MACCHINE Lezione 6 Pompe idrauliche

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1 MACCHINE Lezione 6 Pompe idrauliche Dr. Paradiso Berardo Laboratorio Fluidodinamicadelle delle Macchine Dipartimento di Energia Politecnico di Milano

2 Generalità Unliquido accumulaenergia secondo tre forme fondamentali: energia cinetica energia potenziale gravitazionale energia potenziale piezometrica Le forme di energia che possono essere fornite direttamente ad un fluido sono pressione e energia cinetica Sefornisco grandi quantità di energia cinetica la devo trasformare in pressione all interno della macchina stessa per ridurre le perdite di carico nell impianto

3 Tipologia di pompe Pompe volumetriche: alternative (stantuffo o pistone) rotative(ingranaggi, gg pale mobili, lobi) Pompe a flusso continuo: centrifughe flusso misto assiali Pompe speciali autoadescanti pompe sommerse

4 Pompe volumetriche alternative Macchina volumetrica a stantuffo stantuffo a disco stantuffo a pistone

5 Pompe volumetriche alternative caratteristiche: presenza di un sistema biella manovella velocità del fluido all interno della macchina è molto bassa si tratta di uno scambio energetico di tipo statico valvole (aspirazione e mandata) collegano la pompa con l impianto criticità ità dll delle tenute t (liquidi idi non puri pompe a pistone) it apertura delle valvole può essere spontaneo o servo assistito

6 Pompe volumetriche alternative curva di funzionamento di tipo periodico problematiche di esercizio: aumento delle perdite di carico quando v è alta, pericolo di manifestarsi della cavitazione vibrazioni i i associate a variazioni i idi portata e pressione all interno del nostro impianto diminuzione del rendimento del funzionamento di apparecchi collegati con tale componente (ex. scambiatori)

7 Pompe volumetriche alternative soluzione aumento del numero degli effetti (numero di corse utili per giro di manovella) MACCHINE PIU COMPLESSE

8 Pompe volumetriche alternative V& π 2 d = η cnz = η v v Cnz 4

9 Casse d aria utilizzate con pompe mono o doppio effetto posizionate a valle e a monte della nostra pompa a valle compensano variazioni di portata e pressione all interno del nostro impianto a monte diminuisco il rischio di trovarsi in prossimità della cavitazione

10 Curve caratteristiche legame funzionale portataprevalenza la portata dipende dal solo numero di giri ii al crescere della pressione di mandata aumenteranno le perdite dovute ai trafilamenti perdite concentrate nelle valvole, rendimenti maggiori per macchine ad alta prevalenza (eta=0.98 con H>200m)

11 Pompe volumetriche rotative non necessitano di valvole di aspirazione e mandata prevalenza dipende dai giochi presenti nella macchina

12 Pompe volumetriche rotative pompa a lobi

13 Pompe volumetriche rotative

14 Pompe a flusso continuo caratteristiche generali: Macchina a flusso continuo turbomacchina Composte da distributore girante e diffusore Allo scarico minimizzare la componente cinetica per ridurre le perdite di carico. trasformazione ionepuò essere rappresentata attraverso la relazione di Eulero

15 Pompe centrifughe Girante aperta: semplicità realizzativa maggiori perdite trafilamento migliore lavorazione della superficie delle pale Girante chiusa: maggiore rigidità perdite trafilamento ridotte soluzione quasi sempre adottata

16 Pompe centrifughe

17 Pompe centrifughe Tipo di palettatura allo scarico pale in aanti avanti v 2 maggiore Hlmaggiori H,l v 2 maggiore perdite di carico maggiori, rendimenti peggiori pale all indietro soluzione più utilizzata

18 Pompe centrifughe Diffusore camera libera palettato doppia voluta

19 Pompe centrifughe Girante a doppia aspirazione, alternativa a due pompe montate in parallelo

20 Pompe centrifughe Pompa multistadio

21 Pompe centrifughe Pompa a 6 stadi contrapposti

22 Pompe a flusso misto viene ridotta la prevalenza fornita all aumentare della portata smaltita (aumenta ωs ) effetto di centrifugazione ridotto aumenta l effetto di reazione fornito dll dalla curvatura dll della pala

23 Pompe a flusso misto rappresentiamo 3 giranti con effetto di centrifugazione decrescente (ωs crescente)

24 Pompe assiali il flusso nell attraversamento della macchina subisce una deviazione nella sola direzione tangenziale aumento altezza di pala pale svergolate regolazioneincidenza incidenza infunzione della portata a parità di numero di giri

25 Pompe assiali SVERGOLAMENTO DELLE PALE aumenta U all aumentare del raggio, se velocità ingresso V costante devo variare angolo geometrico all attacco per ridurre l incidenza deve conservarsi Vsinα vortice libero R*V t =cost l=cost.

26 Pompe speciali Canali di passaggio molto ampi per impedire il bloccaggio causato da impurità

27 Pompe speciali Pompa auto adescante 1 1. pompa è in quiete, il fondo è riempito di liquido ed il condotto d'aspirazione è pieno d'aria 2. la girante è posta in rotazione, provocando, in tal modo una depressione all'ingresso ed una compressione alla periferia: i l'acqua contenuta t nel fondo è così in parte aspirata e spinta nel condotto di mandata (da dove ricadrà nella pompa a causa dell'assenza di continuità della vena fluida) ed in parte spruzzata contro la girante attraverso un piccolo orifizio.

28 Pompe speciali Pompa auto adescante 2 3. Il getto che si è in tal modo formato trascina con sé una certa quantità d'aria che è centrifugata e inviata alla mandata, rimanendo inglobata nella fase liquida sotto forma di bolle che, per effetto della spinta idrostatica, fluiranno verso l'alto nel condotto di mandata. Via via viene eliminata tutta la quantità di aria 4. la valvola di fondo si chiude, impedendo così l'alimentazione del getto e permettendo alla pompa di funzionare come una normale pompa centrifuga.

29 Pompe speciali Pompa di estrazione pozzi da 75 mm di diametro a 625 mm portate 1 2 m3/h sino a 2000 m3/h

30 Caratteristiche interne di una pompa Caratteristica ideale gh = L = U V 1 Q 2 2t U1V t β A= sezione della macchinaa a D2 = A W sen 2 β 2 diminuita dell ingombro delle pale

31 Caratteristiche interne di una pompa Caratteristica ideale H U 2 Q cot β2 + U g A = 2

32 Caratteristiche interne di una pompa Caratteristica reale si ottiene da quella ideale sottraendo le perdite concentrate e le perdite ditribuite gh reale = gh ideale Y TOT Perdite distribuite nel distributore, in girante e nel diffusore; in forma sintetica possono essere espresse dalla relazione: Y idist 2 vi 2 g li D = f = i h k i 2 vi 2 g dove f i è il coefficiente d'attrito, D h è il diametro idraulico della sezione, l i è la lunghezza del tratto e v i è la velocità del fluido nella corrispondente sezione. Nell'ipotesi semplificativa di coefficiente d'attrito costante, l'andamentodelle delle perdite distribuite in funzione della portata è parabolico ed esse si annullano per portata erogata nulla.

33 Caratteristiche interne di una pompa Perdite localizzate che possono essere ulteriormente suddivise in: perdite d'imbocco e per incidenza all'ingresso girante, perdite per diffusione allo scarico girante, perdite per urto nel diffusore: Y = ' Y + k ( V& V& ) 2 = iloc iloc min + i V 0 dove k' i dipende essenzialmente dalla geometria delle diverse sezioni ed è praticamente indipendente da Re. Le perdite localizzate l presentano, quindi, un minimo per una portata erogata dalla pompa per la quale gli angoli di flusso sono in accordo con gli angoligeometrici geometrici costruttivi.

34 Caratteristiche interne di una pompa Caratteristica reale si ottiene da quella ideale sottraendo le perdite concentrate e le perdite ditribuite H reale = H ideale Y TOT

35 Caratteristiche interne di una pompa

36 Caratteristiche interne di una pompa

37 Accoppiamenti pompeinparallelo= parallelo ugualeprevalenza pompeinserie = ugualeportata