Kapitel

Flerstegspumpar

Flerstegspumpar är centrifugalpumpar som utrustats med fler än ett pumphjul. Pumphjulen i en flerstegspump är kopplade så att utloppstrycket i första hjulets tryckstuds är lika stort som andra hjulets sugstuts (osv. gånger antal steg). Eftersom pumphjulens prestanda är identiska, kommer utloppstrycket på andra stegets tryckstuts vara dubbelt så stort som trycket efter första steget.

Mindre flerstegspumpar

Större uppfordringshöjder delas upp på flera seriekopplade pumphjul. Friktionsförlusterna mellan ett pumphjuls sidor och pumphuset växer med femte potensen på pumphjulets diameter, medan uppfordringshöjden växer kvadratiskt med hjuldiametern. Motivet för att använda flerstegspumpar är att ej få för låg verkningsgrad. Mindre flerstegspumpar byggs alltid upp av segment med radiell delning. Varje segment innehåller ett pumphjul. Segmentet är utformat med ledskenor för omsättning av hastighetsenergin efter pumphjulet till tryckenergi samt med överledningskanaler till nästa pumphjul -figur 3.60.

Figur 3.60 Mindre flerstegspumpar med horisontellt resp vertikalt utförande.

Olika uppfordringshöjder fås naturligtvis genom olika stegantal. För att få god verkningsgrad måste för given uppfordringshöjd ju fler pumpsteg användas ju mindre volymflödet är – figur 3.61.

Figur 3.61 Prestandafält vid 2.900 r/min för mindre flerstegspumpar. Siffror 1 till 13 avser antalet pumpsteg.

Större flerstegspumpar

Användningsområdet för större flerstegspumpar är mycket brett och där märks bl a gruvlänsning, ångpannematning samt processer av olika slag, framför allt inom raffinaderier och petrokemisk industri. Den konstruktiva uppbyggnaden påverkas av specifika funktioner och detaljer som – se vidare figur 3.62 och 3.63.

  • Balansering av axialkrafter
  • Typ av lagring- kriterier för detta samt metoder för smörjning
  • Spel mellan stationära och roterande element
  • Olika pumphusarrangemang. Horisontellt delat pumphus och cylindriskt pumphus av “barrel”-konstruktion.

Vid måttliga tryckstegringar eller små flöden är axialkrafterna möjliga att direkt ta upp i axiallager. I allmänhet måste dock axialkraften utbalanseras. De mest förekommande typerna av utbalansering av axiella krafter är motvända löphjul och balanseringsskiva eller balanseringskolv.

Den klassiska högtryckspumpen var utförd med många steg. Världsrekordet lär vara 42 st. Genom problem med kritiska varvtal och spel har man övergett hydraulisk konstruktion för högsta verkningsgrad – dvs många steg – för mer driftsäkra utföranden. I dag begränsar man stegantalet till högst 6 à 8 st. Användning av högre varvtal än elmotorers är många gånger nödvändig. Möjligheterna är då ångturbindrift eller uppväxlade elmotorer. Varvtalen är i allmänhet 5000-8000 r/min. Utvecklingen går mot 1-stegspumpar med en konstruktion för extremt hög driftsäkerhet och med en specificerad utbytestid för hela rotorsystemet mindre än 8h

Figur 3.62 Matarvattenpump med axialkraftbalansering med balanseringskolv.

För processindustri föredras numera enstegs högvarviga pumpar enl. figur 3.64 med varvtal ända upp till 40 000 r/min trots något lägre verkningsgrader. Orsaken är den ur mekanisk synpunkt mer robusta uppbyggnaden och lägre känslighet för driftstörningar. En högvarvig enstegspump kan få gå torrt över längre tidsperioder, medan detta skulle innebära totalhaveri för en flerstegspump. Sådana enstegspumpar finns med uppfordringshöjder upp till c:a 1500 m och effekter på c:a 500 kW.

Figur 3.63 Flerstegspump för processindustri med axialkraftbalansering med motvända pumphjul. Pumphus axialdelat.

Figur 3.64 Högvarvig enstegspump för processindustri. Pumphjulet 1 är försett med NPSH-minskande inducer 2 och är drivet med en tvåstegs kuggväxel. Motorn kopplas till axeltapp 3.