Teorie čerpadel používá řadu termínů a definic, které platí pro všechny typy čerpadel. Uvažujme provozní schéma čerpadla zahrnutého v systému, který dodává vodu ze zdroje vody do tlakové nádoby (obrázek 2.9). Při provozu čerpadla se v sací komoře vytváří podtlak, který zajišťuje, že voda stoupá sacím potrubím ze studny pro příjem vody do čerpadla. Tento podtlak musí být dostatečný, aby zvedl vodu ze studny do výšky hmokré (od hladiny vody ve studni ke středu čerpadla), k překonání energetických ztrát v sacím potrubí hmokré, a také k vytvoření rychlosti v sacím potrubí. Vertikální vzdálenost od hladiny vody ve studni ke středu čerpadla hec nazývaná geodetická sací výška; ztráta energie v sacím potrubí hmokré tzv. sací ztráty.
Kapalina vstupující do čerpadla dostává energii (hlavně ve formě tlakové energie), která se vynakládá na překonání odporu v tlakovém potrubí, kterým se kapalina pohybuje, a na zvedání kapaliny do zásobníku.
Obrázek 2.9. Diagram stability čerpadla
Vertikální vzdálenost hв od středu čerpadla k hladině vody v nádrži se nazývá geodetická výtlačná výška; energetické ztráty v tlakovém potrubí se nazývají čerpací ztráty hwn.
Součet tří veličin
jmenovitě: údaje na tlakoměru a vakuometru, vyjádřené v metrech vodního sloupce, a vertikální vzdálenost mezi body připojení přístrojů se nazývá přetlak čerpadla.
Celkový tlak čerpadla lze vyjádřit takto:
Technické (režimové) parametry čerpadla jsou:
průtok (výkon) Q – množství kapaliny čerpané za jednotku času, m 3 /s;
tlak N – rozdíl měrných energií průtoku kapaliny na výstupu z čerpadla a na vstupu do něj, tzn. hmotnostní přírůstek měrné mechanické energie proudu kapaliny procházející hydraulickým strojem (váhový přírůstek energie má rozměr metrů vodního sloupce a charakterizuje vertikální výšku stoupání kapaliny pomocí čerpadla);
užitečný výkon N – výkon udělovaný čerpadlem průtoku kapaliny jím procházející, kW;
vynaložený (spotřebovaný) výkon Nэ – výkon na hřídeli elektromotoru (pohon čerpadla), kW;
faktor účinnosti η – poměr užitečného výkonu ke spotřebě motoru, %:
5.2 Schéma a princip činnosti odstředivého čerpadla
Uvažujme schéma jednokolového čerpadla s vodorovným hřídelem (obrázek 2.10)
Obrázek 2.10. Hlavní prvky čerpací jednotky
Hlavní a nejdůležitější částí odstředivého čerpadla je oběžné kolo 1, spojené s pracovní hřídelí 2. Oběžné kolo sestávající ze zakřivených lopatek uložených v kotoučích je uzavřeno ve stacionární spirálové komoře 3. Kapalina je do čerpadla přiváděna přes sací potrubí 4, které má na svém konci síťku, která brání čerpadlu nasát předměty plovoucí v kapalině, a zpětný ventil 6, který je nutný pro naplnění čerpadla před spuštěním. Prostřednictvím výtlačného potrubí 7 vstupuje kapalina z čerpadla do tlakového potrubí. Na stejné hřídeli jako oběžné kolo je umístěn motor, který jej pohání.
Na průsečíku pracovní hřídele a pláště jsou instalovány olejové ucpávky 8 s těsnící ucpávkou, aby se zabránilo úniku vody a vstupu vzduchu do sacího potrubí.
Čerpadla jsou vybavena vakuometrem B, manometrem M, ventilem pro plnění čerpadla 9 (někdy), dále ventilem 10 na výtlačném potrubí, který slouží k regulaci průtoku a odpojení výtlačného potrubí od výtlačného potrubí. čerpadlo. Kromě toho je ve výtlačném potrubí obvykle instalován zpětný ventil, který se automaticky uzavře, když se čerpadlo zastaví, a odpojí ho od tlakového potrubí. Zpětný ventil v sacím potrubí je uzavřen.
Po naplnění celého čerpadla a sacího potrubí kapalinou se zapne motor, který roztáčí oběžné kolo. Kapalné částice se pohybují pod vlivem odstředivé síly od vstupu do čerpadla k výstupu z něj. V důsledku tohoto pohybu kapaliny směrem k výtlačnému potrubí v sacím potrubí vzniká podtlak. Poté vnější (atmosférický) tlak působící na volný povrch kapaliny otevře spodní ventil 6 a kapalina ze studny začne proudit do čerpadla. To vytváří nepřetržitý průtok kapaliny odstředivým čerpadlem.
Když se kapalina pohybuje oběžným kolem, mechanická energie motoru se přeměňuje na energii pohybující se kapaliny.
Ve své nejjednodušší formě je odstředivé čerpadlo (obr. 3a) sestává z kola s lopatkami 1 ve formě zakřivených válcových ploch sedících na hřídeli 2 uvnitř těla ve tvaru hlemýždě 3, Ten má dvě trubky – centrální 4 a tangenciální 5; první je připojen k sacímu potrubí 6, a druhý – k vypouštění 7. Díry 8 v pouzdře, kterým prochází hřídel, jsou utěsněny pomocí těsnění; u malých čerpadel je kolo někdy uloženo na konzolové hřídeli a skříň má pouze jedno ucpávkové těsnění. Oběžné kolo je tvořeno dvěma kotouči navzájem spojenými dozadu zahnutými lopatkami 1, rozdělující prostor mezi disky na řadu zakřivených kanálů. Pravý disk 2 – pevná, levá 3 – s otvorem pro vstup čerpané kapaliny do kola. Hřídel čerpadla je spojena pomocí spojky s hřídelí elektromotoru.
Rýže. 3. Schémata odstředivých čerpadel: schéma instalace čerpadla
Před spuštěním se skříň čerpadla (a tedy i kolo) a sací potrubí, na spodním konci opatřené zpětným ventilem, naplní kapalinou. Po zapnutí elektromotoru je kapalina v kanálech mezi lopatkami v důsledku rychlé rotace oběžného kola odmrštěna ze středu pod vlivem odstředivé síly a proudí vysokou rychlostí do pouzdra ve tvaru šneka a odtud do výtlačného potrubí. V tomto případě se ve střední části vývěvy vytvoří podtlak a kapalina ze zásobní nádoby se vlivem vnějšího tlaku na její volný povrch řítí kontinuálním tokem sacím potrubím do vývěvy. Na rozdíl od pístového čerpadla tedy odstředivé čerpadlo nepřetržitě nasává a čerpá kapalinu do přijímací nádoby.
Čerpadlo zobrazené na Obr. 3, ale má jednosměrné sání kapaliny (vlevo). Pro zvýšení produktivity (průchodnost oběžného kola) jsou čerpadla s oboustranné odsávání.
Pro sledování provozu čerpadla je na sací potrubí připojen vakuoměr a na výtlačné potrubí manometr. Kromě toho je na výtlačném potrubí instalován ventil, který slouží k vypnutí čerpadla a regulaci přívodu kapaliny. K ochraně čerpadla před vodními rázy v případě náhlého zastavení je výtlačné potrubí často vybaveno zpětným ventilem.
Odstředivé čerpadlo musí být spuštěno s uzavřeným ventilem na výtlačném potrubí, aby nedošlo k přetížení motoru. Poté se pomalým otevíráním ventilu čerpadlo postupně převede na přívod kapaliny do výtlačného potrubí. Čím delší je to druhé, tj. čím větší je množství kapaliny, kterou je třeba uvést do pohybu, tím pomaleji by se měl ventil otevírat, aby se dosáhlo nastolení normálního provozního režimu, který se vyznačuje absencí otřesů a náhlého hluku v potrubí.
Rýže. 4. Schéma vícestupňového odstředivého čerpadla (čtyřstupňové jednosací čerpadlo):
1 – oběžné kolo; 2 – vodicí lopatka.
Nazývají se uvažovaná čerpadla, u kterých je požadovaný přetlak dosažen při průchodu kapaliny jedním oběžným kolem jednostupňový. Tato hlava obvykle nepřesahuje 50 m a zřídka přesahuje 70 m. Pro vytvoření vyšších hlav použijte vícestupňová čerpadla, skládající se z několika stejných kol otáčejících se na společné hřídeli (obr. 4). Kapalina, která postupně prošla všemi koly, přijímá tlak rovný součtu tlaků vytvořených každým kolem. Teoreticky lze zvýšením počtu kol dosáhnout libovolného tlaku; prakticky v současnosti nepřesahuje 20 MPa.
Odstředivá čerpadla se vyrábí z různých konstrukčních materiálů: kovových (litina, ocel, speciální slitiny, neželezné kovy) a nekovových (až po keramiku a porcelán), v závislosti na chemické agresivitě čerpané kapaliny.
