Вертикални турбинни помпи: конструкция на чашите, на линейния вал и на колоната

Вертикални турбинни помпи: чаши, линеен вал и конструкция на колоната описва многостепенна центробежна помпа, която виси вертикално в кладенец, шахта, резервоар или мокър басейн, като работните колела са потопени, а задвижващият агрегат е монтиран на нивото на терена.

За разлика от хоризонталната центробежна помпа, която всмуква течността по смукателна тръба, вертикалната турбинна помпа се спуска директно в течността, елиминирайки проблема със смукателния подем. Тя е стандартният избор за дълбоки кладенци, шахти под нивото на терена или големи открити котловини.

Сглобка на чашите и многостепенен дизайн

Мократа част е сглобката на чашите: отливни чаши, всяка съдържаща едно работно колело и дифузьорни лопатки, болтово свързани в колона от степени.

Всяка степен добавя напор по същия начин както при всяка многостепенна центробежна машина, така че голямото понижение на нивото (drawdown) може да се компенсира чрез добавяне на чаши, вместо чрез промяна на диаметъра на работното колело. Работните колела са затворени или полузатворени и са шпонково свързани към общ вал.

Смучеща фуния или решетка в дъното защитава работното колело на първата степен от отломки. Понеже чашите са под повърхността на течността, помпата винаги работи при залято засмукване с положително налягане, което е причината тя да доминира в обслужването на дълбоки кладенци и шахти.

Версии с линеен вал и с потопяем двигател

Два начина на предаване на мощността използват един и същ дизайн на чашите:

• Турбини с линеен вал. Задвижващият агрегат стои над нивото на терена върху изпускателната глава; въртящият момент достига до сглобката на чашите чрез линеен вал вътре в колонната тръба. Дизайн със смазване с масло работи с линеен вал в запечатана тръба със собствен запас от масло, изолирайки лагерите от изпомпваната течност. Дизайн със смазване с продукта позволява изпомпваната течност да смазва лагерите на вала, по-прост и по-евтин, но ограничен до чисти, неабразивни флуиди.
• Турбини с потопяем двигател. Сглобката на чашите се монтира над затворен мотор, напълно потопен заедно с помпата, като до повърхността стига само захранващ кабел. Това премахва износването на линеен вал, но моторът е ограничен по диаметър от бора на кладенеца или тръбната обшивка.

Единици с линеен вал са подходящи за инсталации с голям дебит и лесен достъп, като помпените помещения за противопожарно и охлаждащо водоснабдяване. Потопяемите единици доминират при дълбоки или извити кладенци.

Колона, изпускателна глава и упорен лагер

Колонната тръба пренася течността до повърхността и, при конструкции с линеен вал, съдържа вала и корпусите на лагерите, в дължини съобразени с дълбочината на монтаж. Изпускателната глава в горната част пренасочва потока към тръбната система и е мястото, където се монтира задвижването.

Критична разлика спрямо хоризонталните помпи е къде се поема осевото натоварване. Хидравличният надолумен (надолу насочен) натиск от всички степени, плюс теглото на въртящата се сборка, се поема от един упорен лагер в задвижващия агрегат (при единици с линеен вал) или в двигателя (при потопяеми единици). Този лагер е оразмерен за пълното натоварване, обикновено е компонентът, който ограничава експлоатационния живот, и неговото натоварване се следи внимателно при мониторинг на състоянието.

Типични приложения

Потапяне, NPSH и дълбочина на монтаж

Тъй като работното колело на първата степен е потопено, наличният нетен положителен напор при засмукване (виж NPSH: net positive suction head ) се определя от дълбочината на течността над окото на работното колело, а не от изчисление за смукателен подем.

Производителят задава минимално потапяне, за да поддържа наличния NPSH над изисквания NPSH и да предотврати образуване на вихри, които вкарват въздух в смучещата фуния и причиняват шум, вибрации и ерозия, подобна на кавитация.

Дълбочината на монтаж се балансира между минималното потапяне, очакваното понижение на нивото и марж над дъното, за да се избегне засмукване на утайки. В кладенците помпата се поставя под динамичното водно ниво при максимално понижение, извън екрана на кладенеца.

Сравнение с хоризонталните центробежни помпи

Вертикалните турбинни и хоризонталните центробежни помпи (виж centrifugal vs positive displacement pump ) и двете използват ротодинамично степенуване, но решават проблема със засмукването по различен начин. Хоризонталната помпа се нуждае от залято засмукване или от смукателен подем в рамките на нейния NPSH марж, разположена на нивото на терена до източника.

Вертикалната турбинна помпа избягва смукателния подем чрез потапяне на първата степен, за сметка на по-висока конструкция и по-малко удобен достъп за центриране на вала (виж coupling alignment ). За дълбок кладенец или резервоар с големи колебания на нивото, вертикалната турбина обикновено е единствената практична опция.

Поддръжка и мониторинг

Вертикалните турбинни помпи се повреждат по различен начин от хоризонталните машини: износване на лагерите на линеен вал, претоварване на упорния лагер, износване на чашите от пясък или шлака и, при потопяемите единици, деградация на изолацията на кабела.

Понеже въртящата се сборка е скрита под нивото на терена, вибрационните измервания, температурата на упорния лагер и показанията на тока на мотора имат по-голяма диагностична тежест отколкото при достъпна помпа.

Записването на история на изваждане и инспекция в CMMS поддържа люфтовете на износващите пръстени и смяната на упорните лагери по документиран график, вместо като реактивни събития. Fabrico свързва записите за актива, помпата, задвижването и сглобката на колоната, с историята на инспекции и работни поръчки на едно място.

Запазете демонстрация на Fabrico , за да видите как би паснала на вашия парк от вертикални турбинни помпи.

Често задавани въпроси

Каква е разликата между помпа с линеен вал и турбинна помпа с потопяем двигател?

Помпата с линеен вал има задвижване над нивото на терена, свързано със сглобката на потопените чаши чрез вал през колонната тръба, смазан с масло или с изпомпваната течност. Потопяемата помпа има затворен мотор, монтиран заедно с чашите, като до повърхността стига само електрически кабел.

Как се определя минималното потапяне?

Производителят задава минимална дълбочина на потапяне над смучещата фуния, извлечена от изисквания NPSH при проектния дебит и изискванията за потискане на вихри. Дълбочината на монтаж трябва да поддържа нивото на течността над тази минимална стойност дори при максимално понижение.

Защо вертикалната турбинна помпа се нуждае от упорен лагер?

Хидравличният надолумен натиск от всяка степен, плюс теглото на вала и работните колела, действа надолу върху въртящата се сборка. Един упорен лагер, в задвижващия агрегат или в потопяемия мотор, поема това натоварване и обикновено е компонентът, който се следи най-внимателно.

Може ли вертикалната турбинна помпа да работи на сухо, ако нивото на източника спадне твърде много?

Ако нивото падне под минималното потапяне, първо възникват въздушно засмукване и вихруване, а продължителната работа води до повреди от тип кавитация и може да изключи единицата чрез защита при ниско ниво преди да се стигне до истинско работене на сухо.