Princip činnosti odstředivých čerpadel

Odstředivá čerpadla jsou hydraulicky poháněné stroje, které se vyznačují schopností přenášet energii do tekutin (zejména do kapalin) působením odstředivých sil. Jejich hlavním účelem je přenášet tekutiny zvýšením tlaku. Odstředivá čerpadla mohou mít různou konstrukci, ale jejich princip činnosti a dynamické vlastnosti kapaliny jsou vždy stejné.

Schematicky jsou odstředivá čerpadla tvořena oběžným kolem, které se otáčí uvnitř skříně.
Oběžné kolo se skládá z řady lopatek, nejlépe radiální konstrukce, které předávají kinetickou energii čerpané kapalině.
Skříň je vybavena sacími a výtlačnými tryskami pro čerpané médium. Sací tryska má osu, která odpovídá ose otáčení oběžného kola, zatímco výtoková tryska má osu normální k ose oběžného kola, ale stále leží v rovině procházející vlastní osou.

Princip činnosti odstředivých čerpadel

Čerpaná kapalina vstupuje plynule přes sací trysku čerpadla ve středu oběžného kola.

Odtud je urychlována v radiálním směru až k okraji oběžného kola, kde odtéká do skříně.

Proud kapaliny je urychlován tlakem, který lopatky oběžného kola díky svému zakřivení přenášejí na samotný proud. Tímto způsobem získává tekutina energii, především ve formě zvýšení své průměrné rychlosti (kinetické energie).
Uvnitř pláště je kapalina vhodně zpomalována díky postupně se zvětšujícímu průřezu ve směru pohybu.

Takového zvětšení průřezu se obvykle dosáhne tak, že se obvodová část pláště (trubkový provzdušňovač) navrhne ve tvaru spirály s příčným průřezem (obvykle kruhového, lichoběžníkového nebo obdélníkového tvaru), který se pohybuje od nuly až po hodnotu průřezu výtlačné trysky.

Tímto způsobem se kinetická energie kapaliny přeměňuje na tlakovou energii.

Skříň je z části proti sací trysce uzavřena krytem. Ve střední části krytu, kde se nachází průchod hřídele, je komora, ve které je umístěno hřídelové těsnění.

Těsnění mezi vysokotlakou zónou (uvnitř skříně) a nízkotlakou zónou (sací tryska) je dosaženo díky mnohem menší vůli mezi oběžným kolem a skříní.

Oběžné kolo a hřídel jsou uloženy na dvou ložiskách umístěných na vnější straně skříně ve speciální podpěře.

Typy odstředivých čerpadel: S uzavřeným oběžným kolem

Tento typ oběžného kola má obvykle 5 až 7 lopatek, jejichž minimální velikost je 125 mm a maximální 550 mm.

Lopatky mají jednoduchou zpětnou křivku s radiálním pohybem v čerpadlech, obvykle s nízkým číslem (vysoké hlavy a nízké objemové průtoky), zatímco v čerpadlech s vysokým číslem (nízké hlavy a vysoké objemové průtoky) mohou mít dvojitou zpětnou křivku s poloaxiálním pohybem.

Čepele jsou zcela uzavřeny mezi kotoučem náboje a korunovým kotoučem.

Účinnost tohoto typu oběžného kola se pohybuje od 0,6 u nejmenších oběžných kol do 0,83 u největších oběžných kol.

Tento typ oběžného kola je vhodný pro čisté kapaliny nebo kapaliny obsahující lehké nečistoty.

Typy odstředivých čerpadel: S kanálovým oběžným kolem

Tento typ oběžného kola má snížený počet lopatek, který se pohybuje od 3 do 4, jejichž minimální velikost je 270 mm a maximální 450 mm.

Lopatky mají zpravidla dvojitý zpětný oblouk a převážně radiální pohyb a jsou zcela uzavřeny mezi kotoučem náboje a korunovým kotoučem. V porovnání s výše popsanými uzavřenými oběžnými koly je náboj skloněn mnohem více dozadu.

Tato oběžná kola jsou relativně mnohem méně účinná, protože kapalina není vedena tak dobře kvůli omezenému počtu lopatek a náboji, který je nakloněn mnohem více dozadu.

Tato zařízení však umožňují vytvoření vnitřních kanálů s velkým otvorem, jimiž může procházet odpadní voda, která obsahuje suspendované pevné látky, které jsou rovněž značné.

Typy odstředivých čerpadel: S vířivým oběžným kolem

Tento typ oběžného kola je vybaven 9 lopatkami s jednoduchou zpětnou křivkou s radiálním vývojem.

Na tomto oběžném kole není namontován žádný korunový kotouč, zatímco nábojový kotouč, který vidíme v řezu, má "lžícový" pohyb; náboj je vytvořen tak, aby oběžnému kolu uvnitř skříně poskytl polohu, která je nakloněna mnohem více dozadu.

Toto oběžné kolo je relativně méně účinné, protože kapalina není vedena jako u jiných typů oběžných kol.

Typy odstředivých čerpadel: S oběžným kolem se spirálními lopatkami

Jedná se o nové oběžné kolo pro použití s hustými a vysoce viskózními kapalinami nebo s roztoky obsahujícími velké množství suchých zbytků.

Oběžné kolo je vybaveno dvěma nebo čtyřmi lopatkami (v celé řadě velikostí) v závislosti na viskozitě nebo pastovitosti čerpané kapaliny. Dvě z těchto lopatek, uspořádaných symetricky vzhledem k náboji, jsou vybaveny přídavkem, který se spirálovitě táhne od náboje k sací trysce.

Tento typ oběžného kola nemá korunový disk, u kterého je těsnění kapaliny mezi jednotlivými lopatkami zajištěno extrémně zmenšenou vůlí mezi lopatkami a opotřebitelnou deskou pláště.

Toto oběžné kolo je účinnější než kanálová a vírová oběžná kola a má lepší sací vlastnosti.

Konstrukční vlastnosti odstředivých čerpadel

Oběžné kolo

Oběžné kolo odstředivého čerpadla je k dispozici v různých tvarech a velikostech v závislosti na požadovaném výkonu a vlastnostech čerpaných kapalin.

Všechny typy oběžných kol jsou vybaveny speciálními lopatkami na zadní straně disku náboje, které kompenzují axiální tahy a snižují tlak v těsnicí komoře. Výhybka vytvářená tímto lopatkováním kontrastuje s aktivním tlakovým rozdílem mezi spirálou a těsnicí komorou, který tlačí čerpanou kapalinu směrem k samotné komoře.

Oběžné kolo se vyrábí z různých materiálů v závislosti na chemické náročnosti a/nebo abrazivitě čerpané kapaliny.

Všechna oběžná kola jsou před montáží do čerpadel dynamicky vyvážena.

Plášť

Skříň odstředivých čerpadel je vybavena jednou sací tryskou s jednoduchým spirálovým trubkovým provzdušňovačem, který je k dispozici ve dvou verzích: s úzkou spirálou nebo širokou spirálou.

Obaly se obvykle vyrábějí ze stejných materiálů jako oběžná kola, avšak pro specifické požadavky lze použít různé materiály.

Těsnění mezi pláštěm a krytem je dosaženo pomocí zabudovaného plochého těsnění, které lépe odolává namáhání tlakem a teplotou.

Materiály použité pro tato těsnění jsou zcela bez azbestu.

Skříň může být vyrobena ve vyhřívaném provedení (/RR), tedy s komorou pro ohřev páry až do tlaku 7 barů a teploty 180 °C. Čerpadla řady RN/RNS a RKN/RKNS jsou normalizována na základě norem UNI EN 22858 a navíc podle normy ISO 5199.

Obálka

Kryt je vyroben tak, aby bylo možné vyjmout oběžné kolo, aniž by bylo nutné odstranit plášť z potrubí. Materiály použité na kryt jsou stejné jako materiály použité na plášť.

Vnější zónu těsnicí komory lze vyrobit ve dvou provedeních:

a) Chlazená verze /R
Je vyrobena z chladicí komory, ve které cirkuluje voda o tlaku až 4 bary.
Používá se v případech, kdy extrémně vysoká teplota čerpané kapaliny může ohrozit provoz a životnost hřídelového těsnění.

b) Vyhřívaná verze /RR
Vyrábí se pomocí vyhřívací komory, ve které cirkuluje pára o tlaku až 7 barů a teplotě 180 °C.
Používá se v případech, kdy má čerpaná kapalina tendenci tuhnout, pokud si neudrží svou teplotu. Pokud by k tomu došlo, mohlo by to ohrozit funkci hřídelového těsnění.

Hřídel

Průměr hřídele je vypočten tak, aby se minimalizovalo vychýlení v těsnicí zóně, a to i v podmínkách těžkého provozu, a aby se dosáhlo kritické rychlosti vychýlení, která je nejméně dvakrát vyšší než rychlost stanovená pro čerpadlo.

S hřídelovým těsněním koresponduje ochranné pouzdro (objímka), které zabraňuje poškození těsnění (především opotřebení).

Podpora

Hřídel je uložena ve dvou valivých ložiskách s konzolovým oběžným kolem. Ložisko na straně spojky rovněž podporuje zbytkový axiální tlak oběžného kola. Ložiska jsou dimenzována na životnost B10 20 000 hodin v nejnáročnějších provozních podmínkách, které jsou pro čerpadlo plánovány. 

Úkolem hřídelového těsnění u odstředivých čerpadel je zabránit průniku vzduchu na sací straně (u sacích čerpadel) a eliminovat nebo na minimum snížit ztráty tlakové kapaliny na výtlačné straně čerpadla.

Hřídelové těsnění může být jednoho ze tří typů:

  1. pletené
  2. axiální mechanické
  3. hydrodynamické

Princip činnosti odstředivých čerpadel

Odstředivá čerpadla jsou hydraulicky poháněné stroje, které se vyznačují schopností přenášet energii do tekutin (zejména do kapalin) působením odstředivých sil. Jejich hlavním účelem je přenášet tekutiny zvýšením tlaku. Odstředivá čerpadla mohou mít různou konstrukci, ale jejich princip činnosti a dynamické vlastnosti kapaliny jsou vždy stejné.

Schematicky jsou odstředivá čerpadla tvořena oběžným kolem, které se otáčí uvnitř skříně.
Oběžné kolo se skládá z řady lopatek, nejlépe radiální konstrukce, které předávají kinetickou energii čerpané kapalině.
Skříň je vybavena sacími a výtlačnými tryskami pro čerpané médium. Sací tryska má osu, která odpovídá ose otáčení oběžného kola, zatímco výtoková tryska má osu normální k ose oběžného kola, ale stále leží v rovině procházející vlastní osou.

Princip činnosti odstředivých čerpadel

Čerpaná kapalina vstupuje plynule přes sací trysku čerpadla ve středu oběžného kola.

Odtud je urychlována v radiálním směru až k okraji oběžného kola, kde odtéká do skříně.

Proud kapaliny je urychlován tlakem, který lopatky oběžného kola díky svému zakřivení přenášejí na samotný proud. Tímto způsobem získává tekutina energii, především ve formě zvýšení své průměrné rychlosti (kinetické energie).
Uvnitř pláště je kapalina vhodně zpomalována díky postupně se zvětšujícímu průřezu ve směru pohybu.

Takového zvětšení průřezu se obvykle dosáhne tak, že se obvodová část pláště (trubkový provzdušňovač) navrhne ve tvaru spirály s příčným průřezem (obvykle kruhového, lichoběžníkového nebo obdélníkového tvaru), který se pohybuje od nuly až po hodnotu průřezu výtlačné trysky.

Tímto způsobem se kinetická energie kapaliny přeměňuje na tlakovou energii.

Skříň je z části proti sací trysce uzavřena krytem. Ve střední části krytu, kde se nachází průchod hřídele, je komora, ve které je umístěno hřídelové těsnění.

Těsnění mezi vysokotlakou zónou (uvnitř skříně) a nízkotlakou zónou (sací tryska) je dosaženo díky mnohem menší vůli mezi oběžným kolem a skříní.

Oběžné kolo a hřídel jsou uloženy na dvou ložiskách umístěných na vnější straně skříně ve speciální podpěře.

Typy odstředivých čerpadel: S uzavřeným oběžným kolem

Tento typ oběžného kola má obvykle 5 až 7 lopatek, jejichž minimální velikost je 125 mm a maximální 550 mm.

Lopatky mají jednoduchou zpětnou křivku s radiálním pohybem v čerpadlech, obvykle s nízkým číslem (vysoké hlavy a nízké objemové průtoky), zatímco v čerpadlech s vysokým číslem (nízké hlavy a vysoké objemové průtoky) mohou mít dvojitou zpětnou křivku s poloaxiálním pohybem.

Čepele jsou zcela uzavřeny mezi kotoučem náboje a korunovým kotoučem.

Účinnost tohoto typu oběžného kola se pohybuje od 0,6 u nejmenších oběžných kol do 0,83 u největších oběžných kol.

Tento typ oběžného kola je vhodný pro čisté kapaliny nebo kapaliny obsahující lehké nečistoty.

Typy odstředivých čerpadel: S kanálovým oběžným kolem

Tento typ oběžného kola má snížený počet lopatek, který se pohybuje od 3 do 4, jejichž minimální velikost je 270 mm a maximální 450 mm.

Lopatky mají zpravidla dvojitý zpětný oblouk a převážně radiální pohyb a jsou zcela uzavřeny mezi kotoučem náboje a korunovým kotoučem. V porovnání s výše popsanými uzavřenými oběžnými koly je náboj skloněn mnohem více dozadu.

Tato oběžná kola jsou relativně mnohem méně účinná, protože kapalina není vedena tak dobře kvůli omezenému počtu lopatek a náboji, který je nakloněn mnohem více dozadu.

Tato zařízení však umožňují vytvoření vnitřních kanálů s velkým otvorem, jimiž může procházet odpadní voda, která obsahuje suspendované pevné látky, které jsou rovněž značné.

Typy odstředivých čerpadel: S vířivým oběžným kolem

Tento typ oběžného kola je vybaven 9 lopatkami s jednoduchou zpětnou křivkou s radiálním vývojem.

Na tomto oběžném kole není namontován žádný korunový kotouč, zatímco nábojový kotouč, který vidíme v řezu, má "lžícový" pohyb; náboj je vytvořen tak, aby oběžnému kolu uvnitř skříně poskytl polohu, která je nakloněna mnohem více dozadu.

Toto oběžné kolo je relativně méně účinné, protože kapalina není vedena jako u jiných typů oběžných kol.

Typy odstředivých čerpadel: S oběžným kolem se spirálními lopatkami

Jedná se o nové oběžné kolo pro použití s hustými a vysoce viskózními kapalinami nebo s roztoky obsahujícími velké množství suchých zbytků.

Oběžné kolo je vybaveno dvěma nebo čtyřmi lopatkami (v celé řadě velikostí) v závislosti na viskozitě nebo pastovitosti čerpané kapaliny. Dvě z těchto lopatek, uspořádaných symetricky vzhledem k náboji, jsou vybaveny přídavkem, který se spirálovitě táhne od náboje k sací trysce.

Tento typ oběžného kola nemá korunový disk, u kterého je těsnění kapaliny mezi jednotlivými lopatkami zajištěno extrémně zmenšenou vůlí mezi lopatkami a opotřebitelnou deskou pláště.

Toto oběžné kolo je účinnější než kanálová a vírová oběžná kola a má lepší sací vlastnosti.

Konstrukční vlastnosti odstředivých čerpadel

Oběžné kolo

Oběžné kolo odstředivého čerpadla je k dispozici v různých tvarech a velikostech v závislosti na požadovaném výkonu a vlastnostech čerpaných kapalin.

Všechny typy oběžných kol jsou vybaveny speciálními lopatkami na zadní straně disku náboje, které kompenzují axiální tahy a snižují tlak v těsnicí komoře. Výhybka vytvářená tímto lopatkováním kontrastuje s aktivním tlakovým rozdílem mezi spirálou a těsnicí komorou, který tlačí čerpanou kapalinu směrem k samotné komoře.

Oběžné kolo se vyrábí z různých materiálů v závislosti na chemické náročnosti a/nebo abrazivitě čerpané kapaliny.

Všechna oběžná kola jsou před montáží do čerpadel dynamicky vyvážena.

Plášť

Skříň odstředivých čerpadel je vybavena jednou sací tryskou s jednoduchým spirálovým trubkovým provzdušňovačem, který je k dispozici ve dvou verzích: s úzkou spirálou nebo širokou spirálou.

Obaly se obvykle vyrábějí ze stejných materiálů jako oběžná kola, avšak pro specifické požadavky lze použít různé materiály.

Těsnění mezi pláštěm a krytem je dosaženo pomocí zabudovaného plochého těsnění, které lépe odolává namáhání tlakem a teplotou.

Materiály použité pro tato těsnění jsou zcela bez azbestu.

Skříň může být vyrobena ve vyhřívaném provedení (/RR), tedy s komorou pro ohřev páry až do tlaku 7 barů a teploty 180 °C. Čerpadla řady RN/RNS a RKN/RKNS jsou normalizována na základě norem UNI EN 22858 a navíc podle normy ISO 5199.

Obálka

Kryt je vyroben tak, aby bylo možné vyjmout oběžné kolo, aniž by bylo nutné odstranit plášť z potrubí. Materiály použité na kryt jsou stejné jako materiály použité na plášť.

Vnější zónu těsnicí komory lze vyrobit ve dvou provedeních:

a) Chlazená verze /R
Je vyrobena z chladicí komory, ve které cirkuluje voda o tlaku až 4 bary.
Používá se v případech, kdy extrémně vysoká teplota čerpané kapaliny může ohrozit provoz a životnost hřídelového těsnění.

b) Vyhřívaná verze /RR
Vyrábí se pomocí vyhřívací komory, ve které cirkuluje pára o tlaku až 7 barů a teplotě 180 °C.
Používá se v případech, kdy má čerpaná kapalina tendenci tuhnout, pokud si neudrží svou teplotu. Pokud by k tomu došlo, mohlo by to ohrozit funkci hřídelového těsnění.

Hřídel

Průměr hřídele je vypočten tak, aby se minimalizovalo vychýlení v těsnicí zóně, a to i v podmínkách těžkého provozu, a aby se dosáhlo kritické rychlosti vychýlení, která je nejméně dvakrát vyšší než rychlost stanovená pro čerpadlo.

S hřídelovým těsněním koresponduje ochranné pouzdro (objímka), které zabraňuje poškození těsnění (především opotřebení).

Podpora

Hřídel je uložena ve dvou valivých ložiskách s konzolovým oběžným kolem. Ložisko na straně spojky rovněž podporuje zbytkový axiální tlak oběžného kola. Ložiska jsou dimenzována na životnost B10 20 000 hodin v nejnáročnějších provozních podmínkách, které jsou pro čerpadlo plánovány. 

Úkolem hřídelového těsnění u odstředivých čerpadel je zabránit průniku vzduchu na sací straně (u sacích čerpadel) a eliminovat nebo na minimum snížit ztráty tlakové kapaliny na výtlačné straně čerpadla.

Hřídelové těsnění může být jednoho ze tří typů:

  1. pletené
  2. axiální mechanické
  3. hydrodynamické