Erpadla | Platforma pro obsah

Čerpadla jsou hydraulické stroje určené k pohybu kapalin pod tlakem. Čerpadlo vykonává svou práci s využitím energie získané z motoru. Část této energie se ztrácí na překonání hydraulického odporu, druhá část se vynakládá na vytváření přetlaku, díky čemuž je zajištěn pohyb kapaliny z čerpadla do místa její spotřeby.

Podle principu činnosti existují tři hlavní třídy čerpadel:

– lopatková (průtoková čerpadla);

— objemové (objemová čerpadla).

Třída lopatkových čerpadel zahrnuje čerpadla, u kterých se energie motoru přenáší na kapalinu během proudění kolem lopatek oběžného kola a jejich silového působení na proudění.

Vírová čerpadla jsou čerpadla, u kterých se energie motoru přeměňuje na energii kapaliny v procesu intenzivního vytváření a ničení vírů, kdy rychle se pohybující částice kapaliny v buňkách kola zvětšují množství pomalu se pohybujících částic kapaliny v bočních kanálech nebo kanálech pokrývajících horní část kola (vírový efekt). Při pohybu kapaliny v kole vírového čerpadla mezi sací a výtlačnou částí lze pozorovat také odstředivý efekt.

Mezi objemová čerpadla patří čerpadla, u kterých ke zvýšení energie kapaliny dochází při procesu přemísťování kapaliny z uzavřeného pracovního prostoru čerpadla do tlakového potrubí pístem, plunžrem nebo membránou, která má vratný pohyb, nebo při přemísťování kapaliny ozubenými koly, šrouby, vačkami, posuvnými kluznými deskami během rotačního pohybu (rotační čerpadla).

Hlavními parametry čerpadel, které určují rozsah změn provozních režimů čerpací stanice, složení jejího zařízení a konstrukční prvky, jsou tlak, průtok, výkon a účinnost.

Tlak představuje přírůstek měrné energie kapaliny v úseku od vstupu do čerpadla k výstupu. Doprava čerpadla, vyjádřená v metrech, určuje výšku zdvihu neboli vzdálenost pohybu kapaliny.

Feed je charakterizován objemem kapaliny dodávané čerpadlem do tlakového potrubí za jednotku času, m3/h.

Moc , vynaložený čerpadlem, je nezbytný k vytvoření požadovaného tlaku a překonání všech typů ztrát, které jsou nevyhnutelné při přeměně mechanické energie dodávané do čerpadla na energii pohybu kapaliny potrubím. Výkon čerpadla měřený v kW určuje výkon hnacího motoru a celkový (instalovaný) výkon čerpací stanice.

Koeficient výkonu zohledňuje všechny typy ztrát spojených s přeměnou mechanické energie motoru čerpadlem na energii pohybující se kapaliny. Účinnost určuje ekonomickou proveditelnost provozu čerpadla při změně jeho dalších provozních parametrů (tlak, průtok, výkon).

Odstředivá čerpadla se vyznačují:

Podle počtu kol:

a) jednokolové nebo jednostupňové, zvýšení tlaku se dosahuje zvýšením rychlosti otáčení kola, ale je omezeno pevností kola; jedno kolo vytváří tlak blízký 0,4–5,5 M N/m2.

b) vícekolové nebo vícestupňové, pro vysoké tlaky, sestávají z několika kol 2, 3, 4, 5, otáčejících se s hřídelí 7 ve společné skříni (obr. 34, str. 46); kapalina je přiváděna sacím potrubím 1 do středu kola 2 a z obvodu tohoto kola je přiváděna do středu dalšího kola 3 a tak dále do výtlačného potrubí 6. Výkon vícekolových čerpadel je teoreticky stejný jako u jednostupňového čerpadla s kolem stejných rozměrů při stejné frekvenci otáčení; teoretický tlak vícestupňového čerpadla je přibližně roven součtu tlaků vyvíjených každým kolem zvlášť. Počet kol je až 10-12.

Vícestupňová čerpadla mají relativně vysokou účinnost, protože snižují tok kapaliny z obvodu kola do vstupu přes mezery mezi koly a pevnými částmi.

Vytvořeným tlakem:

a) nízký tlak – do 2–105 N/m2;

b) střední tlak – do 6-105 N/m2;

c) vysoký tlak – nad 6-105 N/m2.

Způsobem dodávání kapaliny do kola:

a) s jednosměrným přívodem (sáním) kapaliny ke kolu;

b) s oboustranným přívodem; kapalina vstupuje do kola z obou stran.

Podle umístění hřídele čerpadla:

b) vertikální, nejčastěji používané k čerpání vody z hlubokých studní a vrtů.

Metodou spojky těla:

a) s horizontálním konektorem – tělo je rozděleno horizontální rovinou na dvě části – spodní a horní (kryt);

b) s vertikálním konektorem; tato čerpadla se nazývají sekční, protože těleso se skládá z několika sekcí (podle počtu kol), které jsou k sobě stahovány spojovacími (kotevními) šrouby.

Způsobem odvádění kapaliny z oběžného kola do komory:

a) spirála, u které kapalina přes oběžná kola vstupuje přímo do spirálového pouzdra a poté do výtlačného potrubí;

b) turbína, u které kapalina z oběžného kola vstupuje do spirálového pouzdra přes vodicí lopatku, což je stacionární prstenec s lopatkami.

Způsobem připojení k motoru:

a) připojené přímo k elektromotoru;

b) turbočerpadla, kde je čerpadlo poháněno parní turbínou;

c) monobloková čerpadla, u kterých je oběžné kolo namontováno přímo na hřídeli elektromotoru.

c) speciální – bagry na kalu, pro čerpání ropy, kyselin, důlní vody, horké vody, šťáv, mléka, pro mytí půdy atd.

Odstředivá čerpadla jsou nejběžnější díky své jednoduché konstrukci a snadnému použití. Hlavními částmi odstředivého čerpadla jsou oběžné kolo 12 se zakřivenými lopatkami namontovanými na hřídeli a pevná spirálovitá skříň, která izoluje kolo od vnějšího prostředí. Skříň čerpadla má odbočky 13 a 6 pro připojení k sacímu potrubí 4 a výtlačnému potrubí 8. Mezi sací větví skříně a kolem je instalováno labyrintové těsnění, které zabraňuje cirkulaci kapaliny uvnitř čerpadla.

Odstředivé čerpadlo nelze uvést do provozu bez předběžného naplnění, protože odstředivá síla vznikající při otáčení oběžného kola v důsledku nízké hustoty vzduchu (ve srovnání s hustotou kapaliny) není dostatečná k vytvoření požadovaného podtlaku. Proto musí být před spuštěním sací potrubí a těleso čerpadla předem naplněny kapalinou. Sací ventil 2 slouží k zabránění průniku této kapaliny do nádrže 3 a sací síto 1 chrání čerpadlo před kontaminací.

Při otáčení oběžného kola je kapalina nalitá do čerpadla před jeho spuštěním unášena lopatkami, působením odstředivé síly se pohybuje od středu kola k obvodu podél lopatek a je přiváděna spirálovou komorou do výtlačného potrubí. Proto se na vstupu do kola, kde sací potrubí přiléhá k tělesu, vytváří podtlak, jehož působením je voda ze zásobníku nasávána do čerpadla. Tím je zajištěn nepřetržitý pohyb kapaliny ze zásobníku 3 přes sací potrubí 4, čerpadlo 11, šoupátko 9, zpětnou klapku 7 do výtlačného potrubí 8. Na čerpadle je instalován vakuometr 5 a tlakoměr 10.

Skříň čerpadla Všechny pevné části jeho průtokové části se skládají z: sacího (příjemového) a výtlačného potrubí, kanálů pro přívod a odvod oběžných kol, přepouštěcích (zpětných) kanálů u vícestupňových čerpadel atd. Celá vnitřní dutina skříně čerpadla je během provozu naplněna čerpanou kapalinou a je pod tlakem. Pro zajištění nejlepší sací kapacity čerpadla by vstupní rychlost kapaliny neměla překročit 1-2 m/s.

U jednostupňového čerpadla je skříň vyrobena ve tvaru spirály; u moderních čerpadel je rozdělena podél vodorovné roviny. Tato konstrukce umožňuje velmi snadnou a rychlou demontáž čerpadla; k tomu stačí odstranit horní polovinu skříně a poté, po uvolnění hřídele z ložisek, ji zvednout spolu s koly.

U vícestupňových turbínových čerpadel s rozváděcí lopatkou se skříň skládá z několika sekcí v závislosti na počtu kol. Sekce skříně spolu s kolem a rozváděcí lopatkou tvoří jeden stupeň čerpadla. Poslední sekce má tvar spirály. Sekce jsou ve svislé rovině odnímatelné a jsou stahovány kotevními šrouby. V horní části skříně má každý stupeň (sekce) čerpadla otvor pro plnění čerpadla a kohout pro vypouštění vzduchu; ve spodní části otvory pro vypouštění vody při demontáži nebo zimním zastavení čerpadla. U spirálových čerpadel je skříň společná pro všechna kola a má v vodorovné rovině dělení.

Spirálová komora tělesa odstředivého čerpadla slouží k plynulému odvádění kapaliny z oběžného kola do výtlačného potrubí a k plynulému snižování rychlosti pohybu kapaliny (kinetické energie) za účelem zvýšení tlaku, tj. zvýšení potenciální energie.

Vzhledem k opotřebení potrubí a zabránění hydraulickým rázům je rychlost kapaliny v potrubí omezena. Protože rychlost kapaliny na výstupu ze spirálové komory je větší než rychlost ve výtlačném potrubí, je výtlačné potrubí provedeno divergujícím způsobem. V tomto případě se pro dosažení vyšší účinnosti úhel kužele výtlačného potrubí volí v rozmezí (8-10)°. V takovém potrubí se v důsledku zvětšení živého průřezu rychlost snižuje, tlak se zvyšuje (na základě Bernoulliho rovnice) a dochází k další přeměně kinetické energie pohybu na potenciální energii tlaku.

Skříň odstředivých čerpadel je odlita z litiny a pro vysoké tlaky z oceli. U čerpadel čerpajících kapaliny obsahující až 65 % suspendovaných pevných částic (např. kaly) se používá bílá litina a také lisované ocelové lopatky. Pro ochranu před opotřebením jsou skříně těchto čerpadel uvnitř vybaveny tzv. pancéřovými disky. V současné době je zvládnuta výroba čerpadel z plastů (např. vinylplastu) pro čerpání kyselin a jiných korozivních kapalin.

Pracovní kolo (Obr. 27 s. 40) se skládá ze dvou disků: prvního 1 s pouzdrem namontovaným na hřídeli, k druhému 2 ve tvaru širokého prstence. Mezi disky jsou lopatky 3, ohnuté dozadu vzhledem ke směru otáčení kola. Lopatky tvoří křivočaré kanály. Tloušťka lopatky u kola odlitého z bronzu a oceli je 3-5 mm, z litiny 6-10 mm. Počet lopatek je 2-12 v závislosti na účelu a provedení kola. Například čerpadla, která čerpají kapaliny s nerozpuštěnými látkami (kalová čerpadla), mají 2-4 lopatky, aby pevné nečistoty snáze procházely čerpadlem.

Obr. 2. Oběžná kola odstředivých čerpadel

Kolo znázorněné na obr. 2a se nazývá uzavřené. Pokud kolo nemá přední kotouč 2, nazývá se otevřené. Při velkém rozdílu mezi vnitřním a vnějším průměrem kola se v důsledku velkého počtu lopatek nedostanou do středu kola všechny lopatky, ale každá druhá, aby se nezmenšil živý průřez na vstupu do kola (obr. 2b).

Obr. 3. Oběžné kolo

s dvojitým sáním

Dvojité sací kolo je jako dvě jednoduchá sací kola naskládaná na sebe se zadními kotouči.

Materiál kol se volí v závislosti na druhu čerpané kapaliny a rychlosti čerpadla. Kola používaná při obvodové rychlosti do 80 m/s se odlévají převážně z bronzu, protože snáší vysoké otáčky, snadno se zpracovává a dobře odolává korozi, která se nejčastěji objevuje při vysokých rychlostech otáčení. Bronz lze nahradit ocelí. U nízkotlakých čerpadel (obvodová rychlost nepřesahuje 35-40 m/s) se kola vyrábějí z litiny. U velkých čerpadel čerpajících čisté nekorozivní kapaliny se kola odlévají z běžné uhlíkové oceli. Ocelová kola umožňují obvodovou rychlost až 300 m/s. Při čerpání kapalin v chemickém průmyslu se používají kola vyrobená z keramiky a křemičitých kyselinovzdorných litin. Tyto materiály jsou však velmi křehké a v důsledku působení odstředivých sil vydrží jen omezený počet otáček. V důsledku toho je tlak takových čerpadel nízký.

Hřídel čerpadla je vyroben z uhlíkové oceli. Pro práci s korozivními kapalinami se používají hřídele z nerezové oceli. Hřídele z bronzu nebo oceli s bronzovým ochranným pouzdrem se vyrábějí pouze pro práci s chemicky aktivními kapalinami. Kola jsou na hřídeli upevněna pomocí pera a montážních matic. Na hřídeli je namontována spojka pro připojení k motoru.

Olejová těsnění se používají k utěsnění v místě, kde hřídel vystupuje z tělesa. V závislosti na místě instalace se rozlišuje mezi tlakovým a sacím těsněním. První se instaluje na výtlačné straně, aby se zabránilo úniku kapaliny z čerpadla, a druhé na sací straně, aby se zabránilo vniknutí vzduchu do čerpadla.

Za tímto účelem se do ucpávkového kroužku přivádí tlaková voda, která se v ucpávce rozprostírá a vytváří dobré vodní těsnění. Jako těsnění se používá azbestová šňůra čtvercového průřezu, která je nařezána na samostatné kusy šikmými řezy a vkládána do ucpávkové krabice v samostatných kroužcích; používá se také bavlněná šňůra impregnovaná sádlem nebo parafínem. Nedoporučuje se používat kulatou šňůru ani šňůru impregnovanou grafitem, protože to zahřívá ucpávky a opotřebovává hřídel.

Ložiska V odstředivých čerpadlech existují ložiska mazaná kroužky, axiální kuličkami a hřebenová ložiska. Axiální a hřebenová ložiska zachycují axiální tlak, pokud nejsou k dispozici jiné prostředky pro odlehčení. V některých provedeních jsou ložiska vybavena zařízeními pro nucenou cirkulaci oleje a vodní chlazení. Pánve ložisek jsou vyplněny babitem.

Obr. 4. Odstředivé čerpadlo s

obousměrný vstup kapaliny

Těleso čerpadla je z litiny s horizontálním dělením. To umožňuje pohodlné a snadné otevírání tělesa pro kontrolu, opravu a výměnu kola bez nutnosti demontáže potrubí připojeného ke spodní části čerpadla. Čerpadlo je připojeno přímo k elektromotoru pomocí elastické spojky. Směr otáčení hřídele je proti směru hodinových ručiček při pohledu ze strany spojky. Voda je ke kolu přiváděna z obou stran, čímž se vyrovnávají axiální síly na kole a výkon čerpadla se zdvojnásobuje. Pokud se čerpadlo používá k čerpání mořské vody, oběžné kolo, těsnicí ochranné kroužky a pouzdra jsou vyrobeny z bronzu, hřídel je vyrobena z nerezové oceli.

Kapacita čerpadel ND je 25-1400 l/s; vyvíjejí tlak (1-10)×105 N/m2. Průměr oběžných kol je 265-900 mm; η = 0,64-0,92. Nejvyšší přípustná výška podtlaku je 5 m; hmotnost je kg. Vstupní a výtlačné potrubí jsou umístěny vodorovně a směřují různými směry. Čerpadla NDn se vyrábějí ve třech velikostech (16NDn, 20NDn, 24NDn; jejich hmotnost je kg); čerpadla NDs – šest velikostí (6NDs; 12NDs; 14NDs; 18NDs; 20NDs; 22NDs; hmotnost – kg); čerpadla NDv – čtyři velikosti (4NDv; 5NDv; 6NDv; 8NDv; hmotnost – 285-950 kg).

Typ odstředivých čerpadel K – odstředivé konzolové, jednostupňové s jednovstupovým oběžným kolem, určené pro čerpání čisté vody s t

Hlavní části čerpadla: těleso, oběžné kolo, podpěrný stojan, víko s odbočným potrubím — jsou vyrobeny z litiny. Vstupní odbočné potrubí je vedeno podél osy hřídele, výtlačné odbočné potrubí je vodorovné, ale lze jej otočit o 90°, 180° a 270°. Čerpadla jsou přímo spojena s elektromotorem pružnou spojkou. Hřídel se při pohledu ze strany spojky otáčí proti směru hodinových ručiček.

Čerpadla tohoto typu jsou navržena pro výkon 3-100 l/s, tlak (1,5-9,8)×105 N/m2; n = ot/min. Průměr oběžných kol je 132-328 mm, celková účinnost je 0,50-0,84.

Sekční čerpadla – vícestupňová odstředivá čerpadla. Jsou sestavena z několika sekcí, z nichž každá tvoří jeden stupeň a skládá se z jednoho kola, rozváděcí lopatky a odpovídající části skříně. Sekce jsou k sobě utaženy šrouby. Charakteristickým rysem a výhodou sekčních čerpadel je možnost měnit tlak změnou počtu sekcí. Pokud je nutné tlak zvýšit, lze dříve odstraněné sekce vrátit na místo.

Obr. 5. Schéma zapojení vícekolového odstředivého čerpadla

se sériovým připojením

Vícestupňová sekční čerpadla mají řadu nevýhod:

a) vzniká velká axiální síla;

b) krátká životnost;

c) sekční čerpadla s rozváděcími lopatkami mají nižší účinnost než spirálová čerpadla;

d) protože hřídel sekčních čerpadel musí být tužší (velký průměr), je průměr vstupu kola větší, proto je délka lopatek kratší a tlak je nižší než u spirálových čerpadel.

Speciální odstředivá čerpadla

Kalová čerpadla Principem činnosti se neliší od běžných odstředivých čerpadel. Uzavřené oběžné kolo má 2–4 lopatky, takže kal snáze prochází mezilopatkovými kanály. Spirálová komora je širší než u jiných typů čerpadel.

Obr. 6. Dvoulopatkové čerpadlo

Pro čištění čerpadla má vstupní potrubí speciální poklop 3. Kolo 4 a těleso čerpadla jsou utěsněny kroužkem 1. Jsou vyrobeny z materiálu odolného proti opotřebení. Pracovní kola kalových čerpadel se opotřebují během 2-0,2 měsíců, po kterých výkon čerpadla prudce klesá. Ocelová kola se obnovují navařováním z tvrdé slitiny, která se následně brousí. Házení kola by nemělo překročit XNUMX mm.

Pískové čerpadlo 6P-7 je jednostupňové, odstředivé, konzolové s jednovstupovým oběžným kolem. Písmena a číslice, které tvoří značku čerpadla, znamenají: 6 je průměr potrubí [m], zvětšený 40krát; P je písek; 7 je 1/10 zaokrouhleného součinitele otáček. Čerpadla 6P-7 se používají k čerpání kapaliny s pískem a 6B-7 k hydraulickému odstraňování popela (bagrovací čerpadla). Kapacita čerpadla je 80-130 l/s při tlaku (4-4,5)×105 N/m2.

Hlavní části čerpadla: těleso 5, víko tělesa 4 a nosný sloup 8 jsou vyrobeny z litiny; oběžné kolo 1 je vyrobeno z chromové oceli, hřídel 9 je vyrobena z uhlíkové oceli. Vstupní hrdlo čerpadla je umístěno vodorovně, výtlačné hrdlo svírá úhel 90° s osou čerpadla a směřuje nahoru. Pro ochranu před rychlým opotřebením suspendovanými částicemi hydraulické směsi jsou těleso, víko a výtlačné hrdlo vybaveny pancéřovými kotouči 2 a 3 z lité oceli. Oběžné kolo je uzavřené, upevněné k hřídeli a zajištěné přítlačným kroužkem 6 a šrouby 7. Těsnění čerpadla se skládá z tělesa 14 odlitého integrálně s tělesem čerpadla, těsnicího víka 12 a měkkým mazaným bavlněným těsněním 13. Koncové (přepážkové) lopatky 15 na zadní straně oběžného kola snižují opotřebení tělesa čerpadla, protože výrazně snižují množství hydraulické hmoty vstupující do dutiny mezi pancéřovými kotouči a kotouči oběžného kola otvory v tělese a víku čerpadla. Za stejným účelem je do dutiny mezi pancéřovými kotouči a kotouči oběžného kola přiváděna voda pod tlakem. Nosný sloupek 8 obsahuje dvě kluzná ložiska 10 s vložkami plněnými babitovou hmotou a mazacími kroužky. Axiální sílu přenáší páté ložisko, které se skládá ze dvou radiálních ložisek 11.

Čerpadlo 6P-7 je vyrobeno s elastickou spojkou pro přímé připojení k elektromotoru. Hřídel se při pohledu ze strany pohonu otáčí proti směru hodinových ručiček. Technické vlastnosti čerpadla 6P-7 jsou uvedeny v tabulce 1.

Frekvence otáčení, ot./min