Jak funguje sudové čerpadlo?

Článek, ve kterém hovoříme o konstrukci, principu činnosti, silných a slabých stránkách, příslušenství a použití odstředivých sudových čerpadel. Text se týká jak elektricky, tak pneumaticky poháněných čerpadel.

Jak název napovídá, sudová čerpadla jsou určena pro čerpání kapalných médií z nádob, jako jsou sudy, Eurocubes a kanystry. Během čerpání plní různé úkoly směrem ke spotřebiteli: balení, vyprazdňování, čerpání na dálku, horizontálně i vertikálně.

Existují dva hlavní typy sudových čerpadel – odstředivé a šroubové (šnekové).

Jejich rozdíl spočívá v jejich účelu ve vztahu k fyzikálním vlastnostem čerpané kapaliny a v důsledku toho v pracovním tělese čerpadla. Tento článek popisuje konstrukci a princip činnosti odstředivého sudového čerpadla.

Pro zvážení typů a principů činnosti sudových čerpadel je nutné zvážit konstrukci jejich součástí. Standardní sudové čerpadlo má dvě součásti: motor a ponornou část nazývanou trubka nebo tryska čerpadla.

Na základě komponentů lze sudové čerpadlo klasifikovat jako poloponorné. Rozdíl mezi sudovým čerpadlem a poloponorným odstředivým čerpadlem s vertikálním stojanem je pouze v tom, že sudová čerpadla jsou určena především k čerpání kapaliny z malých nádob s nízkou produktivitou a na relativně krátké vzdálenosti.

Motor čerpadla

Sudová odstředivá čerpadla využívají jak jednofázové elektromotory, poháněné střídavým výstupem, tak vzduchové motory.

Všechny tyto motory jsou rotační, jejichž hlavním úkolem je převádět různé druhy energie na rotační pohyb rotoru s polospojkovým koncem.

Z elektrických se k pohonu sudového čerpadla používají kartáčované a střídavé motory. Říká se jim také sběratelské a bezsběratelské. Rozdíl mezi kartáčovým elektromotorem a bezkomutátorovým je v tom, že u komutátorových motorů je proud přenášen mechanicky pomocí kartáčů, zatímco u bezkomutátorových motorů se rotor otáčí díky elektronice.

Motor má stator a rotor. Stator kartáčového motoru je tvořen magnety, které jsou umístěny na dvou protilehlých stranách rotačního elektromagnetu – rotoru. Jeden magnet je orientován ke kladnému pólu, druhý k zápornému pólu. Rotor je vybaven několika indukčními vinutími. Když elektrický proud prochází vinutími, vytvářejí své vlastní magnetické pole, které je odpuzováno a přitahováno k magnetickým polím statoru. Proud je přenášen do vinutí kartáči, které se otáčejí společně s rotorem.

U bezkomutátorového motoru je situace opačná – pevné magnety jsou na rotoru a vinutí jsou v krytu statoru, který jej obklopuje. Provoz motoru nastává v důsledku proudu procházejícího každým vinutím v sérii. Pro synchronizaci práce je v tomto případě zapotřebí další ovladač.

Bezkomutátorové motory generují během provozu méně tepla, protože mezi kartáči a vinutím nedochází k žádnému fyzickému kontaktu. Kartáčované motory jsou levnější a snáze se udržují.

Nejjednodušší standardní elektromotor má pouze funkci zapnutí/vypnutí, ale motory se dodávají v různých modifikacích a mohou obsahovat další funkce. Například funkce vypnutí. Umožňuje eliminovat lidský faktor v podnicích, kde dochází k výpadkům elektřiny. Po obnovení napájení se čerpadlo samovolně nerozběhne; obsluha ho bude muset znovu zapnout. Elektromotor s nastavitelnou funkcí efektivně umožňuje zvýšit nebo snížit průtok čerpané kapaliny. Pro případy, kdy je kapalina vysoce agresivní nebo může uvolňovat toxické výpary, se používají utěsněné elektromotory s magnetickou polovinou spojky. Existují také úpravy s ochranou proti výbuchu a zvýšenou ochranou proti rozstřiku. V tomto případě je rozdíl v tom, že do konstrukce elektromotoru byl přidán další dielektrický ochranný plášť.

Elektromotory se také liší výkonem, který produkují. Kompaktní laboratorní čerpadla mají nejnižší výkon motoru. Používají se pro jednoduché úkoly s nízkou intenzitou, například když potřebujete načerpat malé množství kapaliny ze sudu do laboratorní nádoby, mobilní nádoby nebo kanystru. Výkon elektromotorů takových čerpadel zpravidla nepřesahuje dvě stě padesát wattů. Pro krátkodobé čerpání neviskózních a nehustých kapalin s nízkým tlakem se používají motory s výkonem až šest set wattů. Ve všech ostatních případech je nutné použít výkonnější elektromotory.

Pneumatický motor poháněný stlačeným vzduchem se skládá ze dvou částí pouzdra: mechanického bloku a konektoru. Uvnitř je mechanismus pro přeměnu energie stlačeného vzduchu na rotační pohyb rotoru s polospojkou. Mechanický blok obsahuje pneumatický rozvodný mechanismus, skládající se z rukojeti regulátoru, pevného pouzdra a pohyblivého rotoru. K přívodu nebo uzavření stlačeného vzduchu do čerpadla je zapotřebí rukojeť regulátoru cívkového typu. Pevná průchodka má několik otvorů pro přívod vzduchu. Rotor je válec, který má uprostřed vyčnívající válcovou část – tělo a jeden přistávací čep vpředu a vzadu. Aby se rotor mohl volně otáčet, jsou čepy rotoru instalovány ve valivých ložiskách. Těleso rotoru je umístěno uvnitř pevného náboje a přijímá vzduch vstupující skrz otvory náboje pomocí čtyř lopatek. Lopatky jsou umístěny podél vnějšího průměru tělesa rotoru kolmo v krocích po devadesáti stupních. Vzduch dopadající na listy rotoru způsobuje jeho otáčení společně s polospojkou připevněnou na jednom z konců. Odpadní vzduch je vypouštěn do atmosféry přes výstup a tlumič.

Ponorná část (potrubí, potrubí) čerpadla

Ponorná část sudového čerpadla se skládá z několika hlavních částí:

1. poloviny spojky potrubí,
2. ložisková jednotka,
3. samotná trubka,
4. hnací hřídel čerpadla,
5. oběžné kolo (nebo oběžné kolo).

Konstrukčně se ponořené části dělí na ty bez těsnění a na ty s mechanickou ucpávkou. V prvním případě nejsou žádná těsnění v kontaktu s čerpanou kapalinou a čerpadlo může krátkodobě pracovat „na sucho“. U druhé varianty je hřídel čerpadla chráněna jednou mechanickou ucpávkou a dvěma těsnicími kroužky za ní. Takové konstrukce ponorných trubek se používají, když je kapalina abrazivní, viskózní a náchylná ke krystalizaci částic. Kromě toho mají ponorné části v závislosti na kapacitě jejich použití standardní délky. Pro mobilní nízké nádoby, jako jsou kanystry a lahve, jsou vhodné trubky o délce pět set nebo sedm set milimetrů. Pro sudy o objemu dvě stě litrů jsou ideální trubky dlouhé tisíc milimetrů, pro standardní „eurocube“ tisíc dvě stě milimetrů.

Drážkovaná polovina spojky trubky čerpadla je zajištěna na konci hnacího hřídele trubky šestihrannou zátkou a slouží k přenosu točivého momentu z poloviny spojky motoru. Ložisková sestava se skládá ze dvou kuličkových ložisek s kosoúhlým stykem, pouzdra a O-kroužku, které jsou instalovány ve skříni. V případě použití elektromotoru s magnetickou polovinou spojky má skříň ložiskové sestavy magnetický plášť s jádrem uvnitř. Tato jednotka je nezbytná pro zajištění otáčení hřídele potrubí a pro jeho pohyblivou fixaci. Hřídel čerpadla je umístěn ve střední části potrubí. Jeho délka závisí na délce potrubí. Prochází všemi součástmi potrubí čerpadla. V horní části hřídele je instalována polovina spojky. Poté prochází ložiskovou sestavou, dvěma distančními pouzdry, kluzným ložiskem a jedním nebo více stupni trysky s oběžnými koly. Ve spodní části je hřídel spojena s jedním nebo více oběžnými koly, která jsou k němu připevněna pomocí pojistných kroužků.

Oběžné kolo je hlavní pracovní částí čerpadla. Je obvyklé rozlišovat mezi axiálními a radiálními koly, protože to přímo souvisí s výstupními charakteristikami sudového čerpadla.

Axiální oběžné kolo je odstředivé oběžné kolo otevřeného typu, jehož vstupní poloměr je roven výstupnímu poloměru. Sudová čerpadla s axiálním oběžným kolem mají vysoký výkon a relativně nízký tlak. Trubka čerpadla s radiálním oběžným kolem má tři až dvanáct stupňů s oběžnými koly a ne jeden jako u axiálního oběžného kola.

Radiální oběžné kolo je odstředivé oběžné kolo uzavřeného typu s radiálně zakřivenými lopatkami. Taková oběžná kola čerpací trysky jsou schopna vytvářet výtlačný tlak, takže trubky s tímto typem oběžného kola se používají, když je potřeba zvednout kapalinu do větší výšky. Stupně jsou součástí potrubí čerpadla a jsou navzájem našroubovány. Spodní stupeň čerpadla, nazývaný také „pata“, má koncové výstupky, které usnadňují nasávání čerpané kapaliny do potrubí čerpadla. Pokud by tyto výstupky nebyly na patě, čerpadlo by nemohlo správně fungovat, protože by sací otvor potrubí čerpadla byl zablokován dnem nádoby. Stupně, které jsou umístěny mezi patou a tryskou na straně sání kapaliny, uvnitř mají radiálně zakřivené odlivy, které v kombinaci s rotujícími lopatkami oběžného kola umožňují vytvoření vysokého napájecího tlaku při zachování výkonu čerpadla. Krajní stupeň je našroubován na samotnou trubku. Axiální nebo radiální ponorná část čerpadla má také střední část trysky a horní část – T-kus. T-kus spojuje sestavu ložiska a střední část trubky a má výstupní závitový připojovací otvor pro připevnění hadicové armatury. Střední část potrubí má dvě boční podlouhlá okénka, která jsou nezbytná pro výstup kapaliny zpět do nádoby, když je přívodní potrubí uzavřeno. Tato okna se také nazývají přepadové otvory.

Kromě toho může mít střední část trubky další směšovací otvor. Je nutné, když má čerpané médium tendenci tvořit sediment. Před čerpáním kapaliny ji čerpadlo důkladně promíchá, dokud není homogenní. Design ponorné části s funkcí míchání doplňují dva nastavovací knoflíky a vnitřní uzavírací trubka. Jeden nastavovací knoflík je instalován na potrubí, druhý na ložiskovém tělese.

Princip činnosti čerpadla

Sudové čerpadlo je sestaveno a instalováno v sudu nebo „Eurocube“. Ponorná část čerpadla – potrubí – je umístěna v kapalině. Motor čerpadla je připojen k elektrické nebo pneumatické síti. Polovina spojky motoru přenáší točivý moment (rotační) moment na polovinu spojky potrubí čerpadla, protože jsou ozubené. Pokud je použit elektromotor s magnetickou polovinou spojky, pak se rotace přenáší na jádro trubky pomocí magnetického pole. Protože je polovina spojky potrubí pevně spojena s hřídelí čerpadla, hřídel se také začne otáčet. Otáčení hřídele potrubí čerpadla se přenáší na pevné oběžné kolo (oběžné kolo). Když kapalina vstoupí do potrubí, začne se otáčet a získá odstředivou sílu. Čerpaná kapalina je vytlačována na okraj a v důsledku toho klesá tlak ve střední části oběžného kola. V důsledku tohoto jevu je kapalina nasávána do trysky čerpadla kolmo k ose otáčení oběžného kola. Protože popsaný proces probíhá nepřetržitě, kapalina stoupá podél vlnového kanálu potrubí čerpadla a vystupuje přes přívodní potrubí. Pokud jsou v potrubí čerpadla instalována radiální oběžná kola uzavřeného typu, je čerpadlo schopno vytvořit dostatečně vysoký napájecí tlak.

Při použití sudového čerpadla v kombinaci s výdejní pistolí jeho výkon výrazně klesá. Je to dáno tím, že pistole má výrazně menší průřez kanálu pro průchod kapaliny. Když je dávkovací tryska uzavřena a motor čerpadla pokračuje v provozu, kapalina se vrací do sudu přes přepadové otvory v potrubí čerpadla. Při použití potrubí s funkcí směšování může čerpadlo pracovat ve dvou režimech. Když jsou směšovací otvory uzavřeny, čerpadlo pracuje v režimu čerpání, když je rukojeť potrubí otočena o devadesát stupňů, okna se otevřou a kapalina cirkuluje v nádobě. Při použití tohoto potrubí je důležité pamatovat na to, že směšovací otvory musí být zcela ponořeny do kapaliny a také na to, že před zapnutím směšovacího režimu musí být uzavřen přívodní potrubí od čerpadla.

Kromě toho se při výběru oběžného kola pro ponornou část čerpadla řídíme hustotou, viskozitou a teplotou čerpané kapaliny. Například, pokud je kapalina viskózní a není hustá, použije se axiální oběžné kolo, pokud je hustá a není viskózní, použije se radiální oběžné kolo. To je způsobeno konstrukčními vlastnostmi oběžných kol. Zvýšení viskozity média snižuje průtok čerpadla ve větší míře než zvýšení jeho hustoty. Zde je také nutné pochopit, že schopnost čerpat viskózní, husté médium do značné míry závisí na výkonu motoru čerpadla. Při sání a zvedání viskózního produktu donutí uzavřená radiální oběžná kola motor pracovat s přetížením, což nevyhnutelně povede k jeho poruše.

Omezení teploty čerpané kapaliny do značné míry souvisí s materiálem částí, které jsou s ní v kontaktu. Například nerezové, hliníkové a fluoroplastické materiály lze použít při okolní teplotě do osmdesáti až osmdesáti pěti stupňů Celsia, polypropylen do padesáti stupňů.

Materiál použitý pro díly, které jsou v kontaktu s čerpanou kapalinou, se vybírá na základě stávající úlohy. Stejné pravidlo platí pro výběr příslušenství čerpadla. Potrubí čerpadla (potrubí) má několik verzí: polypropylen, PVDF (polyvinylidenfluorid), hliník, nerezová ocel. Hřídel potrubí čerpadla je vyrobena z nerezové oceli. V případech, kdy nerezová ocel není vhodná pro chemickou kompatibilitu, volí se hřídel z Hastelloy (slitina na bázi niklu). Tento materiál je chemicky odolný vůči většině kapalin. Pro výrobu oběžného kola se používají univerzální fluoroplastické materiály PTFE (polytetrafluorethylen) a PVDF, v některých případech i nerezová ocel.

Аксессуары

Velmi často se sudová odstředivá čerpadla dodávají kompletní s příslušenstvím. Dodávací sada pro bubnové čerpadlo obvykle obsahuje:

• armatura pro připojení potrubí čerpadla k hadici;
• chemická hadice (objímka) dlouhá až dva metry se spojovacími svorkami;
• výdejní pistole pro přesnější čerpání kapaliny a včasné odstavení přívodního potrubí bez vypnutí elektromotoru;
• sudový adaptér pro správnou a pohodlnou instalaci čerpadla do nádoby, ze které se čerpá;
• Nástěnný držák pro správné uložení čerpadla po použití.

Pro přesnější určení množství čerpané kapaliny, jakož i kapaliny zbývající v sudu, je nutné použít průtokoměr, který je připevněn přímo k potrubí čerpadla. Pokud se čerpadlo používá pro sud s odnímatelným horním krytem, ​​používá se navíc speciální zařízení pro zajištění čerpadla k otevřené nádobě. Pokud by se do čerpané kapaliny mohly dostat velké částice, je nutné instalovat ochrannou filtrační síť. Filtr se jednoduše nasadí na „patu“ čerpadla. Jsou chvíle, kdy je potřeba sud úplně vyprázdnit. Aby na dně zůstalo co nejméně tekutiny. K tomu můžete použít spodní zpětný ventil. Spodní ventil se na potrubí našroubuje zespodu místo paty čerpadla a při zastavení elektromotoru zůstane zbylá kapalina v potrubí a nestéká zpět na dno nádoby.

Je možné použít sudové čerpadlo se snímačem hladiny. Elektromotor čerpadla je připojen ke speciálnímu izolátoru, který je napájen ze sítě. Ke skříni je připojen snímač hladiny a při poklesu hladiny kapaliny v sudu pod určitou hodnotu izolátor na základě signálu ze snímače hladiny vypne elektromotor. Při čerpání hořlavé kapaliny v místnosti s vysokou kategorií nebezpečí výbuchu je kromě nevýbušného čerpadla bezpodmínečně nutné použít kabel pro vyrovnání potenciálu a speciální nevýbušnou zástrčku a zásuvku. Před zahájením práce je kabel pro vyrovnávání potenciálu připevněn jedním koncem k trubce z nerezové oceli a druhým k sudu, ze kterého se čerpá.

Výhody bubnových čerpadel

1. Lze použít s většinou standardních nádob
2. Dokáže čerpat agresivní kapaliny bez úniku
3. Možnost odčerpání kapaliny beze zbytku
4. Porucha oběžného kola nevede k odtlakování nádoby
5. Možnost přesného čerpání
6. Snadná údržba a obsluha
7. Dokáže čerpat kapalinu na velkou vzdálenost při zachování výkonu
8. Variabilita (možnost použití všech trubek u všech motorů)
9. Dostupnost nevýbušných úprav
10. Možnost nastavení výkonu čerpadla
11. Možnost čerpání kapalin se suspenzemi a sedimenty

Nevýhody bubnových čerpadel

1. Omezení viskozity a hustoty čerpané kapaliny
2. Není určeno k vytváření vysokého tlaku a výkonu
3. Významná omezení velikosti částic

Aplikace

Sudová čerpadla se používají v různých průmyslových odvětvích. Pro čerpání chemických činidel, kyselin a louhů v chemickém průmyslu a také v laboratořích chemických závodů pro vyprazdňování malých kanystrů. Používá se také v potravinářském průmyslu pro čerpání kapalných médií používaných ve výrobě. Odstředivá sudová čerpadla jsou široce používána pro vyprazdňování nádob s hořlavými kapalinami a nízkoviskózními oleji.