Užitečné informace o objemových čerpadlech

Co je to objemové čerpadlo?

Objemové čerpadlo (PD) pohybuje kapalinou tak, že opakovaně uzavírá pevný objem a mechanicky ji posouvá systémem. Čerpání probíhá cyklicky a může být poháněno písty, šrouby, ozubenými koly, válečky, membránami nebo lopatkami.

Jak pracuje objemové čerpadlo?

Ačkoli existuje široká škála konstrukcí čerpadel, většinu z nich lze zařadit do dvou kategorií: pístová a rotační.

Pístová objemová čerpadla

Pístové objemové čerpadlo pracuje na základě opakovaného pohybu (zdvihu) pístu, pístu nebo membrány tam a zpět (obr. 1). Tyto cykly se nazývají reciprokace.

U pístového čerpadla první zdvih pístu vytvoří podtlak, otevře vstupní ventil, uzavře výstupní ventil a nasaje kapalinu do komory pístu (sací fáze). Při opačném pohybu pístu se uzavře vstupní ventil, který je nyní pod tlakem, a otevře se výstupní ventil, čímž se tekutina obsažená v pístní komoře vypustí (fáze stlačování). Jednoduchým příkladem je čerpadlo na jízdní kolo. Pístová čerpadla mohou být také dvojčinná se vstupními a výstupními ventily na obou stranách pístu. Zatímco na jedné straně je píst v sání, na druhé straně je v kompresi. V průmyslových aplikacích se často používají složitější, radiální verze.

Punčová čerpadla pracují podobným způsobem. Objem kapaliny přemísťované pístovým čerpadlem závisí na objemu válce; u plunžrového čerpadla závisí na velikosti pístu. Těsnění kolem pístu nebo pístu je důležité pro udržení čerpacího účinku a zamezení netěsností. Obecně lze říci, že těsnění pístového čerpadla se snadněji udržuje, protože je v horní části válce čerpadla nehybné, zatímco těsnění kolem pístu se opakovaně pohybuje nahoru a dolů uvnitř komory čerpadla.

Membránové čerpadlo používá k pohybu kapaliny místo pístu nebo pístu pružnou membránu. Roztažením membrány se zvětší objem čerpací komory a kapalina je nasávána do čerpadla. Stlačením membrány se objem zmenší a část kapaliny se vypudí. Výhodou membránových čerpadel je, že se jedná o hermeticky uzavřené systémy, které jsou ideální pro čerpání nebezpečných kapalin.

Cyklická činnost pístových čerpadel vytváří impulsy ve výtlaku, přičemž kapalina se zrychluje během fáze stlačování a zpomaluje během fáze sání. To může způsobovat škodlivé vibrace v zařízení a často se používá nějaká forma tlumení nebo vyhlazování. Pulzování lze také minimalizovat použitím dvou (nebo více) pístů, pístnic nebo membrán, z nichž jedna je v kompresní fázi, zatímco druhá je v sací.

Opakovatelná a předvídatelná činnost pístových čerpadel je ideální pro aplikace, kde je vyžadováno přesné dávkování. Změnou rychlosti nebo délky zdvihu je možné zajistit odměřená množství čerpané kapaliny.

Rotační objemová čerpadla

Rotační objemová čerpadla využívají k přečerpávání kapalin činnosti rotujících ozubených kol nebo převodů, nikoliv pohybu vpřed a vzad jako čerpadla pístová. Rotující prvek vytváří těsnění kapaliny s tělesem čerpadla a vytváří sání na vstupu čerpadla. Kapalina nasávaná do čerpadla je uzavřena v zubech rotujících ozubených kol nebo převodů a převáděna na výtlak. Nejjednodušším příkladem rotačního objemového čerpadla je zubové čerpadlo. Existují dvě základní provedení zubových čerpadel: vnější a vnitřní (obr. 2).

Vnější zubové čerpadlo se skládá ze dvou vzájemně propojených ozubených kol nesených samostatnými hřídeli (jeden nebo oba tyto hřídele mohou být poháněny). Otáčením ozubených kol se kapalina zachycuje mezi zuby a pohybuje se od sání k výtlaku kolem skříně. Žádná kapalina se nepřevádí zpět středem mezi ozubenými koly, protože jsou vzájemně zablokována. Těsné tolerance mezi ozubenými koly a pláštěm umožňují čerpadlu vyvinout sání na vstupu a zabraňují zpětnému úniku kapaliny z výtlačné strany. Únik nebo „prokluzování“ je pravděpodobnější u kapalin s nízkou viskozitou.

Vnitřní zubové čerpadlo pracuje na stejném principu, ale dvě vzájemně blokovaná ozubená kola jsou různě velká, přičemž jedno se otáčí uvnitř druhého. Dutiny mezi oběma ozubenými koly jsou na vstupu naplněny kapalinou a dopravovány dokola k výtlačnému otvoru, kde jsou vytlačovány působením menšího ozubeného kola.

Převodová čerpadla musí být mazána čerpanou kapalinou a jsou ideální pro čerpání olejů a jiných kapalin s vysokou viskozitou. Z tohoto důvodu by zubové čerpadlo nemělo být provozováno nasucho. Těsné tolerance mezi ozubenými koly a tělesem znamenají, že tyto typy čerpadel jsou náchylné k opotřebení při použití s abrazivními kapalinami nebo krmivy obsahujícími unášené pevné částice.

Dvě další konstrukce podobné zubovému čerpadlu jsou lopatkové čerpadlo a lamelové čerpadlo.

V případě lopatkového čerpadla jsou rotujícími prvky lopatky namísto ozubených kol. Velkou výhodou této konstrukce je, že laloky se při čerpání vzájemně nedotýkají, čímž se snižuje opotřebení, znečištění a střih kapaliny. Lopatková čerpadla používají sadu pohyblivých lopatek (buď odpružených, pod hydraulickým tlakem, nebo pružných) namontovaných v rotoru mimo střed. Lopatky udržují těsné těsnění proti stěně skříně a zachycená kapalina je dopravována k výtlačnému otvoru.

Další třída rotačních čerpadel používá jeden nebo několik šroubů s oky pro dopravu kapaliny podél osy šroubu. Základním principem těchto čerpadel je Archimédův šroub, jehož konstrukce se již tisíce let používá pro zavlažování.

Jaké jsou hlavní vlastnosti a výhody objemového čerpadla?

Existují dvě hlavní skupiny čerpadel: objemová a odstředivá. Odstředivá čerpadla jsou schopna dosáhnout vyšších průtoků a mohou pracovat s kapalinami s nižší viskozitou. V některých chemických provozech budou 90 % používaných čerpadel tvořit odstředivá čerpadla. Existuje však řada aplikací, pro které se upřednostňují objemová čerpadla. Dokážou například zpracovávat kapaliny s vyšší viskozitou a mohou efektivněji pracovat při vysokých tlacích a relativně nízkých průtocích. Jsou také přesnější, pokud je důležité dávkování.

Jaká jsou omezení objemových čerpadel?

Obecně jsou objemová čerpadla složitější a náročnější na údržbu než odstředivá čerpadla. Nejsou také schopna generovat vysoké průtoky charakteristické pro odstředivá čerpadla.

Pozitivní objemová čerpadla jsou méně schopná zpracovávat kapaliny s nízkou viskozitou než odstředivá čerpadla. Pro vytvoření sání a snížení prokluzu a netěsností se rotační čerpadlo spoléhá na těsnění mezi rotujícími prvky a tělesem čerpadla. To je u kapalin s nízkou viskozitou značně omezeno. Podobně je obtížnější zabránit prokluzu ventilů u pístového čerpadla s nízkoviskózním přívodem, protože při čerpání vznikají vysoké tlaky.

Pulzující výtlak je rovněž charakteristickým znakem konstrukcí objemových a zejména pístových čerpadel. Pulzování může způsobovat hluk a vibrace v potrubních systémech a problémy s kavitací, které mohou v konečném důsledku vést k poškození nebo poruše. Pulzování lze omezit použitím více válců čerpadla a tlumičů pulzací, což však vyžaduje pečlivý návrh systému. Odstředivá čerpadla naproti tomu vytvářejí plynulý konstantní průtok.

Zdrojem vibrací a hluku může být také zpětný pohyb pístového čerpadla. Proto je důležité zkonstruovat pro tento typ čerpadla velmi pevné základy. V důsledku vysokých tlaků vznikajících během čerpacího cyklu je také nezbytné, aby čerpadlo nebo výtlačné potrubí mělo nějakou formu přetlaku pro případ ucpání. Odstředivá čerpadla nepotřebují ochranu proti přetlaku: kapalina se v takovém případě jednoduše recirkuluje.

Krmiva obsahující vysoké množství abrazivních pevných částic mohou způsobit nadměrné opotřebení součástí všech typů čerpadel a zejména ventilů a těsnění. Přestože součásti objemových čerpadel pracují při podstatně nižších otáčkách než součásti odstředivých čerpadel, zůstávají náchylné k těmto problémům. Týká se to zejména pístových a plunžrových pístových čerpadel a zubových rotačních čerpadel. Při tomto typu posuvu může být pro náročnější aplikace vhodné lalokové, šroubové nebo membránové čerpadlo.

Následující tabulka shrnuje možnosti odstředivých a objemových čerpadel.

Srovnání čerpadel: Odstředivá vs. objemová

.

Vlastnosti	Ostředivá	Objemová
Rozsah účinné viskozity	S rostoucí viskozitou klesá účinnost (max. 200 Cp)	S rostoucí viskozitou se zvyšuje účinnost
Tolerance tlaku	Průtok se mění se změnou tlaku	Průtok necitlivý na změnu tlaku
	Účinnost klesá při vyšších i nižších tlacích	Účinnost se zvyšuje s rostoucím tlakem
Primování	Vyžaduje se	Nevyžaduje se
Průtok (při konstantním tlaku)	Konstantní	Pulzování
Sestřihování (separace emulzí, suspenze, biologické kapaliny, potraviny)	Vysokootáčkový motor poškozuje média citlivá na smyk	Nízká vnitřní rychlost. Ideální pro čerpání kapalin citlivých na smyk

Jaké jsou hlavní aplikace objemových čerpadel?

Objemová čerpadla se běžně používají k čerpání kapalin s vysokou viskozitou, jako jsou oleje, barvy, pryskyřice nebo potraviny. Jsou upřednostňována ve všech aplikacích, kde je vyžadováno přesné dávkování nebo vysoký tlakový výkon. Na rozdíl od odstředivých čerpadel není výkon objemového čerpadla ovlivněn tlakem, takže bývají také upřednostňována v každé situaci, kdy je dodávka nepravidelná. Většina z nich je samonasávací.

Typ čerpadla PD	Použití	Vlastnosti
Pístové čerpadlo	Voda – vysokotlaké praní; ostatní kapaliny s nízkou viskozitou; výroba oleje; stříkání barev	Píst(y) utěsněný(é) o-kroužky
Pístové čerpadlo		Píst(y) utěsněný(é) těsněním
Membránové čerpadlo	Používá se pro dávkování nebo rozprašování; stříkání/čištění, úprava vody; barvy, oleje; žíravé kapaliny	Bezucné, samonasávací, s malými průtoky a schopné vysokých tlaků
Převodové čerpadlo	Čerpání kapalin s vysokou viskozitou v petrochemickém, chemickém a potravinářském průmyslu: oleje, barvy, potraviny	Převodová kola zajišťují rotační čerpání
Lopatkové čerpadlo	Chemický a potravinářský průmysl; sanitární, farmaceutické a biotechnologické aplikace	Nízký smyk a opotřebení. Snadno se čistí nebo sterilizuje
Šroubové čerpadlo	Výroba oleje, přečerpávání a vstřikování paliva; zavlažování	Kapalina se pohybuje axiálně, což snižuje turbulence; schopné vysokých průtoků
Lopatkové čerpadlo	Kapaliny s nízkou viskozitou; automobilové převodové systémy; nakládání a přenos paliva; výdejníky nápojů	Odolné proti zachycení pevných částic a odolné proti opotřebení lopatek. Konstrukce umožňuje variabilní výkon

Shrnutí

Výtlačné čerpadlo pohybuje kapalinou tak, že opakovaně uzavírá pevný objem pomocí těsnění nebo ventilů a mechanicky ji posouvá systémem. Čerpání je cyklické a může být poháněno písty, šrouby, převody, lopatkami, membránami nebo lopatkami. Existují dva hlavní typy: pístová a rotační.

Výtlačná čerpadla se upřednostňují pro aplikace s vysoce viskózními kapalinami, jako jsou husté oleje a kaly, zejména při vysokých tlacích, pro složitá krmiva, jako jsou emulze, potraviny nebo biologické kapaliny, a také v případech, kdy se vyžaduje přesné dávkování.

Podívejte se na náš kompletní sortiment čerpadel

Zaslat nám poptávku

Kontakt

.