POMPE VOLUMICE CU INEL DE LICHID

Constructie. Funcţionare. Elemente de calcul.

Pompele sunt masini hidraulice alcatuite dintr-un asamblu de

elemente mecanice care asemanator altor masini din diversele domenii ale

tehnicii in decursul timpului, au capatat denumiri specifice, utilizate astazi

pe plan mondial.

In stadiul actual al dezvoltarii industriale, solutiile tehnice alese la

proiectarea instalatiilor prevad utilizarea pompelor la transportul fluidelor

cu o mare diversitate de caracteristici.

O categorie de pompe, este reprezentata de pompele de vid cu inel de

lichid. Aceste pompe sunt destinate in special pentru crearea vidului

industrial in diverse instalatii, dar sunt folosite din ce in ce mai mult si ca

suflante sau compresoare de joasa presiune. Acesta utilizare se doreste mai

ales faptului ca debitul de aer refulat este continuu si totodata lipsit de

vapori de ulei, cum este in cazul compresoarelor cu piston. Pompele cu inel

lichid fac parte din categoria pompelor volumice cu mişcare de rotaţie care,

spre deosebire de celelalte pompe volumice, sunt capabile să vehiculeze

fără impedimente lichide, gaze sau amestecuri de lichide şi gaze. Datorită

acestor calităţi, ele sunt folosite cu precădere fie ca pompe de vid, fie ca

suflante sau compresoare, dar mai puţin ca pompe de apă, având în vedere

randamentul lor scăzut la pomparea lichidelor. Ca pompe de vid sau

suflante sunt utilizate în industria chimică, şi cea energetică, precum şi în

staţii de pompare, unde servesc la amorsarea pompelor centrifuge.

1

Constructie

Constructia acestor pompe se aseamana cu cea a pompelor cu canal lateral,

dar rolul canalului il joaca aici pozitia excentrica a rotorului fata de carcasa.

2

Pompa de vid cu inel de lichid este alcatuita din urmatoarele elemente:

rotor de tip stelat, arborele rotorului, carcasa si discuri laterale.Rotorul de

tip stelat este montat cu ajustaj alunecator pe arbore fiind asezat excentric

in interiorul carcasei intermediare, inchisa lateral de catre discuri. Unul din

cele doua discuri contine fereastra de aspiratie si face legatura cu carcasa

de aspiratie, iar celalalt disc contine ferestra de refulare si comunica la

rindul sau cu carcasa de refulare. Arborele pompei se sprijina la cele doua

extremitati pe doua lagare cu rulmenti cu bile. Etansarea arborelui este

asigurata prin garniture moi din azbest grafitat, spalate cu un lichid de

etansare.

Asamblarea pompei se realizeaza cu ajutorul tirantilor. Carcasa de

aspiratie este prevazuta cu un orificiu pentru racordarea conductei de

alimentare a inelului de lichid. Pozitia corecta a discurilor se asigura prin

stifturile de centrare. Dopurile servesc pentru golirea pompei de lichid in

perioadele in care exista pericol de inghet. Carcasele, discurile,si lagarele

sunt confectionate din fonta, iar rotorul din bronz, sub forma de piese

turnate.

Performantele pompei depind de jocul axial dintre rotor si discurile de

distributie, joc care nu trebuie sa depaseasca valoarea de 0,1mm la

constructiile standard. In timpul functionarii, rotorul poate culisa pe arbore

autocentrindu-se in carcasa si deoarece el poate veni in contact cu discurile,

fetele sale laterale precum si cele ale discurilor sunt prelucrate foarte fin

pentru a obtine o rugozitate redusa. Pompa de vid cu inel de lichid trebuie

sa functioneze numai cu lichide sau gaze curate, fara impuritati mecanice,

astfel gazelle care contin praf vor fi filtrate inainte de absorbire. Rotorul

pompelor de vid cu inel de lichid este asemanator ca forma cu cel al

pompelor cu canal lateral, dar difera prin numarul de palete care este si mai

redus si prin latimea acestora care este mai mare.

3

Functionare

Pompa cu inel de lichid are rotorul montat excentric faţă de carcasa.

Înainte de prima punere în funcţiune, pompa se umple cu un lichid auxiliar.

În momentul în care pompa se porneşte , lichidul aflat în stator este

proiectat datoriţă forţelor centrifuge către periferia carcasei, generând inelul

de lichid care are o grosime constanta si este dispus concentric cu carcasa

pompei. Datorita pozitiei excentrice a rotorului, intre acesta si fata

interioara a inelului de lichid, se formeaza un spaiu in forma de secera,

divizat in mai multe celule de catre paletele rotorului. Volumele de lucru

variabile se formează între butucul rotorului, palete, suprafaţa interioară a

inelului de fluid şi capacele laterale ale pompei.

Când sensul de rotaţie este cel indicat în figura de mai sus, volumul

celulelor creste pana in dreptul axei verticale al rotorului (1), realizand

astfel depresiunea necesara aspiratiei prin fanta de aspiratie (b). Din dreptul

axului vertical, volumul acestor celule se reduce, iar aerul aspirat se incepe

4

sa fie comprimat si este refulat prin fanta de evacuare (c). Prin urmare, si la

ceasta categorie de pompe, procesul de pompare se datoreste variatiei de

volum, la care rolul pistonului este preluat de inelul de lichid (a). Selecţia

cuplării volumelor de lucru la tubulatura de aspiraţie sau de refulare este

realizată cu ajutorul unor discuri de distribuţie dispuse de o parte şi de alta

a rotorului, în vecinatatea capacelor laterale. Rotorul este montat pe arbore

cu un ajustaj cu joc care îi permite să se autocentreze între capac şi discul

de distribuţie. Spre deosebire de pompele cu canal lateral, unde ectiunea

canalului lateral limiteaza dimensiunile pompei si deci parametrii

hidraulici, la pompele de vid cu inel de lichid, dimensiunile nu mai sunt

limitate, astfel ca aceste pompe pot vehicula cantitati insemnate de fluid.

Deoarece transportul lichidelor cu astfel de pompe se face cu un randament

scazut, ele sunt folosite in special pentru evacuarea aerului sau gazelor din

diverserecipiente si instalatii.

Odata cu evacuarea aerului din celule, prin fanta de refulare este

eliminata si o anumita cantitate de lichid, ceea ce conduce la micsorarea

grosimii inelului de lichid si la o functionare defectuoasa a pompei. Pentru

completarea cantitatii de lichid evacuat si deci pentru mentinerea grosimii

constante a inelului de lichid, este necesar sa se aduca in pompa, de la o

sursaexterioara, o cantitate de lichi echivalenta cu cea eliminata. In acelasi

timp, datorita procesului de comprimare realizat in celulele pompei, aerul

se incalzeste, iar cea mai mare parte din caldura degajata este preluata de

inelul de lichid. Cantitate ade lichid care o inlocuieste pe cea eliminata are

si rolul de a raci inelul incalzit, astfel ca alimentarea trebuie sa se faca de la

o sursa care are temperatura corespunzatoare ; din acest motiv lichidul e

alimentare se mai numeste si lichid de racire. Lichidul de alimentare este

răcit în permanenţă pentru a nu se vaporiza.

5

Curbele caracteristice ale pompelor de vid cu inel de lichid sunt

indicate de furnizori la o valoare a temperaturii lichidului de alimentare de

150C si ele sufera modificari in functie de variatia temperaturii acestuia.

Din punct de vedere constructiv , aceste pompe pot fi cu una sau mai multe

trepte. Cele cu mai multe trepte produc vid înaintat. La navă se folosesc ca

pompe de amorsare a pompelor centrifuge, pentru creearea vidului, precum

şi în calitate de compresoare de aer. Parametri funcţionali se situează în

jurul valorilor de 100 - 250 l/min pentru debit şi 150 - 700 mmHg pentru

vidul realizat. Vidul maxim ce poate fi obtinut cu pompele de vid cu inel de

lichid atinge valori de 15-10Torr, dar la acest regim debitul scade practi la

zero. Pentru a obtine un vid mai inaintat cu acest tip de pompa, se

utilizeaza un dispozitiv cu ejector, care se monteaza pe flansa de aspiratie a

pompei.

Principalele avantaje ale pompelor cu inel de lichid sunt: obţinerea

aerului comprimat fără impurităţi de ulei; performanţe ridicate la

dimensiuni şi gabarite reduse, datorită posibilităţii de a fi antrenate la turaţii

ridicate (3000 rot/min); lipsa organelor speciale de distribuţie (supape,

sertare), ceea ce sigură o fiabilitate ridicată şi uzuri minime; funcţionare

silenţioasă, lipsită de vibraţii, debit constant, fără pulsaţii.

Pompele de vid cu inel de lichid se utilizeaza in diverse procese

tehnologice ( uscare sub vid )sau ca pompe de amorsare centrale pentru

statii de pompare. Ele mai pot fi folosite si ca suflante sau compresoare de

joasa presiune, atunci cand presiunea de aspiratie este chiar presiunea

atmosferica. Astfel, pompele cu un singur etaj realizeaza presiuni de

refulare de maxim 2,5 bar, iar cele bietajate pot atinge valori de 6-7 bar.

Pentru obtinerea acestor parametri, pompele se livreaza cu discuri de

distributoie speciale, avand fantele modificate. Daca s-ar folosi aceleasi

discuri cu care este echipata pompa de vid s-ar obtine caracteristice

6

inferioare si randamente mult reduse. Totusi, in multe locuri din exploatare,

ele functioneaza in aceste conditii, fara inconveniente de ordin functional-

mecanic. Pompele de vid cu inel de lichid se folosesc si in combinatii

constructive cu pompele centrifuge, care au prevazuta o carcasa speciala in

care este amplasat rotorul de vid ce realizeaza amorsarea. Astfel de pompe

se numesc ”pompe centrifuge autoaspiratoare”.

Caracteristici

Parametrii functionali ai pompelor de vid cu inel de lichid sunt:

Q - debitul de aer aspirat la starea de pompare. [m3/h];

p - vidul sau oresiunea absoluta. [Torr], [mmHg], [mmH2O];

P - puterea absorbita la arborele pompei [kW];

η - randamentul total [%];

q - debitul de lichid auxiliar (de racire) [l/min.].

In figura de mai jos este reprezentata diagrama curbelor caracteristice ale

unei pompe de vid cu inel de lichid.

7

La aceasta categorie de pompe, pozitionarea coordonatelor este

asemanatoare cu cea a pompelor volumice, adica ordonata reprezinta

debitul, iar abcisa – presiunea.

Curba de sarcina Q – p are alura unei curbe de pompa volumica, fiind

paralela initial cu axa abcisei, apoi, pe masura cresterii vidului, devenind

descendenta lucru care se explica prin cresterea pierderilor in interstitii la

regimuri de vid mai inalt. Puterea absorbita creste paralel cu cresterea

vidului, iar alura curbei randamentului este asemanatoare cu cea a celorlalte

categorii de pompe, adica la inceput este crescatoare pana ce atinge o

valoare maxima,dupa care devine descendenta. Randamentul total al

pompelor de vid cu inel de lichid este de asemenea redus, in comparatie cu

cel al pompelor centrifuge atingand la constructiile actuale valori ce nu

depasesc 40%. Debitul de lichid auxiliar este constant in zona de vid

mediu, dar creste odata cu cresterea vidului. Caracteristicile indicate de

uzinele constructoare sunt considerate la presiunea de 760 mmHg si o

temperatura a lichidului auxiliar de 150C. Debitul de aer aspirat este

considerat destins la vidul respectiv. In aceste conditii toleranta acceptata

pentru debit este de 10%. Caracteristicile pompei pot fi indicate si pentru

starea normala a gazelor - 760 mmHg si 00C – dar in practica curenta se

folosesc valorile corespunzatoare starii de functionare. Transformarea

valorilor pentru starea normala se face cu ajutorul legii Boyle-Mariotte,

respectiv cu relatia: pV=constant.

Curbele caracteristice determinate pentru functionarea pompei ca

suflanta sau compresor sunt trasate in partea stanga a axei ordonatei, astfel

ca pe o diagrama generala pot fi prezentate ambele functiuni ale masinii cu

inel de lichid.

Din diagrama rezulta ca domeniul optim de utilizare este diferir de

pompa de vid fatea de compresor. Astfel pentru pompa de vid, zona

8

randamentului optim corespunde unei turatii de 1600rot/min, pe cand la

compresor turatia corespunzatoare creste pana la valoarea de 2000rot/min.

Prin urmare, folosirea unei pompe de vid ca suflanta sau ca compresor, fara

modificari constructive si la aceeasi turatie se poate face numai in dauna

randamentuluimasinii, deci exploatarea devine neeconomica.

In scopul obtinerii unor parametri satisfacatori constructorii determina

forme speciale ale orificiilor din discurile de aspiratie si refulare, astfel

incat constructia acestora este diferita la pompa fata de compresor, restul

pieselor fiind comune.

Unele firme constructoare prezinta caracteristicile pompelor de vid cu

inel de lichid sub forma tabelara, sau sub forma unor diagrame in care

debitul este determinat in kg aer aspirat la starea de functionare. Dupa cum

se poate remarca, diagrama este construita la scara logaritmica, iar debitul

este exprimat in kg aer/ora. Familia este alcatuita din pompe monoetajate

pentru vid mediu pana la aproximativ 160mmHg absolut, pompe etajate,

pentru vid inalt pana la 25mmHg absolut si pompe combinate cu ejector de

aer, pentru vid pana la 5 mmHg absolut.

9