Teoretický tlak vyvinutý oběžným kolem odstředivého čerpadla, jak je stanoveno výše v odstavci 2.4.3.1:
je určena hodnotou produktu C2U2.
Pro dosažení vysokého tlaku v čerpadle s jedním oběžným kolem je nutné mít velkou obvodovou rychlost U2. Obvodová rychlost je však omezena pevností kol a kavitací: u litinových kol by neměla překročit 40 m/s a u kol z legované oceli – 300 m/s. Ve speciálních konstrukcích pro kola z vysoce pevných lehkých slitin jsou povoleny obvodové rychlosti až 500 m/s.
Průmyslová zařízení často vyžadují vytvoření vysokého tlaku kapaliny. V takových případech jsou odstředivá čerpadla s jedním oběžným kolem nevhodná a nahrazují se vícestupňovými.
rýže. 29. Vícestupňový obvod
Vícestupňové odstředivé čerpadlo se skládá z řady jednostupňových strojů, jejichž oběžná kola jsou umístěna na společné hřídeli a zapojena do série.
Představa takového vícestupňového (pětistupňového pěnového) čerpadla je uvedena na Obr. 29.
Při sériovém zapnutí kol se jimi vytvořené tlaky sčítají tak, že celkový tlak čerpadla je roven součtu tlaků jednotlivých stupňů. Ve většině případů jsou při dodávání kapalin geometrické rozměry všech stupňů stejné, a proto je celkový tlak takového čerpadla roven tlaku jednoho stupně vynásobenému počtem stupňů.
Tlaky vyvinuté moderními odstředivými vícestupňovými čerpadly jsou velmi vysoké. Například čerpadla typu M, která dodávají vodu, vytvářejí tlak až 2000 m.
K dispozici jsou čerpadla s až 30 stupni.
V případech, kdy odstředivé čerpadlo při daném tlaku musí zajistit takový průtok, aby rozměry průtokové části (například šířka lopatky b2 na výstupu) se ukáže jako konstrukčně nepřijatelné, je použito paralelní zapojení oběžných kol. Taková čerpadla se nazývají víceprůtoková.
Schéma čtyřproudového čerpadla je na Obr. třicet.
rýže. 30. Schéma víceproudého odstředivého čerpadla
Při vysokých tlacích a velkých průtokech se používají víceproudová odstředivá čerpadla s tlakovými stupni (smíšený typ).
Na Obr. Obrázek 31 ukazuje schéma třístupňového dvouproudového čerpadla.
rýže. 31. Třístupňový obvod
Uvažujme návrh čtyřstupňového čerpadla (obr. 32).
Ze sacího potrubí 4 vstupuje kapalina do oběžného kola 3 prvního stupně, dále do lopatkového výstupu 7 a poté přes přenosový kanál 8 do oběžného kola druhého stupně atd. Po průchodu všemi stupni je kapalina směrována přes výstup 7 do tlakového potrubí 2 a odtud do výstupního potrubí.
U čerpadel s jednosměrným přívodem kapaliny vzniká axiální síla působící podél osy hřídele 5. U vícestupňových čerpadel je tato síla vyrovnávána pomocí speciálního zařízení – vykládacího kotouče (paty) 9.
rýže. 32. Čtyřstupňové odstředivé čerpadlo:
2 – výtlačné potrubí;
4 – sací potrubí;
7 – výstup lopatky;
8 – přenosový kanál;
9 – vykládací kotouč (pata)
Vícestupňová horizontální odstředivá čerpadla typu M o průtoku 6 až 1200 m 3 /h a dopravní výšce 40 až 2000 m nalezla široké uplatnění v národním hospodářství.
Čerpadla typu M jsou k dispozici ve třech typech:
1) typ M – vícestupňový;
2) typ MD – vícestupňový s prvním kolečkem oboustranného vstupu;
3) Typ MS nebo CNS – vícestupňové, odstředivé, sekční.
Značení čerpadel typu M je následující:
a) první číslice je průměr sacího potrubí v mm, zmenšený 25krát a zaokrouhlený;
b) písmena M, MD a MS znamenají: M – vícestupňová; D – první kolo obousměrného vstupu; C – sekční;
c) první číslo za písmeny je konkrétní rychlost, 10krát snížená a zaokrouhlená;
d) druhé číslo za písmeny je počet oběžných kol.
Například čerpadlo 10MS-7×9: 10 – průměr vstupního potrubí, zmenšený 25x, tzn. 250 mm; M – vícestupňové; C – sekční; 7 – specifické číslo rychlosti, snížené 10x, tzn. ns = 70; 9 – počet oběžných kol.
Čerpadla typu MS jsou také označována jako CNS – sekční odstředivé čerpadlo. Za písmeny CNS je první číslo průtok v m 3 /h, druhé je tlak v m. Například čerpadlo CNS 500-720: sekční odstředivé čerpadlo s průtokem 500 m 3 /h a spád 720 m.
V rekultivačních systémech se používají vícestupňová čerpadla typu 3B. Jejich označení je následující: 3 – označení provedení čerpadla; B – voda; první číslo za písmenem B je průměr tlakového potrubí v mm; druhá číslice je počet oběžných kol.
Například čerpadlo 3V-200-4: vícestupňové odstředivé čerpadlo na vodu s průměrem tlakové (výtlačné) trubky 200 mm, počet oběžných kol – 4.
Tlak vyvíjený kolem odstředivého stroje, jak je patrné z výrazu (2.8), je určen produktem. Pro dosažení vysokého tlaku musí mít stroj s jedním kolem vysokou obvodovou rychlost. Obvodová rychlost je však omezena pevnostními podmínkami kola a kavitací.
U čerpadel dodávajících vodu a technické kapaliny je rychlost otáčení, a tedy i tlak, obvykle omezena podmínkami pro vznik kavitace.
V průmyslových podmínkách se k získání vysokých tlaků používají vícestupňová odstředivá čerpadla.
Vícestupňový odstředivý stroj je obvykle řada jednostupňových strojů, jejichž oběžná kola sedí na společné hřídeli a jsou zapojena do série. Představa takového sedmirychlostního stroje je na obr. 2.17.
Obrázek 2.17 Schéma vícestupňového odstředivého stroje
Při sériovém zapnutí kol se tlaky sčítají tak, aby se celkový tlak stroje rovnal součtu tlaků jednotlivých stupňů. Obvykle jsou při dodávání nestlačitelných kapalin geometrické rozměry všech stupňů stejné, takže celkový tlak takového stroje je roven součtu tlaků všech stupňů. Část podélného řezu vícestupňovým strojem je na Obr. 2.18.
Obrázek 2.18 Podélný a příčný řez vícestupňovým strojem
Proud kapaliny (plynu) vstupuje přes vstup 1 do oběžného kola 2 první stupeň stroje, odkud je po přijetí určitého množství energie z lopatek vržen do vodicí lopatky 3 tuto fázi. Pak jděte kolem bránice 4, oddělující první stupeň od druhého, proudění prochází reverzní vodicí lopatkou 5 mezi prvním a druhým stupněm a vstupuje do oběžného kola druhého stupně. Z druhého stupně je tok směrován do třetího atd. Reverzní vodicí lopatka je charakteristickým prvkem vícestupňového odstředivého stroje.
Při opouštění vodicí lopatky lopatkového zařízení prvního stupně má proudění významné tangenciální složky absolutní rychlosti, tzn. je zkroucený vzhledem k ose stroje. Pokud je takový tok přiváděn k lopatkám oběžného kola druhého stupně stroje, pak zde může získat zvýšení energie pouze v důsledku rozdílu v obvodových rychlostech výstupu a vstupu.
Pokud je na dráze mezi výstupem z vodícího zařízení prvního stupně a vstupem do oběžného kola druhého stupně umístěno vodicí zařízení lopatek, které zajišťuje radiální vstup do oběžného kola druhého stupně, bude toto fungovat stejně efektivně jako oběžné kolo prvního stupně, přenášející měrnou energii určenou vzorcem (2.15).
Účelem zpětné vodicí lopatky je eliminovat víření proudění za účelem efektivního přenosu energie do proudu v následné fázi stroje.
V případech, kdy odstředivý stroj při daném tlaku musí zajistit takový průtok, že rozměry průtokové části (například šířka lopatky na výstupu) budou konstrukčně nepřijatelné, se používá paralelní zapojení oběžných kol. Takové stroje se nazývajívícevláknové. Schematické schéma stroje se čtyřmi závity je na obr. 2.19.
Obrázek 2.19 Schéma víceproudého odstředivého stroje
Pro vysoké tlaky a velké průtoky se používají víceproudé odstředivé stroje s tlakovými stupni. Takové stroje se skládají ze dvou nebo čtyř skupin tlakových stupňů. V každé skupině jsou stupně zapojeny do série pro zvýšení tlaku a skupiny stupňů jsou zapojeny paralelně. Jako příklad spojení stupňů a skupin ve smíšeném typu odstředivého stroje na Obr. Na obrázku 2.20 je schéma činnosti třístupňového dvouproudového stroje se symetrickým uspořádáním stupňů a jejich skupin.
