Odstředivé čerpadlo: zařízení a princip činnosti, schéma a klasifikace

Jedním z nejoblíbenějších typů čerpacích zařízení používaných jak v různých průmyslových odvětvích, tak i pro vybavení domácích vodovodních systémů je odstředivé čerpadlo. Pomocí takového zařízení, které je na moderním trhu k dispozici v mnoha různých modelech, můžete úspěšně čerpat kapalná média ze studní a vrtů i z velké hloubky a poté je přepravovat potrubím na značné vzdálenosti. Aby odstředivé čerpadlo vykazovalo vysokou účinnost a fungovalo bez poruch, je důležité vědět, jak jej správně vybrat pro řešení určitých problémů a striktně dodržovat doporučení pro jeho údržbu.

Dvouvstupové odstředivé konzolové čerpadlo

Сферы применения

Díky své všestrannosti, vysoké účinnosti a spolehlivosti se odstředivá čerpadla dnes úspěšně používají téměř všude. Pokud mluvíme o nejoblíbenějších oblastech použití odstředivých čerpadel, pak bychom sem měli zahrnout:

• organizace technického zásobování vodou v podnicích působících v různých odvětvích;
• čerpání a přeprava různých druhů technických kapalin mezi výrobními zařízeními;
• vybavení zavlažovacích systémů rostlin a zásobování hospodářských zvířat vodou;
• organizace systémů zásobování vodou v obydlených oblastech;
• vybavení autonomních systémů zásobování vodou používaných majiteli venkovských domů a letních chalup pro domácí potřeby a pro organizaci zalévání rostlin na zahradním pozemku.

Hygienické odstředivé čerpadlo pro potravinářský, farmaceutický a kosmetický průmysl

Abychom pochopili důvod všestrannosti a vysoké účinnosti odstředivých hydraulických strojů, je nutné pochopit, z jakých konstrukčních prvků se takové zařízení skládá a jak funguje.

Konstrukční vlastnosti a princip činnosti

Pokud vezmeme v úvahu strukturu odstředivého čerpadla v řezu, lze v návrhu takového zařízení identifikovat následující prvky.

• Elektromotor v odstředivém čerpadle hraje roli hnacího prvku. Část vnitřní konstrukce odstředivého čerpadla, kde se nachází jeho hnací elektromotor, je pečlivě utěsněna, což je nezbytné pro ochranu pohonné jednotky před kontaktem s čerpaným kapalným médiem.
• Hřídel čerpadla přenáší rotaci z elektromotoru na oběžné kolo.
• Konstrukce odstředivého čerpadla nutně zahrnuje oběžné kolo, na jehož vnějším válcovém povrchu jsou lopatky, které pohybují čerpaným kapalným médiem vnitřní komorou zařízení.
• Ložiskové jednotky zajišťují snadné otáčení hřídele s upevněným oběžným kolem.
• Těsnicí prvky chrání vnitřní konstrukci hydraulického stroje před kontaktem s čerpaným kapalným médiem.
• Těleso čerpadla je obvykle vyrobeno ve tvaru šneka a je vybaveno dvěma trubkami – sacím a výtlačným.

Hlavní části odstředivého čerpadla

Konstrukce odstředivého čerpadla může kromě výše uvedených částí zahrnovat řadu dalších prvků:

1. hadice, kterou čerpané kapalné médium vstupuje do tlakového potrubí;
2. hadice, kterou kapalina vstupuje do vnitřní komory zařízení;
3. zpětný ventil, který zabraňuje pohybu již čerpaného kapalného média v opačném směru;
4. hrubý filtr, který zabraňuje vniknutí pevných částic obsažených v kapalném médiu do vnitřku čerpadla;
5. vakuoměr, který se používá ke sledování stupně zředění vzduchu v pracovní komoře;
6. tlakoměr, který lze použít k řízení tlaku proudění kapaliny vytvářeného čerpacím zařízením;
7. prvky uzavíracích ventilů, které umožňují regulaci parametrů proudění kapalného média vstupujícího a vystupujícího z čerpadla.

Konstrukce čerpací části odstředivého zařízení

Konstrukce a princip činnosti jakéhokoli odstředivého čerpadla jsou jednoduché. Princip činnosti odstředivého čerpadla je tedy následující.

• Kapalné médium vstupující do vnitřní pracovní komory je zachyceno lopatkami oběžného kola a začíná se s nimi pohybovat.
• Pod vlivem odstředivé síly je kapalné médium vrháno směrem ke stěnám pracovní komory, kde vzniká přetlak.
• Pod přetlakem je kapalné médium vytlačováno ven výtlačným potrubím.
• V okamžiku, kdy je kapalné médium z centrální části pracovní komory vrženo na stěny, se ve vzduchu vytvoří podtlak, který zajišťuje nasávání nové části kapaliny vstupním potrubím.

Princip činnosti odstředivého čerpadla

Výše popsaný princip činnosti odstředivého čerpadla platí jak pro povrchové, tak pro ponorné modely. Hlavní funkci odstředivého čerpacího zařízení plní oběžné kolo s lopatkami. V souladu s výše popsaným principem činnosti odstředivých čerpadel zajišťují taková zařízení sání čerpané kapalné kapaliny a její vytlačování do tlakového potrubí v konstantním režimu, což zaručuje stabilitu parametrů vytvořeného proudění.

Je třeba mít na paměti, že odstředivé čerpadlo nelze provozovat, pokud v jeho vnitřní pracovní komoře není kapalné médium. Pokud se tento důležitý požadavek zanedbá, odstředivé čerpadlo jednoduše selže.

Hlavní odrůdy

Moderní trh nabízí odstředivá elektrická čerpadla různých typů, která se od sebe liší jak konstrukčními prvky, tak technickými vlastnostmi. Odstředivá čerpadla se klasifikují podle řady parametrů, které je třeba vzít v úvahu při výběru takového zařízení pro konkrétní účely.

Klasifikace odstředivých čerpadel

V závislosti na umístění zařízení vzhledem k čerpané kapalině se rozlišují následující typy odstředivých čerpadel:

• zařízení pro povrchové čerpání;
• ponorná čerpadla.

Odstředivá povrchová čerpadla, jak název napovídá, jsou instalována na povrchu země, v těsné blízkosti vrtu, který takové zařízení obsluhuje. Čerpání kapaliny při použití čerpadel tohoto typu se provádí pomocí speciální hadice nebo potrubí, které je spuštěno do podzemního zdroje.

Schéma zásobování vodou založené na povrchovém čerpadle

Hlavní výhodou odstředivých povrchových čerpadel je, že jejich umístění značně zjednodušuje jejich údržbu a opravy. Nevýhod odstředivých povrchových čerpadel je málo, ale v některých situacích jsou zásadní. Mezi ně nejčastěji patří:

• ne příliš vysoký výkon, což neumožňuje použití takových zařízení pro čerpání kapalných médií z podzemních zdrojů, jejichž hloubka přesahuje 10 metrů;
• vysoké riziko volnoběhu;
• nižší produktivita než ponorná čerpadla.

Ponorná odstředivá čerpadla, jejichž princip fungování se prakticky neliší od provozu povrchových zařízení, se během provozu nacházejí v tloušťce čerpané kapalné kapaliny. Pro upevnění ponorných čerpadel v podzemním zdroji v požadované hloubce se používá kabel, jehož spodní konec je připevněn k tělesu zařízení a horní konec je připevněn ke speciální příčce umístěné na povrchu země. Skutečnost, že se hydraulické ponorné čerpadlo během provozu nachází v tloušťce kapalné kapaliny, vysvětluje vysoké požadavky na těsnost tělesa takového zařízení.

Schéma zásobování domu vodou ze studny na bázi ponorného čerpadla

Výhody ponorných čerpadel, jak je uvedeno výše, spočívají v tom, že i při menších rozměrech pouzdra jsou taková zařízení schopna vytvořit vyšší tlak kapalného média, které čerpají, než povrchová čerpací zařízení. Ponorná odstředivá čerpadla mají samozřejmě i nevýhody, z nichž nejvýznamnější je složitost údržby a oprav: k provedení těchto postupů je nutné nejprve vyjmout hydraulický stroj z podzemního zdroje.

Odstředivá čerpadla se také dělí na různé typy podle parametru, jako je počet pracovních kol. V závislosti na tomto parametru se tedy rozlišují:

• jednostupňová odstředivá čerpadla, která jsou vybavena jedním oběžným kolem;
• vícestupňová zařízení, která mají podle toho několik pracovních kol upevněných na jedné rotující hřídeli.

Odstředivé vícestupňové čerpadlo

Konstrukce a princip činnosti vícestupňových odstředivých čerpadel se vyznačují tím, že kapalné médium se během čerpání takovým zařízením postupně pohybuje mezi svými stupni, což přispívá k významnému zvýšení jeho výstupního tlaku. Hodnota tlaku čerpadla sestávajícího z několika stupňů je součtem hodnot tlaku vytvořených každým oběžným kolem takového zařízení.

Odstředivá čerpadla se také klasifikují podle konstrukce rotoru. V závislosti na tomto parametru tedy existují:

• čerpací zařízení s „mokrým“ rotorem;
• odstředivá zařízení se „suchým“ rotorem.

Konstrukce odstředivého čerpadla s mokrým rotorem

U čerpadel prvního typu jsou jak oběžné kolo, tak rotor neustále v kontaktu s čerpaným kapalným médiem, což zajišťuje mazání a chlazení pohyblivých částí čerpadla. Díky tomuto konstrukčnímu prvku není možné vyrobit vnitřní konstrukční prvky čerpadel s „mokrým“ rotorem velké, takže zařízení tohoto typu se zpravidla vyznačuje nízkým výkonem.

U odstředivých čerpadel se „suchým“ rotorem, jejichž princip fungování se prakticky neliší od vlastností jakéhokoli jiného odstředivého čerpacího zařízení, se s čerpaným kapalným médiem dotýká pouze oběžné kolo, jehož rotace se přenáší z rotoru a hnacího elektromotoru umístěného v uzavřeném prostoru. Odstředivé čerpací zařízení se „suchým“ rotorem se vyznačuje vyšším výkonem, a proto spotřebovává podstatně více elektřiny než zařízení vybavená „mokrým“ rotorem.

Oběhové odstředivé čerpadlo se suchým rotorem

Doporučení modelu

Při výběru odstředivého čerpadla byste neměli věnovat pozornost fotografii takového zařízení na webových stránkách internetového obchodu, ale technickým parametrům zakoupeného hydraulického stroje. Nejprve byste měli jasně formulovat, k čemu plánujete takové zařízení používat, tj. určit účel odstředivého čerpadla v konkrétní situaci. V závislosti na tom, k čemu je čerpací zařízení potřeba, se vybírá podle řady parametrů, včetně:

1. hloubka, ze které je čerpadlo schopno čerpat kapalné médium z podzemního zdroje (tento parametr charakterizuje vzdálenost měřenou mezi tělesem zařízení a spodní značkou podzemního zdroje, ve kterém se kapalné médium nachází);
2. koeficient účinnosti, který lze použít k určení účinnosti vybraného čerpacího zařízení;
3. produktivita, kterou lze použít k určení množství kapalného média, které čerpadlo dokáže přečerpat za jednotku času;
4. tlak kapalného média, který je čerpadlo schopno generovat (tento parametr, měřený v metrech vodního sloupce, je rozdíl mezi tlakem proudění kapalného média vstupujícího do čerpadla vstupním potrubím a tlakem proudění vytvořeného takovým zařízením v tlakovém potrubí);
5. hydraulický ukazatel potrubního systému obsluhovaného čerpadlem, který udává, o kolik se sníží tlak proudění kapalného média čerpaného čerpacím zařízením během jeho přepravy systémem;
6. výkon hnacího elektromotoru, který je odpovídajícím způsobem přenášen na hřídel zařízení s připevněným oběžným kolem;
7. maximální tlak průtoku kapaliny, při kterém je čerpadlo schopno fungovat v normálním režimu;
8. energetická účinnost zařízení, která udává, kolik elektrické energie čerpadlo spotřebuje k čerpání určitého objemu kapalného média.

Výhody a nevýhody

Široké použití odstředivých čerpadel jak v průmyslu, tak i pro řešení problémů v domácnosti je vysvětleno řadou výhod, které tato zařízení odlišují. Mezi nejvýznamnější výhody hydraulických strojů tohoto typu patří:

• vysoký výkon, který je zajištěn konstrukčními vlastnostmi a principem fungování těchto zařízení;
• stabilita parametrů proudění kapaliny vytvořeného čerpacím zařízením tohoto typu;
• kompaktní rozměry a nízká hmotnost;
• snadná údržba, pro kterou nemusíte zapojit odborníky třetích stran a provádět všechny potřebné postupy sami pomocí sady jednoduchých nástrojů;
• dlouhá životnost.

Konstrukce odstředivých čerpadel umožňuje jejich samostatnou opravu a údržbu za předpokladu, že jsou k dispozici určité technické dovednosti.

Samozřejmě je třeba zvážit i nevýhody takových zařízení.

• Čerpací zařízení tohoto typu nelze používat, dokud není jeho vnitřní pracovní komora naplněna kapalným médiem. Pokud se tento požadavek zanedbá, hydraulický stroj poměrně rychle selže.
• Při použití jednostupňových odstředivých čerpadel není možné v potrubním systému obsluhovaném takovými zařízeními vytvořit vysoký tlak: k tomu by se mělo použít zařízení vybavené několika oběžnými koly.

Odstředivé čerpadlo, jehož konstrukce je podrobně popsána výše, má tedy málo nevýhod a ty jsou plně kompenzovány jeho výhodami. To vysvětluje vysokou popularitu tohoto zařízení jak mezi odborníky výrobních podniků, tak i mezi soukromými uživateli, kteří jej aktivně používají k vybavení autonomních systémů zásobování vodou.