ITMI20090266A1 - Pompa verticale implementata di grandi dimensioni e sospesa in serbatoio - Google Patents

Description

POMPA VERTICALE IMPLEMENTATA DI GRANDI DIMENSIONI E

SOSPESA IN SERBATOIO

La presente invenzione si riferisce ad una pompa verticale implementata, azionata da motore elettrico, e utilizzata per la circolazione di grandi portate d’acqua, in un campo compreso tra 8000 e 20000 m3/h. La pompa di grandi dimensioni è disposta sospesa all’interno di un serbatoio, anch’esso sospeso rispetto alla fondazione.

La macchina in oggetto è del tipo ad asse verticale con girante a doppia aspirazione, al fine di garantire una migliore capacità di aspirazione del liquido in ingresso ad una pressione minore di quella atmosferica. Questa pompa appoggia nella sua parte più esterna su un serbatoio provvisto lateralmente di bocchello di aspirazione per raccogliere il fluido da pompare proveniente dalla tubazione dell’impianto a monte della pompa.

Come descritto anche il serbatoio è del tipo sospeso ed è vincolato solo superiormente sulla fondazione dell’opera civile.

La parte inferiore della pompa è costituita da un corpo a doppia voluta che consente di bilanciare le spinte radiali che si generano durante il funzionamento della pompa.

Dalle due connessioni flangiate del corpo voluta, tramite il raccordo di mandata, il fluido viene convogliato al tronco colonna ed in sequenza al gomito di mandata il quale tramite attacco flangiato è collegato alla tubazione di mandata dell’impianto.

Le parti della pompa sopra menzionate definiscono l’assieme statorico della pompa, infatti il corpo a doppia voluta, le due contrapposte campane di aspirazione, il raccordo di mandata, il tronco colonna ed il gomito di mandata sono parti non poste in rotazione durante il funzionamento della pompa.

Naturalmente la pompa comprende anche il cosiddetto “rotore” che consiste sostanzialmente di un albero con calettata una girante a doppia aspirazione che è alloggiata all’interno del corpo voluta.

La rotazione del rotore pompa viene comandata dal motore elettrico posto sopra l’incastellatura della pompa. Tramite un giunto elastico che collega l’albero motore all’albero pompa, la rotazione viene trasmessa dal rotore motore al rotore pompa.

Al fine di evitare perdite di liquido pompato tra parte statorica e parte rotante, sull’albero pompa viene realizzata una tenuta di tipo meccanico o a baderne. La tenuta sull’albero viene flussata dall'esterno in modo da non lavorare in condizioni di vuoto.

Inoltre è previsto un adeguato sistema di sigillo idraulico al fine di evitare l'entrata di aria dall’esterno quando la macchina viene fermata.

La pompa è equipaggiata con un cuscinetto reggispinta, a rotolamento o idrodinamico, lubrificato a bagno d’olio ed in grado di sopportare sia i carichi statici che dinamici. Inoltre il rotore della pompa è guidato da cuscinetti di guida lubrificati dal fluido pompato. Al fine di evitare rotture e cedimenti meccanici/dinamici dell'albero pompa, quest’ultimo è dimensionato in modo tale che la sua prima velocità critica sia molto al di sopra della normale velocità di funzionamento della pompa.

Riassumendo quindi la sopra descritta pompa verticale è utilizzata per la circolazione d’acqua dolce o salata ed è installata con la sua parte inferiore all’interno del serbatoio di aspirazione. Sia il serbatoio che la pompa sono vincolati superiormente in corrispondenza della piastra circolare di fondazione, rimanendo in tale modo sospesi nella loro parte inferiore.

Un’importante applicazione di questa tipologia di pompe verticali è quella che viene fatta negli impianti di dissalazione i quali sfruttano energia termica sotto forma di vapore per estrarre acqua pura da una soluzione concentrata di acqua salata, tramite un processo di evaporazione e di ricondensazione.

In questo servizio il fluido che viene pompato dalla macchina è “brine” ossia acqua ad alto contenuto salino che viene fatta circolare attraverso le tubazioni dei vari stadi del dissalatore aumentandone progressivamente la temperatura, fino a raggiungere uno scambiatore che fornisce calore tramite vapore da fonte esterna.

Dopo essere transitato in questo scambiatore il fluido caldo ritorna indietro, attraverso i vari stadi del dissalatore subendo un processo di flash che produce acqua distillata da inviare, dopo opportuno trattamento, alla rete di distribuzione.

Al giorno d’oggi, in vista del costante aumento della domanda idrica, tali impianti di dissalazione assumono capacità sempre maggiori e le pompe verticali per la circolazione del brine possono anche raggiungere una portata nominale di funzionamento di 17000 m3/h ed una portata massima di 21000 m3/h.

Purtroppo nel corso degli ultimi anni, con il suddetto progressivo ingrandimento di questa tipologia di pompe, si sono registrati sulle macchine come in precedenza descritte numerosi ed imprevisti danneggiamenti o cedimenti di tipo meccanico.

A seguito di un'accurata campagna di rilevamenti è emerso che i suddetti danneggiamenti/cedimenti di tipo meccanico delle pompe sono da imputare a delle particolari sollecitazioni vibrazionali che si vengono a creare in esercizio sui componenti idraulici posti all'interno del serbatoio.

In particolare si è individuato in modo sperimentale che durante il funzionamento si vengono a creare fenomeni fluidodinamici di formazione e rottura di vortici, dell’acqua all’interno del serbatoio di aspirazione, tali da eccitare i modi naturali propri di vibrare delle pompe.

A causa della configurazione verticale sospesa delle pompe i primi modi di vibrare delle macchine sono di tipo flessionale e causano uno spostamento del corpo pompa lungo due assi tra loro ortogonali.

Purtroppo solitamente l'effetto finale di tale fenomeno di risonanza consiste nel danneggiamento di vari componenti della pompa quali il tronco colonna di carpenteria e la bulloneria di unione tra gli accoppiamenti flangiati.

Scopo della presente invenzione è quello di realizzare un gruppo pompa verticale per la circolazione di grandi portate d’acqua in grado di risolvere gli inconvenienti sopra citati in modo estremamente semplice, economico e particolarmente funzionale.

Altro scopo è quello di realizzare un gruppo pompa verticale di grandi dimensioni in cui i componenti della pompa stessa in esercizio non siano eccitati in risonanza da fenomeni fluidodinamici di formazione e rottura di vortici che si formano nel serbatoio di aspirazione.

Ancora un altro scopo è quello di realizzare un gruppo pompa verticale in cui in esercizio la parte statorica della pompa sia maggiormente vincolata rispetto al serbatoio di aspirazione.

Questi scopi secondo la presente invenzione vengono raggiunti realizzando un gruppo pompa verticale di grandi dimensioni sospeso in un serbatoio come esposto nella rivendicazione 1.

Ulteriori caratteristiche dell’invenzione sono evidenziate dalle rivendicazioni successive.

Le caratteristiche ed i vantaggi di una pompa verticale di grandi dimensioni sospesa in un serbatoio secondo la presente invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione seguente, esemplificativa e non limitativa, riferita ai disegni schematici allegati nei quali:

la figura 1 è una vista in elevazione, parzialmente sezionata, di una pompa verticale di grandi dimensioni sospesa in un serbatoio per la circolazione di grandi portate d’acqua secondo la presente invenzione;

la figura 2 è una vista in sezione della stessa pompa verticale di figura 1;

la figura 3 è una vista ingrandita della parte inferiore della pompa che mostra in modo più dettagliato il dispositivo stabilizzatore corrispondente alla presente invenzione;

la figura 4 è una vista ingrandita di un particolare in sezione verticale di un’altra realizzazione di una pompa verticale secondo la presente invenzione;

la figura 5 è una vista in pianta di un particolare della realizzazione di figura 4 per la pompa verticale secondo la presente invenzione.

Con riferimento alle figure, viene mostrato con 10 una pompa verticale sospesa in un serbatoio 11 per la circolazione di grandi portate d’acqua.

Secondo la presente invenzione tale pompa verticale 10, come visibile ad esempio in figura 1, è sospesa in un serbatoio 11 di aspirazione del fluido da pompare il quale generalmente è acqua dolce, acqua di mare o “brine”.

Il serbatoio 11 è anch’esso del tipo sospeso, vincolato solo superiormente sulla fondazione dell’opera civile ed è dotato di bocchello laterale 12 flangiato per l’aspirazione del fluido da pompare proveniente dal circuito a monte della pompa 10.

Sopra il serbatoio 11 appoggia la porzione superiore della pompa 10 con l’incastellatura di sostegno del motore elettrico.

Sotto l’incastellatura motore, la pompa 10 comprende un condotto a gomito di mandata 14, attraverso il quale il fluido pompato viene inviato alla tubazione di mandata dell’impianto.

La parte statorica inferiore della pompa 10, ovvero quella sospesa nel serbatoio 11, comprende due contrapposte campane d’aspirazione 16, attraverso le quali il fluido è aspirato dalla girante a doppia aspirazione 18 che è posta in rotazione tramite l’albero pompa 19.

Per effetto della rotazione della girante a doppia a aspirazione, il fluido viene convogliato al corpo a doppia voluta 15 che termina con due connessioni flangiate 17, 17’. Da queste due connessioni il fluido passa ad un raccordo 29 con due ingressi ed un’unica uscita la quale è collegata al tronco colonna 30. Dal tronco colonna 30 il fluido passa attraverso il gomito di mandata 14 e da qui alla tubazione di mandata dell’impianto.

Le due campane di aspirazione 16, il corpo a doppia voluta 15 con le due connessioni flangiate 17, 17’ ed il raccordo 19 collegato al tronco colonna 30, rappresentano la parte statorica della pompa 10 sospesa nel serbatoio 11.

Come detto, dalla colonna 30 il fluido pompato è inviato al condotto gomito di mandata 14 il quale a sua volta è collegato tramite connessione flangiata ad una tubazione dell’impianto a valle della pompa 10.

Associata alla parte statorica 15, 16, 29 è prevista la parte rotante della pompa 10 che comprende una girante 18 posta all’interno del corpo a voluta 15 e posta in rotazione dall’albero verticale 19.

Tutti gli elementi sopra citati, ovvero le due campane di aspirazione 16, il corpo a voluta 15, il raccordo 29 il tronco colonna 30, e la girante 18 sono sospesi all’interno del serbatoio 11.

Secondo l’invenzione si prevede la presenza di dispositivi stabilizzatori 20, 20’, di ulteriore vincolo della parte statorica 15, 16, 29, della pompa 10 rispetto al serbatoio 11 al fine di rendere la porzione statorica 15, 16, 29 stessa più rigida rispetto alla normale configurazione sospesa delle pompe verticali note.

Secondo una prima realizzazione preferenziale, mostrata schematicamente in figura 3, i dispositivi stabilizzatori 20, 20’ di ulteriore vincolo della porzione statorica inferiore 15, 16, 29 della pompa 10 rispetto al serbatoio 11 comprendono mezzi di vincolo 20 disposti lungo l’asse verticale dell’albero 19 associato alla parete inferiore del serbatoio 11.

Nel dettaglio, in tale realizzazione si prevede un elemento a barra 21, saldato da un lato al fondo del serbatoio 11, e/o alle relative nervature inferiori, e con l’estremità superiore che si estende fino in prossimità dell’estremità inferiore dell’albero pompa 19. Tale estremità superiore dell’elemento a barra 21 è inserita in un manicotto 22 connesso alla campana di aspirazione 16 e che contiene al suo interno una boccola in gomma 23.

Secondo tale realizzazione appena descritta l’elemento a barra 21 garantisce un prolungato funzionamento della pompa verticale 10 sino al fondo del serbatoio 11.

Secondo un’altra realizzazione, mostrata nelle figure 4 e 5, i mezzi stabilizzatori 20, 20’ di ulteriore vincolo della porzione statorica 15, 16, 29 della pompa 10, rispetto al serbatoio 11, comprendono dispositivi di vincolo radiale 20’ associati alla parete laterale del serbatoio 11 tramite una piastra elastomerica.

In particolare tali dispositivi di vincolo radiale 20’ della porzione statorica inferiore 15, 16, 29 della pompa 10 rispetto alle pareti laterali del serbatoio 11 comprendono una pluralità di supporti laterali 21’ posti in direzione ortogonale all’asse dell’albero 19. Preferibilmente questi supporti laterali 21’ comprendono elementi filettati di regolazione dotati di una prima estremità posizionata sulla superficie laterale del serbatoio 11 ed una seconda estremità fissata alla porzione statorica 15, 16, della pompa 10. Appare chiaro che in tutte le possibili realizzazioni descritte la presente invenzione realizza una pompa verticale 10, ed in particolare la relativa parte statorica 15, 16, 29, che presenta una rigidezza maggiore a quella presente nelle pompe verticali sospese note.

Nel caso in cui il fluido sia ad alto contenuto salino, per evitare problemi di corrosione, tutte le parti bagnate della pompa 10, compreso il serbatoio 11 di aspirazione, sono realizzate in acciaio inossidabile duplex.

Risulta del tutto agevole comprendere quale sia il funzionamento di una pompa verticale 10 di grandi dimensioni sospesa in serbatoio 11 oggetto della presente invenzione.

Come citato in precedenza la pompa verticale 10 di grandi dimensioni è sospesa in un serbatoio 11 e viene impiegata per la circolazione di grandi portate d’acqua, acqua salata o “brine”.

Durante il funzionamento vengono a crearsi in prossimità della parte statorica inferiore 15, 16, 29, della pompa 10 fenomeni fluidodinamici di formazione e rottura di vortici i quali, secondo particolari frequenze, eccitano meccanicamente la pompa 10 stessa. Vantaggiosamente, grazie alla presenza dei dispositivi stabilizzatori 20, 20’, la pompa 10, ed in particolare la relativa parte statorica 15, 16, 29, acquista una rigidità tale da non essere eccitata in risonanza dai suddetti fenomeni fluidodinamici sopra descritti.

Si è così visto che il gruppo pompa verticale per la circolazione di grandi portate d’acqua secondo la presente invenzione realizza gli scopi in precedenza evidenziati.

La pompa verticale di grandi dimensioni in serbatoio della presente invenzione così concepita è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nel medesimo concetto inventivo; inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti. In pratica i materiali utilizzati, nonché le loro dimensioni, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze tecniche.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1) Pompa verticale (10) sospesa in un serbatoio (11) a sua volta sospeso per l’aspirazione del fluido da pompare; detto serbatoio (11) essendo dotato di un bocchello laterale di entrata (12) di detto fluido da pompare e detta pompa (10) comprendendo una parte statorica inferiore (15, 16, 29) ed una parte rotante (18, 19) tra di loro associate per pompare detto fluido alla parte superiore di detta pompa provvista di un tronco colonna (30) ed un gomito di mandata (14), detta parte statorica inferiore comprendendo due contrapposte campane di aspirazione (16), connesse ad un corpo a doppia voluta (15) con due estremità (17 e 17’) connesse ad un raccordo (29) collegato a detto tronco colonna (30), detto tronco colonna essendo collegato a detto gomito di mandata superiore (14) di uscita per detto fluido pompato, detta parte rotante comprendendo una girante a doppia aspirazione posta in rotazione da un albero (19) verticale, detta pompa (10) essendo caratterizzata per il fatto di comprendere dispositivi stabilizzatori di vincolo (20, 20’) di detta porzione statorica (15, 16, 29) rispetto a detto serbatoio (11).
2. 2) Pompa verticale (10) secondo la rivendicazione 1 caratterizzata dal fatto che detti dispositivi di stabilizzatori di vincolo (20, 20’) comprendono almeno un dispositivo di vincolo (20) disposto lungo l’asse di detto albero verticale (19) ed associato alla parete inferiore di detto serbatoio (11).
3. 3) Pompa verticale (10) secondo la rivendicazione 2 caratterizzata dal fatto che detti dispositivi di vincolo (20) verticale comprendono un elemento ad asta (21) dotato di una prima estremità associata ad una porzione di fondo di detto serbatoio (11) ed un seconda estremità che si estende fino in prossimità dell’estremità di detto albero pompa (19) verticale ed inserita in un manicotto (22) che fa parte di detta campana di aspirazione (16).
4. 4) Pompa verticale (10) secondo la rivendicazione 3 caratterizzata dal fatto che detto elemento ad asta (21) è saldato a detta porzione di fondo di detto serbatoio (11).
5. 5) Pompa verticale (10) secondo la rivendicazione 3 caratterizzata dal fatto che detti dispositivi di vincolo verticale (20) comprendono inoltre un boccola in gomma (23) frapposta fra detto manicotto (22) e detto elemento ad asta (21).
6. 6) Pompa verticale (10) secondo la rivendicazione 1 caratterizzata dal fatto che detti dispositivi stabilizzatori di vincolo (20, 20’) comprendono dispositivi di vincolo radiali (20’) orizzontali disposti perpendicolari rispetto a detto asse di detto albero (19) fissati da un lato alla parete laterale di detto serbatoio (11) e da un altro lato alla porzione esterna di detta campana di aspirazione (16).
7. 7) Pompa verticale (10) secondo la rivendicazione 6 caratterizzata dal fatto che detti dispositivi di vincolo radiale (20’) comprendono elementi filettati (21’) di regolazione dotati di una prima estremità posizionata sulla superficie laterale di detto serbatoio (11) ed una seconda estremità fissata a detta porzione statorica (15, 16, 29) di detta pompa (10).