1-3-a Tipi di pompe

MOTO DEL LIQUIDO ALL’INTERNO DI UNA POMPA CENTRIFUGA 

Nelle pompe centrifughe a flusso radiale, l'entrata e l'uscita del liquido sono ortogonali tra loro. 

Come meglio mostra la figura il liquido giunge alla parte centrale della girante attraverso il condotto A e scivola sulla paletta della girante stessa seguendone il profilo. 

La girante imprime al liquido un percorso a spirale risultante da un moto rettilineo  e da un moto rotatorio. Il moto rettilineo è trasmesso al liquido della forza centrifuga che lo spinge dal centro alla periferia facendolo scivolare lungo la pala. Il moto rotatorio viene comunicato al liquido dall'essere costretto a ruotare con la girante. Il liquido infine esce dal condotto B.

POMPE VOLUMETRICHE – ROTATIVE – A INGRANAGGI

L’impiego delle pompe rotative è abbastanza diffuso: si va dalle pompe di lubrificazione a quelle per generare olio in pressione nei servocomandi, dalle pompe del combustibile a quelle impiegate nelle trasmissioni idrostatiche. In queste pompe la variazione del volume della camera di lavoro è ottenuta tramite rotazione di elementi in grado di delimitare camere rotanti a volume variabile. La rotazione delle camere permette di eliminare le valvole di aspirazione e di mandata, affidando la distribuzione a luci che permettono il collegamento tra tali camere e gli ambienti di aspirazione e di mandata nel momento opportuno. E’ da notare che, per l’incomprimibilità del liquido, il collegamento con la mandata avviene in tutta la fase di riduzione del loro volume, mentre quello con l’aspirazione si ha durante tutta la fase di aumento del volume della camera. Le pompe rotative si presentano in svariate forme; noi esamineremo quelle ad ingranaggi e quelle a palette. In figura è rappresentata una pompa ad ingranaggi esterni: il liquido racchiuso nel vano tra due denti consecutivi e la cassa esterna viene trasportato dall’aspirazione alla mandata e non può rifluire verso l’aspirazione a causa della tenuta centrale, garantita dall’ingranamento tra i denti delle due ruote. Quest’ultimo permette di collegare il motore con una sola delle due ruote, facendo trascinare l’altra tramite il suddetto accoppiamento. Queste pompe danno buone prestazioni quando siano usate per fluidi lubrificanti; infatti l’usura dei denti, dovuta a materiali abrasivi o a particelle metalliche, tende ad incrementare i giochi e a farne decadere il rendimento volumetrico. Il forte carico gravante sui cuscinetti ed il decadere del rendimento volumetrico al crescere della prevalenza consigliano di usare tali pompe per prevalenze non superiori ai 100 bar. 

POMPE VOLUMETRICHE – ROTATIVE – INGRANAGGI INTERNI

Un altro tipo di pompa è quella ad ingranaggi interni: in questo caso le camere a volume variabile sono delimitate dalle pareti di due denti appartenenti alle due ruote. La pompa ad ingranaggi interni aggiunge al pregio di essere costruttivamente semplice (proprio delle pompe ad ingranaggi) quello di un’elevata compattezza e di dimensioni ridotte rispetto a quella ad ingranaggi esterni. Anche per questo tipo di pompa occorre utilizzare liquidi derivati da idrocarburi che permettono la buona lubrificazione dei denti. E’ un po’ più rumorosa nel funzionamento, rumore dovuto in parte all’eccentricità degli ingranaggi interni.

POMPE VOLUMETRICHE ROTATIVE – A PALETTE

In figura è rappresentata una pompa a palette che è costruttivamente analoga all’omonimo compressore. Il liquido racchiuso tra due palette, il rotore e la cassa esterna viene trasportato dall’aspirazione alla mandata, mentre non può rifluire, se non in piccola parte, per il modesto volume della camera sottostante. Le palette aderiscono al profilo interno della cassa o per forza centrifuga o per l’azione di molle poste all’interno di scanalature (praticate nel rotore) entro cui scorrono le palette. Questa pompa è meno sensibile all’usura della pompa ad ingranaggi poichè l’usura delle palette a contatto della cassa non ne riduce la capacità di tenuta; la prevalenza ottenibile può giungere a 150 bar. 

POMPE VOLUMETRICHE – ROTATIVE – A STANTUFFI RADIALI

Il grado di irregolarità della portata mandata di una pompa a stantuffo diminuisce al crescere del numero dei cilindri. E’ quindi chiara l’opportunità di ricorrere a pompe pluricilindriche. Queste si distinguono in pompe a stantuffo radiale ed in pompe a stantuffo assiale. La pompa a stantuffi radiali è costituita da una parte centrale fissa divisa in due da un setto separatore, da un rotore nel cui blocco sono ricavati i cilindri, da stantuffi mobili nei suddetti cilindri e da una cassa esterna fissa eccentrica rispetto al rotore. 

Il rotore trascina in rotazione gli stantuffi e questi, per forza centrifuga o tramite sistemi più complessi, si mantengono in contatto con la cassa esterna; a causa dell’eccentricità tra rotore e cassa esterna, gli stantuffi risultano dotati di moto alterno rispetto ai cilindri in cui scorrono. La distribuzione è realizzata tramite la parte centrale fissa: la comunicazione tra cilindri e zona di aspirazione (A) durante la fase di aumento del volume della camera del cilindro permette l’aspirazione del liquido, mentre la comunicazione con (M) durante la fase di riduzione del volume della camera realizza la mandata. Il numero dei cilindri varia normalmente tra 5 e 9; inoltre si possono avere una o due stelle di cilindri ricavati nello stesso rotore. La regolazione di queste pompe è effettuata variando l’eccentricità del rotore: in tal modo varia la corsa degli stantuffi e quindi la cilindrata e la portata della pompa; allorchè l’eccentricità si annulla, anche la portata si annulla.

POMPE VOLUMETRICHE – ROTATIVE – A STANTUFFI ASSIALI

Le pompe a stantuffi assiali sono costituite da un insieme di cilindri ad assi paralleli o quasi ricavati in un rotore cilindrico dai relativi stantuffi con un’estremità appoggiata su una piastra fissa ad inclinazione variabile (l’aderenza è garantita da molle o da altri sistemi più complessi), e da una cassa esterna, che porta le luci di aspirazione e di mandata. La rotazione del rotore e l’aderenza degli stantuffi alla piastra inclinata obbligano questi a muoversi di moto alterno nei relativi cilindri. La distribuzione è ottenuta mediante luci di aspirazione e di mandata ricavate nella piastra di destra della cassa fissa (una vista della piastra di distribuzione è riportato nella figura in alto). Una variante della pompa ora descritta prevede la rotazione della piastra attorno ad un asse parallelo a quello dei cilindri, mentre il tamburo cilindrico in cui sono ricavati i cilindri rimane fermo; naturalmente la distribuzione è in tal caso realizzata diversamente. La regolazione delle pompe a stantuffi assiali multipli è realizzata variando l’inclinazione della piastra su cui poggiano gli stantuffi, quindi la cilindrata e di conseguenza la portata erogata dalla pompa. Le pompe a stantuffi multipli, essendo prive di un sistema di comando a biella e manovella permettono velocità più elevate delle normali pompe a stantuffi, e per l’elevato numero di cilindri danno luogo a portate nelle condotte sensibilmente costanti nel tempo. Esse trovano larga applicazione nel campo dei liquidi dotati di proprietà lubrificanti, quali olii, kerosene, ecc.., e sono quindi, ad esempio, impiegate come componenti delle trasmissioni idrostatiche e come pompe del combustibile per impianti di turbine a gas. Queste pompe sono dotate di elevati rendimenti volumetrici e meccanici e lavorano con differenze di pressione, tra mandata e aspirazione, che possono raggiungere i 1000 bar. 

POMPE VOLUMETRICHE – ROTATIVE – A VITI ELICOIDALI

Sono costruite con due o tre viti elicoidali a due principi. Queste viti, una mossa dal motore, e le altre trascinate, si muovono all’interno di un contenitore. Il liquido aspirato viene progressivamente spinto verso il bocchello di mandata, lungo l’asse della macchina. Si possono ottenere portate fino a 200 m3/h, e prevalenze fino a 70 bar. Sono consigliate per movimentare fluidi altamente viscosi, mentre sono sconsigliate per fluidi abrasivi, poco viscosi o non lubrificanti. 

POMPE VOLUMETRICHE – ROTATIVE – A VITE ECCENTRICA

Sono costruite una vite che ruota in modo eccentrico nel suo corpo. Permette il pompaggio di un liquido con qualsiasi viscosità.

A bordo le navi le possiamo trovare negli impianti di depurazione acque di sentina, sono molto lente e a bassissima portata proprio per facilitare il compito dei separatori a coalescenza. Esistono altri tipi di pompe volumetriche rotative ma non rientrano nell’utilizzo di bordo. Ad esempio le pompe a lobi che le possiamo trovare sotto forma di macchine ventilanti volumetriche negli impianti di gas inerte.