determină deplasarea dezordonată a unor particule în așa numitele vârtejuri sau turbioane, cu toate că în ansamblu fluidul se deplasează într-un singur sens. [7]

Fig. I.1. Regimuri de curgere a fluidelor [7]

În stare fluidă, materialele sunt transportate în instalațiile industriale conform fluxului tehnologic sau sunt supuse unor prelucrări de natură fizică, chimică și microbiologică cerute de procesul tehnola puțin volumul iar cu creștera temperaturii iși maresc puțin volumul. Deci densiatea lor variaza puțin cu schimbarea presiunii si a temperaturii.

Curgerea este caracterizată de deplasările straturilor sau particulelor ce constituie fluidul respectiv. La vitezele relativ mici ale fluidului ce curge printr-o conductă se formează straturi de particule dispuse paralel, care se deplasează liniștit, menținându-se pe traiectorii paralele de-a lungul conductei. Curgerea realizată în aceste condiții cu o anumită viteză direcționată în direcția generală de curgere se numește curgere laminară.

La viteze mai mari de deplasare, curgerea poate păstra aspectul de curgere laminară până la o anumită viteză, numită viteză critică, când particulele nu se mai mențin în straturi paralele. In acest caz, particulele se amestecă între ele, iar traiectoriile de deplasare nu se mai continua paralel, ci apar uneori și traiectorii transversale ce determină deplasarea dezordonată a unor particule în așa numitele vârtejuri sau turbioane, cu toate că în ansamblu fluidul se deplasează într-un singur sens. [7]

Fig. I.1. Regimuri de curgere a fluidelor [7]

În stare fluidă, materialele sunt transportate în instalațiile industriale conform fluxului tehnologic sau sunt supuse unor prelucrări de natură fizică, chimică și microbiologică cerute de procesul tehnologic.

Fluidele se deplasează prin conducte, canale sau uitlaje sub acțiunea unei energii mecanice din exterior sau sub acțiunea energiei potențiale dată de o diferență de nivel. Pentru utilaje care transportă lichide s-a încetățenit denumirea de pompe.

Fluidele se transporta prin conducte închise sau prin canale cu ajutorul energiei realizată prin diferența de nivel sau diferența de presiune între intrarea si ieșirea din sistem sau folosind pompe care să asigure energia mecanică necesară realizării transportului. Se poate afirma că productivitatea utilajului este cu atăt mai mare cu căt mișcarea materialelor este mai rapidă.

Transportul și distribuția fluidelor între utilajele unei instalații tehnologice sau la distanțe mari se realizează prin conducte. În funcție de destinația lor, conductele se clasifică în: conducte magistrale și conducte tehnologice.

Conducta este un ansamblu de elemente montate etanș între ele, pe un traseu bine determinat, care servește la transportul mediilor tehnologice aflate în stare lichidă sau gazoasă. [6]

I.3. Ecuațiile fundamentale ale curgerii fluidelor

I.3.1. Ecuația de continuitate

Pentru deducerea acestei ecuații se analizează curgerea unui fluid de densitate ρ printr-o conductă continuă, fără ramificații, a cărei secțiunea A este variabilă.

Viteza fluidului în interiorul conductei poate avea valori diferite în puncte diferite, astfel: în capătul cu secțiunea A1, viteza particulelor de fluid este v1, iar în capătul cu secțiunea A2, viteza este v2. Intr-un interval de timp Δt1, un element de fluid parcurge distanța v1∙Δt1.

Masa de fluid ce traversează secțiunea transversală A1, în intervalul Δt1 este:

Δm1=ρ1·A1·v1·Δt1 I.11.

Debitul masic, în aceste condiții, în secțiunea A1 este:

I.12.

Considerând fluidul ajuns în capătul 2 al conductei a cărei secțiune transversală este A2, rezultă că debitul masic în această secțiune este:

I.13.

Intru-cât în cazul studiat s-a considerat că de-a lungul conductei nu există ramificații și nici neetanșeități care să determină pierderi de fluid se poate scrie că Δm1=Δm2, ρ1=ρ2 (pentru că lichidele sunt incompresibile) și Qm1=Qm2, rezultă că:

A1∙ v1=A∙ v2 I.14.

sau generalizând pentru mai multe secțiuni transversale ale conductei, se obține relația:

A∙v = cnst. I.15.

In cazul lichidelor incompresibile, care curg în regim staționar, viteza fluidului variază invers proporțional cu aria secțiunii transversale, fiind mai mare în secțiunile înguste ale conductei.

Pe măsura ce distanța dintre liniile de curent descrește, viteza fluidului crește, astfel încât acolo unde liniile de curent sunt rare, viteza fluidului este mică și invers, unde liniile de curent sunt dese, viteza fluidului este mare.

I.3.2. Legea conservarii maselor și energiei ( Ecuația lui Bernoulli)

Deducerea ecuației lui Bernoulli are la bază teorema energiei cinetice conform căreia lucrul mecanic efectuat de forța rezultantă care acționează asupra unui sistem este egal cu variația energiei cinetice a sistemului. Pentru a se aplica la curgerea fluidelor aceasta teoremă, se consideră o porțiune de conductă ca in figura (I.2.). În capătul 1 unde sectiunea este A1, conducta este orizontală, amplasată la cota h1 fata de un plan de referintă "zero". Pe masură ce conducta urcă spre cota h2, ea se îngustează, astfel în capătul 2 secțiunea ei este A2. Se consideră că, pe locul porțiunilor orizontale de conductă, secțiunile A, si A2 sunt constante, dar A2 diferit de A1.

Fig. I.2. Schițe pentru stabilirea ecuațiilor fundamentale ale curgerii fluidelor

Curgerea lichidului printr-o conductă cu secțiunea variabil pentru stabilirea ecuației continuității

Schița pentru stabilirea ecuației lui Bernoulli

Pierderea de energie prin frecare la curgerea printr-o conductă

I.4. Pomparea

Prin pompare se înțelege operația de ridicare a energiei totale a unui fluid, cu ajutorul unei mașini, în scopul transportării lui. În acest scop, în pompă se transformă energia mecanică de antrenare a pompei în energie hidraulică. Energia absorbită de pompă asigură un anumit debit și o anumită înălțime de ridicare.

Înălțimea totală de ridicare este dată de relația:

h = + + Δh = + ha + Σ ha + hr + Σ hr + Δh I.16.

în care:

pr și pa – presiunile lichidului de refulare și respectiv la aspirație în pompă;

vr și va – vitezele de curgere a lichidului în conductele de refulare respectiv aspirație;

Δh – diferența de înălțime între punctele unde se măsoară pr și pa;

pr și pa – presiunile gazului la suprafața lichidului din rezervorul inferior respectiv superior;

ha – înălțimea de aspirație;

hr – înălțimea de refulare;

Σhj – suma pierderilor în pompă și în conducte.

Când asupra suprafeței libere a lichidului din rezervorulinferior și, respectiv, superior lucrează presiunea atmosferică, p1=p2=patm, înălțimea totală rezultă prin însumarea înălțimii totale de aspirație cu înălțimea totală de refulare, se neglijează energia cinetică, deoarece vitezele fluidului la suprafața inferioară, respectiv superioară sunt de obicei mici. Înălțimea totală de refulare este înălțimea de refulare de la axa pompei până la nivelui suprafeței libere din rezervorul superior la care se adaugă înălțimile corespunzătoare pierderilor în conducta de refulare și pompa de la axa pompei. Înălțimea totală de aspirație este suma dintre înălțimea de aspirație de la axa pompei până la nivelul suprafeței libere din rezervorul inferior la care se adaugă înălțimea corespunzătoare pierderilor în conducta de aspirație până la axa pompei.

Fig. I.3. Înălțimile de pompare

La pompele în care lichidul intră în pompă prin cădere dintr-un vas deschis cu suprafața liberă a lichidului de aspirație la un nivel mai mare decât planul orizontal care conține axul pompei, înălțimea de asiprație este considerată negativă, adică înălțimea este mai mare decât înălțimea corespunzătoare pierderilor în conducta de aspitrație, iar pompa lucrează cu contrapresiune la intrare.

Înălțimea de aspirație variază cu temperatura, deoarece, depinde de presiunea de vaporizare a lichidului. Când presiunea lichidului la intrare este mai mică decât presiunea de vaporizare,apare caviația prin urmare presiunea de aspirație este limitată și de aceasta.

I.5. Debit, putere, randament

Se numește debitul pompei cantitatea volumică de lichid pompată de aceasta în unitatea de timp. De obicei, această valoare se notează cu litera Q și se măsoară în m3/h, m3/min, m3/s sau l/min, l/s. Uneori se utilizează debitul gravimetric (debitul în greutate), notat cu G, între acestea există relația:

G = γ · Q I.17.

în care: γ este greutatea specifică a lichidului.

Debitul teoretic Qt al pompei este debitul care se obține când nu se consideră pierderile de debit cauzate de scurgerea lichidului prin jocuri, interstiții și neetanșeități, umplerea incompletă la aspirație, existența aerului amestecat în lichid, etc. Debitul teoretic este determinat numai de geometria cavităților interioare ale pompei și de turație. În realitate, umplerea cavităților de aspirație ale pompei nu se face întotdeauna complet, deaorece în lichid sunt de multe ori goluri cuprinzând pungi cu gaze (aer), iar din zona de refulare (cu presiuni mai mari) spre zona de aspirație (cu presiuni mai mici) au loc scurgeri de lichid prin diverse jocuri. Debitul care consideră aceste pierderi se numește debit real.

Se numește debit instantaneu volumul elementar de lichid pompat în timpul elementar:

Qinst = dV/dt I.18.

Debitul instantaneu este în genral variabil, amplitudinea și frecvența de variație a debitului la regim de lucru sau în regim de tranziție, depinde de tipul și caracteristicile de funcționale și construcție ale pompei. Frecvența de pulsație a debitului de determină ușro dacă se cunosc turația de lucru și numărul de organe de închidere (palete, dinți, etc), în timp ce amplitudinea de variație depinde numai de caracteristicile geometrice și tipul pompei, ci și de realizarea tehnologică și exploatarea pompei, ceea ce face necesară examinarea experimentală după realizare.

Factor de debit se definește prin raportul dintre valoarea maximă sau minimă ale debitului și valoarea medie:

ɸmax = ; ɸmin = I.19.

unde: Qmed = I.20.

Gradul de neuniformitate al debitului este raportul dintre diferența valorilor extreme și valoarea medie a lui:

δ = I.21.

Lucrul mecanic util pe care pompa il efectuează la un debit real de lichid Q și la o înălțime totală de ridicare H [m] într-un timp t este:

L = Q · g · h · t I.22.

Și prin urmare puterea teoretică (puterea utilă sau puterea hidraulică) a pompei este:

P = [CP] sau P = [kW] I.23.

Lucrul mecanic Lc consumat de pompă este mai mare decât lucrul mecanic util dezvoltat de pompă, din cauza mai multor pierderi. Raportul:

η = I.24.

se numește randamentul total al pompei.

Cantitatea de lichid Q care trece prin pompă este mai mică decât cantitatea de lichid Qt care ar putea trece în cazul umplerii complete și al inexistenței scurgerilor inverse. La o pompă dată, scurgerile inverse cresc cu creșterea presiunii, scăderea vâscozității și creșterea temperaturii, iar pierderile de umplere sunt direct proporționale cu turația și vîscozitatea lichidului.

Puterea reală a pompei este mai mare decât puterea teoretică datorită următoarelor cauze:

rezistențe hidraulice la trecerea lichidului prin pompă;

pierderi volumice;

scurgerea lichidului în sens invers prin jocuri, interstiții și neetanșeități;

umplerea ioncompletă la aspirație;

existența gazelor dizolvate în lichid;

frecări mecanice între piesele, în contact, cu deplasarea relativă.

Se definesc:

randamentul hidraulic prin relația:

ηh = I.25.

unde hp pierderile hidraulice din pompă

randamentul volumic prin relația:

ηv = I.26.

unde Qt debitul teoretic al pompei, orientativ ηv = 0,93 0,98

randamentul mecanic prin relația:

ηm = I.27.

unde Li lucrul mecanic interior al pompei, Li = Qt · g · (h + hp) · t, orientativ

ηm = 0,820,96

Randamentul volumic permite să se determine debitul real după calcularea debitului teoretic (geometric). Randamentul hidraulic permite să se determine presiunea de lucru a pompei când se cunoaște presiunea teoretică, iar randamentul mecanic permite să se determine puterea pompei pe baza diagramei indicate. Randamentul total al pompei servește la determinarea puterii motorului de antrenare pentru un debit și o presiune de lucru date, etc. [7]

I.6. Caviația

Dacă în timpul funcționării pompei presiunea locală a lichidului în zona sectorului de aspirație scade până la valoarea tensiunii vaporilor de lichid la temperatura locală, atunci lichidul începe să se vaporizeze, formându-se astfel vapori de lichid (fierberea lichidului la rece), care provoacă curgerea intermitentă a lichidului. Acest fenomen este numit caviație. Caviația nu apare dacă presiunea în lichid nu scade sub presiunea de saturare a vaporilor, la temperatura respectivă.

Dacă presiunea totală a lichidului este egală cu presiunea p0, atunci când nu există pierderi, presiunea statică în curent este:

p = p0 I.28.

La unele pompe, unde continuitatea debitului nu este o cerință importantă, iar timpul de funcționare este scurt, este uneori admisibilă funcționarea în regim de caviație, dacă se mărește rezistența pompei. În majoritatea cazurilor interesează asigurarea continuității debitului, iar timpul de funcționare trebuie să fie îndelungat, astfel încât funcționare în regim de caviație este interzisă. Odată cu apariția caviației și cu formarea amestecului de vapori și particule de lichid (emulsie), regimul funcțional al pompei devine anormal, randamentul scade, funcționarea devineneuniformă și cu zgomote. În prezența caviației, organele pompei cum sunt pereții corpului pompei, conductele, paletele, etc. sunt suprapuse distrugerii mecanice, ca urmare a șocului hidraulic, precum și a coroziunii.

În general, îmbunătățirea funcționării pompei din punctul de vedere al caviației se poate realiza prin:

micșorarea temperaturii lichidului aspirat;

micșorarea vitezei lichidului la intrare;

micșorarea pierderilor la aspirație;

crearea unui exces de presiune la intrare;

micșorarea turației;

o mai bună prelucrare a suprafețelor interioare și creșterea rezistenței mecanice a pompei.

Pentru exploatarea normală a pompei este necesar să se determine, experimental, valoarea depresiunii în conducta de aspirație la care începe caviația. La încercările de caviație obișnuite se menține debitul constant și se variază presiunea de aspirație până când apare zgomotul caracteristic caviației, iar debitul scade brusc. [7]

CAP. II. CLASIFICAREA POMPELOR

Clasificarea pompelor poate fi făcută după mai multe criterii:

criteriul principiului de funcționare

criteriul contructiv

criterii specifice

În industrie sunt folosite un mare număr și o mare varietate de pompe. Aceste pompe pot fi clasificate după mai multe criterii. Pentru vehicularea lichidelor din industria alimentara se folosesc urmatoarele tipuri de pompe:

Tabelul. II.1. Clasificarea pompelor

[4]

II.1. Pompe centrifugale

Pompele centrifugale – creșterea energiei lichidului se datorează acțiunii forțelor centrifuge ce apar la rotirea unui rotor în contact cu lichidul pe care îl antrenează în mișcarea de rotație. Rotorul poate fi radial sau diagonal ,iar carcasa poate fi spirală sau cu aparat direct. Pentru producerea forței centrifuge, rotorul pompei este rotit cu o turație mare, de ordinal 750-5000 [rot/min]. [10]

Dacă pompa este plină cu lichid, acesta este antrenat în mișcarea de rotație prin intermediul paletelor rotorului.Cel mai mare dezavantaj al pompelor centrifuge este acela ca nu pot fi puse în funcțiune cand nu sunt pline cu lichid, deoarece aerul, având o masă redusă, nu pot fi puse in mișcare de forța centrifugă a pompei. Nu se poate deci amorsa aspirația lichidului. Înalțimea maximă de aspirație la pompele centrifuge este limitata de pericol de cavitație, adica de formarea de vapori, când presiunea la aspirație este mai mică decât presiunea de vaporizare a lichidului.

Înalțimea maximă de aspirație la pompele mari este de 6-7 m și la cele mici de 4-5 m. Înalțimea de refulare a unui rotor de pompă centrifugă este de 100-125 m, fiind limitată de rezistența paletelor lui. În cazul când este necesară o presiune de refulare mai mare, se montează pe axul pompei, două sau mai multe rotoare , lichidul trecând în serie dintr-unul în altul ridicându-ți de fiecare dată presiunea cu 100-125 m. Se spune că pompa are mai multe etaje, numărul de etaje fiind egal cu numărul de rotoare montate pe ax. [7]

Fig.II.1. Pompă centrifugă orizontală monoetajată D

II.2. Pompe axiale

Pompele axiale – creșterea energiei lichidului se datorează forțelor hidrodinamice generate de rotirea rotorului, care creează o diferență de presiune intre fețele paletei. [10]

II.2. Pompă cu pistonașe axiale cu bloc înclinat [8]

II.3. Pompe cu canal lateral

Pompele cu canal lateral – creșterea energiei lichidului se datorează diferenței de presiune între zona de aspirație și refulare prin variația volumului dintre brațele radiale ale rotorului si suprafața liberă interioară a unui inel aflat în interiorul carcasei. [10]

Fig. II.3. Pompă cu canal lateral

II.4. Pompe cu fluid motor

Pompele cu fluid motor sunt lipsite de elemente solide în mișcare, în care transportul lichidelor se face fie sub presiunea aerului fie folosind energie cinetică a unui fluid motor, abur, apă sub presiune sau aer comprimat. Aici creșterea energiei fluidului, energiei fluidului motor are loc prin: efect de jet creat la scurgerea fluidului motor printr-un ajutaj amplasat într-un difuzor , obținându-se la refulare un amestec între agentul motor și fluidul pompat; barbotarea unui gaz în lichidul de pompat, formând un amestec cu densitate mai mică și aplicând principiul vaselor comunicare.

II.5. Pompe sifon

Pompele sifon sunt folosite pentru transvazarea unor cantități mici de lichid dintre două vase. În principiu, sifonul este un tub în formă literei ”U” care, pentru a fi pus în funcțiune, trebuie amorsat, adică umplut cu lichid. Sifonul este plin cu lichid și se cufundă cu un braț al tubului sau în rezervor, iar lichidul curge sub acțiunea forței gravitației prin celălalt braț. În felul acesta se creează în tubul sifonului o depresiune și lichidul din rezervor, fiind la presiune atmosferică va intra continuu în tub și va curge în rezervor. Amorsarea sifonului se poate face manual sau cu anumite dispositive. Debitul sifonului este determinat de viteza lichidului.

Fig.II.4. a) Pompa cu sifon obișnuit; b) Pompa cu sifon cu amorsare.

II.6. Pompe gaz-lift sau mamut

Pompe gaz-lift pot fi folosite pentru transportul lichidelor curate sau cu suspensii, cu ajutorul aerului sau aburului sub presiune cu care se amestecă. Se folosesc pentru transportul în apă asfeclei de zahăr, cartofilor sau fructelor, dar și pentru evacuarea apelor reziduale cu suspensii provenite din diverse procese tehnologice alimentare.

Fig. II.5. Pompe gaz-lift

II.7. Pompe cu membrană

Pompele cu membrană sunt pompe volumice cu mișcare alternativă la care locul pistonului este preluat de o membrană flexibilă. Variația volumului din corpul pompei în vederea aspirației și refulării se realizează prin încovoierea unei diafragme elastice. Aceste pompesunt utilizate pentru transportul lichidelor cu conținut mare de suspensii sau a celor corosive în industria alimentară. În general, pompa cu membrană, fiind foarte simplă, dă rezultate bune acolo unde nu se cer înălțimi mari de refulare. Construcția ei permite autoreglarea debitului refulat după rezistența opusă de sectorul de refulare. Sunt mai multe soluții constructive impuse de caracteristicile necesare și de domeniul de utilizare, formă, dimensiuni, materiale. Camerele de aspirație și de refulare pot fi de aceeași parte a membranei sau de o parte și de alta amembranei. [9]

Fig. II.6. Pompa cu membrană

II.8. Pompe cu roți dințate cu angrenare exterioară

Pompele cu roți dințate cu angrenare exterioară sunt cele mai răspândite pompe cu roți dințate. Din categoria acestor pompe cele mai răspândite sunt cele cu dinți drepți. La această turație debitul este constant la o turație data pentru o gamă largă de presiuni, caracteristica de lucru este suficient de slabită, iar construcția nu este complicată. Pompele cu roți dințate sunt compacte, sigure în exploatare și au o greutate specifică mică. Pompele cu roți dințate cu dinți înclinați, deși prezintă o serie de avantaje cum ar fi: micșorarea zgomotului, micșorarea uzurii, un grad de acoperire al angrenării, nu sunt larg răspândite. Datorită unghiurilor mici de înclinare 4-7º,pentru a nu rezulta eforturi axiale mari, aceste avantaje sunt neglijabile. La pompele cu dinți în V, unghiul de angrenare atinge valori de pana la 20º ceea ce permite să se realizeze mai bine avantajul înclinării dinților. Pompele cu dinți in V se utilizează avantajos la debite mari 3000-5000 l/min, și lichide cu vâscozitate ridicată, până la300ºE. În industria alimentară pompele cu roți dințate se folosesc la pomparea lichidelor: bere, sucuri, siropuri de fructe, siropuri din industria zahărului și produselor zaharoase, siropuri de glucoză, unt de cacao, masă de ciocolată, în industria uleiurilor,etc. [10]

Fig. II.7. Pompa cu roti dințate

II.9. Pompe cu piston

Pompele cu piston fac parte din categoria pompelor volumice cu mișcare alternativă. La pompele cu piston cu mișcare alternative este characteristic faptul că spatial de aspirație este separate de cel de refulare nu prin intermediul pistonului ci prin sistemul de distribuție alcătuit din cele două supape de sens. pompele al căror piston pompează lichidul numai într-un sens al cursei se numesc ”pompe cu simplă acțiune”. Cele la care pistonul aspiră și refulează în ambele sensuri ale cursei se numesc ”pompe cu dublă acțiune”. [10]

Fig.II.8. Pompa cu piston

II.10. Pompe cu palete culisante și cu palate flexibile

Pompa cu palete culisante este o pompă volumică frecvent utilizată în industria alimentară, în domeniul construcțiilor de mașini sau în diverse instalații hidraulice. Debitul acestor pompe este proporțional cu suprafața efectivă de lucru a paletelor și cu turația pompei. Pompa este formată dintr-o carcasă ,în interiorul căreia se rotește rotorul. Rotorul este prevăzut cu un număr de canale radiale, în care culisează paletele. Rotorul este montat excentric în carcasă, astfel încat axa carcasei să se afle la distanță față de axa rotorului.

Pompele cu palete flexibile sunt relativ simple din punct de vedere constructiv. Datorită elementelor component dimensiunile realizabile sunt limitate. Presiunile de refulare sunt de până la aproximativ 8[bar], frecvent până la 4[bar], și debitele pana la20 [l/min]. Pentru lichide cu vâscozitate mică, turația de lucru poate ajunge și la 5000[rot/min]. Deoarece randamentul scade mult cu creșterea vâscozității, aceste pompe nu sunt indicate pentru pomparea lichidelor vascoase.

Fig. II.9. Pompe cu palate culisante și cu palate flexibile

II.11. Pompe peristaltice

Pompa peristaltică este o pompă de vehiculare a lichidelor cu presiune de refulare mică, la debite mici. Avantajul specific pompelor peristaltice este acela că lichidul pompat este în contact numai cu interiorul unui tub de material plastic sau cauciuc,pe toata durata procesului de pompare. Din acest motiv aceste pompe se folosesc pentru pomparea lichidelor corosive, produse chimice etc. sau lichide care nu trebuie sa fie contaminate.

Pomparea are loc prin deplasarea spre refulare a volumelor de lichid preluate din zona de aspirație de intervalul de tub cuprins între două strangulări successive ale tubului. Strangularea tubului flexibil se realizează pe suprafata interioară a carcasei, prin apăsare de către rolele situate la periferia a două – trei brațe ale unui rotor antrenat într-o mișcare de rotație.

Fig. II.10. Pompa peristaltică

II.12. Pompe cu inel de lichid

Pompa cu inel de lichid este destinată pentru crearea vidului necesar în diversele  procese tehnologice, prin urmare poate fi folosită și ca și compressor de aer. Pompele și compresoarele cu inel de lichid sunt larg raspandite in industria chimică, industria alimentară, in instalațiile de concentrare din industria laptelui, conservelor, industria zahărului etc., de asemenea pompele de vid cu inel lichid se folosesc în întreprinderi poligrafice etc. [10]

Fig.II. 11. Pompă cu inel de lichid

CAP. III. CONSTRUCȚIA ȘI FUNCȚIONAREA

POMPEI CENTRIFUGE

III.1. Constucția pompei centrifuge

O pompă centrifugă se compune în general din următoarele organe principale: carcasa pompei cu racordul de aspirație și cel de refulare, organele directoare și rotorul pompei cu arborele, lagarele și presgarniturile sale.

Carcasa este în formă de spirală la pompele cu un etaj și cilindrică la pompele cu mai multe etaje. După numărul de intrări ea poate fi: simplă, când intrarea lichidului se face numai pe o parte, și dublă, când intrarea se face pe ambele părți. Carcasele se execută prin turnare, din fontă pentru pompele de joasă și medie presiune și din oțel pentru cele de înalta presiune.

Organele directoare (de conducere) au scopul de a da o direcție convenabilă curentului de lichid la intrarea în rotor, la ieșirea din rotor și la trecerea de la un etaj la altul, în cazul pompelor multietajate. Ele sunt imobile ca și carcasa, de aceea mai poarta numele și de stator. Profilul organelor directoare este astfel realizat, încât curentul de lichid sa nu fie supus unor schimbări bruște de direcție sau vârtejuri, care ar duce la pierderi hidraulice inutile și deci la un randament scăzut al pompei.

Rotorul este principalul organ mobil al pompei. După modul de intrare a lichidului, rotoarele pot fi cu aspirație simplă sau dublă (pe ambele fețe). La pompele multietajate, rotorul este multiplu.

În funcție de condițiile impuse de presiune, turație și natura lichidului pompei, rotoarele se toarna din fontă, bronz fosforos, oțel etc sau se căptușesc cu cămăși din materiale speciale. Rotorul se fixează pe arbore prin presare și printr-o pană longitudinală.

Arborele este organul care transmite puterea de la motor la rotorul pompei, fiind prevăzut la un capăt cu cuplaj în cazul antrenării directe prin motor coaxial, sau cu roata pentru curele în cazul antrenării prin transmisie.

Arborele se confecționează de obicei din oțel-carbon sau oțeluri speciale tratate termic, iar în cazul pompării lichidelor corosive, din oțel inoxidabil; când se pompează lichide foarte agresive, el se protejează cu o bucsă de bronz sau se execută complet din bronz.

Lăgarele pe care se sprijină arborele rotorului sunt fixate fie în carcasă sau în capacele acesteia, fie în exterior, fie și în carcasă și în exterior. Lagărele pot fi de alunecare sau cu rulmenți. În cazul pompelor de mare putere și de turație se folosesc lagăre de alunecare unse cu ulei sub presiune, circulația fiind asigurată de o pompa cu roți dințate.

Presgarniturile se montează pe arbore în capacele frontale de aspirație și de refulare, având rolul de a izola interiorul pompei pe presiunea atmosferică. Presgarnitura de la aspirație trebuie să împiedice intrarea aerului în pompă, care ar putea avea ca efect înrautățirea funcționării sau chiar scoaterea ei din funcțiune. Presgarnitura de la refulare trebuie să împiedice ieșirea lichidului din pompă pe lângă arbore. Presgarnituria de la aspirație poate avea și o construcție specială, cu etanșare hidraulică. Aceasta este o presgarnitură obișnuită, care are însă mijlocul garniturilor de etanșare un inel un găurit și prevăzut cu un canal circular. Corpul presgarniturii are două orificii , la care se racordează câte o conductă de la parte de refulare și de aspirație a pompei. [11]

În figura III.1. este prezentată o secțiune longitudinală printr – o pompă centrifugă de constucție normală.

Fig.III.1. Pompă centrifugă G

Pompa este alcătuită din următoarele elemente principale: rotorul 1 fixat la capătul arborelui 2 în interiorul carcasei 3; arborele 2 se sprijină pe doi rulmenți radiali cu bile, montați în corpul lagărului 4. Corpul lagăr este asamblat cu carcasa pompei prin prezoane. Etanșarea arborelui la ieșirea din carcasă este asigurată prin garniturile moi 5, de secțiune pătrată, presate în locașul presetupei de către capacul 6. La partea anterioară, carcasa ese închisă de capacul de aspirație 7, care face legătura cu capacul de aspirație. În acest capac, precum și în carcasă sunt presate două inele labirint8, al căror rol este de a reduce pierderile datorate scurgerii lichidului din spațiul de refulare către cel de aspirație. Corpul lagăr este închis la ambele capete cu capacele

9, prevăzute cu garnituri din pâslă, pentru proiectarea interiorului lagărului împotriva pătrunderii impurităților. Pe corpul lagăr este prevăzut un orificiu în care se înșurubează un dop transparent

10, ce servește la verificarea nivelului de ulei. Inelul azvârlitor 11 are rolul de a opri pătrunderea în lagăr a lichidului scăpat pe la presetupă și care se prelinge de – a lungul arborelui. Pe capătul liber al arborelui se montează cupla de antrenare a pompei. În flanșa capacului de aspirație și în cea a carcasei de refulare sunt prevăzute orificii în care se montează aparatele de măsură, respectiv vacuummetrul și manometrul. Lichidul scăpat pe la presetupă este colectat în cuva de la partea inferioară a corpuluilagăr și de aici, printr – un orificiu, este dirijat către canalizare. La partea inferioară a carcasei se găsește un dop ce servește pentru golirea pompei de lichid, în cazul când există pericol de îngheț. Rotorul pompei este de tipul “închis”, deoarece paletele sunt cuprinse între două discuri laterale. [10]

III.2. Funcționarea pompei centrifuge

Principiile care stau la baza construcției și funcționării pompelor centrifuge constau în admisia lichidului pe la centrul rotorului cu o viteză redusă și antrenarea lui pe palete sub influența forței centrifuge, determinată de rotația rotorului. [11]

Se poate afirma fără a greși că pompa centrifugă este cea mai răspândită dintre toate tipurile constructive existente în prezent în lume. De altfel, tendința actuală pe plan mondial este aceea de a utiliza astfel de pompe chiar în domenii în care în mod obișnuit se folosesc pompe cu piston sau pompe cu angrenaje, respectiv în domeniul debitelor relativ reduse și a presiunilor ridicate. Această tendință se datorește atât simplității constructive a pompei centrifuge, cât și cheltuielilor de exploatare mai reduse. Totodată, prin utilizarea motoarelor de antrenare cu turații ridicate, s–a reușit să se obțină valori ale presiunii de refulare care anterior nu puteau fi obținute decât cu pompe cu piston. Elementele hidraulice principale ce alcătuiesc o pompă centrifugă sunt rotorul și carcasa pompei. După cum se poate observa din figura de mai jos (Fig. III.2. a)), în carcasa 2, care are anumite forme dimensionate prin calculele de proiectare, se găsește montat pe un arbore rotorul 1, alcătuit din două discuri solidarizate între ele printr – un număr de palete a căror formă este de asemenea determinată de proiectant, în funcție de caracteristicile hidraulice pe care trebuie să le realizeze pompa.

b)

Fig. III.2. a) Organe hidraulice la o pompă centrifugă; b) Schema funcțională a pompei hidraulice

Funcționarea propriu – zisă a pompei are loc astfel: arborele fiind antrenat de la o sursă exterioară transmite rotorului o mișcare de rotație; orice particulă de lichid care se găsește în contact cu rotorul, va fi proiectată către periferia acestuia, datorită forței centrifuge ce acționează asupra ei. Paletele au rolul de a dirija traiectoria particulei de lichid în așa fel încât, la ieșirea din rotor, aceasta să posede o energie cinetică care să poată fi transformată apoi în energie potențială de presiune. La ieșirea din rotor, particula de lichid este colectată în carcasa pompei, iar de aici în continuare este dirijată spre conducta de refulare. S–a realizat astfel o deplasare a particulei de lichid de la intrarea în rotor până la orificiul de refulare al pompei. Același principiu este valabil și pentru o masă compactă de lichid, care, sub acțiunea aceleiași forțe centrifuge, parcurge traiectoria către orificiul de aspirație al pompei și cel de refulare, realizând un circuit continuu și, prin aceasta, fenomenul de pompare. [10]

Apa, care datorită presiunii atmosferice intră în tubul de aspirație, este primită de corpul de aspirare și de aici trece în rotor, pus în mișcare de un motor.

Rotorul pompei este prevăzut cu palete care au rolul de a antrena și conduce lichidul în stator. Apa intră în corpul pompei în direcția axială și este condusă apoi de către paletele rotorului către exterior, dând lichidului și o mișcare de rotație în jurul arborelui.

Particulele de apă care se rotesc în jurul arborelui tind să se îndepărteze de centrul de rotație datorită forței centrifuge. Deci, mișcarea particulelor de apă spre periferia rotorului de-a lungul paletelor se datorește forței centrifuge. Sub acțiunea acestei forțe, apa părăsește rotorul și în același timp se creează o depresiune spre interiorul lui. În rotor apa intră și iese cu o anumită viteză și presiune ajungând în stator. Statorul are palete și conduce apa către gurile de refulare. În stator apa intră fără vârtejuri. Ea iși micșorează viteza prin transformarea energiei cinetice în presiune. În felul acest circuitul de lichid este continuu în timpul funcționării pompei, spre deosebire de pompele cu piston la care refularea lichidului se face cu intermitența. [11]

Funcționarea propriu – zisă a pompei are loc astfel: arborele fiind antrenat de la o sursă exterioară transmite rotorului o mișcare de rotație; orice particulă de lichid care se găsește în contact cu rotorul, va fi proiectată către periferia acestuia, datorită forței centrifuge ce acționează asupra ei. Paletele au rolul de a dirija traiectoria particulei de lichid în așa fel încât, la ieșirea din rotor, aceasta să posede o energie cinetică care să poată fi transformată apoi în energie potențială de presiune. La ieșirea din rotor, particula de lichid este colectată în carcasa pompei, iar de aici în continuare este dirijată spre conducta de refulare. S–a realizat astfel o deplasare a particulei de lichid de la intrarea în rotor până la orificiul de refulare al pompei. Același principiu este valabil și pentru o masă compactă de lichid, care, sub acțiunea aceleiași forțe centrifuge, parcurge traiectoria către orificiul de aspirație al pompei și cel de refulare, realizând un circuit continuu și, prin aceasta, fenomenul de pompare.

Din cele relatate mai înainte rezultă că la o pompă centrifugă, pentru a putea funcționa, lichidul trebuie să fie în permanență în contact cu rotorul, adică chiar de la începutul rotirii acestuia, în caz contrar deplasarea lichidului nemaiputând avea loc.

Evidențierea principiului de funcționare a pompei centrifuge este redată în schema din Fig.III.2. b). Orificiul de aspirație al carcasei pompei este pus în legătură, prin intermediul

conductei de aspirație CA, cu lichidul din rezervorul de aspirație. Din figură rezultă că nivelul lichidului se găsește la o cotă inferioară nivelului axei rotorului, iar pentru ridicarea lui în conducta de aspirație până la nivelul acestuia este necesară crearea unei diferențe de presiune între cele două nivele, care să acționeze în sensul curgerii lichidului spre rotor.

Operația prin care se efectuează punerea în contact a lichidului din rezervorul de aspirație cu rotorul se numește „amorsare”. Această noțiune este întâlnită frecvent îndomeniul exploatării pompelor.

Așa cum s–a arătat anterior, rotorul pompei centrifuge acționează direct asupra lichidului, proiectându–l spre periferia sa și, prin conducta de refulare CR, spre consumator. În

cazul când rotorul nu se găsește în contact cu lichidul, ci numai cu aerul înconjurător, sau cu un gaz oarecare, datorită densității reduse a gazului, în comparație cu cea a lichidului, forța centrifugă cu care este acționată o particulă de aer spre periferia rotorului este mult mai mică, astfel că aceasta nu poate fi evacuată din conducta de aspirație pentru ca lichidul să – i ia locul. De aici rezultă că pompa centrifugă prezintă inconvenientul de a nu putea să se amorseze singură, sau în limbaj adecvat, să se „autoamorseze”.

Parametrii hidraulici pe care îi poate realiza o pompă impun acesteia anumite dimensiuni constructive. Se remarcă faptul că proiectarea particulei de lichid către periferia rotorului se

efectuează cu o forță centrifugă a cărei valoare este determinată de viteza de rotație a rotorului. De aici rezultă că o pompă cu un singur rotor–monoetajată poate realiza o caracteristică funcțională maximă, limitată de factorul viteză periferică.

Turația de antrenare a pompelor a manifestat în permanență o tendință de creștere, oferind avantajul unui gabarit redus al pompei, dar ea nu poate depăși totuși anumite limite

condiționate de rezistența mecanică a materialului din care este confecționat rotorul. Astăzi există în lume pompe antrenate la turații de 6000–7000 rot/min, dar trebuie menționat că o

turație prea ridicată prezintă și dezavantajul înrăutățirii condițiilor de aspirație a pompei, cu

toate urmările defavorabile pentru instalație. Pompele acționate de motoare electrice sunt de

obicei cuplate direct și antrenate la turația nominală a acestora.

Pentru țările unde frecvența rețelei electrice este de 50 Hz, turațiile de antrenare neglijând alunecarea sunt: 500, 600, 750, 1000, 1500 și 3000 rot/min. În țările în care frecvența rețelei este de 60 Hz, valorile indicate mai sus se multiplică cu 1,2.

Mărimea diametrului rotorului mai este limitată și din motive de gabarit al pompei, care poate conduce la dimensiuni ancombrante neeconomice. Astfel valorile maxime ale înălțimii de refulare ce pot fi obținute de o pompă centrifugă monoetajată, la turații standard de funcționare, se situează în limitele 180–200 metri coloană de lichid pompat.

Pentru a realiza presiuni superioare, fără a apela la mărimea turației sau a diametrului rotorului, se utilizează soluția cu mai multe rotoare montate în serie. Pompa centrifugă a cărei construcție are rotoarele așezate în serie, se numește „multietajată”, considerându – se că fiecare rotor reprezintă un etaj. [10]

Comparând modul de aspirație al pompelor centrifuge cu cel al pompelor cu piston găsim o deosebire esențială. Pompele cu piston se pot pune în funcțiune chiar dacă în conductele de aspirație nu este apă. Prin cursele repetate ale pistoanelor se aspiră aerul, în locul căruia pătrunde apa. La pompele centrifuge particulele de apă sunt trimise spre exteriorul rotorului datorită forței centrifuge. Din această cauză se creează la exterior o presiune, iar spre interior o depresiune. Atât presiunea cât și depresiunea sunt proporționale cu forța centrifugă, care la rândul ei este proporțională cu masa particulelor de lichid, cu distanța dintre particulă și centrul de rotație și cu pătratul vitezei unghiulare.

Din cauza diferenței de masă între apă și aer, considerând că în pompa centrifugă nu se găsește lichid ci aer, se explică de ce în acest caz forța centrifugă este mai mică decât atunci când ea acționează asupra particulelor de apă. Ca o consecință și depresiunea care se formează în centrul rotorului este mai mică. Bazat pe aceste considerențe pompa centrifugă poate funcționa numai atunci când conducta de aspirație și rotorul sunt umplute cu apă. În situația în care pompa și conducta de aspirație nu sunt umplute cu apă pompa centrifugă nu poate fi pusă în funcțiune datorită faptului că depresiunea care se formează în aceste condiții este prea mică pentru a aspira apa din sursa de alimentare.

S–a arătat că presiunea care se formează la exteriorul rotorului este proporțională cu pătratul vitezei unghiulare. Aceste viteze nu pot fi prea ridicate din cauza că materialul din care se construiesc pompele nu are rezistență prea mare. Ca urmare, presiunea din rotor este și ea limitată.

O pompă centrifugă cu un singur rotor în mod obișnuit nu poate asigura o presiune mai mare de p = 12,5 at.

La pompele centrifuge pentru incendii se cer presiuni mai mari de 12 – 13 at. Deci se impune construirea unor pompe cu rotori in serie. [11]

CAP. IV. CALCULUL POMPEI CENTRIFIUGE

IV.1. Alegerea lichidului de lucru

Se alege apa ca lichid de lucru având următoarele carateristici:

temperatura 20°C;

concentrația 100%;

greutatea specifică γ = 9790 N/m3 ;

vâscozitatea dinamică μ = 1008 · 10-6 kg/m·s;

presiunea de vaporizare pvap = 2,34 kPa = 2,34 · 10-3 bari = 2,34 · 103 N/m2. [10]

IV.2. Calculul debitului pompei

Calculul debitului este dat de relația:

IV.1.

unde: γ – greutatea specifică [daN/m3];

P – puterea motorului

H – sarcina [m].

IV.2.1. Alegerea randamentelor

Stadiul actual al proiectului, reflectând cunoașterea a relativ puține date: H, Q, n, Rh, nq, fluidul de lucru, și materialele pompei, nu permite un calcul riguros al randamentelor, recurgându-se la estimarea acestora la funcționarea pompei în punctul nominal.

IV.2.2. Randamentul volumetric

Randamentul volumetric este dat de relația:

IV.2.

unde:

Q – debitul aspirat prin flanșa de aspirație;

Qt – debitul teoretic sau debitul vehiculat prin rotor.

Randamentul volumetric ține cont de pierderile de debit la etanșarea rotorului. Debitul Q care intră (la aspirație) este egal cu debitul care iese (la refulare). Presiunea de la ieșire este mai mare decât presiunea la intrare. Datorită acestei diferențe de presiune apare un circuit parazit de lichid (debit parazit).

Fig.IV.1. Pierderi de debit în rotor

etanșare cu contact, etanșare longitudinală cu material moale

etanșare fără contact, prin labirint

Deci în rotor se găsește un debit:

IV.3.

acesta este un debit teoretic și este constant; din experiența de proiectare și exploatare valoarea randamentului volumetric este cuprinsă în intervalul .

Criteriile după care se determină valoarea concretă a randamentului sunt: înălțimea de pompare, debitul, numărul de labirinți (interstiții față/spate), rapiditate.

De exemplu daca folosim i = 2 labirinți debitul parazit q crește și randamentul volumetric scade, iar dacă folosim un labirint debitul parazit scade și randamentul volumetric crește.

Rapiditatea pompei nq este direct proporțională cu randamentul volumetric, influențându-l în mod corespunzător.

Dacă înălțimea de pompare H este mică, debitul parazit este destul de mic, deci randamentul volumetric va fi destul de ridicat.

Dacă consideram randamentul în funcție de construcția rotorului atunci pentru un rotor de lățime mică va rezulta un debit parazit q mic vom avea rapiditatea pompei mai mică și randamentul volumetric mai mic. Pentru un rotor lat va rezulta un debit parazit q mare având rapiditatea pompei nq mai mare și randamentul volumetric mai mare.

IV.3. Calculul arborelui

IV.3.1. Predimensionarea arborelui

Se face un calcul de predimensionare la torsiune. Se calculează momentul de torsiune cu relația:

– se alege în funcție de materialul din care este confecționat arborele;

da – se recomandă a fi multiplu de 5.

Diametrul de etanșare:

Diametrul rotorului:

Lungimea capătului de arbore:

IV.3.2. Alegerea, calculul și verificarea penei

Rotorul pompei se va fixa pe arbore cu o pană paralelă cu capete rotunde, figura 4, conform STAS 1004-85. În funcție de da se alege pana corespunzătoare.

Lungimea de contact: lc = l – b=6-3=3mm.

Fig IV.2. Pană paralelă

Verificarea la presiunea de contact:

rezultă:

sau:

Verificarea la forfecare:

rezultă:

sau:

IV.4. Calculul intrării în rotor

Principalii parametri ai intrării în rotor sunt prezenti în Fig.IV.2. :

Fig. IV.3. Parametrii intrării în rotor

Calculăm debitul teoretic:

Viteza absolută imediat înainte de intrarea în rotor:

Diametrul la intrarea în rotor:

rezultă:

Alegem flanșa de aspirație:

STAS 8696-85

Calculăm diametrul de intrare în paletaj:

Se tine cont de faptul că D1 crește odată cu scăderea rapidității .

Calculăm viteza absolută la intrarea în paletaj:

unde:

– coeficient de contracție a secțiunii la diametrul D1, datorită grosimii palelor.

Viteza de transport la intrare:

Unghiul relativ al palei la intrare:

Fig. IV.4. Triunghiul de viteze la intrarea în rotor

Lățimea palei la intrare:

IV.5. Calculul ieșirii din rotor

Se află diametrul D2 cu metoda II după care se calculează înălțimea de pompare pentru fluidul ideal și numărul implicit de pale:

unde:

H – înălțimea de pompare;

– randamentul hidraulic.

unde:

;

p – coeficient reducător de sarcină dat de numărul finit de pale;

S – momentul static al liniei medii de curent (se consideră rotorul pur radial);

– număr de pale.

Pentru ieșirea din rotor triunghiul vitezelor este reprezentat în Fig. IV.4.

Fig.IV.5. Triunghiul de viterze la ieșirea din rotor

, dar

Se exprimă

și rezultă:

de unde:

[12]

Schema tehnologică de obținere a vinului

Schema fluxului tehnologic de fabricare a vinului

Fig. IV.1. Schema fluxului tehnologic de vinificație

Fluxul tehnologic de fabricare a vinului din Fig. IV.1. cuprinde utilajele:

1 – mijloc de transport autobasculant;

2 – buncăr de recepție;

3 – zdrobitor-desciorcănitor cu agrafulopompă;

4 – scurgător metalic cu șnec;

5 – transportor elicoidal;

6 – presă continuă;

7 – cisternă de colectare;

8 – pompă centrifugă de vehiculare a mustului;

9 – cisterne tampon;

10 – separator centrifugal;

11 – cisterne tampon;

12 – pasteurizator cu plăci;

13 – cisternă metalică termostată pentru fermentare;

14 – instalație frigoritermică. [3]

BIBLIOGRAFIE:

Banu C. – M anualul inginerului de industrie alimentară, EdituraTehnică, București, 1998;

Bănescu, A., Bănescu, D. – Întreținerea și repararea utilajelor și instalațiilor din industria chimică, Editura Tehnică, București, 1975;

Cebotărescu, I. D., Neagu, C., Bibire, L. – Utilaj tehnologic pentru vinificație, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1995;

Florin Vitan, – Ingineria proceselor în textile și pielărie, Vol. II, Operații unitare

Gabor, L., Gabor, D. – Operații și utilaje în industria chimică și ingineria mediului, Editura de Vest, Timișoara, 2006;

Mereț, N. – Instalații de extracție, pompe, ventilatoare și compresoare în industria minieră, Editura Tehnică, București, 1971;

Tisan, V. – Utilaje în industria alimentară, Vol. I, Editura Risoprint, Cluj-Napoca, 2007;

http://www.acuz.net ;

www.informatiitehnice.com ;

http://test.mrxl.ro/Cursuri ;

http://www.scrigroup.com/tehnologie/tehnica-mecanica/POMPE-CENTRIFUGE ;

http://ro.scribd.com/doc/94121180/UTILAJE-POMPA-CENTRIFUGALA .

BIBLIOGRAFIE:

Banu C. – M anualul inginerului de industrie alimentară, EdituraTehnică, București, 1998;

Bănescu, A., Bănescu, D. – Întreținerea și repararea utilajelor și instalațiilor din industria chimică, Editura Tehnică, București, 1975;

Cebotărescu, I. D., Neagu, C., Bibire, L. – Utilaj tehnologic pentru vinificație, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1995;

Florin Vitan, – Ingineria proceselor în textile și pielărie, Vol. II, Operații unitare

Gabor, L., Gabor, D. – Operații și utilaje în industria chimică și ingineria mediului, Editura de Vest, Timișoara, 2006;

Mereț, N. – Instalații de extracție, pompe, ventilatoare și compresoare în industria minieră, Editura Tehnică, București, 1971;

Tisan, V. – Utilaje în industria alimentară, Vol. I, Editura Risoprint, Cluj-Napoca, 2007;

http://www.acuz.net ;

www.informatiitehnice.com ;

http://test.mrxl.ro/Cursuri ;

http://www.scrigroup.com/tehnologie/tehnica-mecanica/POMPE-CENTRIFUGE ;

http://ro.scribd.com/doc/94121180/UTILAJE-POMPA-CENTRIFUGALA .