Sia gli utenti che i produttori si aspettano pompa a cassa divisa assiale per funzionare sempre al punto di massima efficienza (BEP). Sfortunatamente, per molte ragioni, la maggior parte delle pompe devia dal BEP (o funziona a carico parziale), ma la deviazione varia. Per questo motivo, è necessario comprendere i fenomeni di flusso a carico parziale.

Funzionamento a carico parziale

Il funzionamento a carico parziale si riferisce allo stato operativo della pompa che non raggiunge il pieno carico (solitamente il punto di progettazione o il punto di massima efficienza).

Fenomeni apparenti della pompa a carico parziale

Quando il pompa a cassa divisa assiale viene fatto funzionare a carico parziale, solitamente si verificano: riflusso interno, fluttuazioni di pressione (vale a dire, la cosiddetta forza di eccitazione), aumento della forza radiale, aumento delle vibrazioni e aumento del rumore. Nei casi gravi, possono verificarsi anche degradazione delle prestazioni e cavitazione.

Forza e fonte eccitanti

In condizioni di carico parziale, la separazione del flusso e la ricircolazione si verificano nella girante e nel diffusore o voluta. Di conseguenza, si generano fluttuazioni di pressione attorno alla girante, che generano la cosiddetta forza di eccitazione che agisce sul rotore della pompa. Nelle pompe ad alta velocità, queste forze idrauliche instabili di solito superano di gran lunga le forze di squilibrio meccanico e sono quindi di solito la principale fonte di eccitazione delle vibrazioni.

La ricircolazione del flusso dal diffusore o voluta di nuovo alla girante e dalla girante di nuovo alla porta di aspirazione provoca una forte interazione tra questi componenti. Ciò ha una grande influenza sulla stabilità della curva portata-prevalenza e sulle forze di eccitazione.

Il fluido ricircolato dal diffusore o dalla voluta interagisce anche con il fluido tra la parete laterale della girante e la cassa. Pertanto, ha un impatto sulla spinta assiale e sul fluido che scorre attraverso lo spazio, il che a sua volta ha una grande influenza sulle prestazioni dinamiche del rotore della pompa. Pertanto, per comprendere la vibrazione del rotore della pompa, è necessario comprendere i fenomeni di flusso sotto carico parziale.

Fenomeni di flusso di fluidi sotto carico parziale

Man mano che la differenza tra il punto di condizione operativa e il punto di progettazione (solitamente il punto di migliore efficienza) aumenta gradualmente (spostandosi verso la direzione del flusso piccolo), si formerà un movimento instabile del fluido sulle pale della girante o del diffusore a causa del flusso di avvicinamento sfavorevole, che porterà alla separazione del flusso (de-flow) e alle vibrazioni meccaniche, accompagnate da un aumento del rumore e della cavitazione. Quando si opera a carico parziale (vale a dire basse portate), i profili delle pale mostrano fenomeni di flusso molto instabili: il fluido non riesce a seguire il contorno del lato di aspirazione delle pale, il che porta a una separazione del flusso relativo. La separazione dello strato limite del fluido è un processo di flusso instabile e interferisce notevolmente con la deflessione e la rotazione del fluido sui profili delle pale, che è necessario per la testa. Porta a pulsazioni di pressione del fluido elaborato nel percorso del flusso della pompa o nei componenti collegati alla pompa, vibrazioni e rumore. Oltre alla separazione dello strato limite del fluido, le caratteristiche di funzionamento a carico parziale persistentemente sfavorevoli del caso diviso pompa sono inoltre influenzate dall'instabilità della ricircolazione del carico parziale esterno all'ingresso della girante (flusso di ritorno in ingresso) e dalla ricircolazione del carico parziale interno all'uscita della girante (flusso di ritorno in uscita). La ricircolazione esterna all'ingresso della girante si verifica se vi è una grande differenza tra la portata (sottoflusso) e il punto di progetto. In condizioni di carico parziale, la direzione del flusso della ricircolazione in ingresso è opposta alla direzione del flusso principale nel tubo di aspirazione: può essere rilevata a una distanza corrispondente a diversi diametri del tubo di aspirazione nella direzione opposta al flusso principale. L'espansione del flusso assiale della ricircolazione è limitata, ad esempio, da partizioni, gomiti e modifiche nella sezione trasversale del tubo. Se una divisione assiale pompa della cassa con un'elevata prevalenza e un'elevata potenza del motore viene azionato a carico parziale, al limite minimo o persino al punto morto, l'elevata potenza di uscita del driver verrà trasferita al fluido in lavorazione, causandone un rapido aumento della temperatura. Ciò a sua volta porterà alla vaporizzazione del mezzo pompato, che danneggerà la pompa (a causa dell'inceppamento del gioco) o addirittura causerà lo scoppio della pompa (aumento della pressione del vapore).

Portata minima continua stabile

Per la stessa pompa, la sua portata minima continua stabile (o percentuale della portata del punto di migliore efficienza) è la stessa quando funziona a velocità fissa e a velocità variabile?

La risposta è sì. Poiché la portata minima continua stabile della pompa a cassa divisa assiale è correlata alla velocità specifica di aspirazione, una volta determinata la dimensione della struttura del tipo di pompa (componenti di passaggio del flusso), viene determinata la sua velocità specifica di aspirazione e viene determinato l'intervallo in cui la pompa può funzionare stabilmente (maggiore è la velocità specifica di aspirazione, minore è l'intervallo di funzionamento stabile della pompa), ovvero viene determinata la portata minima continua stabile della pompa. Pertanto, per una pompa con una certa dimensione della struttura, sia che funzioni a velocità fissa o variabile, la sua portata minima continua stabile (o percentuale della portata del punto di migliore efficienza) è la stessa.