Per què una bomba centrífuga inverteix el seu sentit? I quin dany causa aquesta rotació inversa a l'equip de la bomba centrífuga?

La inversió de la bomba centrífuga es refereix a la situació en què, després que una bomba centrífuga perd la seva força motriu principal, el medi de la canonada flueix en la direcció oposada a causa de la diferència de pressió estàtica entre la canonada de descàrrega i la canonada d'aspiració, que al seu torn fa que el rotor de la bomba giri en sentit contrari. Essencialment, la rotació és causada per la força motriu inversa generada pel reflux del medi al rotor de la bomba, que és una condició de funcionament anormal de la bomba centrífuga.

 

 

• Per què la bomba centrífuga inverteix?

 

Seqüència de fases de potència invertida

Igual que un ventilador elèctric que gira sobtadament cap enrere, una bomba centrífuga també pot invertir a causa d'una seqüència de fase de potència incorrecta. Quan la seqüència de cablejat de la font d'alimentació trifàsica-no coincideix amb els requisits de disseny de la bomba, el sentit de gir del motor s'invertirà. Això passa sovint:

Durant la posada en funcionament inicial d'una bomba nova

Durant el recablejat després del manteniment

Durant les modificacions a les línies elèctriques temporals

Mètode de prova senzill: engegueu breument la bomba i atureu-la immediatament, observant si la direcció de rotació de l'impulsor coincideix amb la direcció marcada al cos de la bomba.

 

Flux de retorn de líquid durant l'apagada

En determinades condicions especials de funcionament, l'aturada de la bomba pot provocar un "efecte cop d'ariet":

Reflux de líquid d'alt-nivell: quan hi ha emmagatzematge de líquid d'alt-nivell a la canonada de sortida

No hi ha vàlvula de retenció instal·lada: o la vàlvula de retenció està defectuosa i no s'ha substituït a temps

Canvi sobtat de pressió del sistema: fluctuacions de pressió causades per l'aturada sobtada d'equips adjacents

Aquesta inversió sovint s'acompanya d'un soroll i una vibració de cop d'ariet evidents, que acceleraran el desgast del segell mecànic amb el pas del temps.

 

Defectes de disseny de la instal·lació
Alguns detalls d'instal·lació que es passen per alt fàcilment també poden provocar problemes potencials de rotació inversa:

Tubs d'entrada/sortida invertits: un error típic dels principiants.

Desalineació de l'acoblament: una desviació superior a 0,1 mm pot afectar la direcció de rotació.

Base insegura: la vibració pot provocar que els terminals s'afluixin.

Defectes del sistema de control: Configuració incorrecta dels paràmetres de l'inversor.

Es recomana marcar la direcció de gir correcta a la carcassa de la bomba amb un marcador després de cada manteniment per facilitar la inspecció diària.

 

• Els principals perills de la inversió de la bomba centrífuga a l'equip

Les bombes centrífugues estan dissenyades, estructurades i els seus components es seleccionen en funció del principi bàsic de "rotació unidireccional i flux cap endavant". La rotació inversa causarà danys irreversibles a l'equip a partir de múltiples dimensions, inclosa l'estructura mecànica, el sistema de segellat i el rendiment operatiu. Els perills específics inclouen:

 

Danys estructurals mecànics, escurçant la vida útil de l'equip

1. Danys al sistema del rotor: l'impulsor, el casquet, l'acoblament i altres components del rotor d'una bomba centrífuga estan dissenyats per a l'aplicació de força unidireccional. Quan es gira al revés, la direcció de la força d'impacte del fluid sobre l'impulsor és completament oposada a la que es troba en condicions de funcionament normals. Això condueix a un desequilibri del rotor, generant fortes vibracions i càrregues d'impacte, que al seu torn provoca el desgast de l'impulsor, l'esquerda de la paleta i l'afluixament de la casquilla. En casos greus, pot provocar flexió i trencament de l'eix de la bomba. Simultàniament, la rotació inversa altera la precisió de l'equilibri dinàmic del rotor, agreuja l'amplitud de la vibració, amplifica encara més el desgast mecànic i provoca una fallada prematura de components rotatius importants com ara coixinets i casquilles.
2. Desgast i embussos dels components estacionaris: els canals de flux dels components estacionaris d'una bomba centrífuga, com ara la carcassa de la bomba, les pales de guia i els anells de desgast, estan dissenyats per al flux de mitjans cap endavant. Quan flueix cap enrere, la direcció del flux de mitjans contradiu la direcció de disseny dels canals de flux, generant forts remolins i turbulències. Això comporta un augment de l'erosió de les parets interiors dels canals de flux i un augment significatiu del desgast. Simultàniament, el medi de flux-revers transporta impureses de la canonada, provocant la sedimentació dins dels canals de flux. Això provoca fricció i encallament entre els components estacionaris i els components del rotor, la qual cosa pot provocar un grip de la bomba i la impossibilitat d'arrencar amb normalitat. A més, l'espai lliure entre l'impulsor i la carcassa de la bomba està dissenyat per a la rotació cap endavant; en la rotació inversa, l'espai lliure es fa anormalment gran, agreujant les fuites de mitjans i accelerant encara més el desgast dels components.

 

Falla del sistema de segellat, causant perills per a la seguretat i el medi ambient

Els segells mecànics i els segells d'embalatge de les bombes centrífugues estan dissenyats per a la rotació del rotor cap endavant. La lubricació i el refredament de les superfícies de segellat depenen dels mitjans-que flueixen cap endavant. Quan es produeix la rotació inversa, el flux invers del medi altera l'entorn de lubricació de la superfície de segellat, provocant un fort augment de la temperatura de la superfície de segellat, donant lloc a fricció seca i cremada. Simultàniament, la vibració generada per la rotació inversa pot provocar que els segells s'afluixin i es deformin, reduint significativament el rendiment del segellat i, finalment, provocant fuites de mitjans. Si el medi que s'està transportant és inflamable, explosiu, tòxic, nociu o corrosiu, les fuites poden provocar greus accidents de seguretat i medi ambient, com ara incendis, explosions, intoxicació del personal o contaminació ambiental. Fins i tot amb aigua neta, les fuites provocaran una caiguda de la pressió del sistema, afectant el funcionament normal de tot el sistema de transport de fluids, alhora que augmenta els residus d'aigua i els costos de manteniment dels equips. A més, alguns segells mecànics unidireccionals i coixinets lliscants no poden adaptar-se a les condicions de rotació inversa, donant lloc directament a danys estructurals i pèrdua de funcions de segellat i suport.

 

Deteriorament del rendiment operatiu, que condueix a una reacció en cadena de fallades del sistema

1. Caiguda sobtada de l'eficiència de la bomba: a velocitat de rotació inversa, la bomba centrífuga és completament incapaç de realitzar el transport cap endavant. El flux invers del medi fa que el capçal i el cabal de la bomba fallin completament, impedint que el sistema subministra líquid amb normalitat i provocant interrupcions en els processos de producció posteriors. Simultàniament, la rotació inversa augmenta significativament la pèrdua d'energia interna i augmenta anormalment la potència de l'eix, provocant malbaratament d'energia. A més, la temperatura del cos de la bomba augmenta ràpidament, provocant potencialment una vaporització i cavitació mitjana, fent malbé encara més els components del flux de la bomba.
2. Turbulència de pressió del sistema: el reflux del medi pot provocar una caiguda sobtada de la pressió de la canonada de descàrrega i un augment anormal de la pressió de la canonada d'aspiració, interrompent l'equilibri de pressió de tot el sistema de transport de fluids i provocant una reacció en cadena de fallades com ara vibració de la canonada, fuites de brida i danys a la vàlvula. Si altres bombes centrífugues funcionen en paral·lel al sistema, la pressió inversa generada pel reflux pot afectar el funcionament normal d'aquestes altres bombes, fent que diversos dispositius experimentin condicions de funcionament anormals simultàniament, ampliant així l'abast de la fallada.

 

Risc extremadament alt de reiniciar, potencialment danyar la unitat d'accionament

Quan una bomba centrífuga funciona a velocitat inversa, si l'operador no s'adona i engega cegament el motor principal (com el motor), el motor es veurà obligat a arrencar mentre el rotor de la bomba gira en sentit contrari. En aquest moment, el motor ha de superar el parell inercial invers i la resistència del fluid, fent que el corrent d'arrencada augmenti bruscament, superant amb escreix el corrent nominal del motor. Això pot provocar fàcilment l'esgotament del motor i l'activació de l'inversor. Simultàniament, l'arrencada forçada genera una gran càrrega d'impacte, transmesa a components com l'acoblament i l'eix de la bomba, provocant la ruptura de l'acoblament, la torsió de l'eix de la bomba i fins i tot danys als coixinets del motor, donant lloc a danys secundaris a l'equip, augmentant els costos de manteniment i temps d'inactivitat. A més, l'arrencada d'un motor asíncron en mode de bomba inversa provocarà un temps d'engegada perllongat-i una temperatura del motor anormalment alta, augmentant encara més el risc de danys al motor.

 

Riscos addicionals en condicions especials de funcionament

Quan el medi de retorn s'acosta al seu punt d'ebullició, pot vaporitzar-se dins del cos de la bomba o del dispositiu d'acceleració lateral de descàrrega-, provocant cavitació dins del cos de la bomba i agreujant el dany dels components. Si el medi transportat és una mescla de gas-líquid, la relació de densitat del medi canviarà significativament a la velocitat de retorn i la relació de la velocitat de retorn i la velocitat normal pot augmentar fins a un nivell perillós (proporcional a l'arrel quadrada de la relació de densitat de vapor líquid-), augmentant encara més el risc de danys a l'equip.

 

• Mesures per evitar la reversió

 

Selecció d'equips: configuració de components dedicats anti-rotació inversa

1. Instal·lació d'un antiretorn mecànic: la instal·lació d'un antiretorn mecànic a l'eix de la bomba o a l'acoblament de la bomba centrífuga és la mesura anti-reversió inversa més directa i eficaç. El antiretorn mecànic utilitza una estructura de bloqueig-unidireccional, que només permet la rotació cap endavant de l'eix de la bomba. Quan el medi flueix cap enrere, provocant que l'eix de la bomba giri en la direcció oposada, el tancament es bloquejarà immediatament, evitant que l'eix de la bomba s'inverteixi, evitant així completament la generació de velocitat de retorn. En seleccionar un antiretorn, s'ha de triar el model adequat en funció de la velocitat nominal de la bomba, la potència de l'eix i les condicions de funcionament per garantir un parell de bloqueig suficient i l'adaptabilitat a la temperatura de funcionament de la bomba i les característiques del mitjà. Això és especialment adequat per a sistemes de bombes centrífugues d'alta-pressió, alt-flux i-paral·lel.
2. Selecció d'una unitat d'accionament amb funció anti-rotació inversa: quan seleccioneu un motor, seleccioneu un motor amb funció anti-rotació inversa (com ara afegir un dispositiu de frenada inversa) o configureu un programa de protecció anti-rotació inversa al convertidor de freqüència. Quan es detecta la rotació inversa de l'eix de la bomba, la potència del motor es talla immediatament o s'activa el dispositiu de frenada per evitar ràpidament que l'eix de la bomba continuï invertint, evitant l'augment de la velocitat de retorn.

 

Disseny de canonades: instal·leu vàlvules fiables de prevenció de retrocés

1. Instal·leu vàlvules automàtiques de prevenció de contraflux: instal·leu vàlvules automàtiques de prevenció de contraflux de tipus oscil·lant-o lent-a prop del cos de la bomba a la canonada de descàrrega. Aquesta és la mesura de prevenció de retrocés més utilitzada en enginyeria. Durant el funcionament normal, el medi empeny el disc de la vàlvula obert en direcció cap endavant; quan la bomba s'atura o perd la seva força motriu, el medi flueix en sentit invers, empenyent el disc de la vàlvula per tancar-se ràpidament, tallant el canal de retorn i evitant que l'eix de la bomba s'inverteixi. La selecció s'ha de centrar en la velocitat de tancament i el rendiment de segellat. Les vàlvules de retenció de tancament-lent poden reduir la velocitat de tancament del disc de la vàlvula per evitar l'impacte del cop d'ariet; Els sistemes d'alta-pressió i alt-caudal requereixen vàlvules de retenció amb resistència a alta pressió i tancament fiable per evitar fallades de la vàlvula.
2. Optimitzeu el disseny de la canonada i la configuració de la vàlvula: eviteu els dissenys on la canonada de descàrrega estigui connectada directament a l'equip d'emmagatzematge de líquids d'alt nivell-. Si això és inevitable, s'ha d'afegir una vàlvula-de tancament (com ara una vàlvula de comporta o una vàlvula de bola) a la canonada de descàrrega per utilitzar-la juntament amb una vàlvula de retenció. Després que la bomba centrífuga s'aturi, tanqueu primer la vàlvula de tancament-i, a continuació, apagueu el motor per a una doble protecció contra el reflux. En els sistemes d'operació paral·lel, la canonada de descàrrega de cada bomba ha de tenir una vàlvula de retenció i una vàlvula de tanca-per evitar el retrocés i la rotació inversa d'altres bombes després que una bomba s'aturi. No utilitzeu elements de tancament-tancament-lent per substituir les vàlvules de retenció per evitar el retorn del medi a través del cos de la bomba.

 

Procediments operatius: estandarditzar els procediments operatius i mitigar els riscos d'error humà.

1. Seguiu estrictament els procediments d'operació d'apagada: quan atureu una bomba centrífuga, tanqueu primer la vàlvula de tancament-de descàrrega i, a continuació, atureu el motor per tallar completament el canal de retorn i evitar que el reflux provoqui la inversió de l'eix de la bomba. En el cas de les bombes centrífugues que funcionen en paral·lel, tanqueu la vàlvula de tancament-de descàrrega i el motor de cada bomba en seqüència quan s'aturi per evitar que els mitjans d'altres bombes refluixin cap al cos de la bomba aturada i provoqui la rotació inversa.
2. Està estrictament prohibit reiniciar l'equip a cegues: abans d'engegar la bomba centrífuga, comproveu la direcció de rotació de l'eix de la bomba per assegurar-vos que no hi hagi cap gir invers abans d'engegar el motor. Si es detecta una rotació inversa, investigueu la causa del reflux, talleu completament el camí del reflux i deixeu que l'eix de la bomba s'inverteixi abans d'engegar la bomba. L'arrencada forçada podria danyar l'equip.
3. Reforçar les inspeccions operatives: durant el funcionament diari, centreu-vos en el control de paràmetres com ara la direcció de rotació de la bomba, la vibració, la pressió i la temperatura. Detecteu ràpidament qualsevol signe anormal de retrocés o inversió de l'eix de la bomba i preneu mesures preventives per evitar que el mal funcionament augmenti.

 

Manteniment i gestió: inspecció i manteniment periòdics per garantir la fiabilitat dels equips.

1. Inspeccioneu periòdicament els components anti-revers: inspeccioneu i mantingueu regularment els components anti-revers, com ara els frens de retrocés mecànics i les vàlvules de retenció. Comproveu el rendiment de bloqueig de l'antiretorn, l'estanquitat i la flexibilitat del tancament del disc de la vàlvula de retenció, netegeu ràpidament les impureses del disc de la vàlvula de retenció i substituïu els segells i les peces desgastats o envellits per evitar que els components fallin provoquin un retrocés.
2. Calibre regularment els dispositius de protecció: calibre regularment el programa de protecció anti-rotació inversa de l'inversor i el dispositiu de frenada inversa del motor per garantir la seva sensibilitat i fiabilitat, permetent la detecció oportuna i la prevenció de la rotació inversa de l'eix de la bomba; Comproveu regularment el rendiment de segellat i la flexibilitat de commutació de les vàlvules de canonades i repareu o substituïu ràpidament les vàlvules danyades.
3. Establiu registres de funcionament de l'equip: registreu els paràmetres de funcionament de la bomba centrífuga, les condicions d'error i els registres de manteniment, centrant-vos en registrar l'estat de manteniment dels components anti-rotació inversa. Mitjançant l'anàlisi de les dades de funcionament, prediu la tendència d'envelliment dels components anti-rotació inversa i feu el manteniment amb antelació per evitar el risc de velocitat de rotació inversa des de la font.