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May 28, 2023

Azionamenti idrodinamici per applicazioni di pompe industriali

Energia ed elettricità sono una parte essenziale della vita moderna e importanti per l’economia mondiale. Le tendenze energetiche globali mostrano la domanda di soluzioni tecnologiche intelligenti che devono fornire il massimo

Energia ed elettricità sono una parte essenziale della vita moderna e importanti per l’economia mondiale. Le tendenze energetiche globali mostrano la domanda di soluzioni tecnologiche intelligenti che devono fornire la massima affidabilità possibile e resistere a tutti i rischi imminenti. È necessario rispettare i severi requisiti degli standard applicati in questi settori per garantire un funzionamento sicuro. Il moderno paradigma economico impone anche la necessità di massimizzare l’efficienza operativa.

Le apparecchiature rotanti, e in particolare le pompe industriali, sono le apparecchiature più critiche in termini di affidabilità ed efficienza. La corretta selezione di una pompa industriale è importante per l’intero processo. Le moderne pompe industriali devono inoltre garantire un'elevata efficienza in vari regimi operativi in ​​cui non cambiano solo la prevalenza e la capacità, ma anche i dati dei fluidi come il peso specifico e la viscosità. Per soddisfare questo requisito viene comunemente utilizzata la regolazione della pompa.

Questo articolo descrive diverse modalità di regolazione della pompa con i relativi punti salienti e mostra il costo totale di proprietà per varie applicazioni. In questo articolo, gli utenti impareranno come la regolazione della velocità e l'applicazione di un giunto idraulico in particolare aiutano ad aumentare l'affidabilità e l'efficienza dell'intero processo operativo.

L'immagine 1 mostra tre metodi principali di controllo della pompa: strozzamento, utilizzo di un giunto idraulico e un azionamento elettrico a frequenza variabile (VFD).

Nel caso del controllo dell'acceleratore, la pompa viene azionata direttamente tramite un motore elettrico a velocità fissa collegato rigidamente alla pompa tramite un giunto (solitamente del tipo distanziale). Il controllo della prevalenza e della capacità della pompa viene quindi effettuato tramite una valvola a farfalla installata sulla linea di scarico della pompa. Un elevato livello di usura della valvola a farfalla e un enorme calo di efficienza rendono questo metodo di controllo limitato nell'applicazione e viene solitamente utilizzato se è richiesto solo un campo di controllo ristretto.

Entrambi i metodi, tramite un giunto idraulico o un VFD, utilizzano il controllo della velocità. Nel caso di un'applicazione VFD, la pompa e il motore (tipicamente accoppiati tramite un giunto di tipo spaziatore) ruotano alla stessa velocità fornita dal VFD. Nell'opzione giunto idraulico viene utilizzato un motore standard a velocità fissa e il controllo della velocità viene effettuato tramite il giunto idraulico. Pertanto, le applicazioni VFD e di accoppiamento fluido richiedono motori diversi. Nel caso del controllo VFD, un motore deve essere dotato di un cuscinetto isolato e di motori idonei VFD con un fattore di servizio più elevato rispetto ai motori a velocità fissa. Ciò può comportare una dimensione del telaio del motore maggiore e costi aggiuntivi correlati. L'applicazione di un giunto idraulico consente di utilizzare un motore standard a velocità fissa, il che rappresenta un ulteriore vantaggio in termini di prezzo e affidabilità.

Il concetto di accoppiamento fluido utilizza il principio della trasmissione della coppia mediante circolazione del fluido tra due giranti. L'energia meccanica del motore viene convertita attraverso la girante della pompa in energia cinetica, quindi in energia del flusso del fluido (olio), e da lì nuovamente riconvertita in energia meccanica nella girante della turbina. La velocità della girante della turbina può essere modificata modificando la quantità di olio circolante (utilizzando un tubo scavato o un tubo a cucchiaio, tali macchine sono chiamate giunti idraulici) o utilizzando palette regolabili (tali macchine sono chiamate convertitori di coppia).

Poiché non esiste alcun contatto metallico diretto tra il conducente e la macchina condotta (l'olio funge da mezzo di trasmissione della coppia), l'usura non è tipica per questo tipo di trasmissione della coppia.

La struttura e i componenti principali del giunto idraulico sono mostrati nell'immagine 2. Il flusso dell'olio circola attraverso il radiatore dell'olio per mezzo di una pompa dell'olio, che viene azionata dall'albero del motore tramite un ingranaggio. Il flusso d'olio viene alimentato alla girante della pompa, che è accoppiata rigidamente all'albero motore, dove viene accelerato e scaricato alla girante della turbina, che è accoppiata rigidamente all'albero della macchina azionata (pompa).

Cambiando la posizione del tubo a cucchiaio cambia la quantità di olio che contribuisce al processo di trasmissione della potenza. La conseguenza è che più olio nel giunto idrodinamico aumenta la velocità di uscita alla pompa o viceversa. Per trasmettere l'energia tra la girante della pompa e la girante della turbina rimane sempre uno scorrimento minimo pari a circa il 2%. L'immagine 3 mostra il comportamento del giunto lungo la curva caratteristica in base alla posizione del cucchiaio. L'intervallo tipico di controllo della velocità tramite giunto idraulico va dal 20% al 98% della velocità del motore.