Odstředivé čerpadlo – zařízení a princip činnosti, výpočet tlaku a průtoku, vícesekční čerpadla

V mnoha průmyslových odvětvích, stejně jako v zemědělství a soukromých domácnostech, se velmi často používá takový druh pomocného zařízení, jako jsou čerpadla.

Čerpací jednotky jsou zpravidla určeny k přepravě různých typů kapalin. Proto není divu, že čerpací zařízení má mnoho druhů, mezi nimiž odstředivá čerpadla zaujímají zvláštní místo.

Odstředivé jednotky si získaly široké uplatnění v různých oblastech lidské činnosti díky svým účinným vlastnostem, které zahrnují následující body:

• dlouhá doba nepřetržitého provozu;
• vysoká účinnost;
• ekonomická spotřeba energie vynaložené na čerpání kapaliny;
• Jednotka má poměrně kompaktní rozměry.

Aby bylo možné efektivně a správně používat odstředivá čerpadla, je v první řadě nutné vědět, jak je jednotka konstruována a z jakých součástí se skládá. Hlavním konstrukčním prvkem čerpacího zařízení tohoto typu je oběžné kolo.

Proto vám v tomto článku podrobně řekneme, co je oběžné kolo, jaká je jeho struktura, a také popíšeme stávající typy tohoto konstrukčního prvku.

Účel a zařízení

Oběžné kolo je nejdůležitější součástí konstrukce odstředivého čerpadla.

Jeho hlavním účelem je přenos energie z rotujícího hřídele do kapaliny.

Jinými slovy, oběžné kolo je generátor odstředivé síly, pomocí které se vytváří tlak, který pohybuje proudem kapaliny.

Oběžné kolo se zpravidla skládá z následujících hlavních prvků:

• přední nebo přední kotouč;
• zadní nebo hnaný kotouč;
• oběžné kolo sestávající z lopatek, které jsou umístěny mezi disky.

Poznámka specialisty: Lopatky oběžného kola čerpadla jsou obvykle zakřivené ve směru opačném ke směru pohybu oběžného kola.

Jak to funguje

Princip činnosti oběžného kola se skládá z následujících důležitých bodů:

• na začátku pracovního cyklu se mezi lopatkami hromadí kapalina;
• jakmile se oběžné kolo začne otáčet, začne se otáčet i kapalina;
• Při otáčení vzniká odstředivá síla, která přispívá ke vzniku tlaku;
• pod tlakem se kapalina pohybuje od středu oběžného kola a začíná tlačit na stěny čerpadla;
• kapalina pod tlakem vychází výtlačným potrubím;
• V tomto okamžiku je ve středu oběžného kola vytvořen minimální tlak, který usnadňuje průtok nové části kapaliny k oběžnému kolu.

Stojí za zmínku, že celý popsaný proces probíhá cyklicky, což zase přispívá ke stabilnímu a nepřerušovanému provozu celého odstředivého čerpadla jako celku.

Mohl by vás zajímat článek o vícestupňových odstředivých čerpadlech.

Přečtěte si zajímavý článek o konzolových odstředivých čerpadlech zde.

druhy

Dnes existují následující možnosti konstrukce oběžných kol:

1. Charakteristickým rysem otevřeného oběžného kola je to, že má relativně nízký koeficient účinnosti, který je v průměru asi 40%. A to není vůbec nevýhoda, ale spíše výhoda, která spočívá v tom, že tento typ kola má vysokou odolnost proti opotřebení a lze jej také účinně vyčistit od různých typů ucpání. Otevřené kolo se skládá z následujících prvků:
   • jeden disk;
   • oběžné kolo s lopatkami, které je umístěno přímo na povrchu disku.

Oběžná kola tohoto typu se zpravidla používají pro čerpání znečištěných nebo hustých kapalin.

• disk, který je umístěn naproti sacímu vstupu;
• Lopatka oběžného kola na disku je umístěna tak, že přímo přiléhá k tělu odstředivého čerpadla, přičemž má malou mezeru.

Oběžná kola tohoto typu se používají v odstředivých čerpadlech určených k čerpání kontaminovaných a nízkokyselých kapalin.

• lisování;
• odlévání;
• nýtování;
• bodové svařování.

Také by vás mohl zajímat článek o pravidlech pro výpočet odstředivého čerpadla.

Přečtěte si informativní článek o odstředivých vodních čerpadlech zde.

Proto jsme podrobně probrali typy oběžných kol, jejich konstrukci a použití. Doufáme, že informace v tomto článku pro vás budou dostatečně užitečné.

Podívejte se na zajímavé video demonstrující činnost nového oběžného kola odstředivého čerpadla Grundfos:

Odstředivé čerpadlo je čerpadlo, ve kterém se energie přenáší z oběžného kola kapaliny prostřednictvím dynamické interakce lopatek s kapalinou proudící kolem nich v důsledku této interakce se kapalina pohybuje od středu k okraji;

Odstředivé čerpadlo je hydraulický stroj dynamického typu, pohyb tekutiny v něm se provádí v důsledku setrvačných sil.

Princip činnosti odstředivého čerpadla

Schéma odstředivého čerpadla je na obrázku.

1. Přívodní potrubí
2. Spirálový ohyb
3. Pracovní kolo
4. Těsnění pracovní komory
5. Hřídel
6. Ložisko
7. Kliková skříň s mazací kapalinou
8. Manžeta
9. Difuzor
10. Kryt

Když se oběžné kolo otáčí, lopatky působí na kapalinu a předávají jí energii v důsledku odstředivé síly, kapalina se pohybuje od středu k obvodu kola. Ve střední části kola se vytváří podtlak a ze sacího potrubí se tam dostává kapalina.

Kapalina z obvodu oběžného kola vstupuje do spirálového výstupu a poté do difuzoru, kde se část rychlostního tlaku přemění na tlak statický.

Oběžné kolo odstředivého čerpadla

Hlavní prvky oběžného kola jsou:

1. okraj
2. kryt
3. rozbočovač
4. lopatky
5. hlavní disk

Oběžné kolo má 5 – 8 lopatek, jejichž tloušťka je určena konstrukčně. Lopatky jsou obvykle zakřivené ve směru opačném ke směru otáčení kola.

Typy oběžných kol

Existují tři typy oběžných kol:

• otevřít
• napůl zavřený
• Zavřeno

Nejběžnější jsou kola uzavřený typ. Kola tohoto typu se skládají z hnacího disku, ráfku, nožů a mají nejvyšší účinnost.

Na kolečkách napůl zavřený Neexistuje žádný (polootevřený) typ ráfku. Tím se zabrání zanášení kol a zvýší se spolehlivost čerpadla. Absence ráfku však negativně ovlivňuje účinnost pumpy a snižuje pevnost kola.

Na kolečkách otevřený typ není zde žádný disk ani ráfek a hnací hřídel je připojena přímo k noži. Velké mezery mezi lopatkami umožňují čerpání kapalin s velkými vměstky. Účinnost čerpadel s otevřeným oběžným kolem nepřesahuje 40% z tohoto důvodu se taková oběžná kola prakticky nikdy nenacházejí v moderních čerpadlech.

Výpočet průtoku a tlaku odstředivého čerpadla

Dopravní výška čerpadla je definována jako rozdíl mezi celkovou dopravní výškou na sání čerpadla a celkovou dopravní výškou na výtlačném potrubí, podle Bernoulliho rovnice lze dopravní výšku čerpadla určit pomocí vztahu.

• kde z je geometrická výška (vstup – sání, n – výtlak)
• p – tlak
• v – rychlost
• ρ — hustota kapaliny
• g – gravitační zrychlení

Průtok odstředivého čerpadla je průtok kapaliny výtlačným potrubím.

Závislost tlaku čerpadla na průtoku se nazývá hlavní charakteristika čerpadla.

Vícestupňová odstředivá čerpadla

Pro zvýšení tlaku se používají vícestupňová čerpadla, u kterých kapalina z oběžného kola neproudí do tlakového potrubí, ale do střední části dalšího oběžného kola, které opět předává energii pracovní kapalině, což umožňuje tlak na zvýšení.

Takových kroků může být několik.

Schematický diagram odstředivého čerpadla je na obrázku.

Aplikace odstředivých čerpadel

Odstředivá čerpadla se používají pro čerpání kapalin ve vodovodních systémech, odvodňování v kanalizačních systémech, přepravu oleje, pro cirkulaci chladiva v topných a chladicích systémech, pro čerpání kapalin v potravinářském průmyslu.

Výhody odstředivých čerpadel

• Vysoká produktivita (krmivo)
• Nízká spotřeba kovu
• Možnost čerpání různých kapalin (včetně kontaminovaných)
• Высокая надежность и долговечность
• Snadná obsluha

Nevýhody odstředivých čerpadel

• Žádné samonasávání – čerpadlo a sací potrubí je nutné nejprve naplnit pracovní kapalinou
• Neschopnost realizovat vysoké tlaky
• Poměrně nízká účinnost čerpadla
• Oběžné kolo odstředivého čerpadla je náchylné ke korozi (včetně kavitace)
• Přehřívání při nízkém průtoku