Le pompe per dragaggio sono macchine idrauliche per il trasporto, su tubazioni prementi, di fluidi meccanici con inclusioni solide diluiti con acqua (fluidi idraulici). Le pompe per dragaggio vengono installate su draghe aspiranti (macchine galleggianti per l’escavazione dei fondali e il prelievo di minerali rocciosi che si trovano sotto lo strato d’acqua) o su escavatori a pompa aspirante. La prima pompa per dragaggio fu prodotta in Francia nel 1859. Si trattava, allora, di una pompa a pistone, e solo cinque anni dopo apparse una pompa per dragaggio di tipo centrifugo che ben presto venne a sostituire definitivamente quella a pistone. Nell’Impero Russo le prime macchine aspiraterra furono progettate e prodotte alla fine del 1800. Proprio a quell’epoca il temine (che veniva ampiamente usato allora nella letteratura di idromeccanica) di “aspiraterra” fu sostituito con il termine di “pompa per dragaggio”. Attualmente, le pompe per dragaggio sono, di regola, pompe centrifughe monostadio con un solo punto di aspirazione da un lato solo. Le pompe per dragaggio possono avere un albero collocato orizzontalmente o verticalmente, tuttavia, la seconda esecuzione (albero verticale) si usa raramente, in situazioni particolari.
Inoltre, le pompe per dragaggio possono avere una struttura con un corpo solo o con due corpi. Le pompe per dragaggio con due corpi servono per trasportare liquidi “a rischio” (con materiali abrasivi, grosse schegge) anche nei processi lavorativi più complessi, fatto, questo, che comporta la necessità di proteggere i corpi della pompa con una camicia speciale. L’organo principale di lavoro della pompa per dragaggio è la girante che garantisce la trasmissione dell’energia al flusso del fluido idraulico con perdite minime, mentre l’involucro interno (nel caso di pompe con due corpi) serve per proteggere il corpo principale esterno dalle particelle abrasive del fluido trasferito.
Le pompe di questo tipo trovano impiego nei più vari settori:
Dal punto di vista costruttivo una pompa per dragaggio rappresenta una macchina composta di pompa e comando, e cioè di motore elettrico o diesel. All’atto di progettare una pompa per dragaggio bisogna considerare una serie di particolarità determinate, innanzitutto, dalla presenza nel fluido trasportato di grossa quantità di particelle solide che esercitano un effetto abrasivo sui componenti della pompa. Occorre, quindi, garantire la possibilità di trasporto di inclusioni abrasive di grosse dimensioni, quali ghiaia e pietrisco, che entrano insieme con il terreno, aumentando per tal scopo la sezione d’ingresso. Tuttavia, si deve ricordare che l’aumento della sezione d’ingresso comporta la riduzione della velocità, rende la pompa “lenta” e implica, in tal modo, l’incremento di ingombri e peso. Per far sì che le grosse inclusioni passino liberamente, il numero di palette nella girante deve essere da due a quattro; bisogna, quindi, dimensionare una girante di maggiore larghezza. Il rendimento delle pompe per dragaggio è sostanzialmente inferiore rispetto alle pompe della stessa capacità che si propongono per il trasferimento di acqua pura.
La parte idrica della pompa per dragaggio comprende uno o due corpi (interno ed esterno) in cui viene montata la girante centrifuga (di tipo chiuso). Dato che le inclusioni abrasive possono provocare un’usura precoce del coperchio del corpo, tra la girante e il coperchio viene interposto un disco che protegge dall’usura. Il meccanismo di movimento della pompa per dragaggio comprende l’albero, appoggiato sui cuscinetti a sfera, mentre sull’albero è montato a sbalzo la girante. Il punto di uscita dell’albero dal corpo è protetto da una guarnizione per garantire la tenuta stagna.
Il gruppo principale è la girante che si compone di due dischi (tipo chiuso). Tra i dischi sono collocate le palette. All’atto di rotazione la girante crea nella sua parte centrale la depressione, grazie alla quale si assicura l’aspirazione del fluido trasportato. Attraverso la bocca disposta sull’ingresso il fluido idraulico viene alimentato alla girante, nella zona della quale le forze centrufughe esercitano l’effetto su ogni particella della polpa, e successivamente, il fluido spostato si immette nella tubazione per polpa che si trova in pressione.
A seconda del fluido trasportato e delle condizioni operative delle macchine, le pompe di questo tipo si suddividono in:
Così, il pompaggio di polpa (miscuglio di terreno e acqua) nell’industria mineraria e nell’estrazione di minerali diventa spesso un problema difficile, per la soluzione del quale viene impiegato con successo la pompa per dragaggio. La complessità nel trattare tali fluidi sta nel fatto che le macchine e le attrezzature che entrano in contatto con il fluido trasportato sono soggette a forte usura abrasiva. Per ovviare al problema e evitare l’usura precoce le pompe per dragaggio vengono costruite in leghe dure e resistenti all’usura, mentre i componenti difettosi sono facili da sostituire. Gli organi di lavoro della pompa vengono protetti con dischi rigidi in metallo corazzato. Inoltre, le pompe per dragaggio possono essere equipaggiate di sistemi di lavaggio che prevengono l’intasamento.
Tuttavia, malgrado tutti i provvedimenti, i componenti delle pompe per dragaggio sono soggetti a forte usura idroabrasiva, da cavitazione e di tipo meccanico. L’usura idroabrasiva è il tipo principale di usura dei componenti della pompa per dragaggio che restano in contatto con la polpa, e la sua intensità dipende dalle caratteristiche della polpa, delle particelle dei materiali estratti e dalla resistenza ad usura dei componenti della pompa. L’usura idroabrasiva può essere generale e locale. L’usura generale sta nella riduzione relativamente uniforme dello spessore dei componenti e colpisce, per lo più, le superfici dei dischi in metallo corazzato, il rivestimento laterale e radiale e le bocche. All’usura locale, intensità della quale supera di molto quella generale, sono soggette le zone di formazione dei vortici e quelle della cavitazione. L’usura da cavitazione provoca, di regola, la violazione del regime e dell’efficacia di funzionamento della pompa e l’aumento del vuoto nella linea di aspirazione. I giunti disuguali dei componenti, i noduli della saldatura ad arco elettrico, le superfici con sporgenze che si formano a causa dell’usura dei componenti favoriscono l’effetto di cavitazione che, a sua volta, in seguito all’aumento della vibrazione della pompa suscita l’usura di tutti i componenti, di cui l’albero di comando, i cuscinetti d’appoggio e addirittura il basamento. Per diminuire il fenomeno di cavitazione, nel dispositivo di asporto del terreno si inseriscono degli eiettori. L’usura di tipo meccanico viene provocata da una serie di fenomeni quali l’attrito e gli urti di sassolini duri del fluido idraulico contro i componenti della pompa. Tale situazione è tipica dei lavori eseguiti sui terreni ricchi di ghiaia. L’usura di ogni tipo peggiora le prestazioni della pompa, comprese quelle della mandata, il calo della quale può essere pari al 20%-30%, dopo di che la pompa è soggetta a immediata manutenzione. Ogni componente della pompa avrà il suo tipo prevalente di usura.
I componenti delle pompe per dragaggio vengono prodotti in tipi diversi di acciaio legato con il successivo trattamento termico per garantirne un’elevata resistenza meccanica e resistenza all’usura. L’acciaio, che si usa per la costruzione dei componenti delle pompe per dragaggio, viene legato al cromo, silicio, manganese, nickel, tungsteno e vanadio. Ciò, mentre la ghisa viene usata raramente per la fabbicazione dei componenti che sono in continuo contatto con la sabbia, ghiaia e grosse inclusioni, in quanto non oppone, praticamente, nessuna resistenza alle sollecitazioni d’urto. Perciò la semplice ghisa grigia ha una resistenza all’usura di 10-15 volte inferiore rispetto a leghe speciali di acciaio.
Uno degli indirizzi più promettenti di perfezionamento della struttura delle pompe per dragaggio è la gommatura dei loro componenti. Nello stesso tempo, la gomma non è pratica nel caso di urti da inclusioni grosse, per cui le pompe per dragaggio gommate sono consigliate per il trasporto di polpe contenenti corpi solidi di frazione fine.
In generale, per ridurre l’effetto di usura delle pompe per dragaggio si possono usare le seguenti procedure:
I parametri principali, in base ai quali viene selezionata una pompa, sono le caratteristiche della portata, della prevalenza, della potenza e il suo rendimento. Inoltre, per le pompe per dragaggio è importante anche il regime di mandata, la grandezza ottimale del quale rappresenta un indice rimarchevole che incide sulla durata e sull’efficienza energetica. All’atto di progettazione è necessario, altresì, svolgere un’analisi del fluido idraulico (polpa) trasportato, delle sue proprietà e della composizione delle frazioni delle particelle solide. A sua volta, la durata della parte idraulica della pompa per dragaggio viene condizionata dalla concentrazione dei corpi solidi e dalla dimensione delle particelle. A seconda delle caratteristiche i fluidi idraulici si comportano diversamente e, di conseguenza, può variare il carattere di usura abrasiva dei canali delle pompe per dragaggio. Il dimensionamento completo del processo che consideri tutti i fattori, nella maggioranza dei casi è molto difficile, per cui all’atto di selezionare una pompa per dragaggio si ricorre alle normative che rappresentano un modo universale per scegliere un sistema di pompaggio che opera con i fluidi con grosso numero di inclusioni solide.
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