Il bilanciamento bagnato permette di ridurre le vibrazioni fino al 70% nelle giranti Grundfos S-tube®

Come lo sbilanciamento ha alla fine portato equilibrio
Il bilanciamento bagnato

Le giranti chiuse esistono da decenni, ma fino ad ora hanno sempre presentato problemi di vibrazione, di intasamento e di inefficienza all'interno di applicazioni per acque reflue.

Grundfos, durante la fase di progettazione della girante S-tube®, ha considerato tre aspetti principali:

  • efficienza
  • intasamento
  • vibrazioni

Grundfos ha iniziato risolvendo i primi due elementi, afferma Flemming Lykholt-Ustrup, Head of Mechanics and Hydraulics presso Grundfos Holding A/S. Le giranti Grundfos S-tube® non solo permettono un passaggio sferico libero attraverso la pompa, ma aumentano l'efficienza della pompa del 20% rispetto alle giranti comuni.

FIGURA 1: Prestazioni di una girante S-tube® in una pompa per acque reflue Grundfos SL1 15 kW. Più della metà dell'intervallo di portata della pompa si trova al di sopra del 75% di efficienza idraulica. Fonte: Grundfos

Le vibrazioni: un problema da risolvere.

"Con una girante multi-pala, i fluidi e la pressione sono distribuiti intorno alla circonferenza completa della girante. In una girante monocanale la pressione è distribuita invece in modo assimetrico," spiega Flemming Lykholt-Ustrup. "La comune girante monocanale ha il vantaggio di offrire un'elevata efficienza idraulica, ma è noto che può invece presentare potenziali problemi di vibrazione."

Alla ricerca di una soluzione in grado di risolvere il problema delle vibrazioni

Il problema delle vibrazioni è sempre stato presente per le giranti. Anche la girante S-tube®, inizialmente, presentava questo problema. La girante, infatti, nei primissimi test di laboratorio, pur essendo efficiente e robusta, vibrava in modo eccessivo. Le vibrazioni possono causare la prematura usura dei componenti, danni alle tenute meccaniche e agli avvolgimenti di rame, la perdita di potenza ed infine eventuali guasti alla pompa.

I livelli vibratori accettabili per le giranti variano e si aggirano normalmente in un intervallo compreso tra i 3 ed i 7 mm/sec. Questi standard si applicano, comunque, alle giranti e alle pompe multi-pala per acqua pulita. Non esistono standard per pompe con giranti monocanale per acque reflue. I livelli vibratori sono quindi spesso più elevati nelle pompe per acque reflue. Questo è dovuto alle caratteristiche idrodinamiche di una pompa monocanale e ai quantitativi variabili di particelle solide e di aria presenti nelle acque reflue, oltre alle variazioni presenti nel fluido in ingresso. Pur non essendo l'ideale, l'industria per il trattamento delle acque reflue ha spesso, in passato, tollerato livelli vibratori anche più elevati.

Grundfos ha voluto cambiare questa regola, riducendo le vibrazioni presenti e portandole a livelli inferiori a quelli presenti all'interno delle giranti multi-pala, ci dice Flemming Lykholt-Ustrup.

Video: Ottimizzazione delle forze idrauliche e di coppia all'interno di una girante Grundfos S-tube®

Il bilanciamento bagnato è la soluzione
Un tipo particolare di vibrazione è causato dallo squilibrio, generato dal movimento rotatorio dei macchinari. Uno dei compiti principali di una girante Grundfos S-tube® è di ridurre il livello vibratorio e la rumorosità presenti, portando entrambi al minimo, in modo da garantire una maggiore durevolezza ai componenti vitali della pompa, come ai cuscinetti e alle tenute meccaniche.

"L'approccio normalmente adottato per ridurre lo squilibrio e per far sì che il motore possa funzionare in modo perfetto è quello di ridurre lo squilibrio presente all'interno dei componenti rotanti, evitando così la vibrazione," afferma Flemming Lykholt-Ustrup. "Questo però non è sufficiente a causa di pressioni non stabili."

Grundfos ha inoltre adottato un ulteriore approccio per gestire gli eventuali squilibri, se presenti: il bilanciamento bagnato.

"Il bilanciamento bagnato è un metodo statisticamente e dinamicamente simile a quello impiegato durante il bilanciamento di preumatici di un'automobile," ci spiega. "Nel bilanciamento bagnato, la girante è perfettamente bilanciata quando il corpo pompa e la girante sono sommersi o riempiti di acqua. Tutto è perfettamente in equilibrio sott'acqua, garantendo le migliori condizioni di funzionamento. In alcuni casi i livelli vibratori si trovano al di sotto dei livelli conosciuti per i motori a norma." L'industria del settore di pompaggio, ci spiega, ha tentato in precedenza metodologie simili per il bilanciamento bagnato, senza però alcun successo.

Il bilanciamento bagnato introduce uno squilibrio meccanico voluto, in contrapposizione alle forze dinamiche non stabili originanti dalle fluttuazioni di pressione all'interno della pompa.

Questo approccio non può essere impiegato per indirizzare l'intero spettro di forze non stabili, ci spiega, ma permette di gestire la causa maggiore.

Per ridurre l'eccitazione principale presente nella pompa, Grundfos ha combinato le forze idrauliche non stabili con le forze meccaniche non stabili provenienti dal bilanciamento bagnato, ottenendo così uno stato di equilibrio, ci spiega.

"Calcoliamo le forze che agiscono sulla girante quando sta pompando: la forza diretta e la coppia. Queste due forze ovviamente cambiano, in funzione della portata che attraversa la pompa," ci spiega. "Non possiamo portarle a zero. E' qualcosa che deve essere bilanciato. Abbiamo creato il nostro piccolo manuale procedurale che spiega come effettuare il bilanciamento di una girante."

I test dimostrano una riduzione significativa delle vibrazioni. Con l'introduzione del bilanciamento bagnato per le proprie giranti S-tube®, Grundfos è riuscita a ridurre i livelli vibratori del 50-70%, afferma Flemming Lykholt-Ustrup.

Questi risultati assicurano pompe più robuste e più affidabili per Grundfos, aggiunge, poiché il bilanciamento dinamico delle giranti e dei rotori è essenziale per prolungare l'affidabilità e il funzionamento del sistema di pompaggio.

Scopri di più sulla girante Grundfos S-tube® e le pompe per acque reflue SL1 ed SE1 da 1.5 a 30W, in cui è presente.

Leggi la brochure del prodotto.

Riferimenti
Standard API n. 670
Europump Vibration Standards Prima Edizione, Luglio 2013
ANSI/HI 9.6.4. -2009

Articolo di Bryan Orchard





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