AZ ÉPÜLETGÉPÉSZETI RENDSZEREK ENERGIA-HATÉKONYSÁGÁNAK KÉRDÉSEI 1. Szivattyúzás - röviden
Vörös Szilárd
Centrifugál szivattyú Járókerék
Járókerék lapát
Nyomó oldal
Járókerék él Járókerék csavar a szállított közeg sebessége és dinamikus nyomása megnő a járókerékben ez a dinamikus nyomás-növekedés alakul át statikus nyomássá a csigaházban
Szívó oldal
Járókerékház 2
Centrifugális erőtér Szállítómagasság (Förderhöhe) A centrifugális erő egy forgó rendszerben fellépő, radiálisan kifelé irányuló erő.
H 1 n12 = H 2 n22
H=
( pk − p t ) v 2 = ρg 2g
v = rω = 2rΠn
(m/s)
ω = 2πn
(1/s)
p- nyomás
pk pt
(m)
[Pa]
ρ- közeg sűrűség
[kg/m3]
H- szállítómagasság
[m]
g- nehézségi gyorsulás
[9.81 m/s2]
v – kerületi sebesség
[m/s]
r – sugár
[m]
ω- szögsebesség
[1/s]
n – fordulatszám
[1/s]
1
Centrifugális erőtér Szállított térfogatáram .
.
V = A⋅v
V1
n = 1 . V2 n2
(m3/s)
v = rω = 2rπn [m3/s]
V- térfogatáram
pk pt
A- keresztmetszet
[m2]
v – kerületi sebesség
[m/s]
ω - szögsebesség
[1/s]
n – fordulatszám
[1/s]
Centrifugális erőtér A tengelyen felvett teljesítmény .
P1 n13 = P2 n 23
P =V⋅ρ ⋅ g ⋅ H .
V1
n = 1 . V2 n2
(W)
H 1 n12 = H 2 n 22
és
P- tengelyen felvett telj. [W]
pk pt
ρ- közeg sűrűség
[kg/m3]
H- szállítómagasság
[m]
g- nehézségi gyorsulás
[9.81 m/s2]
n – fordulatszám
[1/s]
Affin vagy hasonlósági összefüggések .
V1 .
V2
=
n1 n2
H 1 n12 = H 2 n22
P1 n13 = P2 n 23
a térfogatáram és a fordulatszám között az összefüggés lineáris
a szállítómagasság és a fordulatszám között az összefüggés négyzetes
a tengelyen felvett teljesítmény és a fordulatszám között az összefüggés köbös
Csak az affin parabola (fix, origóból kiinduló csővezetéki parabola) mentén érvényesek az összefüggések!
2
Affin vagy hasonlósági összefüggések A kagylódiagram, a normál munkapont és az affin parabola különböző fordulatszámon, az azonos hatásfokú munkapontokat összekötő görbék serege a kagyló diagram
N – normál munkapont, a szivattyú legjobb hatásfokú munkapontja
az affin vagy hasonlósági törvények csak az affin parabolán, az origóból kiinduló fix csővezetéki jelleggörbén elhelyezkedő munkapontokra érvényesek
Affin vagy hasonlósági összefüggések P1 = P2
33 63
= 30,6W
P1 = 150W
.
V1 .
V2
=
3m3 / h 6m3 / h 3
Dp-c illetve dp-v szabályozás esetén NEM ÉRVÉNYESEK az affin vagy hasonlósági összefüggések!
A szivattyú hatásfoka A szivattyú hatásfoka
Pelméleti = ηP P2 ηP = ηh ⋅ ηv ⋅ ηme ηh
- hidraulikai hatásfok (áramlási veszt.)
ηv
- volumetrikus hatásfok (résveszteség)
ηme
- mechanikai hatásfok
Összes hatásfok
ηö = ηP ⋅ ηM ηM
- motor hatásfok
3
A szivattyú hatásfoka Új előírások a szivattyú villany motorokra vonatkozóan CEMEP szabályozás a villanymotorokra EFF1, EFF2 és EFF3 minőségi osztályok (a legjobb osztály az EFF1) Új EUP irányelv (640/2009/EC szabályozás) IE1, IE2 és IE3 minőségi osztályok (a legjobb osztály az IE3) EFF1 = IE2 2011. június 16.-tól csak min. IE2 kategóriájú motorok ill. azzal szerelt berendezések hozhatók forgalomba 2015. január 1.-től, a 7,5-375 kW teljesítmény tartományban csak IE3, vagy frekvenciaváltóval ellátott IE2 motorok ill. azzal szerelt berendezések hozhatók forgalomba 2017.január 1.-től az előző pontban meghatározott követelmények már a 0,75-375 kW teljesítmény tartományra lesz érvényes
A szivattyú hatásfoka Új előírások a nedves tengelyű szivattyúkra vonatkozóan Új EUP irányelv (641/2009/EC szabályozás) A szivattyúk besorolása az EEI, energia hatékonysági index alapján történik A viszonyítási alap a jelenlegi műszaki szinten elérhető legjobb, 0,2 –es érték 2013. január 1.-től csak EEI ≤ 0,27 energia hatékonysági mutatóval rendelkező nedves tengelyű szivattyúk hozhatók forgalomba 2015. augusztus 1.-től pedig a követelmény már EEI ≤ 0,23 lesz! Az EEI számot a szivattyún fel kell tüntetni! Az előírások alapján 2013. január 1. után csak elektronikus nedves tengelyű szivattyúk hozhatóak forgalomba az Európai Unión belül.
A szivattyú hatásfoka
4
A szivattyú munkapontja A szivattyú jelleggörbéjének pontossága
Szabvány
V
H
η
P
RÉGI
ISO 2548 B
+/- 8 % +/- 6 %
+/- 8 %
ÚJ
ISO 9906 A
+/- 9 % +/- 7 % - 7 %
+9%
A szivattyú munkapontja Manometrikus szállítómagasság p2; v2
p1; v1 z2 z1
(1)
(2)
(3)
p2-p1 v22-v12 H = ρg + (z2-z1) + 2g
inline = 0 m norm = 0,3 m víztől eltérő közeg!
eltérő csonkok!
a szállítómagasság (H; katalógus adat) az alábbi nyomások összege: a statikus nyomások különbsége (1) + a szivattyú csonkok közötti magasság különbségből adódó hidrosztatikus nyomáskülönbség (2) + a csonksebességek közötti különbségből adódó dinamikus nyomáskülönbség (3) in-line és nedves tengelyű szivattyúknál a szállítómagasság – vízszintes csővezetéki beépítés esetén - megegyezik a statikus nyomáskülönbséggel (1), mivel a csonkok mérete azonos ill. közöttük nincs szintbeli különbség blokk és norm szivattyúk esetében a „hasznos” statikus nyomáskülönbség néha kisebb, mint a katalógusban szereplő szállítómagasság!
A szivattyú munkapontja A szállítómagasság ellenőrzése
(1)
(2)
(3)
p2-p1 v22-v12 H = ρg + (z2-z1) + 2g
5
Kavitáció
NPSH érték NPSH érték - a szívócsonkban mért nyomás és a szivattyú belsejében mérhető legalacsonyabb nyomás közötti különbség az NPSH (nettó pozitív szívómagasság) érték. Az NPSH érték tehát a szivattyúház első szakaszában keletkező nyomásveszteséget fejezi ki.
Ha ptelítési > (pszívó – NPSH)
KAVITÁCIÓ!
.
NPSH ≈ n 4 / 3 V 2 / 3 NPSH értéke a fordulatszámmal és a térfogatárammal növekszik.
Kavitáció Mekkora a szivattyú előtti minimum ráfolyási magasság mértéke? h - ráfolyási magasság [m] Hb- 10.13 m (atmoszférikus nyomás) Hf- szívó-csővezetéki nyomásveszteség [m] Hv- víz telítési nyomása az üzemi hőmérsékletnél [m] NPSH - katalógus adat [m] Hs- biztonsági tényező min. 0.5 m
h = Hb – Hf – Hv – NPSH - Hs - ha a h érték pozitív: a folyadék szint a szivattyú szívócsonkja alatt lehet - ha a h érték negatív: a vízszintnek a szivattyú szívócsonkja felett kell lennie 17
A szivattyúk kialakítása Nedves tengelyű szivattyú motor forgórésze a szállított közegben (légrésbetétcső) nincs tengelytömítés, ami elsődleges hibaforrás lehet! nem igényel karbantartást (nincs golyóscsapágy csak folydékkenésű siklócsapágy) rendkívül alacsony zajszint A motor hűtése a szállított közeggel kb. max. 60%-os összhatásfok!
6
A szivattyúk kialakítása Száraz tengelyű szivattyú a motor nem érintkezik a szállított közeggel (csúszógyűrű) a motor a szivattyú tengelyéhez tengelykapcsolón keresztül csatlakozik
Blokk szivattyú
a szivattyú motor a berendezés rendszerből való kiszerelése nélkül javítható például magas hőmérsékletű közegek szállításához A motor hűtése ventilátorral In-line szivattyú
kb. max. 90%-os összhatásfok!
A szivattyúk kialakítása Járókerék radiális járókerék: az épületgépészeti centrifugál szivattyúk egyik leggyakrabban használt járókerék típusa, nagy szivattyú szállítómagasságnál használatos félaxiális járókerék: kis és közepes nyomású szivattyúknál használatos axiális járókerék: nagy szállított térfogatáramnál használatos
Radiális átömlésű
Félaxiális átömlésű
Axiális átömlésű
Víztől eltérő közeg szivattyúzása Jelleggörbe
H
a szivattyú jelleggörbéje viszkózus közeg szállítása esetén kis mértékben tér el a víz közegre megadott jelleggörbétől
V-H víz V-H viszkózus
P
V a szivattyú tengelyen felvett teljesítmény V-P
viszkózus
viszkózus közeg szállítása esetén nagy mértékben eltérhet a víz közegre
V-P
víz
megadott jelleggörbétől
V
7
Víztől eltérő közeg szivattyúzása Szivattyú kialakítások Nedves tengelyű szivattyúk 30% glikol-koncentrációig és -10 °C-ig korlátozás nélkül alkalmazható 40% felett ellenőrizni kell az adott közeg hőmérséklete mellett a kin. viszkozítást is 15 mm2/s viszkozitás felett konzultáció a szállítóval! Száraz tengelyű szivattyúk 8 cSt viszkozitás fellet,a megnövekedett viszkozitás következtében a csúszófelületek közötti kenőfilm-réteg vastagsága megnő. Ez egy határérték felett az alapkivitelű tengelytömítés szivárgását okozza. ilyen esetekben redukált csúszófelületű tengelytömítést javasolt alkalmazni. általában a hozzáadott inhibitorok, adalékok miatt Viton (V) elasztomert javasolt alkalmazni ! Viton csak -15 °C-ig alkalmazható !
Víztől eltérő közeg szivattyúzása
Szivattyú szabályozás Szivattyú szabályozás fordulatszám szabályozással 1. A fordulatszám változtatásával, a szivattyú új jelleggörbéje párhuzamosan eltolódik a max. fordulatszámhoz tartozó jelleggörbéhez képest.
.
V1 .
V2
=
n1 n2
H 1 n12 P1 n13 = = H 2 n 22 P2 n23
Csak az affin parabola (origóból kiinduló, fix csővezetéki jelleggörbe) mentén érvényesek az összefüggések!
8
Szivattyú szabályozás Szivattyú szabályozás fordulatszám szabályozással 2. A fordulatszám 50%-os csökkenése: a térfogatáramot 50%-ra, a szállítómagasságot 25%-ra és a teljesítményigényt 12.5 %-ra csökkenti. HA A MUNKAPONTOK AZ AFFIN PARABOLÁN VANNAK ….
.
V1 .
V2
=
n1 n2
H 1 n12 P1 n13 = = H 2 n 22 P2 n23
A fordulatszám szabályozással történő szivattyú szabályozás a leghatékonyabb szivattyú szabályozási módszer.
Szivattyú szabályozás Nyomáskülönbségre történő szabályozás Állandó nyomáskülönbség szabályozás Előny: Egyszerűen megvalósítható, a rendszer szempontjából igen biztonságos szabályozás Hátrány: Kis térfogatáramnál rossz hatásfok, ill. sziv. energia megtakarítás szempontjából nem a leghatékonyabb szabályozás Térfogatárammal arányos nyomáskülönbség szabályozás Előny: kb. 20 %-kal nagyobb energia megtakarítás az előző megoldáshoz képest A szabályozás kihelyezett dp távadós szabályozást szimulál Hátrány: Nem alkalmazható minden rendszerben
Dp
Nyomáskülönbség távadó közvetlenül a szivattyú csonkjain.
Dp
Külső nyomáskülönbség távadó.
Állandó nyomáskülönbség szab. kihelyezett Δp távadóval Előny: A nagyon alacsony szivattyú fogyasztás Hátrány: A dp távadó kihelyezése sokszor problémás A Δp távadó helyének meghatározása számítást igényel
Szivattyú szabályozás Egyéb ellenőrző jelre történő szabályozás t Állandó hőmérséklet ill. hőmérséklet különbség szabályozás Előny: Szivattyúzási energia szempontból a leghatékonyabb szabályozási módszer Hátrány: Alkalmazása nagy körültekintést igényel ill. csak bizonyos esetekben alkalmazható
V
Állandó térfogatáram szabályozás Előny: Szivattyúzási energia szempontból a igen hatékony szabályozási módszer Állandó térfogatáramú rendszerekben alkalmazható, ahol a fogyasztói hálózat jelleggörbéje változhat pl. az interaktivitás miatt (pl. folyadékhűtőknél)
9
Szivattyú szabályozás Minimum fordulatszám Motor Motor kielégítő hűtése érdekében 12.5 Hz alatt nem üzemeltethető a berendezés.
Szivattyú P1
P 2 = P teng = M × w
T közeg °C P h = Q ×H = 0
Az örvényszivattyú által megszabott alsó térfogatáram határérték az a fordulatszám, ahol megszűnik a szivattyú szállítása, azaz ahol a térfogatáram nullára csökken. Ebben az esetben a szivattyúnak nincs a kimeneten hasznos teljesítménye (Ph= Q x H), így a tengelyén felvett teljesítmény a szivattyúban lévő folyadékot melegíti.
Szivattyú szabályozás Minimum fordulatszám és térfogatáram zárt rendszerben H [%]
n - fordulatszám
Csőhálózati jelleggörbe
minimum fordulatszám: 12,5 Hz
100%
áll. Dp szabályozás
90%
amennyiben a hidraulikai hálózat minden egyutú szelepe lezár és a szállított térfogatáram zérus:
80%
a szivattyút le kell állítani, illetve 50%
25%
nedves tengelyű szivattyú kb. 1 órán keresztül elviseli ezt az üzemállapotot
nmin
100
V [%]
száraz tengelyű szivattyú esetében min. 10% (fűtés) ill. 5% (hűtés) térfogatáramot kell biztosítani
Minden esetben javasolt kikérni a gyártó véleményét!
Köszönöm figyelmüket!
10
