A bomba de fluxo misto com eixo totalmente ajustável é um tipo de bomba de médio e grande diâmetro que utiliza um ajustador de ângulo das pás para acionar a rotação das pás da bomba, alterando assim o ângulo de posicionamento das pás para obter variações de vazão e altura manométrica. O principal fluido bombeado é água limpa ou esgoto leve a temperaturas entre 0 e 50 °C (fluxos especiais incluem água do mar e água do Rio Amarelo). É utilizada principalmente em projetos de conservação de água, irrigação, drenagem e transposição de cursos d'água, sendo empregada em diversos projetos nacionais, como o Projeto de Transposição de Cursos d'Água Sul-Norte e o Projeto de Transposição do Rio Yangtzé para o Rio Huaihe.
As pás das bombas de eixo e de fluxo misto apresentam distorções espaciais. Quando as condições de operação da bomba se desviam do ponto de projeto, a relação entre a velocidade circunferencial das bordas interna e externa das pás é destruída, resultando em uma sustentação gerada pelas pás (perfis aerodinâmicos) em diferentes raios que não é mais igualitária. Isso causa turbulência no fluxo de água dentro da bomba e aumento das perdas de água; quanto mais distante do ponto de projeto, maior o grau de turbulência e, consequentemente, as perdas de água. As bombas de eixo e de fluxo misto possuem baixa altura manométrica e uma zona de alta eficiência relativamente estreita. A alteração da altura manométrica de trabalho causa uma redução significativa na eficiência da bomba. Portanto, geralmente não é possível utilizar métodos de estrangulamento, rotação ou outros ajustes para alterar o desempenho em função das condições de operação em bombas de eixo e de fluxo misto; além disso, devido ao alto custo da regulação de velocidade, o controle variável de velocidade raramente é utilizado na prática. Como as bombas axiais e de fluxo misto possuem um corpo de cubo maior, é conveniente instalar pás e mecanismos de biela que permitem o ajuste do ângulo. Portanto, o ajuste das condições de operação dessas bombas geralmente adota o ajuste de ângulo variável, o que permite que elas operem nas condições de trabalho mais favoráveis.
Quando a diferença entre os níveis de água a montante e a jusante aumenta (ou seja, a altura manométrica líquida aumenta), o ângulo de inclinação das pás é ajustado para um valor menor. Mantendo uma eficiência relativamente alta, a vazão de água é reduzida adequadamente para evitar a sobrecarga do motor; quando a diferença entre os níveis de água a montante e a jusante diminui (ou seja, a altura manométrica líquida diminui), o ângulo de inclinação das pás é ajustado para um valor maior para carregar totalmente o motor e permitir que a bomba d'água bombeie mais água. Em resumo, o uso de bombas de eixo e de fluxo misto que permitem a alteração do ângulo das pás possibilita o funcionamento na condição mais favorável, evitando paradas forçadas e alcançando alta eficiência e alta vazão de bombeamento.
Além disso, ao ligar a unidade, o ângulo de posicionamento da lâmina pode ser ajustado para o mínimo, o que reduz a carga inicial do motor (cerca de 1/3 a 2/3 da potência nominal); antes de desligar, o ângulo da lâmina pode ser ajustado para um valor menor, o que reduz a velocidade de refluxo e o volume de água na bomba durante o desligamento, minimizando os danos por impacto do fluxo de água no equipamento.
Em resumo, o efeito do ajuste do ângulo da pá é significativo: ① Ajustar o ângulo para um valor menor facilita a partida e a parada; ② Ajustar o ângulo para um valor maior aumenta a vazão; ③ Ajustar o ângulo pode tornar a unidade de bombeamento mais econômica. Percebe-se, portanto, que o ajustador de ângulo da pá ocupa uma posição relativamente importante na operação e gerenciamento de estações de bombeamento de médio e grande porte.
O corpo principal da bomba de fluxo misto com eixo totalmente ajustável consiste em três partes: a cabeça da bomba, o regulador e o motor.
Ⅰ、Cabeçote da bomba
A velocidade específica da bomba axial de fluxo misto totalmente ajustável é de 400 a 1600 rpm (a velocidade específica convencional da bomba axial de fluxo misto é de 700 a 1600 rpm), e a altura manométrica geral é de 0 a 30,6 m. O cabeçote da bomba é composto principalmente pelo bocal de entrada de água (junta de expansão de entrada de água), componentes do rotor, componentes da câmara do impulsor, corpo da palheta guia, sede da bomba, cotovelo, componentes do eixo da bomba, componentes da gaxeta, etc. Introdução aos principais componentes:
1. O rotor é o componente principal da cabeça da bomba. É composto por pás, corpo do rotor, haste de tração inferior, rolamento, braço da manivela, estrutura de operação, biela e outras peças. Após a montagem completa, é realizado um teste de balanceamento estático. O material das pás é preferencialmente ZG0Cr13Ni4Mo (alta dureza e boa resistência ao desgaste), e a usinagem CNC é adotada. O material das demais peças é geralmente ZG.
2. Os componentes da câmara do impulsor são abertos integralmente no meio, sendo fixados com parafusos e posicionados com pinos cônicos. O material é preferencialmente ZG integral, e algumas peças são feitas de ZG com revestimento de aço inoxidável (essa solução é complexa de fabricar e propensa a defeitos de soldagem, portanto, deve ser evitada ao máximo).
3. Corpo da palheta guia. Como a bomba totalmente ajustável é basicamente uma bomba de médio a grande calibre, a dificuldade de fundição, o custo de fabricação e outros aspectos são levados em consideração. Geralmente, o material preferido é ZG+Q235B. A palheta guia é fundida em uma única peça e o flange da carcaça é feito de chapa de aço Q235B. Os dois são soldados e então processados.
4. Eixo da bomba: A bomba totalmente ajustável geralmente possui um eixo oco com flanges em ambas as extremidades. O material preferencialmente utilizado é aço forjado 45 com revestimento em aço 30Cr13. O revestimento no mancal de guia de água e no enchimento tem como principal objetivo aumentar a dureza e melhorar a resistência ao desgaste.
II. Introdução aos principais componentes do regulador
Atualmente, o regulador hidráulico de ângulo de lâmina integrado é o mais utilizado no mercado. Ele consiste basicamente em três partes: corpo rotativo, tampa e caixa do sistema de controle e exibição.
1. Corpo rotativo: O corpo rotativo consiste em um assento de suporte, um cilindro, um tanque de combustível, uma unidade de potência hidráulica, um sensor de ângulo, um anel deslizante de alimentação de energia, etc.
Todo o corpo rotativo é colocado no eixo principal do motor e gira sincronizadamente com ele. Ele é parafusado na parte superior do eixo principal do motor através do flange de montagem.
A flange de montagem está conectada ao assento de suporte.
O ponto de medição do sensor de ângulo é instalado entre a haste do pistão e a luva da barra de direção, e o sensor de ângulo é instalado fora do cilindro de combustível.
O anel coletor de alimentação é instalado e fixado na tampa do tanque de combustível, e sua parte rotativa (rotor) gira sincronizadamente com o corpo rotativo. A extremidade de saída do rotor é conectada à unidade hidráulica, ao sensor de pressão, ao sensor de temperatura, ao sensor de ângulo e ao interruptor de limite; a parte do estator do anel coletor de alimentação é conectada ao parafuso de batente na tampa, e a saída do estator é conectada ao terminal na tampa do regulador;
A haste do pistão é aparafusada à barra de ligação da bomba de água.
A unidade hidráulica está localizada dentro do tanque de combustível e fornece energia para o funcionamento do cilindro de combustível.
Existem dois anéis de elevação instalados no tanque de óleo para uso quando o regulador for içado.
2. Tampa (também chamada de corpo fixo): É composta por três partes. A primeira parte é a tampa externa; a segunda parte é a tampa interna; a terceira parte é a janela de observação. A tampa externa é fixada na parte superior da tampa externa do motor principal e cobre o corpo rotativo.
3. Caixa do sistema de controle e exibição (conforme mostrado na Figura 3): Consiste em CLP, tela sensível ao toque, relé, contator, fonte de alimentação CC, botão giratório, luz indicadora, etc. A tela sensível ao toque pode exibir o ângulo atual da pá, o tempo, a pressão do óleo e outros parâmetros. O sistema de controle possui duas funções: controle local e controle remoto. Os dois modos de controle são alternados através do botão giratório de duas posições na caixa do sistema de controle e exibição (doravante denominada "caixa de controle e exibição").
3. Comparação e seleção de motores síncronos e assíncronos
A. Vantagens e desvantagens dos motores síncronos
Vantagens:
1. O entreferro entre o rotor e o estator é grande, facilitando a instalação e o ajuste.
2. Funcionamento suave e alta capacidade de sobrecarga.
3. A velocidade não muda com a carga.
4. Alta eficiência.
5. O fator de potência pode ser melhorado. Potência reativa pode ser fornecida à rede elétrica, melhorando assim a qualidade da mesma. Além disso, quando o fator de potência é ajustado para 1 ou próximo a ele, a leitura no amperímetro diminuirá porque a componente reativa na corrente é reduzida, o que é impossível para motores assíncronos.
Desvantagens:
1. O rotor precisa ser alimentado por um dispositivo de excitação específico.
2. O custo é elevado.
3. A manutenção é mais complicada.
B. Vantagens e desvantagens dos motores assíncronos
Vantagens:
1. O rotor não precisa ser conectado a outras fontes de energia.
2. Estrutura simples, leve e de baixo custo.
3. Manutenção fácil.
Desvantagens:
1. A potência reativa precisa ser retirada da rede elétrica, o que deteriora a qualidade da mesma.
2. O espaço de ar entre o rotor e o estator é pequeno, e a instalação e o ajuste são inconvenientes.
C. Seleção de motores
A seleção de motores com potência nominal de 1000 kW e velocidade nominal de 300 rpm deve ser determinada com base em comparações técnicas e econômicas, de acordo com as circunstâncias específicas.
1. No setor de conservação de água, quando a capacidade instalada é inferior a 800 kW, os motores assíncronos são preferidos. Quando a capacidade instalada é superior a 800 kW, os motores síncronos são preferidos.
2. A principal diferença entre motores síncronos e assíncronos é que, nos motores síncronos, existe um enrolamento de excitação no rotor e é necessário configurar uma grade de excitação de tiristores.
3. O departamento de fornecimento de energia do meu país estipula que o fator de potência na rede elétrica do usuário deve ser superior a 0,90. Motores síncronos possuem um fator de potência elevado e atendem aos requisitos de fornecimento de energia; já os motores assíncronos possuem um fator de potência baixo e não atendem a esses requisitos, sendo necessária a compensação de potência reativa. Portanto, estações de bombeamento equipadas com motores assíncronos geralmente necessitam de painéis de compensação de potência reativa.
4. A estrutura dos motores síncronos é mais complexa do que a dos motores assíncronos. Quando o projeto da estação de bombeamento precisa levar em consideração a geração de energia e a modulação de fase, os motores síncronos devem ser selecionados.
Bombas axiais de fluxo misto totalmente ajustáveisSão amplamente utilizadas em unidades verticais (ZLQ, HLQ, ZLQK), unidades horizontais (inclinadas) (ZWQ, ZXQ, ZGQ) e também podem ser usadas em unidades LP de baixa elevação e grande diâmetro.
Data da publicação: 18/10/2024