Hlavní ukazatele a charakteristiky automatických vodních čerpadel
Všechna čerpací zařízení mají nomenklaturní ukazatele, které charakterizují hlavní rysy jejich provozu a rozsah použití. Katalogy výrobců a technická literatura poskytují hlavní charakteristiky čerpadel a grafy popisující provozní parametry, ale při výběru zařízení je obtížné se na ně jednoznačně spolehnout.
Hlavní indikátory a charakteristiky čerpadel uvedené v popisech a technické literatuře jsou následující:
- Průtok čerpadla Q – ukazatel charakterizující objem kapaliny čerpané za jednotku času. Kromě objemového průtoku může mít čerpadlo hmotnostní nebo hmotnostní průtokovou charakteristiku, ale je obvyklé přesně udávat objem čerpaného média, měřený pod tlakem na výstupu čerpadla. Kromě přívodu je často důležitý výkon čerpadla, tedy průtok pracovní tekutiny na vstupu.
- Hlava čerpadla H – indikátor charakterizující rozdíl v mechanické energii pohybu tekutiny na výstupu a vstupu čerpadla. Tlak, stejně jako krmivo, může být hmotnost, objem a hmotnost. Charakteristika gravitační výšky je nejrozšířenější, ale není použitelná pro popis čerpadel používaných v negravitačních aplikacích. Navíc je parametr tlaku zanedbáván i u vysokotlakých jednotek, které vytvářejí vysokou rychlost pohybu média, protože tato hodnota je oproti statickému tlaku zanedbatelná.
- Účinnost jednotky – ukazatel charakterizující poměr užitečného hydraulického výkonu k celkovému výkonu dodávanému do čerpadla. Hodnota maximální účinnosti charakterizuje optimální provozní režim čerpadla. Existují optimální a nominální provozní režimy čerpadla. Ten se vyznačuje přípustnými provozními parametry čerpadla a optimální je provozní režim s takovými parametry, kdy čerpadlo pracuje nejefektivněji.
- Kavitační parametry, překavitační tlak – charakteristiky popisující přetlak kapaliny nad měrnou energií jejích nasycených par. Je nutné dodržet hodnotu superkavitační výšky, aby nedošlo k výraznému snížení tlaku a účinnosti čerpadla. Existují následující parametry superkavitační hlavy:
- supresivní tlak – hodnota superkavitačního tlaku, při které nejsou detekovány žádné známky kavitace;
- erozivní tlak – hodnota, při které je pozorován erozivní účinek kapaliny na pracovní části čerpadla; hodnota erozivního tlaku je stanovena na základě analýzy vibračních a zvukových charakteristik čerpadla nebo metodou lakování ;
- parametrický tlak – hodnota tlaku, při které se objevují stabilní dutiny, hodnota parametrického tlaku popisuje stav, kdy tlak poklesne o 2 % oproti nekavitačnímu režimu provozu se stálým přívodem;
- mezní tlak – minimální hodnota superkavitačního tlaku, při které je ještě zachována kinematická podobnost proudění při simulaci provozu čerpadla nebo při speciálních zkouškách.
- Jmenovitá výška samonasávání – veličina charakterizující vertikální vzdálenost od povrchu kapaliny k hornímu bodu oblasti, kde dochází ke kavitačním jevům. Hodnota je uvedena pro čerpadla, která poskytují konstantní samonasávání v průběhu času.
- Minimální doba samonasávání – přípustná doba provozu samonasávacího čerpadla při zachování normálního parametru výšky samonasávání. V případě, že doba samonasávání čerpadla není omezena, je hodnota převzata, když se přívod vzduchu na vstup čerpadla sníží o 25 %.
Byly tedy uvedeny technologické charakteristiky čerpadel. Existují také ergonomické indikátory související s vnějšími parametry provozu čerpadla:
- vnější únik – množství kapaliny proudící do vnějšího prostředí případnými trhlinami nebo defekty těsnění při jmenovitých podmínkách a určitém vstupním tlaku;
- hladina akustického tlaku – hladina hluku vytvářeného čerpadlem se měří ve vzdálenosti 1 m od vnějšího okruhu instalace při jmenovitém provozu čerpadla;
- úroveň vibrací – charakteristika, která určuje úroveň vibrací v bodech, kde je maximální, na základě směrodatné odchylky rychlosti a zrychlení na povrchu čerpadla.
Každé čerpadlo má také indikátory spolehlivosti. Spolehlivost je charakterizována maximálními tolerancemi odchylek od indikátorů, při kterých může čerpadlo pracovat. V tomto případě platí, že čím vyšší tolerance, tím vyšší spolehlivost čerpadla.
Další informace, konzultace, ceny
Nabídneme efektivní a cenově výhodné řešení. Využijte zkušeností našich technických specialistů – vyplňte formulář vpravo, nebo zavolejte.
Popis oddělení
Definice tlaku
Zvýšení tlaku čerpadlem se nazývá dopravní výška. Tlak čerpadla (H) se vztahuje ke specifické mechanické práci přenášené čerpadlem na čerpanou kapalinu.
H = E/G [m]
E = mechanická energie [N•m]
G = hmotnost čerpané kapaliny [N]
V tomto případě na sobě závisí tlak vytvářený čerpadlem a průtok čerpané kapaliny (přívod). Tento vztah je zobrazen graficky jako charakteristika čerpadla. Vertikální osa (osa y) představuje dopravní výšku čerpadla (H), vyjádřenou v metrech [m]. Jiné tlakové stupnice jsou také možné. V tomto případě platí následující vztahy:
10 m v.š. = 1 bar = 100 000 Pa = 100 kPa
Na vodorovné ose (osa x) je stupnice průtoku čerpadla (Q), vyjádřená v metrech krychlových za hodinu [m3/h]. Jsou možné i jiné stupnice posuvu, například [l/s]. Tvar charakteristiky ukazuje následující typy závislostí: energie elektrického pohonu (s přihlédnutím k celkové účinnosti) se v čerpadle přeměňuje na takové formy hydraulické energie, jako je tlak a rychlost. Pokud čerpadlo pracuje se zavřeným ventilem, vytváří maximální tlak. V tomto případě mluvíme o tlaku čerpadla H při nulové zásobě.
Když se ventil začne pomalu otevírat, čerpané médium se začne pohybovat. Díky tomu se část energie pohonu přemění na kinetickou energii kapaliny. Udržení počátečního tlaku je nemožné. Charakteristika čerpadla má podobu klesající křivky. Teoreticky se charakteristika čerpadla protíná s osou proudění. Pak má voda pouze kinetickou energii, to znamená, že se již nevytváří tlak. Protože však v potrubním systému vždy existuje vnitřní odpor, ve skutečnosti je výkon čerpadel přerušen před dosažením osy výtlaku.
— Vlastnosti čerpadla
— Různé sklony se stejnou skříní čerpadla a oběžným kolem (například v závislosti na otáčkách motoru)
Charakteristiky čerpadla formulář
Obrázek ukazuje různé sklony charakteristiky čerpadla, které mohou záviset zejména na otáčkách motoru.
Proměnlivé změny průtoku a tlaku
V tomto případě má sklon charakteristiky a posun pracovního bodu také vliv na změnu průtoku a tlaku:
• plochá křivka
– větší změna krmiva
s mírnou změnou tlaku
• strmá křivka
– velká změna krmiva
s výraznou změnou tlaku
Charakteristika čerpacího systému
Tření, ke kterému dochází v potrubní síti, vede ke ztrátě tlaku čerpané kapaliny po celé její délce. Kromě toho tlaková ztráta závisí na teplotě a viskozitě čerpané kapaliny, rychlosti proudění, vlastnostech armatur a agregátů a také na odporu způsobeném průměrem, délkou a drsností stěn potrubí.
Tlaková ztráta je znázorněna na grafu jako charakteristika systému. K tomu slouží stejný graf jako pro charakteristiku čerpadla.
Tvar charakteristiky ukazuje následující závislosti:
Důvodem hydraulického odporu, který vzniká v potrubní síti, je tření vody o stěny potrubí, tření vodních částic o sebe a také změna směru proudění v armaturách.
Při změně průtoku, například při otevírání a zavírání termostatických ventilů, se mění i rychlost proudění a tím i odpor.
Protože průřez potrubí lze považovat za živou plochu průřezu toku, odpor se mění kvadraticky. Proto bude mít graf tvar paraboly. Tento vztah může být reprezentován jako následující rovnice:
Hl/H1 = (Ql/Q2) 1
Závěry
Pokud se dodávka v potrubní síti sníží na polovinu, pak tlak klesne o tři čtvrtiny. Pokud se naopak průtok zdvojnásobí, zvýší se tlak čtyřnásobně. Jako příklad si můžeme vzít průtok vody ze samostatného vodovodního kohoutku.
Při počátečním tlaku 2 bary, což odpovídá dopravní výšce čerpadla cca. 20 m, voda teče z kohoutku DN 1/2 o průtoku 2 m3/h.
Pro zdvojnásobení průtoku je nutné zvýšit počáteční vstupní tlak z 2 na 8 bar.
Variabilní pracovní bod
Operační bod
Bod, kde se protínají charakteristiky čerpadla a systému provozní bod systému a čerpadla. To znamená, že v tomto okamžiku existuje rovnováha mezi užitečným výkonem čerpadla a výkonem spotřebovaným potrubní sítí. Tlak čerpadla je vždy roven odporu systému. Na tom závisí i průtok, který může čerpadlo zajistit.
Je třeba mít na paměti, že krmivo by nemělo být pod určitou minimální hodnotou. V opačném případě to může způsobit příliš vysoký nárůst teploty v komoře čerpadla a poškození čerpadla. Abyste tomu zabránili, je třeba přísně dodržovat pokyny výrobce.
Provozní bod mimo specifikaci čerpadla může způsobit poškození motoru. Se změnou průtoku během provozu čerpadla se neustále posouvá i pracovní bod. Je odpovědností projektanta najít optimální návrhový provozní bod v souladu s maximálními provozními požadavky.
Tyto požadavky jsou:
pro oběhová čerpadla topné systémy – spotřeba tepla budovy,
pro zařízení pro zvýšení tlaku — maximální průtok pro všechny vodní body.
Všechny ostatní pracovní body jsou nalevo od tohoto konstrukčního pracovního bodu.
Dva obrázky ukazují vliv změny průtokového odporu na posun pracovního bodu. Posun pracovního bodu doleva od vypočítané polohy nevyhnutelně způsobí zvýšení tlaku čerpadla. V důsledku toho vzniká ve ventilech hluk. Tlak a průtok lze upravit podle potřeby pomocí čerpadel s frekvenčním měničem. Zároveň se výrazně snižují provozní náklady.
