Základní principy činnosti oběžných kol odstředivých čerpadel – Energoprom

Mnoho diskusí souvisejících s čerpadlem začíná u oběžného kola, ať už je to telefonický rozhovor s aplikačním inženýrem, který pomáhá s výběrem čerpadla, sepsáním specifikace pro aplikaci čerpadla nebo třeba řadou školicích materiálů. Oběžné kolo je kritickou součástí, která přeměňuje energii generovanou motorem na pohyb kapaliny.

Přestože všechna oběžná kola plní stejnou úlohu při pohybu tekutiny, dodávají se v různých tvarech, velikostech a materiálech, aby vyhovovaly požadavkům konkrétní aplikace. Volba mezi mnoha možnostmi se může zdát skličující, ale pochopení základů provozu oběžného kola bude znamenat dlouhou cestu při výběru správného čerpadla.

Geometrie oběžného kola

Je důležité znát strukturu typického oběžného kola odstředivého čerpadla. Střed oběžného kola se nazývá přijímací otvor. Lopatky oběžného kola vybíhají ze středu. Lopatky oběžného kola jsou zakřivené lopatky, které zachycují a pohybují kapalinu, když se oběžné kolo otáčí. Velkým kulatým prvkem umístěným za lopatkami je náboj oběžného kola. Náboj slouží jako podpěra pro lopatky a spojuje je se sestavou oběžného kola. Vnější průměr náboje odpovídá průměru skříně oběžného kola. Polootevřené oběžné kolo má plášť, který zakrývá horní část lopatek. V uzavřeném provedení pouzdro kryje jak horní, tak spodní část lopatek oběžného kola. Případně oběžné kolo nemusí mít plášť a tento typ se nazývá otevřené oběžné kolo.

Oběžná kola se mohou lišit v konstrukci, ale některé základní principy jsou u všech typů stejné. Vnější průměr lopatek určuje tlak vytvářený čerpadlem. Malý vnější průměr vytváří menší tlak než podobné oběžné kolo s větším průměrem. Výška lopatky oběžného kola určuje průtok produkovaný čerpadlem. Kratší lopatka oběžného kola produkuje menší průtok než oběžné kolo s vyššími lopatkami. Tyto geometrické rysy vysvětlují, proč je konstrukce oběžného kola taková, jaká je.

Fyzika oběžného kola

Oběžná kola fungují jako spojovací článek mezi příkonem (motor) a výdejem výkonu (pohyb kapaliny) čerpadel. Proces čerpání začíná, když motor otáčí oběžným kolem prostřednictvím hřídele. Jak se oběžné kolo otáčí, voda je tlačena ze středu ven podél okrajů lopatek, čímž se zvyšuje tlak. Vysokotlaká voda proudí z konců lopatek do spirály čerpadla. Voda se pohybuje ve spirále a vytéká s průtokem a tlakem, které jsou určeny geometrií oběžného kola. Zrychlení proudění podél lopatek oběžného kola vytváří nízký tlak ve spodní části oběžného kola. Atmosférický tlak převyšující nízký tlak na vstupu oběžného kola ovlivňuje povrch čerpané kapaliny a zajišťuje konstantní průtok kapaliny na vstup oběžného kola.

Možnost práce s pevnými částicemi

Mnoho aplikací vyžaduje manipulaci s kapalinami obsahujícími pevné látky. Často to platí pro ponorná čerpadla, kde je čerpadlo umístěno nízko v nádrži určené pro sběr odpadu a odpadu. Kanálové oběžné kolo je známé svými schopnostmi manipulace s pevnými látkami. Kanálová oběžná kola zajišťují účinný průchod pevných látek mezi lopatkami. Tato konstrukce se často používá pro čištění odpadních vod.

Dalším běžným oběžným kolem pro manipulaci s pevnými látkami je vířivé oběžné kolo, které je také známé jako skryté oběžné kolo. Je zapuštěn do spirály, čímž vzniká velký otevřený prostor mezi oběžným kolem a sacím hrdlem. Na rozdíl od jiných oběžných kol, ve kterých lopatky tlačí vodu, toto oběžné kolo vytváří vír v otevřeném prostoru spirály. Vír vytvořený rychlou rotací oběžného kola pohybuje kapalinou a pevnými látkami s minimálním kontaktem s oběžným kolem. Nedostatek kontaktu mezi čerpanou kapalinou a oběžným kolem je cenný při práci s abrazivem nebo velkými pevnými látkami.

Skartovačky

Pro aplikace, kde je problém s ucpáním, existují oběžná kola navržená pro manipulaci s těmito nebezpečnými pevnými látkami. Jednou z takových konstrukcí je čerpadlo s řezným oběžným kolem. Oběžné kolo takového čerpadla má ostrou náběžnou hranu, která je často vyrobena z tvrdého materiálu, jako je karbid wolframu. Tato ostrá hrana je navržena s malou mezerou, aby se spojila se sací deskou s vlastními ostrými zubatými hranami. Když oběžné kolo zachytí pevné látky, jedna část pevných látek vstoupí do pevného zoubkovaného okraje sací desky, což umožňuje rotujícímu oběžnému kolu řezat pevné látky. Řezací čerpadla s oběžným kolem snižují zanášení částicemi a nečistotami, jako jsou hadry, splachovatelné ubrousky a dokonce i oblečení, čímž se zkracují prostoje čerpadla. Tyto pevné látky lze poté odfiltrovat.

Další konstrukcí navrženou pro použití v prostředích náchylných k ucpání je čerpadlo mlýnku. Čerpadlo řezačky je mechanicky podobné čerpadlu řezacího oběžného kola. Pevné látky jsou zachyceny mezi ostrou náběžnou hranou oběžného kola a ostrou, nehybnou hranou sací hubice.

Na rozdíl od řezacího oběžného kola, které využívá na sací desce vroubkovanou hranu, má brusné čerpadlo mechanismus mlecích nožů namontovaný zevně, blíže vstupu oběžného kola. Mezi nožem řezačky a vstupem oběžného kola, lopatkami a sací deskou jsou udržovány těsné tolerance. To zajišťuje řezání přes celou čepel a zabraňuje ucpávání spirály.

Vysokotlaké aplikace

V některých případech jsou vyžadovány vyšší tlaky, například při čerpání do vysokých nadmořských výšek nebo v situacích, kdy konstrukce systému vyžaduje potrubí malého průměru. Pro dosažení takto vysokých tlaků lze konstrukci oběžného kola upravit několika způsoby. Jedním ze způsobů zvýšení tlaku je zvětšení vnějšího průměru oběžného kola.

Dalším způsobem zvýšení tlaku je zakrytí lopatek oběžného kola pláštěm, a to jak nahoře, tak dole. Uzavření prostoru mezi lopatkami oběžného kola snižuje recirkulaci průtoku, což vede k účinnějšímu nárůstu tlaku. Ačkoli jsou uzavřená oběžná kola účinná při zvyšování tlaku, omezují schopnost manipulovat s pevnými látkami.

Vysokotlaká čerpadla jsou často vybavena sítem, aby se zabránilo ucpání uzavřeného oběžného kola. Pokud je však přítomno velké množství pevných látek, může být pro danou aplikaci vhodnější čerpadlo drtiče. Tato čerpadla mají brusný nůž na vnější straně sacího potrubí. Jak se tato ostrá čepel otáčí, drtí pevné částice na malé kousky, které se dostávají do čerpadla přes desku sacího filtru. Rozdrcené pevné látky se pak pohybují čerpadlem, typicky pomocí vysokotlakého oběžného kola. Čerpadla drtiče se často používají pro sběr komunálních odpadních vod v oblastech s nerovným terénem. V těchto oblastech se k dopravě odpadních vod používá vysokotlaké potrubí malého průměru. Čerpadla drtiče poskytují požadovaný vysoký tlak a drtí pevné látky, aby se snížilo ucpávání v potrubí o malém průměru.

Materiály oběžného kola

Výběr správného materiálu je stejně důležitý jako výběr typu oběžného kola. Oběžné kolo může být vyrobeno z různých materiálů, jako jsou různé druhy litiny, nerezové oceli, bronzu a plastu. Litina má dobrou odolnost proti opotřebení za nízkou cenu. Litina však nemusí odolat působení vysoce abrazivních nebo korozivních kapalin. Může být vyžadováno oběžné kolo z nerezové oceli, aby se zabránilo předčasnému selhání v důsledku koroze. Přestože je nerezová ocel dražší než litina, obecně poskytuje lepší ochranu proti agresivním chemikáliím.

Bronz je další korozivzdorný materiál, který se často používá v blízkosti pobřežních oblastí. Bronz chrání před slanou vodou v pobřežních oblastech a při procesech využívajících solanku. Někdy mohou malá čerpadla používat plastové oběžné kolo. Tato litá oběžná kola nabízejí vynikající chemickou odolnost, vysokou odolnost proti oděru a jsou nákladově efektivní ve srovnání s nerezovými a bronzovými protějšky.

Typ oběžného kola je dán čerpanou kapalinou a také provozními podmínkami. Je důležité sdílet tyto informace s vaším dodavatelem čerpadla, abyste mohli správně vybrat oběžné kolo a čerpadlo.

Pat Donahue pracuje ve společnosti Tsurumi America Inc., kde má příležitost rozvíjet svou vášeň pro strojírenství. Práce v průmyslu výroby čerpadel mu umožňuje uplatnit své znalosti v praxi. Donahue vystudoval strojní inženýrství na Purdue University. Ať už se jedná o hydraulické výpočty na součástech nebo analýzu poruch hotových výrobků, vývoj CAD návrhů u svého stolu nebo na místě se zákazníkem, který návrh odhaduje, zůstává nadšený z učení se něčemu novému.

Oběžné kolo odstředivého čerpadla (také známého jako oběžné kolo nebo oběžné kolo) je důležitým prvkem, který určuje mnoho parametrů jeho provozu. Je určen k přeměně mechanické energie otáčení hřídele, na které je umístěn, na kinetickou energii pracovního prostředí. Při rotaci oběžného kola na hřídeli vznikají díky jeho speciální konstrukci odstředivé síly, které tlačí médium od středu k obvodové části čerpacího zařízení k výstupnímu potrubí. Uprostřed kola se objevuje zóna nízkého tlaku, která tak umožňuje samonasávání vpustit nové objemy pracovního média.

Výrobci nabízejí odstředivá hydraulická čerpadla s různými typy oběžných kol, vybraných na základě charakteristik pracovního prostředí a dalších faktorů. Chcete-li vybrat správný typ a velikost oběžného kola pro konkrétní úkoly, musíte jasně porozumět jejich specifikům.

Typy oběžných kol čerpadel

Na základě tvarového faktoru a konstrukčních prvků se rozlišují následující typy oběžných kol čerpadel:

1. Otevřete oběžné kolo. Postrádá ochranný obal a vyznačuje se nižší účinností použití. Ale současně pouze taková oběžná kola jsou schopna pracovat s kapalinami obsahujícími velké a vláknité vměstky. Snadno se udržují a nabízejí maximální životnost bez nutnosti výměny. Taková oběžná kola jsou vybavena zařízeními, která se používají pro čerpání viskózních a kontaminovaných kapalin (například odpadních vod).
2. Polootevřené oběžné kolo. Na zadní stěně takových výrobků je plášť, který výrazně zvyšuje tuhost a pevnost konstrukce, ale zároveň zůstává část, která je v kontaktu s kapalinou, otevřená. Účinnost a technická životnost těchto kol je vyšší než u verzí s otevřeným oběžným kolem. Nejčastěji jsou taková kola vybavena středně velkými čerpacími jednotkami určenými pro čerpání kapalin s malým množstvím krátkých vláknitých vměstků.
3. Uzavřené oběžné koloLopatky takového oběžného kola mají ochranný plášť a velký volný průchod, což zabraňuje jeho ucpávání velkými vměstky. Nízká hodnota NPSH poskytuje těmto variantám oběžného kola efektivnější průtok. Kromě toho se vyznačují vysokou odolností proti opotřebení a oděru. Takové verze oběžného kola se používají u velkých hydraulických čerpadel, která pracují s čistou kapalinou. Toto omezení je dáno složitostí čištění a pracností údržby rotoru odstředivého čerpacího zařízení, když se takové kolo ucpe, pokud k němu dojde.
4. Vortexová oběžná kola (vírová). Na rozdíl od dříve uvedených typů oběžných kol pro odstředivá čerpadla se nejedná o kanálová oběžná kola. Navenek jsou vířivá oběžná kola podobná polootevřeným oběžným kolům, ale fungují jinak a mají více prostoru ve spirále. Specifická konstrukce s minimálním rizikem ucpání z nich dělá ideální možnost pro vybavení čerpadla, které musí čerpat silně znečištěné kapaliny s významným objemem abrazivních vměstků. Je však nutné pochopit, že účinnost používání takových produktů je nízká, takže se používají jako zařízení, které je nuceně vybráno kvůli specifikům úkolu. Taková oběžná kola se dodávají do ponorných odstředivých čerpadel, která pracují v kanálech, jímkách, tunelech a kanalizačních systémech.

Kromě uvedených rozdílů existují různé typy kol čerpadel založené na dalších konstrukčních prvcích – materiálech výroby, počtu kanálů, počtu lopatek atd. Zvažme některé specifické verze těchto produktů používaných v ponorných čerpadlech, které pracují v nejtěžších podmínkách:

• Vícelopatková oběžná kola otevřeného typu používá se pro kapaliny, které jsou čisté nebo obsahují malé procento abrazivních nebo krátkých vláken. Vyznačuje se působivou účinností a snadností provedení;
• Vícelopatková oběžná kola otevřeného typu s chopperem. Varianta předchozího zařízení, vybavená bruskou pro mletí měkkých vměstků. Ale v přítomnosti pevných částic se mlýnek rychle otupí;
• Jednokanálová otevřená oběžná kola používá se při čerpání silně znečištěných médií. Taková oběžná kola jsou odolná proti ucpání, což prokazuje záviděníhodnou účinnost a produktivitu;
• Jednokanálová uzavřená oběžná kola. Ty se používají pro silně znečištěné vody s biologickými inkluzemi, ale bez abraziva;
• Dvoukanálový uzavřený typ Vyžaduje se pro kapaliny s malými abrazivními vměstky. Vyznačují se poměrně vysokým tlakem a ukazateli účinnosti.

Podrobné srovnání těchto typů oběžných kol je uvedeno v tabulce:

Průměr oběžného kola a účinnost čerpadla

Samotné zohlednění typu oběžného kola pro optimální výběr odstředivého hydraulického čerpadla nestačí. Je také nutné vzít v úvahu průměr oběžného kola, který do značné míry určuje provozní výkon zařízení. K tomu je vhodné prostudovat grafy znázorňující vztah mezi velikostí oběžného kola a jeho výkonem, které jsou připojeny ke každému průmyslovému čerpadlu.

Čím širší je oběžné kolo, tím vyšší je rychlost proudění pracovní tekutiny na výstupu z jejích kanálů. To znamená, že s rostoucím průměrem oběžného kola se zvyšuje průtoková rychlost a tlakové charakteristiky. Nalezením požadovaného pracovního bodu výkonu v grafu tak můžete vybrat optimální velikost oběžného kola.

Pro získání požadovaného pracovního bodu čerpací jednotky a dosažení požadovaného výkonu je stavba oběžného kola levnější než použití frekvenčního měniče. Je však třeba si uvědomit, že jak se zvětšuje mezera mezi oběžným kolem čerpadla a pláštěm, v důsledku recirkulace se účinnost hydraulického čerpadla výrazně snižuje.

Kde koupit odstředivé hydraulické čerpadlo

Ať už jsou potřeby vaší firmy jakékoli, existuje řešení průmyslové odstředivé zařízení s různými typy oběžných kol naleznete v katalogu naší společnosti. Působivý výběr hydraulických čerpadel pro různé výrobní úkoly a příznivé ceny jsou hlavními důvody pro výběr naší společnosti jako dodavatele tohoto technologického produktu. Náš katalog zahrnuje odstředivé jednotky následujících značek:

Na stránkách konkrétního modelu navrhovaného čerpacího zařízení se můžete dozvědět podrobnější technické informace a seznámit se s tlakovými charakteristikami stažením přiložených souborů (u většiny modelů). Manažeři společnosti zodpoví veškeré dotazy, které mohou mít zájemci o návštěvu webu.