VUT Brno – FSI, EÚ – OHS V.K.
HYDRAULICKÉ STROJE
Zpět Obsah: HS-01
Soubor: HS-02
ROZDĚLENÍ ČERPADEL (viz Osnova: HS-00 /kap.1.1)
Hydrodynamická čerpadla odstředivá
axiální
obvodová
labyrintová kombinovaná
radiální diagonální
Hydrostatická čerpadla rotační
s kmitavým pohybem
peristaltická kombinovaná
zubová pístová vřetenová plunžrová lamelová membránová s rotujícími křídlová písty s odvalujícím vlnovcová pístem
hadicová
Čerpadla jiných principů mamutová
elektromagnetická
proudová
plynotlaká
ejektory
pulsometry
korečková
injektory
monžíky
řetězová
vodní trkače
zdvižná
šneková zvedací kola korečková bubnová
Rozdělení čerpadel je uvedeno podle [23]/ ČSN 11 0000.
1
VUT Brno – FSI, EÚ – OHS V.K.
HYDRAULICKÉ STROJE
Zpět Obsah: HS-01
Soubor: HS-02
POPIS ČERPADEL (viz Osnova: HS-00 /kap.1.2)
HYDRODYNAMICKÁ ČERPADLA Hydrodynamická čerpadla jsou čerpadla s nepřímou přeměnou mechanické energie v kinetickou a potenciální energii kapaliny. Rozdělují se: podle proudění kapaliny a meridiální složky výstupní rychlosti na čerpadla • odstředivá (centrifugální), tzn. lopatková čerpadla, dopravující kapalinu točivým pohybem činné části rotoru, kterým je oběžné kolo (OK) ¾ radiální, kdy kapalina vstupuje do OK axiálně (rovnoběžně s osou) a vystupuje z OK radiálně (kolmo k ose otáčení) – viz obr.1 /OHS-02 ¾ diagonální (šroubová), kdy kapalina vstupuje do OK axiálně a vystupuje diagonálně (šikmo k ose otáčení) – viz obr.2 • axiální (vrtulová), tzn. lopatková čerpadla, kdy kapalina vstupuje do OK i vystupuje z OK axiálně – viz obr.3 • obvodová (vířivá), kdy kapalina vstupuje do OK a vystupuje z OK většinou jen na části obvodu – viz obr.4 • labyrintová, kdy kapalina vstupuje a vystupuje ve směru mezery mezi rotorem a statorem, v níž ve spirálových drážkách (labyrintech) se zvyšuje tlak – viz obr.5 • kombinovaná, zn. kombinaci čerpadel stejného nebo různého konstrukčního provedení, zapojených za sebou (sériově) nebo vedle sebe (paralelně)
podle konstrukce statoru • se spirální skříní jednoduchou nebo dvojitou (pravou nebo levou) • s kruhovou skříní jednoduchou nebo dvojitou ¾ s rozváděcím kolem a s převaděčem lopatkovým nebo kanálovým ¾ s převaděčem lopatkovým nebo kanálovým (bez rozváděcího kola) • článková (ve variantách jako u čerpadel s kruhovou skříní)
podle konstrukce činné části rotoru (OK) • jednokanálové nebo vícekanálové OK (levé nebo pravé) • jednolopatkové nebo vícelopatkové OK ¾ zavřené (viz obr.1 a obr.2); polootevřené (jednostranně otevřené); otevřené ¾ s rovnými, s rovinně zakřivenými nebo s prostorově zakřivenými lopatkami ¾ s pevnými, s nastavitelnými (za klidu) nebo s natáčivými lopatkami (za chodu) ¾ paprskovým, otevřeným OK (viz obr.4); vírovým; obvodově drážkovaným; labyrintovým (viz obr.5) ¾ s jednostranným nebo s oboustranným vstupem
podle počtu tlakových stupňů • jednostupňová nebo vícestupňová čerpadla
podle vstupu kapaliny do OK • s osovým, s radiálním nebo s bočním vstupem (viz obr.5)
Další hlediska pro rozdělení čerpadel – viz dále s.7÷8 2
VUT Brno – FSI, EÚ – OHS V.K.
HYDRAULICKÉ STROJE
Zpět Obsah: HS-01
Soubor: HS-02
HYDROSTATICKÁ ČERPADLA Hydrostatická čerpadla jsou objemová čerpadla s přímou přeměnou mechanické energie v potenciální hydraulickou energii. Rozdělují se na: Rotační čerpadla Objemová čerpadla, dopravující kapalinu točivým pohybem činné části rotoru. Kapalina je během části otáčky rotoru v prostoru uzavřeném proti vtoku a výtoku (bez uzavíracích prvků). Čerpadla dopravují teoreticky (nehledí-li se ke ztrátám objemovým) za jednu otáčku vždy stejný objem kapaliny nezávisle na počtu otáček a na dopravní výšce. • Zubová čerpadla Kapalina je dopravována do výstupu v zubových mezerách točících se ozubených kol, vzájemně zabírajících buď vnitřním nebo vnějším ozubením – viz obr.6. Zubová čerpadla se rozdělují: podle počtu os činných částí ¾ dvouosá (viz obr.6) nebo víceosá podle počtu komor ¾ jednokomorová (jednonásobná) nebo vícekomorová (vícenásobná) podle počtu stupňů ¾ jednostupňová nebo vícestupňová podle uspořádání činných částí ¾ s vnitřním nebo s vnějším ozubením kol (viz obr.6) podle vymezení vůlí nebo vyvážení sil ¾ s hydrostatickým vymezením axiálních nebo radiálních vůlí ¾ s hydrostatickým vyvážením radiálních sil (bez vymezení vůlí) •
Vřetenová (šroubová) čerpadla U vřetenových čerpadel se buď vřeteno pohybuje jako rotor v nepohyblivém statoru, s nímž plní současně i funkci uzavíracího prvku, nebo se pohybuje stator i rotor. Kapalina přitékající do sacího prostoru zaplňuje závitové mezery, které se po určitém otočení uzavírají vlivem záběru vřeten (u více-vřetenových čerpadel). Za jednu otáčku vřeten postoupí kapalina v uzavřených mezerách mezi závity k výtlaku přímočaře ve směru osy o délku rovnou stoupání závitu. Vřetenová čerpadla se rozdělují: podle počtu činných částí a jejich uspořádání na ¾ jedno-vřetenová s pevným nebo s kmitajícím statorem ¾ dvou-vřetenová nebo tří-vřetenová – viz obr.7 ¾ více-vřetenová se záběrem vřeten nebo s pomocnými ozubenými koly ¾ s dělicím kolem – viz obr.8 podle stoupání činné části ¾ se stálým stoupáním nebo s proměnlivým stoupáním závitu vřeten podle smyslu posunování kapaliny ve vřetenech ¾ s jednostranným vstupem (jednočinná), s oboustranným vstupem (dvojčinná) nebo s oboustranným výstupem podle profilu činné části (u dvou- a více-vřetenových) ¾ s jednoduchým, s cykloidním, s evolventním nebo s kombinovaným profilem podle vzájemné polohy os ¾ s rovnoběžnými, s různoběžnými nebo mimoběžnými osami. 3
VUT Brno – FSI, EÚ – OHS V.K.
HYDRAULICKÉ STROJE
Zpět Obsah: HS-01
Soubor: HS-02
Rozdělení čerpadel rotačních – pokračování • Lamelová čerpadla Kapalina je dopravována do výstupu v mezerách mezi lamelami pohyblivě uloženými v rotoru, případně ve statoru. Probíhá-li lamela místem, v němž je rotor nejblíže stěně statoru, prostor mezi rotorem a statorem se začne zvětšovat a vyplňovat kapalinou, která je nasávaná ze sacího otvoru. Jakmile lamela mine místo maximální vzdálenosti mezi rotorem a stěnou statoru, prostor mezi lamelami se postupně zmenšuje a kapalina je v místě výtlačného otvoru dopravována do výtlačného hrdla. Lamelová čerpadla se rozdělují: podle počtu činných částí na ¾ dvou-lamelová nebo více-lamelová – viz obr.9 podle počtu pracovních cyklů každé činné části za jednu otáčku rotoru na ¾ jednočinná (tzv. nevyvážené konstrukce, viz obr.9) ¾ dvojčinná (tzv. vyvážené konstrukce) nebo vícečinná podle regulace ¾ se stálou výstředností (excentricitou) nebo s proměnlivou výstředností podle počtu stupňů ¾ jednostupňová nebo vícestupňová podle počtu komor ¾ jednokomorová (jednonásobná) nebo dvoukomorová (dvounásobná) podle umístění lamel ¾ s lamelami v rotoru (viz obr.9) nebo s lamelami ve statoru • Čerpadla s rotujícími písty V oválném tělese čerpadla jsou spojitě vytvořeny dva válcové prostory, v nichž se proti sobě otáčejí dva neokrouhlé písty různého tvaru. Písty se po sobě odvalují synchronizovaným spojením pomocí dvou ozubených kol, upevněných na hnacím hřídeli ve skříni, která je vně tělesa čerpadla. Rotující písty utěsňují v každé poloze při svém odvalování výtlak proti sání. Čerpadla s rotujícími písty se rozdělují: podle tvaru činné části ¾ jedná se o značný počet různých profilů; jako příklad – viz obr.10 podle počtu os na ¾ jednoosá, dvouosá (viz obr.10) nebo víceosá • Čerpadla s odvalujícím pístem Po vnitřní stěně kruhovém statoru se odvaluje mimostředný válcový píst, jehož osa obíhá kolem osy statoru – viz obr.11.
Čerpadla s kmitavým pohybem Objemová čerpadla, která dopravují kapalinu kmitavým vratným pohybem činné části v tělese čerpadla. Rozdělují se: podle tvaru činné části na čerpadla • pístová, u nichž kapalina je dopravována do výtlačného potrubí osovým (přímočarým) pohybem pomocí jednoho nebo několika písty – viz obr.12÷15 • plunžrová; kapalina je dopravována osovým pohybem plunžrů – viz obr.16÷17 • membránová; kapalina je dopravována kmitavým pohybem membrány – viz obr.18 • vlnovcová; kapalina je dopravována osovým pohybem vlnovce – viz obr.19 • křídlová; kapalina je dopravována kývavým pohybem křídla – viz obr.20.
4
VUT Brno – FSI, EÚ – OHS V.K.
HYDRAULICKÉ STROJE
Zpět Obsah: HS-01
Soubor: HS-02
Čerpadla s kmitavým pohybem – pokračování: podle počtu válců nebo komor • u pístových a plunžrových ¾ jednoválcová (simplexní), dvouválcová (duplexní), tříválcová (triplexní) nebo víceválcová • u membránových, vlnovcových a křídlových ¾ jednokomorová, dvoukomorová, tříkomorová nebo vícekomorová podle vykonané práce během jednoho dvojzdvihu ¾ jednočinná, dvojčinná, čtyřčinná nebo diferenciální podle uspořádání činných částí vyvozujících tlak ¾ řadová (viz obr.13), radiální (viz obr.14) nebo axiální (viz obr.15) podle způsobu rozvodu čerpané kapaliny ¾ s ventilovým rozvodem (pracovní prostor je otevírán a uzavírán ventily) ¾ s šoupátkovým rozvodem ¾ se samočinným rozvodem (otevírání a uzavírání není vázáno na pohyb činné části) ¾ rozvod s nuceným pohybem (otevírání a uzavírání je vázáno na pohyb činné části) ¾ s kombinovaným rozvodem podle kinematiky hnacího mechanismu ¾ s klikovým, s výstředníkovým nebo s vačkovým mechanismem – s převodem v klikové skříni nebo bez převodu ¾ bez klikového mechanismu nebo s pákovým mechanismem ¾ mechanismus se šikmou deskou (viz obr.15) podle regulace ¾ s regulací nebo bez regulace.
Čerpadla s peristaltickým (s jiným) pohybem • Hadicová čerpadla Tato čerpadla dopravují kapalinu postupným stlačováním činné části, tzn. pružné hadice (z pryže nebo jiného plastického materiálu), přičemž v každém okamžiku je hadice stlačena nejméně v jednom místě pomocí kladek, palce nebo jinak – viz obr.21. Hadicová čerpadla se rozdělují podle počtu hadic na: ¾ jedno-hadicová, dvou-hadicová nebo více-hadicová podle způsobu vyvození peristaltického pohybu ¾ kladičková (jedno-, dvou-, více-kladičková), palcová nebo jiná podle průřezu hadic ¾ o stejném nebo o různém průřezu hadic
Kombinovaná čerpadla Kombinace čerpadel stejného nebo různého konstrukčního provedení, zapojených za sebou (sériově) nebo vedle sebe (paralelně).
Další hlediska pro rozdělení čerpadel – viz dále s.7÷8
5
VUT Brno – FSI, EÚ – OHS V.K.
HYDRAULICKÉ STROJE
Zpět Obsah: HS-01
Soubor: HS-02
ČERPADLA JINÝCH PRINCIPŮ Ostatní čerpadla jsou zařízení, čerpající a dopravující kapalinu na základě jiných principů než je tomu u hydrodynamických a hydrostatických čerpadel. Jedná se o tato čerpadla a čerpací zařízení:
Proudová čerpadla Dopravují kapalinu tím, že práci potřebnou k čerpání kapaliny dodává energie proudící (pracovní) látky, kterou může být buď kapalina, pára nebo plyn. Proudová čerpadla zahrnují: • Ejektory Ejektor je odsávací tryskové čerpací zařízení, které je poháněno proudem vody, plynu nebo páry. Statická energie hnacího prostředí se mění v trysce na dynamickou energii a v difuzoru opět na tlakovou energii – viz obr.22. • Injektory Injektor je vstřikovací čerpací zařízení, které přeměňuje statickou energii v energii dynamickou a opět ve statickou. Parní injektor pro napájení kotlů má ve většině případů tři samostatné trysky a hnacím prostředkem je vodní pára – viz obr.23. • Vodní trkače Vodní trkače jsou uváděny do provozu spádovou vodou ze studně, která svou energií zvedne a uzavře rázový (vybíjecí) ventil. Část hnací vody se při tomto rázu vytlačí přes tlačný ventil do výtlačného větrníku a potrubí. Po poklesu rázového tlaku se rázový ventil pružinou a vlastní hmotností otevře a cyklus se opakuje – viz obr.24.
Plynotlaká čerpadla Tato čerpadla dopravují kapalinu přímým tlakem plynu nebo páry na hladinu čerpané kapaliny. Jedná se o tato čerpadla: • Pulsometry Pulsometr je parotlaké čerpadlo, pracující jako dvoukomorové, jednočinné s ventily. Vakuum pro nasátí kapaliny se vytvoří kondenzací páry v jedné komoře, zatím co tlak páry vytlačuje kapalinu z druhé komory. Po ukončení vytlačování se vstřiknutím kapaliny vytvoří v druhé komoře vakuum a cyklus se opakuje – viz obr.25. • Monžíky Hlavní částí monžíku je uzavřená nádrž, ze které se vytlačuje kapalina tlakem vzduchu nebo páry do výše položených míst. Přívod kapaliny a vzduchu (páry) jsou opatřeny uzavíracími ventily. Pro vypouštění vzduchu při plnění monžíku kapalinou slouží odvzdušňovací ventil.
Mamutová čerpadla (mamutky) Mamutky jsou čerpadla bez pohyblivých strojních částí (mechanismů). K provozu je zapotřebí kompresoru s tlakovou nádrží. Funkce čerpadla je založena na fyzikálním zákonu rovnováhy kapalin ve spojitých nádobách. Do trouby pro dopravu kapaliny se dodává zvláštním potrubím od kompresoru vzduch. V troubě tak vzniká směs vzduchu a kapaliny, která je lehčí než kapalina a proto také stoupá výtlačným potrubím, kde vytéká do horní nádrže – viz obr.26.
6
VUT Brno – FSI, EÚ – OHS V.K.
HYDRAULICKÉ STROJE
Zpět Obsah: HS-01
Soubor: HS-02
Čerpadla jiných principů – pokračování Elektromagnetická čerpadla Dopravují pouze kovy v tekutém stavu a kapaliny s elektrickou vodivostí na základě vzájemného působení elektromagnetického pole statoru a tekutého kovu nebo vodivé kapaliny – viz obr.27.
Zdvižná čerpadla Dopravují kapalinu tím, že mechanicky zvedají buď přerušovaně nebo kontinuálně určitý objem čerpané kapaliny v dopravních prostorech pod tlakem atmosférickým. Zahrnují čerpadla: • korečková – viz obr.28 • řetězová – viz obr.29 • šneková – viz obr.30 • zvedací kola, která mohou být: ¾ korečková – viz obr.31 ¾ bubnová – viz obr.32.
Další hlediska pro rozdělení čerpadel Dále uvedená další hlediska pro rozdělení a bližší určení konstrukce, provedení a použití čerpadel, platí především pro hydrodynamická a hydrostatická čerpadla. U čerpadel ostatních postačí uvést jejich základní název a hlavní parametry. Mezi další hlediska rozdělení patří: poloha osy pohybu činné části ¾ horizontální (vodorovná); šikmá; vertikální (svislá) konstrukce skříně nebo tělesa čerpadla ¾ dělená (kolmo k ose nebo rovnoběžně s osou činné části) ¾ nedělená (s chladícím nebo topným pláštěm; bez chladícího a topného pláště) upevnění soustrojí ¾ patkové (s ložiskovým kozlíkem nebo bez něho) ¾ přírubové; vestavné; závěsné; ponorné ¾ s ložiskovým závěsem – u vertikálních čerpadel ¾ bez ložiskového závěsu – u vertikálních čerpadel stabilní (připevněné trvale k základu) mobilní (na podvozku; na saních; přenosné apod.) utěsnění hřídele a provedení ucpávkového prostoru ¾ s provazcovou ucpávkou ¾ s plastickým těsněním (hnětacím) ¾ samotěsnící ucpávkou (Gufero) ¾ s tvářeným těsnivem (z pryže; z kůže; z plastické hmoty; z kovu; z uhlíku) odváděnou; zahlcenou; proplachovanou; promývanou; uzavřenou chlazenou; nechlazenou; vytápěnou ¾ s mechanickou ucpávkou (jednoduchou nebo dvojitou) ¾ bez ucpávky uložení hřídele v ložiskách kluzných (kovových nebo nekovových); valivých; kluzných i valivých
7
VUT Brno – FSI, EÚ – OHS V.K.
HYDRAULICKÉ STROJE
Zpět Obsah: HS-01
Soubor: HS-02
Další hlediska pro rozdělení čerpadel – pokračování
poloha vstupních a výstupních hrdel – např. podle ČSN 11 0020 počet proudů na výstupu ¾ jednoproudové nebo více-proudové čerpadlo (s jedním nebo více výstupy kapaliny) průtok a směr proudění – čerpadlo: ¾ s konstantním průtokem (průtok „Q“ nelze měnit při konstantních otáčkách „n“) ¾ s měnitelným průtokem – regulovatelné (Q se mění i při n=konst) ¾ jednosměrné (směr proudění nelze měnit ani změnou smyslu otáčení) ¾ obousměrné (směr proudění lze měnit změnou smyslu otáčení) ¾ reverzní (směr proudění lze měnit bez změny smyslu otáčení) způsob nasávání – čerpadlo: ¾ samonasávací (se samonasávacím stupněm nebo bez něho) ¾ s plněním, tzn. čerpadlo s pomocným zařízením k přivedení kapaliny na jeho vstup (např. spádová nádrž, plnící čerpadlo apod.) pohonná jednotka – např. podle ČSN 11 0021 konstrukční provedení z hlediska prostředí působícího na elektrická zařízení – např. podle ČSN 34 0070, 34 0110, 34 1470, 34 1480 a ČSN 35 0001 provedení čerpadel z hlediska klimatických podmínek – např. podle ČSN 34 5181 úprava čerpadel (opracování, montáž, nátěry, konzervace) – podle dohody nebo podle oborových norem (např. ON 11 0077) druh čerpané kapaliny ¾ čistá voda (pitná, užitková, napájecí, kondenzát apod.) ¾ voda s obsahem tuhých částic (kaly a vodní suspenze) neabrasivní – tuhé (hadry, velké kusy fekálií) – vláknité (vlasy, sláma, celulóza, buničina apod.) – hrubé (řepa, brambory, ryby apod.) abrasivní (plovoucí písek, zemina, strusky apod.) cement; malta ¾ naftové produkty a těkavé kapaliny ¾ chemicky agresivní kapaliny (mořská voda; kyseliny a louhy) ¾ viskózní a husté kapaliny (čisté; s obsahem tuhých částic) ¾ kapalné potraviny všeho druhu ¾ radioaktivní kapaliny (čisté, suspenze) ¾ tekuté kovy; výbušniny rozdělení čerpadel podle účelu použití: akumulační – bagrovací – cukrovarnické – dávkovací – důlní – hydraulické pohony – chemické – chladící – kalové – kondenzátní – lodní – mazací – míchací – mléčné – napájecí – oběhové – odvodňovací – olejářské – papírenské – potravinářské – požární – procesní – přečerpávací – spřádací – uhelná prádla – vodárenské – vrtné – výplachové – závlahové – zavodňovací.
8
VUT Brno – FSI, EÚ – OHS V.K.
HYDRAULICKÉ STROJE
Zpět Obsah: HS-01
Soubor: HS-02
TVORBA SLOŽENÝCH NÁZVŮ Při tvorbě složených názvů se uvádějí názvy podle základního rozdělení čerpadel a dalších hledisek, které blíže určují konstrukci, provedení a použití čerpadla. Některé dílčí charakteristiky, které v názvu není nutné uvádět, slouží k vypracování popisu čerpadla a pokynů pro jeho použití. Rozsah a pořadí dílčích názvů, pro jednotlivé skupiny hydrodynamických a hydrostatických čerpadel, zde na několika příkladech uvedeme. Slovní označení je vždy doplněno písmenovým označením typu čerpadla – např. podle ON 11 0003.
Odstředivé čerpadlo – název je tvořen podle proudění kapaliny a meridiální složky výstupní rychlosti, podle konstrukce statoru, podle polohy osy činné části a podle čerpané kapaliny (druh a teplota média). Příklad: Odstředivé, radiální, spirální, horizontální čerpadlo na čistou vodu do 80°C, typ: NVA.
Axiální čerpadlo – název je tvořen podle proudění kapaliny v OK, podle polohy osy OK, podle regulace a podle druhu kapaliny. Příklad: Axiální, šikmé čerpadlo s nastavitelnými lopatkami OK, na znečištěnou vodu, typ: BVPS.
Zubové čerpadlo – název je tvořen podle uspořádání činných částí, podle počtu os, podle počtu komor, podle počtu stupňů, podle polohy hřídele a druhu čerpané kapaliny. Příklad: Zubové, dvouosé, jednokomorové, jednostupňové, horizontální čerpadlo na viskózní a husté kapaliny do teploty 80°C, typ: ZPK.
Lamelové čerpadlo – název je tvořen podle počtu činných částí, podle počtu pracovních cyklů každé činné části za jednu otáčku rotoru, podle polohy činné části a podle kapaliny. Příklad: Více lamelové, jednočinné, horizontální čerpadlo na čistou vodu do 30°C, typ: LVM.
Čerpadlo s kmitavým pohybem – název je tvořen podle tvaru činné části, podle počtu válců nebo komor, podle vykonané práce, podle polohy činných částí, podle kinematiky hnacího mechanismu a podle kapaliny. Příklad: Plunžrové, dvouválcové, jednočinné, ležaté čerpadlo s klikovým mechanismem na kyseliny a louhy do 180°C, typ: PCA.
Čerpadlo s rotujícími písty – název je tvořen podle počtu os, podle polohy os činných částí a podle kapaliny. Příklad: Dvouosé, horizontální čerpadlo s rotujícími písty (vačkami) na viskózní kapaliny do 250°E, teploty do 120°C, typ: RPP.
Hadicové čerpadlo – název je tvořen podle počtu hadic, podle způsobu vyvození pohybu a podle kapaliny. Příklad: Jedno-hadicové, tří-kladičkové čerpadlo pro dopravu viskózních kapalin do teploty 60°C, typ: JPA. 9
