ČERPADLA
STROJE PRO DOPRAVU KAPALIN
Těmito stroji lze kapalinám dodat tlakovou a kinetickou energii. Základními parametry jsou
dopravní výška
objemový průtok
H /m/
Q /l.s-1/
Dopravní výška je dána energií dodanou čerpadlem kapalině. Tato energie musí
kapalinu urychlit na poţadovanou rychlost, vytlačit do poţadované výšky a pokrýt
tlakové ztráty při proudění v potrubí.
Potřebnou dopravní výšku čerpadla pro konkrétní případ čerpání kapaliny odvodíme
z Bernoulliho rovnice (zákona zachování energie – viz. MEC 3.roč).
H = Hs + HV =
HGS + vS2/2g + HZS
+
HGV + (vV – vS)2/2g + HZV
HS … dopravní výška sací
HV … dopravní výška výtlačná
vs … rychlost proudění v sacím potrubí
vv … rychlost proudění ve výtlačném potrubí
HGS … geodetická výška sací
HGV … geodetická výška výtlačná
vs /2g ……….. rychlostní výška sací
2
(vv – vs) /2g …rychlostní výška výtlačná
2
Hzs … ztrátová výška v sacím potrubí
Hzv ….ztrátová výška ve výtlačném potrubí
http://www.e-cerpadla.cz/calculation_high.html
situační schéma přečerpávání kapaliny
VÝTLAČNÉ
POTRUBÍ
ČERPADLO
HGV
HV
H
SACÍ
POTRUBÍ
HGS
Dosaţitelná geodetická výška
u daného čerpadla klesá s
rostoucím průtokem.
SACÍ KOŠ – obsahuje jednosměrný zpětný
venti, který udrţí kapalinu v sacím potrubí
při vypnutém čerpadle
1
Z poţadovaného objemového průtoku lze určit potřebný průtočný průřez potrubí při
zvolené rychlosti proudění.
Q=S.v
Pozor – čím vyšší rychlost tím výrazně vyšší ztráty (rostou s druhou mocninou).
nárůst tlaku mezi vstupem a výstupem musí být
Δp = ρ . g . H
a dále lze vypočítat potřebný výkon hnacího motoru
P = Q . Δp . η
Podle fyzikálního principu práce lze čerpadla rozdělit do dvou skupin
stroje objemové – tlak v kapalině vzroste tím, ţe se kapalina uzavře do pracovního
prostoru stroje a objem tohoto prostoru se zmenší.
V této skupině jsou čerpadla
pístová
membránová
křídlová
zubová
šroubová (vřetenová)
lamelová
rotační pístová axiální a radiální
stroje rychlostní – udělují kapalině nejprve kinetickou energii tím, ţe je kapalina
unášena rotujícím lopatkovým kolem. Část kinetické energie můţe být následně
přeměněna na energii tlakovou v pevném, rozšiřujícím se průtočném kanále. Podle
smyslu pohybu kapaliny v oběţném kole se rozdělují na
čerpadla
OBJEMOVÝ STROJ
radiální - odstředivá
axiální - vrtulová
RYCHLOSTNÍ RADIÁLNÍ STROJ
RYCHLOSTNÍ AXIÁLNÍ STROJ
2
STROJE OBJEMOVÉ
PÍSTOVÁ ČERPADLA
Změnu objemu pracovního prostoru zajišťuje pohyb pístu.
Práce pístového čerpadla probíhá ve dvou fázích při pohybu pístu mezi horní úvratí
HÚ a dolní úvratí DÚ.
sání
píst se pohybuje z HÚ do DÚ, pracovní objem roste, vzniklým podtlakem se otevře
sací ventil a do válce je nasávána kapalina za konstantního tlaku.
výtlak
píst se pohybuje z DÚ do HÚ pracovní objem klesá, vzniklým přetlakem se otevře
výtlačný ventil a kapalina je za konstantního tlaku vytlačena
pracovní p-V diagram pístového čerpadla :
.
Zdvižné čerpadlo
Je druh pístového čerpadla pro čerpání kapaliny z větších hloubek.
Např. ruční pumpa pro čerpání vody ze studny z hloubky aţ 30 m. Pístem pohybuje
pákový mechanismus.
schéma čerpadla
zdvihaná kapalina
pracovní prostor
3
Olejové čerpadlo
Např. pro mazání mechanismů
u obráběcích strojů.
Výtlačný zdvih pístu vykonává
přes stavěcí šroub vačka.
Zpětný pohyb zajišťuje pruţina.
Sací kanálky uzavírá hrana
pístu. Výtlačný ventil je tvořen
sedlem, kuličkou, a přítlačnou
pruţinou.
Čerpadlo je přišroubováno na
skříň stoje a sacími kanály
zasahuje do olejové nádrţe.
Palivové čerpadlo - dopravní
U velkých vznětových motorů je pístové čerpadlo pouţito jako palivové pro dopravu
nafty z nádrţe ke vstřikovacímu čerpadlu. Pístem pohybuje vačka.
Palivové čerpadlo - vstřikovací
U některých vznětových motorů vyvíjí tlak potřebný pro rozstřik nafty do spalovacího
prostoru (viz. kapitola spalovací motory). Pístem pohybuje vačka
MEMBRÁNOVÁ ČERPADLA
schéma čerpadla:
membrána
Změnu objemu pracovního prostoru zajišťuje pohyb
membrány.
membránové čerpadlo
poháněné stlačeným vzduchem
Palivové dopravní čerpadlo
Je čerpadlo pro dopravu paliva z nádrţe ke karburátoru spalovacího motoru. (viz.
kapitola spalovací motory). Je poháněno vačkou od klikové hřídele motoru, (dnes se u
automobilových motorů jiţ nepouţívá).
4
KŘÍDLOVÉ ČERPADLO
Toto čerpadlo je ruční.
Skládá se z tělesa, víka, křídla, můstků, klapkových ventilů,
hřídele a páky. V tělese čerpadla je na hřídeli umístěno křídlo
spojené s ovládací pákou a pevné můstky. Pohybem křídla se
mění objem pracovního prostoru. V křídle a můstcích jsou
klapkové ventily. Těleso je uzavřeno víkem, kterým prochází
hřídel, na němţ je nasunuta ruční páka.
Pouţívá se převáţně pro přečerpávání benzínu, lihu, nafty,
petroleje, řídkých olejů apod., ze sudů a barelů. Je
všeobecně
určeno pro dopravu jen čistých kapalin bez mechanických
příměsí (písku apod.).
ruční páka
křídlo s výtlačnými ventily
dva pracovní prostory
= dvojčinné čerpadlo
můstky se sacími ventily
ROTAČNÍ ČERPADLA
Jestliţe jsou tato čerpadla pouţita jako zdroj tlakové kapaliny v hydrostatických
obvodech, pak se nazývají
HYDROGENERÁTORY
ZUBOVÁ ČERPADLA
Pouţívá k čerpání kapaliny dvou
ozubených kol. Jedná se o jedno z
nejběţnějších
typů
čerpadel
pouţívaných
v
hydraulických
systémech.
Princip
zubového čerpadla
je
zaloţen na tom, ţe zuby dvojice
ozubených kol mohou unášet
čerpanou látku, a zároveň těsnit,
pokud do sebe zapadnou. U
klasického čerpadla je tento princip
nejlépe patrný.
5
Rozlišují se dva základní typy
Klasické zubové čerpadlo sestává ze dvou totoţných
ozubených kol s vnějším ozubením. Pouţívá se
především pro čerpání kapaliny (oleje) v hydraulických
systémech (například stavební stroje; bagry, rypadla…) a
v olejovém mazacím okruhu obráběcích strojů a
spalovacích motorů.
http://www.mekanizmalar.com/gearpump.swf
Excentrické zubové čerpadlo sestává z jednoho
ozubeného kola s vnějším a z jednoho ozubeného kola s
vnitřním ozubením. Pouţívá se v olejovém mazacím
okruhu velkých spalovacích motorů.
http://www.pneumatica.be/hydraulica/tandwtandkranslpomp.htm
ŠROUBOVÁ (VŘETENOVÁ) ČERPADLA
Jsou pouţívaná hlavně pro čerpání kapalin s vyšší viskozitou jako např. olej, dehet,
apod. Vyznačují se tichým chodem a malými pulzacemi na výtlaku.
Čerpadlo můţe být konstruováno jako dvouvřetenové nebo jednovřetenové.
Dvouvřetenové čerpadlo
Uvnitř statoru se otáčí dvě šroubová vřetena
s lichoběţníkovým závitem. Při pohybu vřetena se
vytvářejí v dutině statoru uzavřené prostory, které se
s otáčením vřetena
neustále a rovnoměrně
posunují ve směru
stoupání šroubovice a
dopravují
svým
objemem kapalinu ze
sacího do výtlačného
prostoru.
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a1/Archimedes-screw_one-screwthreads_with-ball_3D-view_animated.gif
Jednovřetenové čerpadlo
Čerpadlo se skládá ze šroubovitého kovového rotoru,
který se otáčí uvnitř pruţného šroubovitého statoru.
Rotor je z oceli, stator je vyroben z otěru odolného
vstřikováním profilovaného elastomeru. Geometrie a
rozměry těchto částí jsou navrţeny tak, aby rotor
vloţený do statoru vytvořil řetěz utěsněných komor.
Komory axiálně postupující od sání k výtlaku čerpadla
a dopravují kapalinu
6
LAMELOVÉ ČERPADLO
schéma čerpadla:
SÁNÍ
stator
výsuvná lamela
rotor
VÝTLAK
http://www.mechanisms101.com/vanepump.swf
Při otáčení rotoru lamely klouţou po vnitřní ploše statoru, mezi nimi uzavřený
pracovní objem se opakovaně zvětšuje a zmenšuje, a tím dochází k sání a výtlaku.
Čerpadlo se pouţívá například v okruhu hydraulického posilovače řízení osobních
automobilů.
PÍSTOVÉ ROTAČNÍ AXIÁLNÍ ČERPADLO
schéma čerpadla:
rozvodová deska
rotující blok válců
s písty
unášecí deska
http://home.planet.nl/~brink494/axppm.htg/axppm.gif
PÍSTOVÉ ROTAČNÍ RADIÁLNÍ ČERPADLO
Čerpadlo se pouţívá jako vysokotlaké (220 MPa)
v palivovém systému Common Rail vznětových
motorů.
1. - hnací hřídel
2. - excentrická vačka
3. - píst
4. - sací ventil
5. - výtlačný ventil
6. - přívod paliva
7
STROJE RYCHLOSTNÍ
Jsou stroje lopatkové
Podle smyslu výstupu kapaliny z oběţného kola se nazývají
radiální, axiální
ČERPADLA RADIÁLNÍ - odstředivá
Princip práce
Radiální čerpadla se nazývají odstředivá, neboť kapalina po vstupu do oběţného
kola je unášena lopatkami a odstředivou silou tlačena radiálně k obvodu kola.
Narůstá rychlost a tlak kapaliny. Na obvodu kola je největší obvodová rychlost a
z toho vyplývá, ţe kapalina zde má největší kinetickou energii. Tuto energii kapalina
získala od motoru, který pohání oběţné kolo. Z oběţného kola kapalina přechází do
difuzoru a dále do spirálové skříně. V těchto částech se rozšiřuje průtočný průřez, tím
se sniţuje rychlost kapaliny (rovnice kontinuity) a stoupá tlak – dle zákona zachování
energie (Bernoulliho rovnice).
Lopatky difuzoru usměrňují proud kapaliny z oběţného kola, omezují její víření a tím
se zlepšuje účinnost stroje. Proto lopatky difuzoru jsou zakřiveny tak, aby vektor
výstupní rychlosti z oběţného kola k nim byl tečný. V řadě případů však difuzor není
pouţit a kapalina z oběţného kola přechází přímo do spirálové skříně.
schéma - princip radiálního čerpadla s vektory rychlostí
u - unášivá rychlost
(rychlost obvodová )
w - rychlost kapaliny vůči lopatce
c - výsledná rychlost kapaliny
průběh výsledné rychlosti c a
tlaku p v jednotlivých částech
stroje
RADIÁLNÍ ČERPADLO BEZ
LOPATKOVÉHO DIFUZORU
8
výstup
OBĚŢNÉ KOLO
vstup
Odstředivé čerpadlo jednostupňové poháněné elektromotorem.
odstředivé kalové čerpadlo - oběţná kola mají malý
počet lopatek a mezi nimi velký průtočný průřez
odstředivé ponorné čerpadlo
nerezové, určeno do vrtů
Čerpadlo
odstředivé
třístupňové
(článkové).
Články jsou řazeny za sebou, jejichţ
celkový počet se odvozuje z poţadované
dopravní výšky.
Skládá se ze sacího a výtlačného tělesa.
Pracovní stupně jsou uspořádány mezi
sacím a výtlačným tělesem a s nimi
spojeny v jeden celek vně vedenými
stahovacími šrouby.
Hřídel oběţných kol je utěsněna
plstěnými krouţky (ucpávkou).
Tato čerpadla jsou vhodná pro čerpání
čistých kapalin, bez mechanických
příměsí. Pouţívají se zejména k čerpání
nafty, lihu, benzinu, čisté uţitkové vody
např. jako protipoţární čerpadla.
Většina odstředivých čerpadel nedokáţe ze sacího potrubí odsát vzduch. Před spuštěním
musí být toto potrubí a oběţné kolo zaplněno kapalinou, nebo ponořeno pod hladinou
kapaliny, (ponorné čerpadlo můţe být ponořeno i s elektromotorem). Vodu v sacím potrubí
při zastavení čerpadla udrţí sací koš se zpětným jednosměrným ventilem.
Samonasávací se nazývají čerpadla, která při spuštění vzduch ze sacího potrubí odsají.
9
ČERPADLA AXIÁLNÍ - vrtulová
Princip práce
Axiální čerpadla se také nazývají vrtulová, neboť oběţné kolo má tvar vrtule.
Kapalina prochází od vstupu k výstupu souose s hřídelí. Na hřídeli je upevněno
oběţné lopatkové kolo tvaru vrtule se dvěmi aţ čtyřmi lopatkami. Hřídel s oběţným
kolem je poháněna elektromotorem.
Lopatky mají vhodný úhel sklonu β. Pohybem takovéto lopatky vzniká na jedné
straně podtlak = sání a na opačné straně přetlak = výtlak. Kapalina je tedy vlivem
pohybujících se lopatek urychlena a částečně stlačena.
Na výstupu za oběţným kolem mohou být pevné lopatky, které omezují víření
kapaliny.
Před spuštěním musí být oběţné kolo zahlceno kapalinou. Výhodné je, pokud můţe
být umístěno pod hladinou kapaliny.
Axiální čerpadla jsou vhodná pro velké objemové průtoky ale malé dopravní výšky.
Uplatnění najdou hlavně například v systému čištění a úpravy vod.
schéma - princip axiálního čerpadla s vektory rychlostí
u - unášivá rychlost
(rychlost obvodová )
w - rychlost kapaliny vůči lopatce
c - výsledná rychlost kapaliny
rychlost a tlak v prostoru
oběţného kola
10
Čerpadlo, které nelze zařadit do žádné předcházejíci skupiny
VODNÍ TRKAČ
Vodní trkač je jednoduché čerpadlo, poháněné vodou. K jeho
provozu musí být k dispozici přírodní zdroj proudící vody.
Čerpadlo k pohonu vyuţívá její kinetickou energii. Proud vody
je pravidelně uzavírán trkacím ventilem. Vzniklé rázy slouţí k
čerpání vody přes výtlačný ventil do výšky několikanásobně
vyšší, neţ je rozdíl hladin vody, která trkač pohání.
http://schou.dk/animation/hydraram.swf
Trkací ventil je umístěn při výtoku z čerpadla a uzavírá z vnitřku výtokový otvor.
Tento otvor je obrácen směrem vzhůru. Ventil je zatíţen závaţím tak, aby byl právě
překonán tlak vody, a ventil se otevřel. Po několika okamţicích dosáhne voda takové
rychlosti, ţe uzavře i zatíţený trkací ventil. V náhle uzavřeném potrubí s rychle
proudící vodou vznikne tlakový ráz přeměnou kinetické energie na tlakovou. Ten
překoná tlak vody ve výtlačném potrubí, otevře výtlačný ventil a malé mnoţství vody
pronikne do tohoto potrubí. Po odeznění rázu se uzavře výtlačný ventil, hmotnost
závaţí přemůţe tlak vody na trkacím ventilu, ten se otevře a cyklus se můţe znovu
opakovat. Za výtlačným ventilem bývá obvykle hruška se stlačeným vzduchem
(větrník), která tlumí rázy vznikající ve výtlačném potrubí.
11
Download

ČERPADLA - Webnode