La bomba de flujo mixto con eje totalmente ajustable es un tipo de bomba de diámetro medio y grande que utiliza un ajustador de ángulo de las palas para hacerlas girar, modificando así el ángulo de inclinación de las palas para lograr cambios en el caudal y la altura de elevación. El principal fluido de transporte es agua limpia o aguas residuales ligeras a 0-50 °C (entre los fluidos especiales se incluyen agua de mar y agua del río Amarillo). Se utiliza principalmente en proyectos de conservación del agua, riego, drenaje y trasvase de agua, y se emplea en numerosos proyectos nacionales como el Proyecto de Trasvase de Agua Sur-Norte y el Proyecto de Trasvase del Río Yangtsé al Río Huaihe.
Las palas de la bomba axial y de flujo mixto presentan una distorsión espacial. Cuando las condiciones de funcionamiento de la bomba se desvían del punto de diseño, se altera la relación entre la velocidad circunferencial de los bordes interior y exterior de las palas, lo que provoca que la sustentación generada por las palas (perfiles aerodinámicos) a diferentes radios ya no sea igual. Esto causa turbulencias en el flujo de agua dentro de la bomba y un aumento en las pérdidas de agua. Cuanto mayor sea la desviación del punto de diseño, mayor será la turbulencia del flujo de agua y mayores las pérdidas. Las bombas axiales y de flujo mixto tienen una baja altura de elevación y una zona de alta eficiencia relativamente estrecha. Un cambio en su altura de elevación reduce significativamente la eficiencia de la bomba. Por lo tanto, las bombas axiales y de flujo mixto generalmente no pueden utilizar estrangulamiento, giro u otros métodos de ajuste para modificar el rendimiento en función de las condiciones de funcionamiento. Asimismo, debido al elevado coste de la regulación de velocidad, esta se utiliza raramente en la práctica. Dado que las bombas axiales y de flujo mixto poseen un cuerpo de cubo más grande, resulta conveniente instalar álabes y mecanismos de biela que permitan ajustar el ángulo. Por lo tanto, el ajuste de las condiciones de funcionamiento de estas bombas suele realizarse mediante un ajuste de ángulo variable, lo que permite que operen en las condiciones más óptimas.
Cuando aumenta la diferencia de nivel de agua entre aguas arriba y aguas abajo (es decir, aumenta la altura neta), el ángulo de inclinación de las palas se ajusta a un valor menor. Manteniendo una eficiencia relativamente alta, el caudal de agua se reduce adecuadamente para evitar la sobrecarga del motor. Cuando disminuye la diferencia de nivel de agua entre aguas arriba y aguas abajo (es decir, disminuye la altura neta), el ángulo de inclinación de las palas se ajusta a un valor mayor para cargar completamente el motor y permitir que la bomba de agua bombee más agua. En resumen, el uso de bombas de eje y de flujo mixto que permiten modificar el ángulo de las palas posibilita su funcionamiento en el estado óptimo, evitando paradas forzadas y logrando una alta eficiencia y un elevado caudal de bombeo.
Además, al arrancar la unidad, el ángulo de las aspas se puede ajustar al mínimo, lo que reduce la carga de arranque del motor (aproximadamente entre 1/3 y 2/3 de la potencia nominal); antes de apagarla, el ángulo de las aspas se puede ajustar a un valor menor, lo que reduce la velocidad de reflujo y el volumen de agua que fluye por la bomba durante el apagado, y disminuye los daños por impacto del flujo de agua en el equipo.
En resumen, el efecto del ajuste del ángulo de las palas es significativo: ① Ajustar el ángulo a un valor menor facilita el arranque y la parada; ② Ajustar el ángulo a un valor mayor aumenta el caudal; ③ Ajustar el ángulo permite que la bomba funcione de forma más económica. Se observa que el ajustador del ángulo de las palas ocupa una posición relativamente importante en la operación y gestión de estaciones de bombeo medianas y grandes.
El cuerpo principal de la bomba de flujo mixto con eje totalmente ajustable consta de tres partes: el cabezal de la bomba, el regulador y el motor.
I. Cabezal de la bomba
La velocidad específica de la bomba axial de flujo mixto totalmente ajustable es de 400~1600 (la velocidad específica convencional de la bomba axial es de 700~1600), (la velocidad específica convencional de la bomba de flujo mixto es de 400~800), y la altura de elevación general es de 0~30,6 m. La cabeza de la bomba se compone principalmente de la bocina de entrada de agua (junta de expansión de entrada de agua), partes del rotor, partes de la cámara del impulsor, cuerpo de la paleta guía, asiento de la bomba, codo, partes del eje de la bomba, piezas de empaquetadura, etc. Introducción a los componentes clave:
1. El rotor es el componente principal del cabezal de la bomba. Consta de álabes, cuerpo del rotor, varilla de tracción inferior, cojinete, brazo de manivela, bastidor de operación, biela y otras piezas. Tras el ensamblaje general, se realiza una prueba de equilibrio estático. Entre ellas, el material de los álabes es preferiblemente ZG0Cr13Ni4Mo (alta dureza y buena resistencia al desgaste), y se utiliza mecanizado CNC. El material de las demás piezas es generalmente ZG.
2. Los componentes de la cámara del impulsor están abiertos integralmente en el centro, se aprietan con pernos y se fijan con pasadores cónicos. El material preferido es acero galvanizado integral, y algunas piezas están hechas de acero galvanizado revestido de acero inoxidable (esta solución es compleja de fabricar y propensa a defectos de soldadura, por lo que debe evitarse en la medida de lo posible).
3. Cuerpo de la paleta guía. Dado que la bomba totalmente ajustable es básicamente una bomba de calibre medio a grande, se tienen en cuenta la dificultad de la fundición, el costo de fabricación y otros aspectos. Generalmente, el material preferido es ZG+Q235B. La paleta guía se funde en una sola pieza, y la brida de la carcasa es de chapa de acero Q235B. Ambas piezas se sueldan y luego se procesan.
4. Eje de la bomba: La bomba totalmente ajustable suele tener un eje hueco con bridas en ambos extremos. El material preferido es acero forjado 45 + revestimiento 30Cr13. El revestimiento en el cojinete de guía de agua y el relleno sirven principalmente para aumentar su dureza y mejorar la resistencia al desgaste.
II. Introducción a los componentes principales del regulador
Actualmente, el regulador hidráulico de ángulo de cuchilla integrado es el más utilizado en el mercado. Consta principalmente de tres partes: cuerpo giratorio, cubierta y caja del sistema de visualización de control.
1. Cuerpo giratorio: El cuerpo giratorio consta de un asiento de soporte, un cilindro, un depósito de combustible, una unidad de potencia hidráulica, un sensor de ángulo, un anillo colector de alimentación, etc.
El cuerpo giratorio completo se coloca sobre el eje principal del motor y rota sincrónicamente con él. Se atornilla a la parte superior del eje principal del motor mediante la brida de montaje.
La brida de montaje está conectada al asiento de soporte.
El punto de medición del sensor de ángulo está instalado entre la varilla del pistón y el manguito de la barra de acoplamiento, y el sensor de ángulo está instalado en el exterior del cilindro de combustible.
El anillo colector de alimentación está instalado y fijado en la tapa del depósito de combustible, y su parte giratoria (rotor) gira sincrónicamente con el cuerpo giratorio. El extremo de salida del rotor está conectado a la unidad de potencia hidráulica, al sensor de presión, al sensor de temperatura, al sensor de ángulo y al interruptor de límite; la parte del estator del anillo colector de alimentación está conectada al tornillo de tope de la tapa, y la salida del estator está conectada al terminal de la tapa del regulador;
La varilla del pistón está atornillada a la barra de acoplamiento de la bomba de agua.
La unidad de potencia hidráulica se encuentra dentro del depósito de combustible y proporciona la energía necesaria para el funcionamiento del cilindro de combustible.
El depósito de aceite cuenta con dos anillas de elevación para su uso al izar el regulador.
2. Cubierta (también llamada cuerpo fijo): Consta de tres partes. Una parte es la cubierta exterior; la segunda parte es la cubierta inferior; la tercera parte es la ventana de observación. La cubierta exterior se fija en la parte superior de la cubierta exterior del motor principal y cubre el cuerpo giratorio.
3. Caja del sistema de control (como se muestra en la Figura 3): Consta de PLC, pantalla táctil, relé, contactor, fuente de alimentación de CC, perilla, luz indicadora, etc. La pantalla táctil puede mostrar el ángulo actual de la pala, el tiempo, la presión del aceite y otros parámetros. El sistema de control tiene dos funciones: control local y control remoto. Los dos modos de control se conmutan mediante la perilla de dos posiciones ubicada en la caja del sistema de control (denominada "caja de control" en adelante).
3. Comparación y selección de motores síncronos y asíncronos
A. Ventajas y desventajas de los motores síncronos
Ventajas:
1. El espacio de aire entre el rotor y el estator es grande, y la instalación y el ajuste son sencillos.
2. Funcionamiento fluido y gran capacidad de sobrecarga.
3. La velocidad no cambia con la carga.
4. Alta eficiencia.
5. El factor de potencia puede mejorarse. Se puede suministrar potencia reactiva a la red eléctrica, mejorando así su calidad. Además, cuando el factor de potencia se ajusta a 1 o un valor cercano, la lectura del amperímetro disminuye debido a la reducción del componente reactivo de la corriente, lo cual es imposible para los motores asíncronos.
Desventajas:
1. El rotor necesita ser alimentado por un dispositivo de excitación específico.
2. El costo es alto.
3. El mantenimiento es más complicado.
B. Ventajas y desventajas de los motores asíncronos
Ventajas:
1. El rotor no necesita estar conectado a otras fuentes de alimentación.
2. Estructura simple, peso ligero y bajo costo.
3. Fácil mantenimiento.
Desventajas:
1. Es necesario extraer potencia reactiva de la red eléctrica, lo que deteriora la calidad de la misma.
2. El espacio de aire entre el rotor y el estator es pequeño, y la instalación y el ajuste son complicados.
C. Selección de motores
La selección de motores con una potencia nominal de 1000 kW y una velocidad nominal de 300 r/min debe determinarse en función de comparaciones técnicas y económicas según las circunstancias específicas.
1. En el sector de la gestión del agua, cuando la capacidad instalada es inferior a 800 kW, se prefieren los motores asíncronos. Cuando la capacidad instalada es superior a 800 kW, se prefieren los motores síncronos.
2. La principal diferencia entre los motores síncronos y los asíncronos es que en los primeros hay un devanado de excitación en el rotor y es necesario configurar una pantalla de excitación de tiristores.
3. El departamento de suministro eléctrico de mi país estipula que el factor de potencia en el suministro eléctrico del usuario debe ser superior a 0,90. Los motores síncronos tienen un alto factor de potencia y cumplen con los requisitos de suministro eléctrico; mientras que los motores asíncronos tienen un bajo factor de potencia y no cumplen con dichos requisitos, por lo que se requiere compensación de potencia reactiva. Por lo tanto, las estaciones de bombeo equipadas con motores asíncronos generalmente necesitan incorporar pantallas de compensación de potencia reactiva.
4. La estructura de los motores síncronos es más compleja que la de los motores asíncronos. Cuando el proyecto de la estación de bombeo requiere considerar la generación de energía y la modulación de fase, se deben seleccionar motores síncronos.
Bombas axiales de flujo mixto totalmente ajustablesSe utilizan ampliamente en unidades verticales (ZLQ, HLQ, ZLQK), unidades horizontales (inclinadas) (ZWQ, ZXQ, ZGQ) y también pueden utilizarse en unidades LP de baja elevación y gran diámetro.
Fecha de publicación: 18 de octubre de 2024