71 2.7. Aspiraia pompelor centrifuge 2.7.1. Procesul de aspiraie Procesul de aspiraie, sau ridicarea lichidului din rezervorul de alimentare la pomp are loc n mod normal datorit depresiunii ce se formeaz n rotor n timpul funcionrii. FIG.2.27. Dacpaestepresiuneadinrezervoruldeaspiraieiadmindc depresiunea dinrotoraratingevidulnlimeateoreticmaximdeaspiraiear fi: pHaasp = avndlimitacndpa=760mmHg=9,8110.333N/m2;Hasp= 10,333m nfigura2.27estereprezentattraseuldeaspiraiealuneipompe centrifuge ce aspir dintr-un rezervor avnd presiunea atmosferic interioar pI ; dac pb este presiunea atmosferic, presiunea la nivelul de aspiraie este : pa = pi + pb . 72 Pe traseul de aspiraie pot fi fixate trei puncte de control i anume: a)la nivelul de aspiraie 0)la nivelul cel mai ridicat al traseului de aspiraie 1)imediat dup intrarea lichidului n rotor Lund ca plan de referin nivelul lichidului din rezervorul de aspiraie, sarcina hidraulic la intrarea n circuitul de aspiraie va fi:

gvpHa aa22+ = (2.57) Aplicnd relaia lui Bernoulli pentru celelalte dou puncte ale traseului rezult: h h Hvph Hvpvprir ra asp ra aspa ag g g+ + + + = + + + = + 2 2 221 120 02 (2.58) unde: Haspnlimeadeaspiraieapompei(msuratpnlanivelulsuperioral conductei de aspiraie) hra pierderile liniare i locale de sarcin prin frecare hidraulic pe traseul de aspiraie hrirpierdereadesarcinlaintrarealichiduluincanalelerotorului;aceste pierderi pot fi scrise sub forma: gvhrir221 = (2.59) = coeficient de rezisten local n consecin rezult nlimea de aspiraie:

( ) + =hvp pHraaaspg 2121 1 (2.60)S-aapreciatcva0ceeacedefaptcorespundemajoritiisituaiilor practiceundeaspiraia sefacedinrezervoare cu lichidul nrepaus;esteposibil cava0dacaspiraiasefacedintr-unrusaudintr-uncanalculichiduln micare.Valoareamaximteoreticaacesteinlimiarcorespundeatingerii depresiuniistaticecompletenpunctul1,adicp1=0.Cumestecunoscutc 73 limitarealadepresiuniintr-unlichidnmicareesteimpusdeapariia fenomenuluidecavitaie,rezultc nlimeamaximdeaspiraieeste definit decondiiap1=pv(pvestepresiuneaabsolutdesaturaiealichiduluila intrarea n pomp).

( ) + =hvp pHraaaspg 2121 1max (2.61) Seobservcnrelaiaobinutaparoseriedetermenicesunt independenidecaracteristicileconstructivesaufuncionalealeuneipompe centrifuge i o a doua categorie ce depind de acestea; pentru ultimii, se poate adopta exprimarea lor n funcie de sarcina efectiv a mainii dup relaia:

( ) Hg g gv v v = + = + 212 22 2 2 (2.62) unde se numete coeficient de cavitaie. Aadar: =hp pHrav aaspH max (2.63) nurmacercetrilorexperimentales-aajunslaconcluziac, coeficientul de cavitaie, este proporional cu turaia specific a mainii:

nsa3 / 4 = (2.64) a coeficient de proporionalitate S-au propus diferite valoripentrucoeficientuldeproporionalitate,cade exemplu: a =2,29 0,0001-THOMA a =2,20 0,0001-STEPANOFF a =2,16 0,0001-ESCHER-WYSS Cercetrimaiamnuniteausubliniatcicoeficientuladepindede turaiaspecific;astfelnlocuindu-senrelaia(2.64),expresiaanalitica turaiei specifice, se obine: 74

HcQ n103 / 4 =||.|

\| (2.65) unde: n turaia pompei [rot/min] Q debitul de lucru| | sm/3 C coeficientul de cavitaie al lui Rudnev; C = 600800 ptr. ns = 5080 C = 8001.000 ptr. ns = 80150 Coeficientul de cavitaie are o semnificaie mult mai precis dectceea ce apare n relaia 2.64 fiind n realitate un raport ntre nlimea de aspiraie disponibil i nlimea de pompare a agregatului. HHaspdisp= (2.66) 2.7.2. nlimi de aspiraie: Relaiadecalcul(2.63)conduceladeterminareanlimiideaspiraie maximedisponibilepentruopompHaspmax;totuinuaceastaesteinlimea util de aspiraie, Hasp mrime ce este determinat de unele aspecte caracteristice aleprocesuluiefectivdeintrarealichiduluinrotor.Astfelrelaia(2.63)este valabil pentru o linie de curent ce ptrunde n rotor cu vitez v1;cum ca urmare a distribuiei variate a vitezelor pe seciunea de intrare n canalele rotorului, este posibil sseajung n unelelocurila vitezelocalemaimaridectmrimeav1 de calcul, apariia cavitaiei devine posibil i este necesar ca nlimea efectiv de aspiraie s se calculeze lsndu-se o rezerv de cavitaie. Existmaimulteprocedeedecalculanlimeutiledeaspiraie.Unele lucrridefinescuncoeficientcritic(saulimit)decavitaie lim;valoarea acestui coeficient poate fi indicat de constructorul pompei sau poate fi calculat cu relaia:

( )4 , 1 ... 2 , 1lim =(2.67) n acest fel nlimea util de aspiraie este: 75

=hp pHrav aaspHlim(2.68) Altelucrripropun(maialesdacselucreazculichidecalde)calcularea direct cu relaia: H Hasp asp max75 , 0 = (2.69) Rezultateleobinutesuntcu totulacoperitoaredarpotconduceuneorilavalori neeconomice subevaluate pentru nlimile utile de aspiraie. Seobserv,dinrelaia(2.68),cnlimeautildeaspiraiedepinden principaldepresiuneap p pb i a+ =dinrezervoruldincareaspirpompa, adicdepresiuneainterioar dinrezervor(pi)idepresiuneaatmosferic(pb). Pentrurezervoareledeschisepi=0.Presiuneaatmosfericdepindede altitudinea locului unde este montat pompa i de condiiile meteorologice i se calculeaz cu relaia:

( ) zp pb =10504 , 2 1(2.70) unde: p0 = 9,8110.333 [N/m] este presiunea standard la nivelul mrii z [m] diferena de nivel (altitudinea locului) Unaltparametruimportantnndeplinireanlimiideaspiraieeste presiuneadevaporizarepvcaredepindemaintidenaturalichiduluiide temperatura acestuia. Pentru calculul efectiv se folosesc tabele sau diagrame pv =f()isepoatevedeacpondereaacestuitermenesteridicatndefinirea valoriiHasp.Spreexempludacngeneralpentruaplatemperaturade (5...10)Cnlimeautildeaspiraieauneipompeestede(6...7)m,la temperaturi de (50...60)C, Hasp = 0, iar pentru temperaturi mai ridicate Hasp < 0. Cazulncarenlimeadeaspiraiedevinenegativindicfaptulc pentrumpiedicareaapariieicavitaieitrebuierealizatlaaspiraianpompo presiunestaticcaresmsoarepresiuneadelucrunrotorpestelimita periculoas. Astfel dac n relaia (2.68) 76 >hp praa vH lim (2.71) atunci Hasp < 0 iar pompa va trebui montat sub nivelul rezervorului de aspiraie saupresiuneainterioardinrezervortrebuiesporitpnlavaloarealacare inegalitatea din relaia (2.71) se inverseaz. Seconsideromasincuprincipiudinamicdefunctionarecareareaspiratia cuplata la un tanc al crui nivel liber comun cu atmosfera, asa cum se aratinfig.2.2.Daclarefularevehiculareaapeisefacepeseamaenergiei createdepomp,laaspiratieintrareafluiduluiinpompsefacepeseama energieipecareacestaoareinaintedeaatingepunctulAdinfig.2.2.Dacse scrie lui Bernoulli intre puncteie O si A si se face notatiap0-pA=Hv atunci: A AAvh gzvH + + = 22 unde: Hv- sarcina vacuumetric a pompei; hA- pierderea de sarcin a fluidului intre punctele O si A Sarcina vacuumetrica are valoarea maxima atunci cnd presiunea in dreptul punctului de aspiratie A ajunge la presiuneavaporilor saturati:

A AA sA vh gzvp p H + + = = 220max vacuumetricmaxima): maxvadmvH H = Sarcinavacuumetricreprezinto mrimecarecaracterizeazpropriettiledeaspiratie.Uzual,popeleausarcini vacuumetrice mai mici decat maxvH (sarcina Cu notatia facut anterior, ecuatia lui Bernoulli scrisa intre punctele 0 si A, devine: 77 A AA admvh gzvH + + = 22 Pebazaecuatieidemaisussepoateconcluzionacasarcinavacuumetricpe care o creeaz o pornmpa la aspiratie se consum pentru a crea fluidului viteza vApeconduct,pentrua-lridicalainltimeazAsipentruainvingepierderile hidraulicepeaspiratiehA.Lapornire,pormpaincepeselimineaeruldin interiorul Dincelearatatepnacumsepoateconcluzionacaposibilitateade aspiratieauneipompedepindedevaloareapresiuniideaspiratiepA.Limita inferioaraaacesteiaestedatadepresiuneavaporilorsaturatiaifluiduluicese transportaprininstalatie.Pentruofunctionarestabilaamasiniivatrebuica PA>Ps, altfel pot apare vapori care conduc la intreruperea functionnii. Pentru ofunctionare corecta trebuie ca presiunealaaspiratiesanufiemai micadecatpresiuneadevaporizarealichiduluidetransferat.Marireasau micsorarea presiunii la aspiratie se poate face manevrnd armaturile dispuse pe tubulaturadinaceazona.DacasemicsoreazvaloarealuiPA,atunciin tubulaturadeaspiratieseformeazavaporicareladeschidereacormpletaa valvuleipotcondensaprovocndsocurihidrauliceputernice.Maimultin domeniulpresiunilordeaspiratiescazuteesteposibilaparitiafenomenuluide cavitatiecare duce la distrugerea rotorului pompei.Cavitatiaapareca urmarea formrii bulelor de vapori in vana lichidului ce trece prin pomp. Aceasta vn trece la intrarea in rotor printr-o zona de presiune ridicat. Formarea vaporilor se produceinzonapresiuniloradiacentescazute.Buleledevaporiajungcatre periferiarotorului unde presiunilesunt mari,vaporiidinele se condenseazaiar energiacineticalichiduluicaretindesocupevolumuleliberatseva transformainenergiepotentialadepresiune.Aceastavaactionalocalasupra rotorului,provocandsocuriputernicecepotdistrugerotorulpompei.Prezenta cavernelor de vapori pe tubulatura de aspiratie afecteaza parametrii hidraulici ai pompei(semicsoreazdebitul).Inafarasocurilorneelasticeputernice materialul peretior sufera distrugeri si din cauza actiunii chimice a aerului bogat 78 inoxigen.Prinurmareinace1asitimpareloccoroziuneamaterialului. Presiuneadeformareavaponilorsaturatipentruunanumelichiddepindede temperaturaacestuia.Dinaceastacauz,pentrupompelecarefactransferul lichidelorfierbinti,sepunconditiispecialepentruinaltimeadeaspiratie,din necesitatea evitarii cavitatiei . Astfel, pentru a defini performantele pe aspiratie, inafaralui maxvH inultimavremeseutilizeazsioaltmarime,anumeNPSH (Net Positive Suction Head). Acest NPSH reprezint rezerva de energie pe care lichiduloposedalaintrareainrotor.Dinrelatia:SAApvp NPSH + =22unde22AAvp + -reprezintaenergiatotalaafluiduluilaintrareainpomp,se poatedefiniNPSHfiindrezervadeenergieafluiduluifatderezervade cavitatie.Dacsereprezintagraficdependentaprincipalilorparametri functionaliaiuneimasini(Q,H,)functiedeNPSH(fig.2.3)sevedeca valoarealuiNPSHiacareparametriiincepscadcaracterizeazainceputul cavitatiei.LaovaloaresimaimicaaluiNPSH,curbaseintrerupesiregimul cavitantsegeneralizeaza.Opompcucalitatibunedeaspiratiearevaloarea HPSHadmmic.Aceastconditiesepoateobtinelapompacareauprerotorsau rotor extins, la care (NPSH)cr