Rodzaje pomp i ich zastosowanie

WOD.-KAN.
Rodzaje pomp i ich zastosowanie
Pompy są maszynami szeroko
stosowanymi w różnych dziedzinach
przemysłu i gospodarki. Znane były
już w starożytności. Są to urządzenia
przeznaczone do transportowania
cieczy z niższego poziomu na wyższy
lub z obszaru o niższym ciśnieniu na
obszar o ciśnieniu wyższym. Organami roboczymi, przy pomocy których
przekazywana jest cieczy energia,
mogą być: wirnik (czyli rotor wirujący
podczas pracy wokół osi), tłok (czyli
element maszyny, który przyjmuje nacisk lub wywiera go na gaz, ciecz lub
inną substancję, przekazując do niej
lub odbierając od niej energię) lub
membrana. Ich zadaniem jest wytworzenie podciśnienia, w efekcie którego
dochodzi do zasysania cieczy i tłoczenia
jej. Przy charakterystyce pomp bierze
się pod uwagę przede wszystkim dwa
parametry: wydajność (mierzoną w l/s
przepompowywanej cieczy) oraz wysokość podnoszenia (m) lub maksymalne
ciśnienie (Pa).
Pompy napędzane są w przeważającej części energią mechaniczną,
wytwarzaną przez silniki mechaniczne
lub spalinowe bądź też turbiny parowe.
W przypadku niewielkich urządzeń (np.
małych pomp wyporowych) stosowany
bywa napęd ręczny.
Pompy pracują w środowisku wodnym, co oznacza, że w momencie uruchamiania zarówno przestrzeń robocza
pompy jak i rurociąg ssawny muszą być
zalane cieczą i odpowietrzone. Wyjątkiem są urządzenia samozasysające
(mogą one znajdować się powyżej
miejsca, z którego pobierają ciecz),
a także – w określonych przypadkach
– niektóre z pomp wyporowych, pracujące w układzie pompowym.
W zależności od zastosowanych
kryteriów podziału, wyróżnić można
różne rodzaje pomp. Ze względu np.
na sposób wytwarzania energii wyróżnić można:
- pompy wirowe (przepływowe);
- pompy wyporowe.
Pompy wirowe - należą do najczęściej stosowanych. Ich najważniejszym
elementem jest bardzo szybko obracający się wirnik łopatkowy, który może mieć
różną konstrukcję. Wirując powoduje on
wzrost ciśnienia i energii kinetycznej
cieczy. W efekcie następuje proces
ciągłego zasysania cieczy we wlocie,
a po stronie tłocznej pompy wytwarza
się nadwyżka ciśnienia. Bardzo ważnymi parametrami pompy wirowej są:
prędkość obrotowa wirnika, wydajność
i wysokość podnoszenia. Ten ostatni
parametr ściśle powiązany jest z na-
18
N R 4 / 2 0 0 7 I N S TA L A C J E
tężeniem przepływu – w miarę wzrostu
natężenia przepływu maleje ciśnienie po
stronie tłocznej pompy, czyli wysokość
podnoszenia.
Pompy te mogą być jedno- lub wielostopniowe, czyli posiadać tylko jeden
lub kilka wirników na jednym wale.
Urządzenia o większej liczbie wirników,
ustawionych szeregowo, charakteryzują
się zwiększoną wysokością podnoszenia
cieczy.
Pompy przepływowe można podzielić
na:
- krętne (rotodynamiczne) – wymagające zalania cieczą przed uruchomieniem;
- krążeniowe (samozasysające).
Urządzenie krążeniowe charakteryzuje się tym, że – ze względu na fakt, iż
w momencie uruchomienia nie wymaga
zalania wodą – może znajdować się nad
zbiornikiem z cieczą. Ważne jest także
to, iż po uruchomieniu (przy pustym rurociągu ssawnym) samodzielnie opróżni
rurociąg z powietrza i zassie ciecz. Maksymalna wysokość ssania zależy od konkretnego urządzenia danego producenta;
na ogół nie przekracza ona jednak 8 m.
Pompy te mają szerokie zastosowanie
wszędzie tam, gdzie niezbędny jest
rozruch urządzenia bez wcześniejszego
zalewania do cieczą – np. do nawadniania, podlewania, przepompowywania,
w zestawach hydroforowych czy też
– jako pompy rozruchowe – w układach
pompowych.
Wśród pomp wirowych wyróżnić
można ponadto m.in. urządzenia: diagonalne (jedno- lub wielostopniowe,
stosowane przede wszystkim do pompowania wody z większych głębokości),
głębinowe (zlokalizowane bezpośrednio
w szybie lub studni; charakteryzują się
pionową osią i niewielką średnicą; przeznaczone do wydobywania cieczy z dużych głębokości; napędzane silnikiem
elektrycznym; są w stanie wydobyć ciecz
nawet z głębokości ok. 5 tys. m).
n Pompa pozioma samozasysająca.
n Pompa głębinowa.
Pompy wyporowe - to inaczej pompy
objętościowe, w których zamiana energii
mechanicznej w hydrauliczną następuje
za pośrednictwem ruchomego, szczelnie
dopasowanego do korpusu, w którym się
porusza, elementu roboczego: tłoka
w przypadku pomp wyporowych tłokowych lub wirnika w przypadku pomp
rotacyjnych. Poruszanie się elementu
prowadzi do powstawania różnicy ciśnień przed nim i za nim, a wskutek
tego – zasysanie i wytłaczanie cieczy.
W zależności od rodzaju pompy wyporowej, ruch elementu roboczego może
być m.in.: posuwisto-zwrotny, wahadłowy
(obrotowo-zwrotny), obrotowy, obiegowy,
procesyjny.
Urządzenia wyporowe wymagają wyposażenia ich w zabezpieczenie przed
przeciążeniem, którym jest zawór przelewowy. W sytuacji, gdy ciśnienie w rurociągu tłocznym przekroczy dopuszczalne
wartości (np. wskutek tego, że tłoczony
płyn nie jest odbierany), zawór ten otwiera się, uniemożliwiając tym samym pojawienie się ryzyka uszkodzenia pompy,
jej silnika czy rurociągu tłocznego.
Pompy wyporowe podzielić można na
urządzenia:
1. o ruchu postępowo-zwrotnym elementu roboczego (pompy tłokowe,
wielotłoczkowe, membranowe);
2. o ruchu obrotowym elementu roboczego – pompy rotacyjne (np.
pompy zębate, łopatkowe, śrubo-
WOD.-KAN.
n Zestaw hydroforowy.
n Hydrofor domowy.
Wykorzystywane w różnych gałęziach gospodarki pompy nierzadko – ze względu
na optymalizację kosztów i efektywność ich pracy - muszą funkcjonować w
układach. Układem pompowym nazywamy układ składający się z rury ssawnej
pompy i rury tłocznej.
Zarówno pompy, jak i układy pompowe – w zależności od warunków pracy
– dzieli się na:
- ssące – jeżeli pompa znajduje się powyżej dolnego i górnego zwierciadła
cieczy;
- ssąco-tłoczące – jeśli pompa znajduje się powyżej dolnego, ale poniżej
górnego zwierciadła cieczy;
- tłoczące – jeśli pompa znajduje się poniżej dolnego i górnego zwierciadła
cieczy.
Parametrami układu pompowego są: wysokość podnoszenia (H), wydajność (Q)
i moc (P). Moc układu pompowego jest iloczynem wysokości podnoszenia H i
wydajności Q.
we, krzywkowe, wałeczkowe, o wirujących cylindrach lub tłokach);
3. o ruchu wahadłowym elementu
roboczego (np. pompa skrzydełkowa).
Pompa tłokowa cechuje się tym, że
jej elementem roboczym jest tłok lub
nurnik, które wykonują powtarzalne ruchy posuwisto-zwrotne w cylindrze. Gdy
następuje ruch tłoka, w efekcie którego
zwiększa się przestrzeń robocza cylindra, zawór ssawny samoczynnie się
otwiera i zasysa dawkę cieczy; gdy kolejny ruch tłoka zmniejsza wspomnianą
przestrzeń – otwiera się zawór tłoczny
i wypiera wcześniej pobraną dawkę do
rurociągu tłocznego. To, jaką wysokość
tłoczenia będzie miała pompa, zależy od
nastawy zaworu przelewowego. Przykładem pompy tłokowej – napędzanej jednak nie silnikiem, lecz ręcznie, a więc
urządzeniem bardzo uproszczonym - jest
popularne urządzenie ogrodowe, zwane
abisynką.
Pompy w domu ...
Przeznaczone są do przetłaczania
m.in. wody pitnej, ścieków bytowo-go-
spodarczych, czasami też deszczówki.
Są niezbędne m.in. na terenach, na
których nie ma sieci wodociągowej
i woda pitna musi być czerpana ze
studni. Aby urządzenie spełniało
oczekiwania inwestora, niezbędne jest
precyzyjne określenie optymalnych
w danym przypadku parametrów wydajności i wysokości podnoszenia, na
które wpływ ma przewidywana wielkość zapotrzebowania na wodę oraz
suma strat hydraulicznych w instalacji.
Doboru pompy powinien dokonać fachowiec, uwzględniając tak potrzeby
domowników, jak i możliwości studni.
Niemniej jednak wielu producentów
– aby ułatwić dobór urządzenia – podaje przybliżone wartości zapotrzebowania
na wodę. Przyjmuje się, że dla domu
jednorodzinnego zapotrzebowanie na
wodę pitną kształtuje się na poziomie
2-4m3/h. Ale doliczyć należy również
ilość wody niezbędną do podlewania
trawników i upraw przydomowych. Należy na ogół założyć, że zapotrzebowanie na wodę na dobę na jedną osobę
wynosi ok. 150 litrów. Taką też należy
przyjąć dobową ilość ścieków.
n Pompa do drenażu i ścieków.
Wybierając pompę, musimy pamiętać, że:
1. jej wydajność musi być równa lub
mniejsza od wydajności studni;
w żadnym wypadku nie może jej
przekraczać, gdyż istnieje wówczas
ryzyko wynurzenia się urządzenia,
co może skutkować jego zniszczeniem;
2. zbyt niska wartość parametru, jakim
jest wysokość podnoszenia, spowoduje, że w wyżej położonych (np. na
piętrze domu jednorodzinnego) punktach czerpalnych będzie bardzo słabe
ciśnienie wody;
3. im większe mamy potrzeby wobec wydajności i wysokości podnoszenia pompy,
tym większą musi mieć ona moc.
Do zaopatrzenia domu jednorodzinnego czy letniskowego w wodę pitną
stosowane są m.in.:
- pompy odśrodkowe (samozasysające lub wymagające zalania), jeśli
lustro wody znajduje się na głębokości kilku metrów – np. JESX-JEX
firmy Ebara – czyli pompy elektryczne
wykonane ze stali AISI 304, z asynchronicznym silnikiem 2-biegunowym,
posiadające wbudowany kondensator
rozruchowy oraz zabezpieczenie
przeciążeniowe dla wersji jednofazowej, charakteryzujące się max.
ciśnieniem pracy 6 bar, max. ciśnieniem ssania 8 m;
- pompy głębinowe (gdy lustro wody
jest znacznie głębiej). Ich konstrukcja
przystosowana jest do pracy w środowisku wodnym, mogą być montowane z pozycji pionowej lub poziomej;
napędzane są elektrycznymi silnikami
suchymi, półsuchymi lub mokrymi.
Przykładem mogą być pompy głębinowe Grundfos SQ, SQE czy pompy
głębinowe Hydro-Vacuum.
Dokończenie na str. 22
N R 4 / 2 0 0 7 I N S TA L A C J E
19
WOD.-KAN.
Dokończenie ze str. 19
Pompa głębinowa jest wyposażona
w szereg elementów, minimalizujących
ryzyko uszkodzenia. Nie należy obawiać
się zwarcia czy przegrzania silnika, ponieważ tego typu zabezpieczenia są integralną częścią urządzenia – podobnie
zresztą, jak pierścienie oporowe, które
chronią przed wypływaniem wirnika,
a także efektywne uszczelnienia wału,
których zadaniem jest maksymalne
ograniczenie mieszania tłoczonej wody
z cieczą, która wypełnia silnik. Każda
pompa głębinowa wyposażona jest
ponadto w zawór zwrotny z koszem
ssącym. Coraz częściej standardowym
elementem wyposażenia urządzeń jest
zabezpieczenie przed suchobiegiem.
Jeśli produkt takowego nie posiada,
wskazane jest zamontowanie w studni
czujnika poziomu wody.
Nowoczesne pompy charakteryzują
się łagodnym startem silnika, co eliminuje ryzyko pojawienia się udarów hudraulicznych i prądowych. Przed szkodliwymi dla niej nagłymi zmianami napięcia,
odcięciem dopływu prądu, przepięciami
itp. zjawiskami elektrycznymi chronią
wyłączniki ochronne. Nierzadko pompy
wyposażone są w specjalne konstrukcje silników posiadających wbudowane
różnorakie zabezpieczenia, dzięki czemu nie ma potrzeby stosowania dodatkowych. Wspomniane pompy Grundfos
cechują się np. ochroną przed suchobiegiem, wysoką sprawnością pompy i silnika, dobrą wytrzymałością na zużycie,
zabezpieczeniami przed “upthrust’em”,
łagodnym rozruchem, zabezpieczeniem
przed przepięciem i spadkiem napięcia,
przeciążeniem, przegrzaniem.
Pompy pracują automatycznie, włączając się w momencie, gdy w którymś
z punktów czerpalnych następuje pobór
wody, i wyłączając z chwilą zaprzestania
poboru. Sterowane są najczęściej wyłącznikiem pływakowym. Ale... ponieważ każde odkręcenie kranu skutkuje
załączeniem się pompy, a to prowadzi
do jej szybkiego zużycia, by ową liczbę
załączeń ograniczyć (do max. 30 na godzinę) montuje się zbiorniki hydroforowe,
w których gromadzony jest niewielki zapas wody, a także następuje akumulacja
ciśnienia.
... i w ogrodzie
Nawet domy jednorodzinne czy letniskowe, podłączone do sieci wodociągowej warto wyposażyć w pompy,
które pomogą w pielęgnacji i podlewaniu ogrodów. Uzdatniona woda pitna jest
droga i szkoda ją zużywać w tym celu.
I w tym przypadku można zainstalować
samozasysającą pompę ogrodową – jeśli
lustro wody leży na głębokości do 8 m,
lub pompę głębinową. Pompy samozasysające ogrodowe (np. JP) charakteryzują
22
N R 4 / 2 0 0 7 I N S TA L A C J E
się zwartą budową, dzięki czemu mogą
być traktowane jako urządzenia stacjonarne, zamontowane na stałe, lub
przenośne.
Pompy głębinowe do zastosowań
ogrodowych mają niewielkie średnice
i wymagają niewiele miejsca w zbiorniku. Zasilane są elektrycznie – nie
wymagają na ogół dodatkowej skrzynki
sterowniczej. Jedne i drugie załączają
się automatycznie w momencie, gdy
rozpoczyna się pobór wody.
W ogrodzie znajdują też zastosowanie zanurzeniowe pompy ciśnieniowe np.
Gardena. Ciśnienie, jakie jest przez nie
uzyskiwane, wystarcza nawet w przypadku głęboko położonych źródeł wody. Ich
wielostopniowe turbiny wydobywają łatwo
wodę na powierzchnię. Dzięki odpornej
na korozję obudowie pompy mogą stale przebywać zanurzone w wodzie.
Pompy te mogą współpracować ze
zraszaczami lub źródłami wody, mogą
służyć do poboru słodkiej, czystej wody.
Pompy do wody
zanieczyszczonej
i ścieków
Najczęściej są to pompy zatapialne,
które – poza przepompowywaniem ścieków – mogą też być wykorzystywane do
odwadniania np. zalanych studzienek czy
wykopów. Mogą być w wersji przenośnej
– wówczas wyposażone są w specjalny
wąż, który łączy je z instalacją – lub
w wersji stacjonarnej. W tym drugim
przypadku, podobnie jak ma to miejsce
przy pompach głębinowych, ich konstrukcja jest przystosowana do pracy w środowisku wodnym. Urządzenie składa się
z wysokiej jakości podwójnie uszczelnionej komory olejowej, nierdzewnego wału
stalowego, wysokiej jakości wirnika ze
stabilną, mocną obudową; posiada też
szczelny i wodoodporny przewód z kablami. Praca sterowana jest znajdującym
się na ogół w standardowym wyposażeniu wyłącznikiem pływakowym.
Wybierając pompę, należy zwrócić
uwagę na maksymalną wielkość zanieczyszczeń – różni się ona bowiem w zależności od przeznaczenia urządzenia.
Np. w przypadku pomp zatapialnych
do wody zanieczyszczonej BEST firmy
EBARA maksymalna wielkość zanieczyszczeń wynosi 18 mm, podczas
gdy wartość tego parametru dla pomp
zatapialnych do ścieków DML tejże firmy
to 76 mm.
Hydrofornia domowa
Domowe zestawy hydroforowe przeznaczone są do tłoczenia wody czystej,
nieagresywnej, wolnej od zanieczyszczeń
na potrzeby domów jednorodzinnych,
letniskowych, zraszania ogrodów, podlewania szklarni. Wykorzystywane są też
do podnoszenia ciśnienia w domowych
instalacjach wodociągowych.
Zestaw składa się z pompy i zbiornika
przepompowego. Zasada działania urządzenia jest bardzo prosta – gdy następuje pobór wody, ciśnienie w zbiorniku
stopniowo się obniża. W momencie,
gdy przekroczy określoną dla ciśnienia
załączenia wartość, pompa załącza się
i zestaw podejmuje pracę. Pompa pracuje tak długo, dopóki trwa pobór wody.
Gdy kurki zostają zakręcone, ciśnienie
w instalacji stopniowo wzrasta, a zbiornik
przeponowy uzupełniany jest wodą. Gdy
osiągnięta zostanie wartość ciśnienia wyłącznika, następuje wyłączenie pompy.
Zaletą zestawu hydroforowego jest to,
iż w zbiorniku gromadzony jest zapas
wody, który umożliwia – przy niewielkich
poborach – nie włączanie się pompy.
Przestrzeń wolną od powietrznej w zbiorniku oddziela membrana. Aby zbiornik
skutecznie akumulował i skutecznie
oddawał wodę do instalacji, musi być
ustawione odpowiednie ciśnienie wstępne powietrza w zbiorniku, uzależnione od
ciśnienia załączenia pompy.
Zestaw należy montować w pomieszczeniach suchych, dobrze przewietrzanych i zabezpieczonych przed
mrozem.
Źródła: materiały informacyjne
LFP, Grundfos, Gardena,
Ebara, Wikipedia, fot. Belsan