Tlak a výkon čerpadla jsou základní technické vlastnosti, na základě kterých se provádí správný výběr jednotek pro konkrétní provozní podmínky. Tyto parametry jsou uvedeny na typovém štítku čerpadla a také v technickém listu nebo návodu k obsluze.
Jaký je výkon čerpadla
Výkon hydraulického stroje se vztahuje ke skutečnému objemu jakékoli kapaliny, kterou je schopen přečerpat za určitou časovou jednotku. Nejběžnější jednotkou měření tohoto parametru je metr krychlový za hodinu (m³/h). U některých řad čerpadel však může být jednotkou měření litr za sekundu (l/s). Je třeba mít na paměti, že teoretický průtok jednotky vždy překračuje jmenovitý výkon čerpadla. Vzorec pro výpočet ideálního výkonu nebere v úvahu netěsnosti a ztráty v potrubí. I když u moderních čerpadel se jmenovité a ideální průtoky prakticky neliší.
Produktivita (objemový průtok, průtok) závisí na typu a typu hydraulického stroje, viskozitě čerpané kapaliny a také na rychlosti otáčení nebo frekvenci lineárního pohybu pracovních částí čerpadla. Například výkon olejového čerpadla závisí na rychlosti otáčení ozubených kol, jejich šířce a poloměru kružnice zubových dutin a výstupků.
U odstředivých a vírových čerpadel existuje přímý vztah mezi tlakem a výkonem jednotky. Jak se jeden parametr zvyšuje, druhý neustále klesá. Výpočet skutečného výkonu čerpadla při určité hodnotě tlaku lze provést pomocí grafu tlakových charakteristik čerpadla.
Tyto diagramy vám umožňují vybrat správnou jednotku pro konkrétní podmínky aplikace. Kromě toho je výkon odstředivého čerpadla ovlivněn počtem oběžných kol a také jejich průměrem. U vícestupňových jednotek je objemový průtok mnohem vyšší než u jednostupňových čerpadel se srovnatelným tlakem.
Způsoby, jak upravit výkon
Při provozu čerpacích jednotek je někdy nutné uměle měnit jejich technické parametry. Tato situace může nastat na čerpacích stanicích obecního, městského nebo průmyslového vodovodu, jakož i na rozvodnách vody určených k rekultivaci zemědělské půdy. Kromě toho jsou tato opatření prováděna v tepelných elektrárnách a kotelnách k omezení objemového zásobování cirkulačních a napájecích jednotek. Nastavení výkonu čerpadla lze provést jedním z následujících způsobů:
Škrcení
Tato metoda spočívá v instalaci ventilu na tlakové potrubí, pracujícího v ručním nebo automatickém režimu. Pro snížení spotřeby jednotky stačí ventil mírně uzavřít a tím zvýšit hydraulický odpor sítě. Průtok se tedy sníží, ale tlak vytvořený čerpadlem se zvýší. Tento způsob vede ke zvýšení spotřeby energie a snížení celkové účinnosti systému.
Bypass (obchvat)
Pro tento způsob nastavení kapacity je nutné instalovat mezi tlakové a sací potrubí propojku s ventilem, zajišťující konstantní tlakový rozdíl mezi nimi.
Když tedy pokles dodávky vede ke zvýšení tlaku, ventil se automaticky otevře a část vody z tlakového potrubí se vrátí do sací zóny. Proto je čerpadlo vždy provozováno v zóně optimální účinnosti s konstantní průtokovou a tlakovou charakteristikou.
Tato metoda je nejvhodnější pro topné systémy pracující v automatickém režimu. Kromě toho je možné ruční nastavení, pokud je místo ventilu instalováno šoupátko.
Otáčení oběžného kola
U odstředivých čerpadel je objemový průtok ovlivněn průměrem oběžného kola. S jeho poklesem klesá nejen produktivita, ale i tlak. Počet přípustných otáček a jejich hodnota jsou upraveny příslušnými regulačními dokumenty pro každou skupinu čerpadel.
Změna rychlosti otáčení oběžného kola.
Nejprogresivnější a nejoptimálnější metodou pro nastavení výkonu čerpadla je změna otáček hřídele hnacího motoru. Tato metoda je nejen energeticky účinná, ale také umožňuje provozovat čerpadlo s maximální účinností. Použití programovatelných frekvenčních měničů navíc umožňuje po určitou dobu automaticky udržovat některý z parametrů (tlak nebo produktivitu) ve stanovených mezích nebo je měnit v závislosti na potřebách celého systému.
Výkon čerpadla je významnou technickou charakteristikou odstředivého čerpadla, která určuje vykonanou práci za určité časové období. Čerpadlem rozumíme systém pro dopravu čerpané kapaliny. Kapalina může být čistá nebo smíšená s pevnými částicemi. Každé čerpadlo čerpá frakce určitého průměru. Čerpadlo se liší od zařízení pro zvedání vody svou schopností zvýšit tlak nebo kinetickou energii.
Pro výpočet čistého výkonu je důležité vzít v úvahu dva důležité pojmy. Dopravní tok čerpadla je označen Q. Toto je množství vody, které vstupuje do čerpadla. Všechna měření se provádějí za jednotku času. Hlava čerpadla je mechanická energie produkovaná při průchodu kapaliny čerpadlem. Je určena dvěma hodnotami – energií na vstupu a energií na výstupu z vody. Zjednodušeně řečeno, hlava čerpadla určuje výšku, do které může vodní čerpadlo dopravovat kapalinu.
Dalším důležitým parametrem bude výkon spotřebovaný čerpadlem. Označuje se písmenem N. Jednotkou měření bude kW. Užitečný výkon je Np nebo výsledný výkon, který vzniká, když určité množství vody projde jednotkou času.
Účinnost vodního čerpadla je množství ztracené energie. To je energie, kterou motor spotřebuje na provoz.
V tomto procesu není vytvořená energie pouze ta vynaložená na čerpání vody, ale také několik dalších druhů. Celkové ztráty v čerpadlech jsou určeny vzorcem: 1 – účinnost. Čím nižší je účinnost, tím méně přebytečné energie vzniká. Při zohlednění všech existujících účinností a jejich příčin je tedy možné snížit celkové ztráty v čerpadle.
Výpočet účinnosti v čerpadle a motoru
Během údržby nebude odborník schopen s vysokou přesností určit výkon, zbývající životnost ložisek čerpadla nebo motoru. Je to stav těchto dílů, který může způsobit výměnu nebo servis čerpadla. Na druhou stranu při používání čerpadla můžete nezávisle určit pokles výkonu a související problémy. Objektivně, pokud se jednotka zpomalila při přepravě kapaliny z bodu „A“ do bodu „B“, znamená to nutnost výměny motoru nebo samotného odstředivého čerpadla.
V určitých situacích je potřeba kvantifikovat ztrátu účinnosti. Ve skutečnosti je možné kvantifikovat stávající účinnost čerpadla nebo motoru a porovnat ji s technickými vlastnostmi zařízení.
U vodních čerpadel se rozlišují následující typy účinnosti:
- Hydraulické. Závisí na velikosti rotace lopatek čerpadla při čerpání vody. Určeno průtokem vody uvnitř čerpadla. Pokud hydraulická účinnost překročí normu, čerpadlo bude méně schopné zvedat vodu do výšky. Tlak čerpadla klesá.
- Objemový. Jedná se o potenciální netěsnosti v čerpadle, které snižují množství vody při zavádění kapaliny do systému. Objemová účinnost je určena vydělením skutečného průtoku dodávaného čerpadlem při daném tlaku jeho teoretickým průtokem.
- Mechanické. Zvyšuje se v důsledku silného tření uvnitř zařízení. K tomu může dojít v důsledku opotřebení dílů, malého množství maziva nebo nedostatku kapaliny. V důsledku toho lze výrazně snížit výkon čerpadla. Stanoví se vydělením teoretického točivého momentu potřebného k jeho pohonu skutečným točivým momentem potřebným k jeho provozu. 100% účinnost znamená, že pokud čerpadlo proudí s nulovým tlakem, není k jeho pohonu potřeba žádná síla ani krouticí moment.
Obecně platí, že účinnost závisí na provozuschopnosti čerpadla, kvalitě a stavu těsnění a energii vynaložené na mechanické tření. Bez odkazu na teoretický průtok nemá skutečný průtok naměřený průtokoměrem smysl.
Údaje o výkonu
Ukazatele výkonu čerpadla jsou určeny křivkou. Označuje vztah mezi průtokem čerpadla a tlakem. Tyto dvě dimenze se dotýkají v jednom bodě. Pokud se podíváte na graf výše, můžete definovat koncept pracovního bodu.
Představuje průsečík hydraulických charakteristik sítě a tlaku. Graf také zobrazuje oblasti stabilního provozu zařízení. Segment QH přesahující nad bod dotyku určuje oblast nestabilního provozu jednotky. Během tohoto období je pravděpodobné, že dojde k přerušení práce. Když je nulový přívod vody, zapne se volnoběh.
Jak zvýšit výkon odstředivého čerpadla?
Odstředivé čerpadlo není navrženo tak, aby vytvářelo jeden konkrétní soubor provozních podmínek, jak by si kupující přál. Tento typ čerpadla je navržen tak, aby poskytoval plný výkonový rozsah, jak je znázorněno na grafu.
Abyste plně ocenili chování křivky čerpadla a vztah mezi dopravní výškou a výkonem odstředivého čerpadla, představte si, že čerpadlo vypouští vodu do přímého vertikálního potrubí. Pokud je potrubí umístěno vysoko, kapalina nakonec dosáhne určité úrovně, nad kterou již nebude moci stoupat. Tímto způsobem se určuje maximální tlak, který může odstředivé čerpadlo vyvinout s touto polohou potrubí. Může to fungovat, ale nebude schopen přesunout kapalinu za tuto úroveň. V tomto případě se čerpaná kapalina zastaví ve skříni zařízení, ale neprojde čerpadlem. Proto při maximálním výkonu čerpadla bude nulová dopravní výška.
V tomto případě můžete udělat otvor v potrubí na nižší úrovni. Čerpadlo tak bude neustále vyvíjet stále větší kapacitu. Pokud to přenesete do grafu, můžete určit výkon čerpadla. Křivka se nezastaví při nulovém tlaku. Ale při poruchách čerpadla nad určitým výkonem je křivka obvykle přerušena. Tato křivka definuje:
- výkon, který může toto čerpadlo vyvinout;
- míra celkové dopravní výšky, když čerpadlo běží určitou rychlostí s daným průměrem oběžného kola.
Nemůžete se zcela spolehnout na údaje z křivky. Skutečné podmínky na křivce budou záviset na systému, ve kterém pracuje. To znamená, že systém řídí čerpadlo a určuje provozní podmínky bez ohledu na parametry výrobního tlaku.
Faktory jako gravitace a tření mohou bránit toku tekutiny z jednoho místa do druhého. Pro snížení gravitace musí kapalina stoupat vertikálně. Vzdálenost mezi zdrojem a konečným bodem transportu tekutiny se nazývá celková statická výška. Nejedná se o proměnnou průtoku a graf porovnávající tyto dvě hodnoty se zobrazí jako přímá vodorovná čára.
Další důležitou vlastností čerpadla je tření. Tento termín definuje odpor proti proudění. Počítá se ze ztrát ze všech zdrojů (například ve filtrech, výměnících tepla). Údaje o ztrátách lze měřit měřením vstupního a výstupního tlaku. Se zvyšujícím se průtokem rostou i ztráty třením. To se děje velkou rychlostí.
Zohledňuje se také tlak na zdroji sání a vypouštěcí nádrži. Pokud se jedná o uzavřené nádoby s různými tlaky, výsledný rozdíl se přičte k ukazateli celkového tlaku. V tomto případě bude graf konstruován jinak: křivka bude začínat na úrovni statického tlaku a bude se postupně zvyšovat v závislosti na nárůstu tlakového průtoku.
Pokud vyberete správné čerpadlo, výkon protne křivku v určitém bodě. Tento bod bude indikovat provoz zařízení. Existuje také několik způsobů, jak regulovat provoz odstředivého čerpadla:
- Změna vlivu na systém čerpání vody. Jedná se o nejjednodušší metodu, jejímž principem je použití ventilu. Instaluje se do tlakového potrubí. U takových experimentů existuje potenciální riziko kavitace. To je vysvětleno skutečností, že poloha ventilu může ovlivnit pracovní bod.
- Regulace otáček čerpadla. Jedná se o efektivní způsob, jak snížit ztráty, které ovlivní výkon odstředivého čerpadla. Povoleno pouze u modelů zařízení s možností regulace rychlosti otáčení.
- Metoda spojená se změnou technických charakteristik jednotky. Pomocí pomocných prvků můžete nastavit přítlačnou sílu, úhel lopatek pohyblivé části a počet pracovních stupňů.
V praxi můžete pro změnu indikátorů výkonu čerpadla použít několik pracovních metod. Před provozem je důležité prostudovat možnosti čerpadla a jeho technické možnosti. Správná konstrukce a instalace odstředivého čerpadla vám umožní využívat zařízení na plný výkon.
