Turbomacchine - Progettazione di pompe centrifughe

Progettazione di Pompe Centrifughe

Sono tra i turbomacchinè più diffuse. Nelle pompe, a differenza dei compressori, il fluido è elaborato, i fluidi pompati sono incomprimibili (portatori di energia potenziale). Questa energia può essere usata per innalzare il livello, spesso per invertire la direzione, a volte sono progettati per avere il salto di pressione.

Per un salto energetico molto maggiore rispetto a quello che si può raggiungere con un liquido. Sono molto ingombrante rispetto a quello che si raggiunge con un liquido. ΔP

₁

Le pompe aspirano e attraggono il vapore. Le macchine volumetriche hanno difficoltà ad avere il vapore & lingueroiche sono all'interno della pompa l'elemento minore della tensione di vapore & le basse sea & in cavitazione.

Da un punto di vista fluidodinamico, il dimensionamento/la progettazione si adatta più semplice rispetto ad un compressore soprattutto assialmente è più dimensionato.

Le pompe possono essere a semplice stadio e a multipli stadi e a seconda della superficie della girante:

• Radial
• A flusso misto
• Assiali

Il diffusore può essere direttamente nella voluta oppure può essere presente con la presenza di palettature.

I parametri da prestazione sono:

1. H = W_g (P₀₂ - P₀₁) / ρg [L]:_W = potenza specifica pompa
2. H_t = P₂ - P₃ / ρg [m sotto statico]
3. η_t = ρgQH / C_w efficienza totale e totale
4. φ = C_m / u, coefficiente di flusso, ψ = 2gH / u² coefficiente di carico
5. NPSH P₀₁ - P_vapore -------- ρg per non avere cavitazione. Net Positive Suction Head
6. T_v = P_v - P₀₃ ------------ , numero di cavitazione 1/2 P_cavazione

Storicamente le pompe vengono trattate secondo un unico parametro che è il Numero Specifico di Giri Ns:

Esso si trova a grandi linee sulle curve delle similitudine.

Sviluppiamo i valori con il pedice S).

Ψ_s = Ψ

Φ_s = Φ

Hs/D_s² = ::

Qs/D_s³ N² B³

Considerando:

H_s = h (Q/Q_s)

h_s = h

Q

H^3/4

W_u

(g/NPSH_m)^3/4

Ovviamente piu W_u e alto piu e probabile il CAVITAZIONE

Sempre durante delle prove delle similitudine si nota che l'efficienza di

una pompa centrifuga aumenta all'aumentare della

Per la teoria della similitudine pompe con lo stesso numero di giri specifico ns

hanno la stessa efficienza

...

SI NOTA CHE ALL’AUMENTARE DI Ns LA POMPA DIVENTA DI PIU

ASSIALE

• 4000
• 6000
• 8000
• 10000
• 15000
• 20000

500

600

700

800

900

1000

1500

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

10000

15000

20000

50%

Axis of rotation

vanes

Hub

Radial-vane area

Francis-vane area

Mixed-flow area

Axial-flow area

contingenti!

Inclinazione del bordo d'attacco - Slip factor

Di seguito descriviamo la geometria delle girante:

• Camber line 3D
• Canale meridiano
• Distribuzione angolo β

Proiezione camber su R-S - Distribuzione di spessore (quadrante simmetrica)

Possiamo definire

L'ascissa meridiana: \( s_m = \sqrt{(Δx)^2 + (Δy)^2} \)

Arco circolare: \( h_σ = r x Δy \)

La relazione tra l'angolo del metello β e l'angolo attivutale σ è:

tan β = \(\frac{r \, ds}{m \, \text{cordinata meridiana}}\)

Per descrivere tutti i parametri di una pompa a servirci dato che esse elaborino fluidi incomprimibili un solo parametro. Esce ad il numero di giri specifico N_s, solamente come superficie, vengono accompagnate, portata e prevalenza mentre il numero di giri si scopre in base al motore al quale è attaccato. Quindi per la seconda del motore si sceglie il NUMERO DI GIRI SPECIFICO N_s.

In base alle sequenze Imapre, in funzione del Ns determinimiamo due parametri:

1. K_u: costante di prevalente mette in relazione la prevalente con la velocità periferica. -
2. Ho Ns. → 2) Scegliendo il numero di pale trovo K_u
3. Applico \(K_u = \frac{U_2^2}{2gH}\) e inverto e trovo U_2
4. Ho U_2, ho Ns tramite. U_2 = ωd_2 calcolo d_2 delle girante.

Quando tramite il K_u trovo il D_2.

5. K_m2: costante di portata Hetel in relazione la velocità meridiana con prevalena.
6. Ho Ns. → 2) Scegliendo il numero di pale trovo K_m2
7. Applico \(K_{m2} = \frac{C_{m2}}{\frac{2gH}{ρ}}\) e inverto e trovo C_m2
8. Ho v_i, ho C_m2, ho ρ, tramite:

m' = ρC_m2A = ρC_m2 ((Π*d_1) x i_t) b_1

trovo b_2

Quando tramite il K_m2 trovo il b_2.

Quando siamo fuori progetto quindi non c'è più equilibrio di pressione

Si genera una SPINTA radiale che si riavvuenta l'equilibrio sollecitando

dunque il funzionamento FATICA.

Per evitare che i cuscinetti si sforzino si usa la voluta DOPPIA (2 volute

per non una sola).

Nel caso in cui la voluta sia singola si usa il seguente i

fattore di correzione (visto per voluta singola):

Entità della forza assiale (per m²)

Angolo di unchiatudo dei K

Allo luce di questo la spinta radiale P_r sia con

voluta singola sia con dopria voluta è

P = ^_KHD2b2/^2,31

oppure ,

P = K_vP_oD₂b₂ con K_v = 0,36[1-(β/α)]² nel caso di voluta K_v = 0,36 Q^o/Q_a nel caso di vasocopiatura (line conformi)

Due esempi di voluta doppia sono riportati in seguito:

Section A'B'

Section A'B

Section AB

Section CD

Di seguito riportiamo il confronto di prestazioni tra volute circolari e volute a sviluppo logaritmico:

Voluta logaritmica con angolo variabile

Confronto volute circolari

Confronto voluta circolare e logaritmica

Angolo voluta 10°

Angolo voluta 30°

Angolo voluta 60°

Angolo voluta 90°

D/(b₂ × cosα)

D/(b₂ × cosα/proj)

D/(b₂ × cosα/proj)

D/(b₂) × 3(cosα/proj)

R = 1,35

R = 1,63

R = 1,35

R = 1,63

α = 40°

α = 60°

D (b₂ × cosα)

90

R = 0,125

B = 0,175

H = 0,7

Di seguito valutiamo le perdite che si possono trovare nelle volute.

Adesso valutiamo l'effetto dei gas incondensabili sulla cavitazione. Un gas incondensabile è un gas avente una temperatura critica Tc < T. Con T temperatura di esercizio, e quindi non potrà mai condensare durante il funzionamento della pompa. La solubilità del gas nel fluido della pompa è infinita ad aumentare la pressione del \delta quando arriviamo la formazione di bollicine di gas. Se alla formazione delle vapori all'interno vi sarà una parte incondensabile la bolla non riuscirà a cedere parte dell'energia spesa per comprimere il gas incondensabile, evitando che tutta l'energia ci allimenti queste bolle causando oltre che cavitazione anche erosione. INTRO MEMOLA. Se una percentuale di incondensabile permea le molleescento delle bolle \delta con all'interno vapore questa introduce una bolla negativa causandone la limitazione ercerc pasti.

Dato: Ad esempio una pressione parziale di gas ... abbiamo:

Volume P occupato dalla differenza &ecuato; gas dissolvi X₀ ="

X=¼ E = 0 nomin 

INDUCER

A differenza dell'inducer nei compressori centrifughi, nelle pompe centrifughi l'inducer e un componente a parte ed è stacco fisicamente dalla girante e a parte dell'impeller. Nelle pompe l'inducer ha sviluppo assiale e chiamato anche di L

FUNZIONE: INDUCERE UNA PREVOTAZIONE AL FLUSSO E UN SALTO DI PRESSIONE IN MODO A EVITARE CHE SI INNESCHE LA CAVITAZIONE (PER NPSHd = NPSHa - REALL). Aumentando la delineazione, si tiene conto che è una parte . Nel pressler non avverrà quando la cavitazione (serve ad innescare la cavitazione.)

L'effettto della presenza delle incisure s nota sui grafici riportati di sotto.

Vantaggio fondamentalmente quindi della presenza dell'inducer è la riduzione dell'NPSH_R e quindi come nelle macchine precedenti sarà bastivare super norma soglia di NPSH per evitare che non avvenire cavitazione.