Vertikal flerstegspump: arbetsprincip och tillämpningar

En vertikal flerstegspump är designad för applikationer som kräver relativt högt tryck men inte har mycket golvyta tillgängligt. Den används ofta i byggnadsvattenförsörjning, industriell tryckhöjning, vattenbehandling, pannmatning, bevattning, kylsystem och utvalda projekt för vätskekylning- av datacenter.

Den största skillnaden mellan den här pumpen och en enstegs centrifugalpump- är antalet pumphjul. En flerstegspump har flera pumphjul arrangerade i serie. När vätskan passerar från ett steg till nästa, ökar dess tryck.

Detta gör pumpen lämplig för uppgifter där en enstegspump inte kan producera tillräckligt med tryckhöjd. Men högre tryck betyder inte automatiskt bättre prestanda. Pumpen måste fortfarande matcha det faktiska flödet, systemets motstånd, inloppsförhållanden och vätskeegenskaper.

A vertikal flerstegspumpär en icke-självsugande-centrifugalpump med motorn, axeln och de hydrauliska stegen anordnade vertikalt.

I en typisk CDL- eller CDLF-pump driver motorn pumpaxeln genom en koppling. Fläkthjul och diffusorer är installerade inuti en tryckcylinder. Sug- och utloppsanslutningarna är placerade i botten av pumpen, vanligtvis på samma horisontella nivå. Detta arrangemang gör pumpen relativt lätt att ansluta till en befintlig rörledning.

Termen vertikal flerstegspump är den tekniska standardbeskrivningen. Köpare kan också söka efter vertikal flerstegspump eller vertikalstegspump, även om dessa former är mindre vanliga i teknisk dokumentation.

Eftersom pumpen inte är självsugande- måste den fyllas med vätska innan den startar. Inloppet måste också förbli översvämmat eller under tillräckligt övertryck. Att köra pumpen torr kan skada den mekaniska tätningen på kort tid.

Vätska kommer in i mitten av det första pumphjulet. När motorn roterar axeln överför pumphjulet energi till vätskan och flyttar den utåt med centrifugalkraft.

Vätskan passerar sedan genom en diffusor. Diffusorn saktar ner och omdirigerar flödet och omvandlar en del av dess hastighet till tryck innan den styrs in i nästa pumphjul.

Samma process upprepas i varje steg. Flödet förblir i stort sett kontinuerligt, medan tryckhöjden som genereras av varje pumphjul läggs till det totala pumptrycket. Efter det sista steget kommer den trycksatta vätskan in i utloppskammaren och strömmar in i systemet.

Att öka antalet steg ökar normalt det tillgängliga trycket. Det ökar inte nödvändigtvis det nominella flödet. Fler steg påverkar också motoreffekt, pumphöjd, axiell belastning och maximalt arbetstryck, så antalet pumphjul bör väljas från den erforderliga driftpunkten snarare än att behandlas som ett allmänt mått på pumpens kvalitet.

Huvudkonstruktion

En CDL/CDLF vertikal flerstegspump består normalt av en motor, koppling, pumpaxel, mekanisk tätning, tryckcylinder, pumphjul, diffusorer, lager och en kombinerad sug- och utloppskammare.

Katalogen specificerar en helt sluten, fläkt-kyld, två-polig motor med IP55-skydd och klass F-isolering. Standardkurvorna på 50 Hz är baserade på hastigheter på cirka 2 900 eller 2 950 rpm.

För ett exportprojekt bör frekvens och spänning bekräftas innan urvalet. En pump vald från en 50Hz-kurva ska inte bara kopplas till en 60Hz-matning. Förändringen i hastighet kommer att påverka flöde, tryckhöjd, absorberad effekt och NPSH.

Den mekaniska tätningen förtjänar också uppmärksamhet. För vanligt rent vatten kan standardtätningen vara tillräcklig. Varmvatten, glykolblandningar, saltvatten, rengöringskemikalier och andra specialvätskor kan kräva en annan tätning eller elastomer.

Huvudskillnaden mellan CDL- och CDLF-pumpar är konstruktionen av den fuktade sektionen.

CDL-modeller kombinerar vanligtvis impeller, diffusorer och tryckcylindrar av rostfritt stål med sugkammare, utloppskammare, pumphuvuden eller baser i gjutjärn, beroende på pumpstorleken. De är främst avsedda för rena, icke-frätande vätskor.

CDLF-modeller använder mer rostfritt stål i den våta delen och är bättre lämpade för att rengöra vätskor med milda korrosiva egenskaper, förutsatt att materialen har kontrollerats mot den faktiska vätskan.

Vanliga katalogmaterial inkluderar AISI 304 rostfritt stål för pumphjul, diffusorer och tryckcylindrar. Beroende på modell kan axeln vara AISI 304, AISI 316L eller annan specificerad kvalitet.

För mer krävande applikationer kan våta komponenter erbjudas i SS304, SS316 eller 2205 duplex rostfritt stål. Rätt val beror på temperatur, pH, kloridhalt, kemikaliekoncentration, tryck och drifttid.

I praktiken säger orden "pump av rostfritt stål" oss inte tillräckligt. Vi behöver fortfarande känna till materialet i sugkammaren, utloppskammaren, axeln, den mekaniska tätningen och elastomererna. Detta är särskilt viktigt för poolsaltvatten, havsvatten och kemiskt behandlat vatten.

• Byggnadsvattenförsörjning och tryckhöjning

Vertikala flerstegspumpar används ofta i bostadshus, hotell, sjukhus, kontorsbyggnader och andra anläggningar där det tillgängliga nättrycket inte är tillräckligt.

De kan installeras i konstant-tryckstegringsuppsättningar, tak-tankförsörjningssystem och tryckzoner i hög-hus.

Den erforderliga tryckhöjden bör beräknas från den statiska höjden, rörförluster, utrustningens motstånd och tryck som krävs vid det slutliga utloppet. Att välja en pump enbart från antalet våningar resulterar ofta i för mycket eller för lågt tryck.

Om systembehovet ändras avsevärt under dagen är två eller flera mindre pumpar med variabel-hastighetskontroll ofta ett bättre val än en stor pump.

• Industriell vatten- och tryckhöjning

Typiska industriella uppgifter inkluderar process-vattenförsörjning, produktions-förstärkning, tvätt av utrustning, filter-systemmatning och hög-trycksrengöring.

Dessa system har ofta mer än ett drifttillstånd. En rengöringslinje kan till exempel kräva högt flöde under korta perioder men mycket lägre flöde under normal produktion. I sådana fall bör pumpen kontrolleras vid normal driftpunkt samt vid maximalt behov.

Om det erforderliga flödet är högt men tryckhöjden är relativt låg, skulle vi normalt jämföra flerstegspumpen med en enkel-inline- eller slut-sugpump. En flerstegspump är inte automatiskt det mest effektiva valet för alla industriella vattensystem.

• Vattenrening och membransystem

Vertikala flerstegspumpar används ofta i filtrering, ultrafiltrering, ren-vattenutrustning, omvänd-osmos och andra vatten-behandlingsprocesser.

Pumpen kan användas för att mata filter, hålla trycket före en membransektion eller cirkulera vatten genom en del av behandlingssystemet.

Dess plikt beror på det erforderliga behandlingsflödet och motståndet hos filtren, ventilerna, membranmodulerna och rörledningarna.

Filtermotståndet förblir inte konstant. När ett filter samlar föroreningar ökar dess tryckfall. Pumpen bör därför kontrolleras för både rena och smutsiga filterförhållanden. Differentiell-tryckövervakning är användbar eftersom den visar när rengöring eller byte krävs.

För avsaltning av havsvatten kan CDL/CDLF-pumpar övervägas för förbehandlingstillförsel, hjälpcirkulation eller membranmatning där trycket och materialen är lämpliga. En standardmodell bör inte antas vara lämplig för hög-omvänd osmos i havsvatten. Hög salthalt, kloridkoncentration, driftstryck och kontinuerlig drift kräver en separat material- och tryckgranskning.

• Pool saltvatten och saltvatten

En vertikal flerstegspump kan hantera poolsaltvatten om materialen, den mekaniska tätningen och driftsförhållandena är lämpliga.

Den information vi normalt behöver inkluderar salthalt, kloridkoncentration, pH, vattentemperatur, desinfektionsmedel och drifttimmar. Hår, sand, fibrer och annat skräp bör avlägsnas innan vattnet når pumpen.

Ett filter eller membran kan skydda pumpen från partiklar, men det förhindrar inte kloridkorrosion. SS304 kan vara acceptabelt i vissa applikationer med låg-kloridhalt, men det är inte ett universellt val för saltvatten. SS316, 2205 duplext rostfritt stål eller annat material kan krävas beroende på den faktiska vattenanalysen.

• Pannmatning, varmvatten och kondensat

CDL/CDLF-serien kan användas för utvalda pannans-matning, het-vatten och kondensat.

Katalogen ger ett vätsketemperaturintervall på -15 grader till 70 grader för standardversioner och -15 grader till 120 grader för varmvattenversioner. Den exakta gränsen beror fortfarande på vald modell, tätning, tryck och inloppsförhållanden.

Varmvatten behöver särskild uppmärksamhet eftersom dess ångtryck är högre. En pump kan uppfylla det erforderliga utloppstrycket och fortfarande kavitera om inloppstrycket är för lågt. För pannans-matnings- och kondensattillämpningar ska NPSH och lägsta inloppstryck alltid kontrolleras.

• VVS och industriell kyla

Vertikala flerstegspumpar kan användas i kyl-vattensystem, luft-konditioneringskretsar, värme-växlarslingor och andra system med relativt högt motstånd.

I en sluten krets övervinner pumpen huvudsakligen friktion och tryckförluster i utrustningen. Den behöver vanligtvis inte lyfta vattnet genom byggnadens fulla höjd. Att behandla byggnadshöjden som pumphuvud i en sluten slinga kan leda till allvarlig överdimensionering.

För en kylkrets med stort-flöde och låg-tryck kan en enstegspump vara det bättre alternativet. Systemkurvan bör avgöra pumptypen.

• AI Data Center vätskekylning

Vissa vätskekylsystem för datacenter- har tillräckligt med tryckförlust för att motivera en vertikal flerstegspump. Möjliga arbetsuppgifter inkluderar CDU-cirkulation, plattvärmeväxlare-, långa rördragningar, tryckförstärkning av rack- och redundanta kylpumpssatser.

Pumpen är normalt en del av en större krets som innehåller CDU:er, värmeväxlare, kylplattor, filter, reglerventiler, slangar och snabbkopplingar. Tryckförlusten genom alla dessa komponenter måste inkluderas i beräkningen. För parallella rackgrenar behöver även den hydrauliskt mest ogynnsamma grenen kontrolleras.

Kylvätskans egenskaper är lika viktiga som flöde och tryckhöjd. Vatten-glykolblandningar har högre viskositet än vatten, särskilt vid låg temperatur. Detta ökar rörmotståndet och kan förändra både pumpens prestanda och motoreffektbehov.

Avjoniserat vatten och dielektriska kylmedel introducerar olika frågor om korrosion, konduktivitet, tätningar och elastomerer. En vanlig ren-vattenpump bör därför inte specificeras för ett vätskekylningsprojekt utan att granska den faktiska kylvätskan.

Tillförlitlighet är en annan viktig faktor. Kritiska anläggningar kan kräva N+1 eller 2N redundans, automatisk pumpväxling, variabel-hastighetskontroll, läckagedetektering och kommunikation med byggnaden eller datacentrets ledningssystem.

• Bevattning och allmän industriservice

Serien kan också användas för bevattning av jordbruksmark, sprinklersystem, droppbevattning, vattenförsörjning av utrustning och andra rena-vätskeuppgifter.

Vatten som innehåller sand, fibrer eller betydande suspenderade ämnen bör filtreras innan det kommer in i pumpen. Standard CDL/CDLF-pumpar är inte avloppspumpar och bör inte användas för nötande eller kraftigt förorenade vätskor.

Enligt CDL/CDLF-katalogen är standardpumpen avsedd för rena, tunna, icke-antändliga och icke-explosiva vätskor utan fasta partiklar eller fibrer.

De allmänna gränserna är:

• Standard vätsketemperatur: -15 grader till 70 grader;
• Varmvatten-version: -15 grader till 120 grader ;
• Maximal omgivningstemperatur: 40 grader ;
• Standard installationshöjd: upp till 1 000 m.
• Över 40 graders omgivningstemperatur eller 1 000 m höjd påverkar reducerad luftdensitet motorns kylning. Motorn kan behöva reduceras eller ersättas med en högre-enhet.

Maximalt arbetstryck

Det finns ingen enskild tryckklassificering för hela CDL/CDLF-serien.

Beroende på modell och anslutningsarrangemang listar katalogen maximala arbetstryck på 16, 20, 25 eller 30 bar. Vissa högre värden som visas inom parentes kräver en speciell konfiguration.

När man kontrollerar systemtrycket, måste inloppstrycket och det genererade pumptrycket- beaktas tillsammans. Avstängning-huvud och tillfälliga tryckstötar bör också inkluderas.

Detta spelar roll i membran- och vätskekylsystem- eftersom filter, membranhus, CDU:er, värmeväxlare, kylplattor, slangar och snabbkopplingar kan ha lägre tryckklasser än själva pumpen.

NPSH och inloppsförhållanden

Kavitation uppstår när trycket vid pumphjulsinloppet blir för lågt för vätsketemperaturen. Det kan orsaka buller, vibrationer, instabilt flöde, minskat tryckhöjd och skador på pumphjulet eller den mekaniska tätningen.

Risken är högre när:

• Vätskan är varm;
• Pumpen drar från en låg-tank;
• Inloppsröret är långt eller för litet;
• Pumpen går nära den höga-flödesänden av sin kurva;
• Installationen är på hög höjd;
• Ett filter är blockerat;
• Vätskan har högre viskositet än vatten.

Ett kort, lagom dimensionerat inloppsrör med så få begränsningar som praktiskt möjligt ger vanligtvis bättre inloppsförhållanden. Filter bör övervakas för tryckfall så att progressiv blockering inte svälter ut pumpen.

Ett tillförlitligt urval börjar med det erforderliga flödet och totala tryckhöjden. Där efterfrågan förändras är det bättre att tillhandahålla minimum, normalt och maximalt flöde istället för en toppsiffra.

För ett öppet system inkluderar den totala tryckhöjden normalt statisk lyftning, rörfriktion, ventil- och kopplingsförluster, utrustningsmotstånd och det erforderliga utloppstrycket. I en sluten slinga baseras beräkningen huvudsakligen på rör- och utrustningsmotstånd.

Undvik att lägga till överdrivet huvud "för säkerhets skull". En överdimensionerad pump körs ofta med en strypventil, förbrukar mer energi och arbetar borta från sin bästa-effektivitetsregion.

Vätskan bör då definieras korrekt. Förutom dess namn behöver vi temperatur, densitet, viskositet, pH, kemisk koncentration och innehåll av fasta ämnen. För saltvatten är kloridkoncentrationen avgörande. För vätskekylning måste typ och koncentration av glykol eller annan kylvätska anges.

Slutligen bör den föreslagna driftpunkten kontrolleras på den faktiska pumpkurvan. Enbart flöde och huvud räcker inte. Effektivitet, absorberad effekt, NPSH, avstängning-och det tillåtna driftsområdet bör också ses över.

Vanliga urvalsproblem

Flera misstag uppstår upprepade gånger i pumpförfrågningar:

• Välj med motorkraft istället för flöde och tryckhöjd;
• Förutsatt att fler steg alltid innebär en bättre pump;
• Ignorera inloppstryck och NPSH;
• Behandla alla rostfria stålkvaliteter som likvärdiga;
• Tillämpa en 50Hz-kurva på ett 60Hz-projekt;
• Om man antar att ett filter löser ett korrosionsproblem;
• Ignorera tryckökningen över ett smutsigt filter;
• Välj endast för toppefterfrågan;
• Att glömma trycket som produceras vid avstängning-;
• Använder en standard vatten-pumpkonfiguration för en okänd kylvätska.

De flesta av dessa problem kan undvikas om systemets drift- och vätskedata tillhandahålls innan pumpmodellen väljs.

Information att inkludera i en förfrågan

För en normal vattenapplikation, vänligen tillhandahåll:

• Erforderligt flöde och huvud;
• Vätska och driftstemperatur;
• Inloppstryck eller sugförhållanden;
• Maximalt systemtryck;
• Spänning och frekvens;
• Föredragna material;
• Anslutningsstorlek och standard;
• Installation inomhus eller utomhus;
• Kontinuerlig eller intermittent drift;
• Krav på variabel-hastighet eller flera-pumpar.

För saltvatten-, membran-, kemikalie- eller vätskekylningstillämpningar- ska du även tillhandahålla vätskesammansättning, kloridhalt, viskositet, filtertryckförlust, drifttimmar, kontrollkrav och nödvändig redundans.

A vertikal flerstegspumpbygger tryck genom att leda vätskan genom flera pumphjul i serie. Dess kompakta fotavtryck och höga-huvudkapacitet gör den till ett praktiskt val för byggnadsförsörjning, industriell förstärkning, vattenbehandling, varm-vattenservice, bevattning, kylning och utvalda avsaltnings- eller datacenterprojekt.

CDL-pumpar är vanligtvis avsedda för rena, icke-frätande vätskor. CDLF-pumpar använder mer rostfritt stål i den våta delen och kan hantera lätt frätande vätskor när materialkompatibiliteten har bekräftats. Beroende på applikation kan SS304, SS316 eller 2205 duplex rostfritt stål övervägas.

Det slutliga beslutet bör baseras på den faktiska driftpunkten och driftsförhållandena. Flöde, tryckhöjd, temperatur, inloppstryck, NPSH, material, motordata och maximalt systemtryck måste alla överensstämma med den valda pumpkurvan.

Det tillvägagångssättet ger vanligtvis ett bättre resultat än att välja en pump enbart från motoreffekt, rörstorlek eller antalet steg.