Perché una pompa centrifuga inverte la direzione? E che danno provoca questa rotazione inversa all'attrezzatura della pompa centrifuga?

L'inversione della pompa centrifuga si riferisce alla situazione in cui, dopo che una pompa centrifuga perde la forza motrice del motore primario, il fluido nella tubazione scorre nella direzione opposta a causa della differenza di pressione statica tra la tubazione di scarico e la tubazione di aspirazione, che a sua volta fa ruotare il rotore della pompa nella direzione opposta. Essenzialmente, la rotazione è causata dalla forza motrice inversa generata dal riflusso del fluido sul rotore della pompa, che rappresenta una condizione di funzionamento anomala della pompa centrifuga.

 

 

• Perché la pompa centrifuga inverte la marcia?

 

Sequenza di fase di alimentazione invertita

Proprio come un elettroventilatore gira improvvisamente all'indietro, anche una pompa centrifuga può invertire la marcia a causa di una sequenza errata delle fasi di alimentazione. Quando la sequenza di cablaggio dell'alimentazione trifase-non corrisponde ai requisiti di progettazione della pompa, il senso di rotazione del motore verrà invertito. Ciò si verifica spesso:

Durante la prima messa in servizio di una nuova pompa

Durante il ricablaggio dopo la manutenzione

Durante le modifiche alle linee elettriche temporanee

Metodo di prova semplice: avviare brevemente la pompa e arrestarla immediatamente, osservando se la direzione di rotazione della girante corrisponde alla direzione contrassegnata sul corpo della pompa.

 

Riflusso del liquido durante l'arresto

In determinate condizioni operative particolari, l'arresto della pompa può innescare un "effetto colpo d'ariete":

Riflusso di liquido ad alto- livello: quando è presente un-accumulo di liquido ad alto livello nella tubazione di uscita

Nessuna valvola di ritegno installata: oppure la valvola di ritegno è difettosa e non è stata sostituita in tempo

Variazione improvvisa della pressione del sistema: fluttuazioni di pressione causate dallo spegnimento improvviso delle apparecchiature adiacenti

Questa inversione è spesso accompagnata da evidenti colpi d'ariete e vibrazioni, che accelerano nel tempo l'usura della tenuta meccanica.

 

Difetti di progettazione dell'installazione
Alcuni dettagli di installazione facilmente trascurati possono anche portare a potenziali problemi di rotazione inversa:

Tubi ingresso/uscita invertiti: un tipico errore commesso dai principianti.

Disallineamento del giunto: una deviazione superiore a 0,1 mm può influenzare la direzione di rotazione.

Fondazione non sicura: le vibrazioni possono causare l'allentamento dei terminali.

Difetti del sistema di controllo: Impostazioni errate dei parametri dell'inverter.

Si consiglia di contrassegnare il corretto senso di rotazione sul corpo pompa con un pennarello dopo ogni manutenzione per una facile ispezione quotidiana.

 

• I rischi principali derivanti dall'inversione della pompa centrifuga sulle apparecchiature

Le pompe centrifughe sono progettate, strutturate e i loro componenti sono selezionati in base al principio fondamentale di "rotazione unidirezionale e flusso in avanti". La rotazione inversa causerà danni irreversibili all'apparecchiatura di molteplici dimensioni, tra cui la struttura meccanica, il sistema di tenuta e le prestazioni operative. I rischi specifici includono:

 

Danni strutturali meccanici, riduzione della durata di vita delle apparecchiature

1. Danno al sistema del rotore: la girante, la boccola, il giunto e altri componenti del rotore di una pompa centrifuga sono progettati per l'applicazione della forza unidirezionale. Quando si ruota all'indietro, la direzione della forza d'impatto del fluido sulla girante è completamente opposta a quella in condizioni operative normali. Ciò porta allo squilibrio del rotore, che genera forti vibrazioni e carichi di impatto, che a loro volta provocano l'usura della girante, la rottura delle pale e l'allentamento delle boccole. Nei casi più gravi, ciò può portare alla flessione e alla rottura dell'albero della pompa. Allo stesso tempo, la rotazione inversa interrompe la precisione del bilanciamento dinamico del rotore, esacerba l'ampiezza delle vibrazioni, amplifica ulteriormente l'usura meccanica e causa il guasto prematuro di importanti componenti rotanti come cuscinetti e boccole.
2. Usura e inceppamento dei componenti fissi: i canali di flusso dei componenti fissi in una pompa centrifuga, come il corpo della pompa, le palette guida e gli anelli di usura, sono progettati per il flusso del fluido in avanti. Quando si scorre all'indietro, la direzione del flusso del fluido contraddice la direzione di progettazione dei canali di flusso, generando forti vortici e turbolenze. Ciò porta ad una maggiore erosione delle pareti interne dei canali di flusso e ad un significativo aumento dell'usura. Allo stesso tempo, il fluido a flusso inverso- trasporta le impurità dalla tubazione, provocando la sedimentazione all'interno dei canali di flusso. Ciò provoca attrito e inceppamenti tra i componenti fissi e i componenti del rotore, causando potenzialmente il grippaggio della pompa e l'impossibilità di avviarsi normalmente. Inoltre il gioco tra girante e corpo pompa è dimensionato per la rotazione in avanti; nella rotazione inversa, il gioco diventa eccessivamente ampio, esacerbando le perdite del fluido e accelerando ulteriormente l'usura dei componenti.

 

Guasto del sistema di tenuta, con conseguenti rischi per la sicurezza e l'ambiente

Le tenute meccaniche e le tenute a baderna delle pompe centrifughe sono progettate per la rotazione del rotore in avanti. La lubrificazione e il raffreddamento delle superfici di tenuta si basano sul fluido-che scorre in avanti. Quando si verifica la rotazione inversa, il flusso inverso del mezzo interrompe l'ambiente di lubrificazione della superficie di tenuta, provocando un forte aumento della temperatura della superficie di tenuta, con conseguente attrito secco e bruciatura. Allo stesso tempo, la vibrazione generata dalla rotazione inversa può causare l'allentamento e la deformazione delle guarnizioni, riducendo significativamente le prestazioni di tenuta e, in definitiva, portando a perdite del fluido. Se il mezzo trasportato è infiammabile, esplosivo, tossico, nocivo o corrosivo, la perdita può causare gravi incidenti ambientali e di sicurezza come incendi, esplosioni, avvelenamento del personale o inquinamento ambientale. Anche con acqua pulita, le perdite causeranno un calo della pressione del sistema, influenzando il normale funzionamento dell'intero sistema di trasporto dei fluidi, aumentando allo stesso tempo lo spreco di acqua e i costi di manutenzione delle apparecchiature. Inoltre, alcune tenute meccaniche unidirezionali e cuscinetti radenti non possono adattarsi alle condizioni di rotazione inversa, con conseguenti danni strutturali e perdita delle funzioni di tenuta e supporto.

 

Deterioramento delle prestazioni operative, che porta a una reazione a catena di guasti del sistema

1. Calo improvviso dell'efficienza della pompa: alla velocità di rotazione inversa, la pompa centrifuga non è completamente in grado di eseguire il trasporto in avanti. Il flusso inverso del fluido provoca il completo guasto della prevalenza e della portata della pompa, impedendo al sistema di fornire normalmente il liquido e causando interruzioni nei successivi processi produttivi. Allo stesso tempo, la rotazione inversa aumenta significativamente la perdita di energia interna e aumenta in modo anomalo la potenza dell'albero, portando a uno spreco di energia. Inoltre, la temperatura del corpo della pompa aumenta rapidamente, causando potenzialmente vaporizzazione e cavitazione del mezzo, danneggiando ulteriormente i componenti del flusso della pompa.
2. Turbolenza della pressione del sistema: il riflusso del fluido può causare un improvviso calo della pressione della tubazione di scarico e un aumento anomalo della pressione della tubazione di aspirazione, interrompendo l'equilibrio della pressione dell'intero sistema di trasporto del fluido e innescando una reazione a catena di guasti come vibrazioni della tubazione, perdite dalla flangia e danni alla valvola. Se altre pompe centrifughe funzionano in parallelo nel sistema, la pressione inversa generata dal riflusso può influenzare il normale funzionamento di queste altre pompe, causando condizioni operative anomale simultanee su più dispositivi, ampliando così la portata del guasto.

 

Rischio estremamente elevato di riavvio, con possibile danneggiamento dell'unità di azionamento

Quando una pompa centrifuga funziona a velocità inversa, se l'operatore non se ne accorge e avvia alla cieca il motore principale (come il motore), il motore sarà costretto ad avviarsi mentre il rotore della pompa ruota nella direzione opposta. In questo momento, il motore deve superare la coppia inerziale inversa e la resistenza del fluido, provocando un brusco aumento della corrente di avviamento, superando di gran lunga la corrente nominale del motore. Ciò può facilmente portare alla bruciatura del motore e allo scatto dell'inverter. Allo stesso tempo, l'avviamento forzato genera un enorme carico d'urto, trasmesso a componenti come il giunto e l'albero della pompa, causando la rottura del giunto, la torsione dell'albero della pompa e persino danni ai cuscinetti del motore, con conseguenti danni secondari all'apparecchiatura, aumentando i costi di manutenzione e i tempi di fermo. Inoltre, l'avvio di un motore asincrono in modalità pompa inversa comporterà un tempo di avvio- prolungato e una temperatura del motore anormalmente elevata, esacerbando ulteriormente il rischio di danni al motore.

 

Rischi aggiuntivi in ​​condizioni operative particolari

Quando il fluido che rifluisce si avvicina al punto di ebollizione, potrebbe vaporizzare all'interno del corpo della pompa o del dispositivo di strozzamento sul lato di scarico-, provocando cavitazione all'interno del corpo della pompa e aggravando i danni ai componenti. Se il mezzo convogliato è una miscela gas-liquido, il rapporto di densità del mezzo cambierà in modo significativo alla velocità di riflusso e il rapporto tra la velocità di riflusso e la velocità normale potrebbe aumentare a un livello pericoloso (proporzionale alla radice quadrata del rapporto di densità del liquido-vapore), amplificando ulteriormente il rischio di danni all'apparecchiatura.

 

• Misure per impedire l'inversione di rotta

 

Selezione dell'attrezzatura: configurazione di componenti anti-rotazione inversa dedicati

1. Installazione di un antiretro meccanico: l'installazione di un antiretro meccanico sull'albero della pompa o sul giunto della pompa centrifuga è la misura anti-rotazione inversa più diretta ed efficace. Il dispositivo antiretro meccanico utilizza una struttura di bloccaggio un-direzionale, consentendo solo la rotazione in avanti dell'albero della pompa. Quando il fluido scorre all'indietro, facendo ruotare l'albero della pompa nella direzione opposta, il dispositivo antiretro si bloccherà immediatamente, impedendo l'inversione dell'albero della pompa, evitando così completamente la generazione di velocità di riflusso. Quando si seleziona un antiretro, è necessario scegliere il modello appropriato in base alla velocità nominale della pompa, alla potenza dell'albero e alle condizioni operative per garantire una coppia di bloccaggio sufficiente e l'adattabilità alla temperatura di esercizio della pompa e alle caratteristiche del fluido. Questo è particolarmente adatto per sistemi di pompe centrifughe ad alta-pressione, ad alta-portata e con funzionamento in parallelo-.
2. Selezione di un'unità di azionamento con funzione anti-rotazione inversa: quando si seleziona un motore, scegliere un motore con funzione anti-rotazione inversa (come l'aggiunta di un dispositivo di frenatura inversa) o impostare un programma di protezione anti-rotazione inversa nel convertitore di frequenza. Quando viene rilevata la rotazione inversa dell'albero della pompa, l'alimentazione del motore viene immediatamente interrotta o viene attivato il dispositivo di frenatura per impedire rapidamente che l'albero della pompa continui a invertire, evitando l'aumento della velocità di riflusso.

 

Progettazione delle tubazioni: installazione di valvole antiriflusso affidabili

1. Installare valvole automatiche di prevenzione del riflusso: installare valvole automatiche di prevenzione del riflusso di tipo-o a chiusura-lenta a chiusura lenta vicino al corpo della pompa sulla tubazione di scarico. Questa è la misura di prevenzione del riflusso più utilizzata in ingegneria. Durante il funzionamento normale, il fluido spinge il disco della valvola aprendolo in avanti; quando la pompa si ferma o perde la forza motrice, il fluido scorre nella direzione opposta, spingendo il disco della valvola a chiudersi rapidamente, interrompendo il canale di riflusso e impedendo l'inversione dell'albero della pompa. La selezione dovrebbe concentrarsi sulla velocità di chiusura e sulle prestazioni di tenuta. Le valvole di ritegno-a chiusura lenta possono rallentare la velocità di chiusura del disco della valvola per evitare colpi d'ariete; i sistemi ad alta-pressione e ad alto{8}}flusso richiedono valvole di ritegno con elevata resistenza alla pressione e chiusura affidabile per evitare guasti alle valvole.
2. Ottimizza il layout della tubazione e la configurazione della valvola: evita layout in cui la tubazione di scarico è direttamente collegata all'apparecchiatura di stoccaggio dei liquidi di alto-livello. Se ciò è inevitabile, è necessario aggiungere una valvola di intercettazione-(come una valvola a saracinesca o una valvola a sfera) alla tubazione di scarico da utilizzare insieme a una valvola di ritegno. Dopo l'arresto della pompa centrifuga, chiudere prima la-valvola di intercettazione, quindi spegnere il motore per una doppia protezione contro il riflusso. Nei sistemi di funzionamento in parallelo, la tubazione di scarico di ciascuna pompa deve avere una valvola di ritegno e una valvola di intercettazione separate-per impedire il riflusso e la rotazione inversa delle altre pompe dopo l'arresto di una pompa. Non utilizzare elementi di arresto-a chiusura lenta-per sostituire le valvole di ritegno per impedire il riflusso del fluido attraverso il corpo della pompa.

 

Procedure operative: standardizzare le procedure operative e mitigare i rischi di errore umano.

1. Attenersi rigorosamente alle procedure operative di arresto: quando si arresta una pompa centrifuga, chiudere prima la valvola di intercettazione-di scarico, quindi arrestare il motore per interrompere completamente il canale di riflusso ed evitare che il riflusso provochi l'inversione dell'albero della pompa. Per le pompe centrifughe che funzionano in parallelo, chiudere la valvola di intercettazione dello scarico-e il motore in sequenza di ciascuna pompa durante l'arresto per evitare il riflusso del fluido dalle altre pompe nel corpo della pompa arrestata e provocarne la rotazione inversa.
2. È severamente vietato riavviare ciecamente l'apparecchiatura: prima di avviare la pompa centrifuga, controllare il senso di rotazione dell'albero della pompa per assicurarsi che non vi sia rotazione inversa prima di avviare il motore. Se viene rilevata una rotazione inversa, indagare la causa del riflusso, interrompere completamente il percorso del riflusso e impedire l'inversione dell'albero della pompa prima di avviare la pompa. L'avviamento forzato potrebbe danneggiare l'apparecchiatura.
3. Rafforzare le ispezioni operative: durante il funzionamento quotidiano, concentrarsi sul monitoraggio di parametri quali direzione di rotazione della pompa, vibrazioni, pressione e temperatura. Rilevare tempestivamente eventuali segni anomali di riflusso o inversione dell'albero della pompa e adottare misure preventive per evitare che il malfunzionamento si aggravi.

 

Manutenzione e gestione: ispezione e manutenzione regolari per garantire l'affidabilità delle apparecchiature.

1. Ispeziona regolarmente i componenti anti-inversione: ispeziona e mantieni regolarmente i componenti anti-inversione come i dispositivi di prevenzione del riflusso meccanici e le valvole di ritegno. Controllare le prestazioni di bloccaggio del disconnettore, la tenuta e la flessibilità della chiusura del disco della valvola di ritegno, pulire tempestivamente le impurità dal disco della valvola di ritegno e sostituire le guarnizioni e le parti usurate o invecchiate per evitare guasti ai componenti che portano al riflusso.
2. Calibrare regolarmente i dispositivi di protezione: calibrare regolarmente il programma di protezione anti-rotazione inversa dell'inverter e il dispositivo di frenatura inversa del motore per garantirne la sensibilità e l'affidabilità, consentendo il rilevamento tempestivo e la prevenzione della rotazione inversa dell'albero della pompa; controllare regolarmente le prestazioni di tenuta e la flessibilità di commutazione delle valvole della tubazione e riparare o sostituire tempestivamente le valvole danneggiate.
3. Stabilire registri di funzionamento dell'apparecchiatura: registrare i parametri di funzionamento, le condizioni di guasto e i registri di manutenzione della pompa centrifuga, con particolare attenzione alla registrazione dello stato di manutenzione dei componenti anti-rotazione inversa. Analizzando i dati operativi, prevedere la tendenza all'invecchiamento dei componenti anti-rotazione inversa ed eseguire la manutenzione in anticipo per evitare il rischio di velocità di rotazione inversa dall'origine.