Odstředivá čerpadla KOMPAS s magnetickou spojkou
Magnetická odstředivá čerpadla řady COMPASS
Termoplastická odstředivá čerpadla COMPASS s magnetickou spojkkou, vybavená hermetickou konstrukcí – bez těsnění – a izolační vložkou, jsou vynikajícím řešením pro přepravu agresivních, čistých a obtížně upravovatelných kapalin s naprostou bezpečností a maximální účinností. Díky inovativnímu systému magnetického pohonu snižuje řada COMPASS riziko úniků a emisí a náklady na údržbu. Čerpadla COMPASS jsou vyrobena z PP/PVDF s O-kroužky z EPDM a VITON. Pohyb se přenáší magnetickými spojkami bez mechanického těsnění a tato konstrukce zajišťuje maximální bezpečnost a účinnost. Čerpaná kapalina musí být čistá a bez suspendovaných pevných látek.
PRINCIP FUNKCE ODSTŘEDIVÉHO ČERPADLA
Odstředivé čerpadlo je hydraulické čerpadlo (turbostroj), které zpracovává pracovní kapalinu v konstantním objemu v průběhu času přes vždy otevřené kanály, obvykle s stacionárním průtokem (uvnitř tedy nejsou potřeba žádné ventily).
Když se oběžné kolo otáčí, uděluje také rotaci kapalině (kinetickou energii) a podtlak v sacím potrubí, který spolu s axiální silou atmosférického tlaku nasává kapalinu do odstředivého čerpadla.
Kapalina sleduje trajektorii od středu oběžného kola k jeho obvodu v důsledku působení odstředivých sil a prochází stále většími kanály tvořenými zakřivenými lopatkami. Již na této dráze se část kinetické energie přeměňuje na tlakovou energii.
Po výstupu z oběžného kola vstupuje kapalina do spirály, která má také zvětšující se průřez, a zbývající množství kinetické energie se transformuje na tlakovou energii, čímž se zvyšuje dopravní výška. Čím více tlakové energie se přenese na kapalinu, a tím i na dopravní výšku čerpadla, tím dále lze pracovní kapalinu dopravit.
Provozní rozsah odstředivého čerpadla je striktně omezen jeho charakteristickou křivkou.
VLASTNOSTI ODSTŘEDIVÉHO ČERPADLA
Každé odstředivé čerpadlo má svou vlastní charakteristickou křivku , která je grafickým znázorněním výkonu čerpadla.
- Na ose x (vodorovná osa) je uveden průtok Q , obvykle v m3/h. Udává množství kapaliny, které projde každou sekcí odstředivého čerpadla za definované období. Toto množství závisí na rozměrových charakteristikách čerpadla, počtu otáček motoru (tj. rychlosti otáčení oběžného kola) a charakteristikách kapaliny (hustota a viskozita v závislosti na teplotě). Průtok ovlivňuje veškerý výkon odstředivého čerpadla a je prvním technickým parametrem, který je třeba zvážit.
- Na ose y (svislá osa) je místo toho uvedena dopravní výška H , obvykle v metrech. Vypočítává se z tlakového rozdílu mezi výstupem a vstupem odstředivého čerpadla a udává, jak daleko může být kapalina tlačena, pokud na své dráze narazí na odpor, například výškový, křivkový nebo ventilový.
Definujme:
ΔZ výškový rozdíl mezi spodní nádrží A a horní nádrží B;
-
PA a PB jsou tlaky působící na volný povrch horní nádrže A a volný povrch horní nádrže B;
-
γ = měrná hmotnost kapaliny (= hustota kapaliny * gravitační zrychlení g);
- ΣY součet distribuovaných a lokalizovaných ztrát v systému.
Za ideálních podmínek , s dokonale hladkým potrubím, bez ohybů, ventilů nebo filtrů, tedy
ΣY = 0 a s PA = PB = okolní tlak bychom měli H = ΔZ, takže odstředivé čerpadlo poskytuje veškerou energii pouze k překonání výšky.
Ve skutečnosti musí čerpadlo překonat více než jen výškový rozdíl, protože ideálních podmínek nelze nikdy dosáhnout, takže dopravní výška, které musí být dosažena, je
H = ΔZ +(P B – P A )γ+ Σ Y
Jakmile jsou stanoveny rozměry odstředivého čerpadla (oběžné kolo a spirální těleso) a rychlost otáčení oběžného kola (daná otáčkami motoru), je charakteristická křivka jedinečná a typická pro každé čerpadlo.
Znalost měrné hmotnosti kapaliny γ umožňuje vypočítat teoretický výkon W ve wattech potřebný k jejímu pohybu:
𝑊 = 𝛾 ⋅ 𝑄 ⋅ 𝐻
U magneticky poháněných odstředivých čerpadel je třeba zohlednit také magnetický moment potřebný k pohybu kapaliny.
Skutečný výkon Wa absorbovaný motorem je o něco vyšší, protože musíme zohlednit tření a ztráty dynamiky kapaliny v samotném čerpadle, které se zohledňují v účinnosti η . Křivka výkonu, vždy ve vztahu k průtoku Q, se proto vztahuje k následujícímu vzorci
𝑊𝑎 = 𝑊/𝜂
Je intuitivní pochopit, že s rostoucím průtokem se zvyšuje i požadovaný výkon, jak je znázorněno na grafu níže.
VYBÍRÁTE SI ODSTŘEDIVÉ ČERPADLO S MAGNETICKÝM POHONEM?
Magnetické odstředivé čerpadlo je vhodné pro rychlé a nepřetržité čerpání vysoce korozivních kapalin. Před výběrem tohoto typu čerpadla je však nezbytné posoudit všechny provozní podmínky:
- Pracovní kapalina: magnetické odstředivé čerpadlo je vysoce výkonný, ale poměrně choulostivý stroj. Proto je nutné, aby pracovní kapalina měla nízkou viskozitu, maximálně 200 cps (pro největší velikost). Vyšší viskozity by vyžadovaly magnetické síly, a tedy mnohem vyšší výkon, s rizikem, že by se kapalina vůbec nepohybovala. Je také důležité zvážit maximální měrnou hmotnost 1,8 kg/l. Vyšší hodnoty by nadměrně unavily oběžné kolo a ohrozily by provoz motoru v důsledku absorpce mimo povolený rozsah.
Uzavřené oběžné kolo neumožňuje průchod znečištěných kapalin s suspendovanými pevnými látkami nebo kalem, které by ho ucpaly, zatímco kovové prášky nejsou kompatibilní s magnety. - Teplota: Magnetická odstředivá čerpadla Fluimac lze používat v rozsahu teplot od -5 °C do +65 °C, pokud jsou vyrobena z polypropylenu, nebo v rozsahu od -20 °C do +95 °C, pokud je odstředivé čerpadlo vyrobeno z PVDF. Je důležité, aby kapalina vždy zůstala v kapalném stavu a aby viskozita nepřekročila 200 cps (zejména při nízkých teplotách).
- Provozní podmínky: každé odstředivé čerpadlo má specifickou charakteristickou křivku, která ukazuje dopravní výšku [m], které může stroj dosáhnout při určitém průtoku [m³/h]. Znalost podmínek vašeho systému před výběrem odstředivého čerpadla předchází riziku nedostatečného výkonu a poškození systému a stroje.
- Konfigurace: tato čerpadla nejsou samonasávací, proto musí být umístěna vně odběrné nádrže, pod volnou hladinou kapaliny, s osou rovnoběžnou se zemí.
Výhody odstředivého čerpadla
- Bezpečnost a účinnost: oběžné kolo a komora pro průchod kapaliny jsou zcela odděleny od motoru a izolovány od vnějšího prostředí skleněným krytem, který zabraňuje únikům, rozlití a emisím. To umožňuje manipulaci s potenciálně nebezpečnými, toxickými nebo korozivními kapalinami v souladu s přísnými bezpečnostními a environmentálními předpisy.
- Snížené náklady na údržbu: čerpadla s magnetickým pohonem nemají žádné součásti generující tření, takže jsou méně náchylná k opotřebení a vyžadují méně výměn dílů než konvenční čerpadla s mechanickým těsněním.
- Snadné spojení motoru a čerpadla: absence součásti, která by mechanicky přenášela pohyb, usnadňuje montáž motoru a čerpadla. Oběžné kolo se díky magnetické interakci mezi vnitřním a vnějším magnetem samo zarovná s osou
JAK SE VYROBÍ NAŠE ODSTŘEDIVÉ ČERPADLO COMPASS S MAGNETICKÝM POHONEM
Odstředivé čerpadlo je hydraulicky ovládaný turbínový stroj schopný zpracovávat kapalinu odstředivým efektem v pevných a rotujících kanálech, které jsou vždy otevřené, aniž by se měnila stlačitelnost kapaliny. Odtud název odstředivé čerpadlo. Rotace, kterou magnety udělují oběžnému kolu, dodává proudění kinetickou energii (radiální zrychlení), která se v následných rozbíhajících se kanálech přeměňuje na tlakovou energii.
Hlavní součásti magnetického odstředivého čerpadla jsou:
-
Oběžné kolo je hlavní součástí odstředivého čerpadla a pohyblivou částí, se kterou si kapalina vyměňuje energii. Je vyrobeno z plastu vyztuženého vlákny (PP + FRP nebo PVDF + CF v závislosti na použití odstředivého čerpadla a zpracovávané kapalině) a skládá se z řady zakřivených lopatek, které s rostoucím poloměrem tvoří stále větší kanály. Uzavřené oběžné kolo zvyšuje účinnost čerpadla (menší ztráta tlaku), ale neumožňuje průchod znečištěných kapalin. Je přímo spojeno s vnitřním magnetem, se kterým se integrálně otáčí, a je neseno pevnou hřídelí. Mezi motorem a oběžným kolem není žádné přímé spojení; pohyb se přenáší pouze magnetickou interakcí, proto je důležité používat kapaliny s nízkou viskozitou (max. 200 cps).
Různých objemových průtoků [m³/h] a dopravní výšky [m] lze dosáhnout řízením průměru, zakřivení, výšky a počtu lopatek oběžného kola.
Pro každé oběžné kolo bude existovat charakteristická křivka magnetického odstředivého čerpadla, tj. dopravní výška, které lze dosáhnout při určitém průtoku, provozním rozsahu a pracovním bodě.
- Těleso čerpadla neboli spirála, šnekovitého tvaru, se zvětšujícím se průřezem ve směru pohybu, umožňuje axiální nasávání kapaliny a radiální vypouštění směrem nahoru. Kromě směrování proudění je také zásadní pro výkon magnetického odstředivého čerpadla: zvětšující se plocha vhodně zpomaluje kapalinu, takže kinetická energie se transformuje na tlakovou energii.
- Externí magnet je připojen k motoru a přenáší svou rotaci na oběžné kolo. Nikdy nepřichází do kontaktu s kapalinou, takže nepodléhá opotřebení a korozi.
- Oddělovací miska zajišťuje izolaci kapaliny a hydraulické části od vnějšího prostředí. Je zcela utěsněna, aby se zabránilo úniku kapaliny. Odděluje oběžné kolo (a vnitřní magnet) od vnějšího magnetu a je vyrobena ze stejného materiálu jako těleso čerpadla, aby byla zajištěna chemická kompatibilita s kapalinou, ale neovlivňuje magnetický pohon. U čerpadla s magnetickým pohonem je soustřednost oběžného kola udržována magnetickými silami v radiálním směru a pevnou hřídelí vzhledem k misce.
- Motor je část , která uděluje rotaci. V nejběžnějších případech se jedná o dvoupólový elektromotor (cca 3000 ot/min). Na základě počtu otáček lze získat různé charakteristické křivky magnetického pohonu odstředivého čerpadla.
Jak používat kompas s magnetickým pohonem odstředivého čerpadla
- Magnetická odstředivá čerpadla pracují na principu magnetické interakce mezi externím magnetem a interním magnetem připojeným k oběžnému kolu. Tyto síly generují vysoké teploty, a proto je nutné chladit součásti.
Navrhli jsme je tak, aby tento úkol vždy plnila pracovní kapalina, bez použití dalších prostředků, ale je důležité si uvědomit, že magnetické odstředivé čerpadlo musí být spuštěno pouze naplněné, nikdy ne nasucho, aby se zabránilo roztavení součástí a následné ztrátě kapaliny.
- Magnetická odstředivá čerpadla jsou optimálním řešením pro čerpání vysoce korozivních, toxických, znečišťujících nebo drahých kapalin. Je důležité, aby kapalina byla čistá a bez suspendovaných pevných látek, které by jinak mohly ucpat uzavřené oběžné kolo.
- S magnetickým pohonným čerpadlem je možné čerpat kapaliny s viskozitou až 200 CPS (u větší velikosti) nebo s měrnou hmotností až 1,8 kg/l zvýšením výkonu motoru. Při stejném počtu otáček za minutu [ot/min] zvýšení výkonu motoru neovlivní průtok a dopravní sílu odstředivého čerpadla, ale kompenzuje zvýšené úsilí způsobené hustšími kapalinami. Pro vyšší hodnoty viskozity by byly zapotřebí silnější magnetické síly, překročení limitu ohrožuje rotaci oběžného kola a tím i transport kapaliny;
- Magnetické odstředivé čerpadlo je velmi účinný, ale citlivý stroj. Pro výběr správného stroje je nutné znát vlastnosti systému a pracovní kapaliny.
- Vzhledem ke svému principu činnosti vytvářejí odstředivá čerpadla podtlak v sacím potrubí. Pokud je absolutní tlak na vstupu do oběžného kola nižší než tlak par pracovní kapaliny, dochází ke kavitaci (tvorba bublin odpařené kapaliny a imploze na oběžném kole). Magnetická odstředivá čerpadla Fluimac by měla být umístěna mimo nádrže s kapalinou a vždy instalována pod tlakem, aby kapalina neměla potíže se vstupem do sání čerpadla. Maximální sací výšku však lze regulovat pomocí křivek NPSH: NPSH čerpadla (k dispozici) musí být vždy větší než NPSH požadovaná systémem, s ohledem na geodetickou výšku (rozdíl ve výškách mezi nádrží za čerpadlem a vstupem čerpadla), tlakové ztráty mezi těmito dvěma částmi a tlakový rozdíl mezi tlakem volné hladiny nádrže za čerpadlem a tlakem par kapaliny.
- Kromě sacích podmínek je nezbytné znát vlastnosti výtlačného potrubí, protože ty ovlivňují výpočet dopravní výšky. Před výběrem odstředivého čerpadla s magnetickým pohonem je nutné znát dopravní výšku požadovanou systémem: k geodetické výšce (rozdíl ve výšce mezi nádržemi za a proti proudu, kterými má být kapalina přepravována) je nutné přičíst všechny ztráty tlaku způsobené systémem. Ztráty můžeme rozdělit na dva typy: distribuované a lokalizované. První závisí na proudění kapaliny v potrubí a je nutné znát rozměry a stav potrubí, druhé závisí na lokalizovaných faktorech v systému, jako jsou křivky, ventily nebo filtry.
- Konečně je nutné znát pracovní kapalinu. Viskozita a hustota také ovlivňují výpočet tlakových ztrát a také volbu výkonu motoru. Je důležité si uvědomit, že viskozita silně závisí na provozní teplotě. Nízké teploty viskozitu výrazně zvyšují.
