Vertikálne viacstupňové čerpadlo: Pracovný princíp a aplikácie

Vertikálne viacstupňové čerpadlo je navrhnuté pre aplikácie, ktoré vyžadujú relatívne vysoký tlak, ale nemajú k dispozícii veľa podlahového priestoru. Bežne sa používa pri zásobovaní vodou v budovách, zvyšovaní priemyselného tlaku, úprave vody, napájaní kotlov, zavlažovaní, chladiacich systémoch a vo vybraných projektoch chladenia kvapalinou-v dátových centrách.

Hlavným rozdielom medzi týmto čerpadlom a jednostupňovým odstredivým{0}čerpadlom je počet obežných kolies. Viacstupňové čerpadlo má niekoľko obežných kolies usporiadaných v sérii. Keď kvapalina prechádza z jedného stupňa do druhého, jej tlak sa zvyšuje.

Vďaka tomu je čerpadlo vhodné pre úlohy, kde jedno{0}}stupňové čerpadlo nedokáže vyprodukovať dostatočnú dopravnú výšku. Vyšší tlak však automaticky neznamená lepší výkon. Čerpadlo musí stále zodpovedať skutočnému prietoku, odporu systému, podmienkam na vstupe a vlastnostiam kvapaliny.

A vertikálne viacstupňové čerpadloje -samonasávacie- odstredivé čerpadlo s motorom, hriadeľom a hydraulickými stupňami usporiadanými vertikálne.

V typickom čerpadle CDL alebo CDLF motor poháňa hriadeľ čerpadla cez spojku. Obežné kolesá a difúzory sú inštalované vo vnútri tlakového valca. Sacie a výtlačné prípojky sú umiestnené v spodnej časti čerpadla, zvyčajne na rovnakej horizontálnej úrovni. Toto usporiadanie umožňuje relatívne jednoduché pripojenie čerpadla k existujúcemu potrubiu.

Pojem vertikálne viacstupňové čerpadlo je štandardný technický popis. Kupujúci môžu tiež hľadať vertikálne viacstupňové čerpadlo alebo vertikálne čerpadlo, hoci tieto formy sú v technickej dokumentácii menej bežné.

Pretože čerpadlo nie je samo{0}}nasávacie, musí byť pred spustením naplnené kvapalinou. Vstup musí tiež zostať zaplavený alebo pod dostatočným pretlakom. Beh čerpadla nasucho môže v krátkom čase poškodiť mechanické tesnenie.

Kvapalina vstupuje do stredu prvého obežného kolesa. Keď motor otáča hriadeľ, obežné koleso prenáša energiu do kvapaliny a posúva ju smerom von odstredivou silou.

Kvapalina potom prechádza cez difuzér. Difúzor spomaľuje a presmeruje prúdenie, pričom časť jeho rýchlosti premení na tlak predtým, ako ho nasmeruje do ďalšieho obežného kolesa.

Rovnaký proces sa opakuje v každej fáze. Prietok zostáva v podstate kontinuálny, zatiaľ čo výška generovaná každým obežným kolesom sa pridáva k celkovej hlave čerpadla. Po záverečnej fáze vstupuje stlačená kvapalina do výtlačnej komory a prúdi do systému.

Zvýšenie počtu stupňov normálne zvyšuje dostupnú hlavu. Nemusí nutne zvyšovať menovitý prietok. Viac stupňov tiež ovplyvňuje výkon motora, výšku čerpadla, axiálne zaťaženie a maximálny pracovný tlak, takže počet obežných kolies by sa mal vyberať z požadovaného prevádzkového bodu a nie ako všeobecné meradlo kvality čerpadla.

Hlavná konštrukcia

Vertikálne viacstupňové čerpadlo CDL/CDLF sa bežne skladá z motora, spojky, hriadeľa čerpadla, mechanického tesnenia, tlakového valca, obežných kolies, difúzorov, ložísk a kombinovanej sacej a výtlačnej komory.

Katalóg špecifikuje úplne uzavretý, ventilátorom{0}}chladený, dvoj{1}}pólový motor s krytím IP55 a izoláciou triedy F. Štandardné výkonové krivky 50 Hz sú založené na rýchlostiach približne 2 900 alebo 2 950 ot./min.

V prípade exportného projektu by sa pred výberom mala potvrdiť frekvencia a napätie. Čerpadlo vybrané z 50Hz krivky by nemalo byť jednoducho pripojené k 60Hz napájaniu. Zmena rýchlosti ovplyvní prietok, dopravnú výšku, absorbovaný výkon a NPSH.

Pozornosť si zaslúži aj mechanické tesnenie. Pre obyčajnú čistú vodu môže stačiť štandardné tesnenie. Horúca voda, glykolové zmesi, slaná voda, čistiace chemikálie a iné špeciálne kvapaliny môžu vyžadovať iné tesnenie alebo elastomér.

Hlavným rozdielom medzi čerpadlami CDL a CDLF je konštrukcia zmáčanej časti.

Modely CDL vo všeobecnosti kombinujú obežné kolesá, difúzory a tlakové valce z nehrdzavejúcej ocele s liatinovými sacími komorami, výtlačnými komorami, hlavami čerpadiel alebo základňami v závislosti od veľkosti čerpadla. Sú určené hlavne pre čisté,-nekorozívne kvapaliny.

Modely CDLF používajú viac nehrdzavejúcej ocele vo zmáčanej časti a sú vhodnejšie na čistenie kvapalín s miernymi korozívnymi vlastnosťami za predpokladu, že materiály boli porovnané so skutočnou kvapalinou.

Medzi bežné katalógové materiály patrí nehrdzavejúca oceľ AISI 304 pre obežné kolesá, difúzory a tlakové fľaše. V závislosti od modelu môže byť hriadeľ AISI 304, AISI 316L alebo iná špecifikovaná trieda.

Pre náročnejšie aplikácie môžu byť zmáčané komponenty ponúkané v duplexnej nerezovej oceli SS304, SS316 alebo 2205. Správna voľba závisí od teploty, pH, obsahu chloridov, chemickej koncentrácie, tlaku a prevádzkového času.

V praxi nám slová „čerpadlo z nehrdzavejúcej ocele“ dostatočne nehovoria. Stále potrebujeme poznať materiál sacej komory, výtlačnej komory, hriadeľa, mechanického tesnenia a elastomérov. Toto je obzvlášť dôležité pre bazénovú slanú vodu, morskú vodu a chemicky upravenú vodu.

• Stavebné zásobovanie vodou a zvyšovanie tlaku

Vertikálne viacstupňové čerpadlá sú široko používané v obytných budovách, hoteloch, nemocniciach, kancelárskych budovách a iných zariadeniach, kde dostupný tlak v sieti nie je dostatočný.

Môžu byť inštalované v sústavách na zvýšenie konštantného tlaku{0}, strešných{1}}systémoch zásobovania nádržami a tlakových zónach vo-výškových budovách.

Požadovaná dopravná výška by sa mala vypočítať zo statickej výšky, strát potrubia, odporu zariadenia a tlaku požadovaného na konečnom výstupe. Výber čerpadla len z počtu poschodí má často za následok príliš veľký alebo príliš nízky tlak.

Ak sa požiadavky systému počas dňa výrazne menia, dve alebo viac menších čerpadiel s variabilným{0}}regulovaním otáčok sú často lepšou voľbou ako jedno veľké čerpadlo.

• Priemyselná voda a zvyšovanie tlaku

Medzi typické priemyselné úlohy patrí procesná{0}}dodávka vody, zvyšovanie{1}}výrobnej linky, umývanie zariadení, napájanie filtrov-systému a vysokotlakové{3}}čistenie.

Tieto systémy majú často viac ako jeden prevádzkový stav. Napríklad čistiaca linka môže vyžadovať vysoký prietok počas krátkej doby, ale oveľa nižší prietok počas normálnej výroby. V takýchto prípadoch by sa malo čerpadlo skontrolovať pri normálnom prevádzkovom bode, ako aj pri maximálnom odbere.

Ak je požadovaný prietok vysoký, ale dopravná výška je relatívne nízka, za normálnych okolností by sme viacstupňové čerpadlo porovnávali s jednostupňovým -radovým alebo koncovým{1} sacím čerpadlom. Viacstupňové čerpadlo nie je automaticky najefektívnejšou voľbou pre každý priemyselný vodný systém.

• Systémy úpravy vody a membrán

Vertikálne viacstupňové čerpadlá sa bežne používajú pri filtrácii, ultrafiltrácii, zariadeniach na čistú-vodu, systémoch reverznej{1}osmózy a iných procesoch-úpravy vody.

Čerpadlo sa môže použiť na napájanie filtrov, udržiavanie tlaku pred membránovou sekciou alebo na cirkuláciu vody cez časť systému úpravy.

Jeho výkon závisí od požadovaného prietoku úpravy a odporu filtrov, ventilov, membránových modulov a potrubí.

Odpor filtra nezostáva konštantný. Keď filter zhromažďuje nečistoty, jeho pokles tlaku stúpa. Čerpadlo by sa preto malo kontrolovať na čistý aj znečistený filter. Monitorovanie-diferenčného tlaku je užitočné, pretože ukazuje, kedy je potrebné vyčistiť alebo vymeniť.

Na odsoľovanie morskej vody možno uvažovať o čerpadlách CDL/CDLF na zásobovanie predúpravou, pomocnú cirkuláciu alebo membránové napájanie tam, kde je vhodný tlak a materiály. Štandardný model by sa nemal považovať za vhodný pre vysokotlakovú-reverznú osmózu morskej vody. Vysoká salinita, koncentrácia chloridov, prevádzkový tlak a nepretržitá prevádzka vyžadujú samostatnú kontrolu materiálu a tlaku.

• Bazénová slaná voda a slaná voda

Vertikálne viacstupňové čerpadlo môže čerpať bazénovú slanú vodu, ak sú vhodné materiály, mechanické tesnenie a prevádzkové podmienky.

Informácie, ktoré bežne potrebujeme, zahŕňajú salinitu, koncentráciu chloridov, pH, teplotu vody, dezinfekčné prostriedky a prevádzkové hodiny. Vlasy, piesok, vlákna a iné nečistoty by sa mali odstrániť skôr, ako voda dosiahne čerpadlo.

Filter alebo membrána môže chrániť čerpadlo pred časticami, ale nezabráni korózii chloridov. SS304 môže byť prijateľný v niektorých aplikáciách s nízkym-chloridom, ale nie je univerzálnou voľbou pre slanú vodu. V závislosti od aktuálnej analýzy vody môže byť potrebná duplexná nehrdzavejúca oceľ SS316, 2205 alebo iný materiál.

• Prívod do kotla, horúca voda a kondenzát

Rad CDL/CDLF je možné použiť pre vybrané kotly s -napájaním, horúcou-vodou a kondenzátom.

Katalóg uvádza rozsah teploty kvapaliny -15 stupňov až 70 stupňov pre štandardné verzie a -15 stupňov až 120 stupňov pre verzie s horúcou vodou. Presný limit stále závisí od zvoleného modelu, tesnenia, tlaku a podmienok na vstupe.

Horúca voda si vyžaduje osobitnú pozornosť, pretože jej tlak pár je vyšší. Čerpadlo môže spĺňať požadovaný výtlačný tlak a stále kavitovať, ak je vstupný tlak príliš nízky. Pri napájaní-kotlov a kondenzačných aplikáciách je potrebné vždy kontrolovať NPSH a minimálny vstupný tlak.

• HVAC a priemyselné chladenie

Vertikálne viacstupňové čerpadlá možno použiť v chladiacich-vodných systémoch, klimatizačných{1}okruhoch, výmenníkoch tepla-a iných systémoch s relatívne vysokým odporom.

V uzavretom okruhu čerpadlo prekonáva hlavne trecie a tlakové straty zariadenia. Zvyčajne nepotrebuje zdvíhať vodu cez celú výšku budovy. Zaobchádzanie s výškou budovy ako s hlavou čerpadla v uzavretej slučke môže viesť k vážnemu predimenzovaniu.

V prípade veľkého-prietokového, nízkotlakového{1}}chladiaceho okruhu môže byť lepšou voľbou jednostupňové{2}}čerpadlo. Systémová krivka by mala rozhodnúť o type čerpadla.

• Kvapalné chladenie dátového centra AI

Niektoré systémy chladenia kvapalinou{0}}v dátových centrách majú dostatočnú tlakovú stratu na to, aby bolo možné použiť vertikálne viacstupňové čerpadlo. Možné úlohy zahŕňajú cirkuláciu CDU, slučky doskového-výmenníka, dlhé potrubia,-zvyšovanie tlaku v rozvetvení a nadbytočné chladiace čerpadlá.

Čerpadlo je normálne súčasťou väčšieho okruhu obsahujúceho jednotky CDU, výmenníky tepla, chladiace platne, filtre, regulačné ventily, hadice a rýchlospojky. Do výpočtu je potrebné zahrnúť tlakovú stratu cez všetky tieto komponenty. Pri paralelných regálových vetvách je potrebné skontrolovať aj hydraulicky najnepriaznivejšiu vetvu.

Vlastnosti chladiacej kvapaliny sú rovnako dôležité ako prietok a dopravná výška. Zmesi vody-glykolu majú vyššiu viskozitu ako voda, najmä pri nízkej teplote. To zvyšuje odpor potrubia a môže zmeniť výkon čerpadla aj potrebu výkonu motora.

Deionizovaná voda a dielektrické chladivá prinášajú rôzne otázky týkajúce sa korózie, vodivosti, tesnení a elastomérov. Štandardné čerpadlo na čistú-vodu by preto nemalo byť špecifikované pre projekt chladenia kvapalinou-bez kontroly skutočnej chladiacej kvapaliny.

Spoľahlivosť je ďalším dôležitým faktorom. Kritické zariadenia môžu vyžadovať redundanciu N+1 alebo 2N, automatické prepínanie čerpadiel, variabilnú-reguláciu rýchlosti, detekciu úniku a komunikáciu so systémom správy budovy alebo dátového centra.

• Zavlažovanie a všeobecná priemyselná služba

Sortiment možno použiť aj na zavlažovanie poľnohospodárskej pôdy, postrekovacie systémy, kvapkové zavlažovanie, zásobovanie zariadením vodou a iné čisté-kvapaliny.

Voda obsahujúca piesok, vlákna alebo významné nerozpustné látky by sa mala pred vstupom do čerpadla prefiltrovať. Štandardné čerpadlá CDL/CDLF nie sú čerpadlá na odpadovú vodu a nemali by sa používať na abrazívne alebo silne kontaminované kvapaliny.

Podľa katalógu CDL/CDLF je štandardné čerpadlo určené pre čisté, riedke, ne-horľavé a ne-výbušné kvapaliny bez pevných častíc alebo vlákien.

Všeobecné limity sú:

• Štandardná teplota kvapaliny: -15 stupňov až 70 stupňov;
• Verzia s horúcou{0}vodou: -15 stupňov až 120 stupňov;
• Maximálna teplota okolia: 40 stupňov;
• Štandardná nadmorská výška inštalácie: do 1 000 m.
• Pri teplote okolia nad 40 stupňov alebo v nadmorskej výške 1 000 m má znížená hustota vzduchu vplyv na chladenie motora. Možno bude potrebné znížiť výkon motora alebo ho vymeniť za jednotku s vyššou{4}}hodnotou.

Maximálny pracovný tlak

Pre celý rad CDL/CDLF neexistuje jednotný tlak.

V závislosti od modelu a usporiadania pripojenia sú v katalógu uvedené maximálne pracovné tlaky 16, 20, 25 alebo 30 barov. Niektoré vyššie hodnoty uvedené v zátvorkách vyžadujú špeciálnu konfiguráciu.

Pri kontrole tlaku v systéme sa musí vstupný tlak a tlak generovaný čerpadlom-zohľadňovať spoločne. Malo by byť zahrnuté aj vypnutie-hlavy a dočasné tlakové rázy.

V membránových a kvapalinových{0}}chladiacich systémoch je to dôležité, pretože filtre, membránové kryty, jednotky CDU, výmenníky tepla, chladiace platne, hadice a rýchlospojky môžu mať nižší tlak ako samotné čerpadlo.

NPSH a vstupné podmienky

Kavitácia nastáva, keď tlak na vstupe obežného kolesa príliš klesne na teplotu kvapaliny. Môže to spôsobiť hluk, vibrácie, nestabilný prietok, zníženú dopravnú výšku a poškodenie obežného kolesa alebo mechanického tesnenia.

Riziko je vyššie, keď:

• Kvapalina je horúca;
• Čerpadlo čerpá z nízko{0}}hladinovej nádrže;
• Vstupné potrubie je dlhé alebo príliš malé;
• Čerpadlo beží blízko horného-konca svojej krivky;
• Inštalácia je vo vysokej nadmorskej výške;
• Filter je zablokovaný;
• Kvapalina má vyššiu viskozitu ako voda.

Krátke, primerane dimenzované prívodné potrubie s čo najmenšími obmedzeniami, ako je praktické, zvyčajne poskytuje lepšie podmienky na prívode. Filtre by sa mali monitorovať z hľadiska poklesu tlaku, aby progresívne zablokovanie nespôsobilo vyčerpanie čerpadla.

Spoľahlivý výber začína požadovaným prietokom a celkovou dopravnou výškou. Tam, kde sa mení dopyt, je lepšie poskytnúť minimálny, normálny a maximálny prietok namiesto jednej maximálnej hodnoty.

Pri otvorenom systéme celková výška normálne zahŕňa statický zdvih, trenie potrubia, straty ventilov a armatúr, odpor zariadenia a požadovaný výstupný tlak. V uzavretej slučke je výpočet založený hlavne na odpore potrubia a zariadenia.

Vyhnite sa pridávaniu nadmernej hlavy „pre bezpečnosť“. Príliš veľké čerpadlo často beží so škrtiacim ventilom, spotrebúva viac energie a pracuje mimo oblasti s najlepšou{1}}výkonnosťou.

Potom by mala byť kvapalina správne definovaná. Okrem názvu potrebujeme teplotu, hustotu, viskozitu, pH, chemickú koncentráciu a obsah pevných látok. Pre slanú vodu je dôležitá koncentrácia chloridov. Pri kvapalinovom chladení je potrebné uviesť typ a koncentráciu glykolu alebo inej chladiacej kvapaliny.

Nakoniec je potrebné skontrolovať navrhovaný prevádzkový bod na skutočnej krivke čerpadla. Samotný prietok a hlava nestačia. Tiež by sa mala skontrolovať účinnosť, absorbovaný výkon, NPSH, vypínacia-hlava a povolený prevádzkový rozsah.

Bežné problémy s výberom

V otázkach čerpadiel sa opakovane objavuje niekoľko chýb:

• Výber podľa výkonu motora namiesto prietoku a hlavy;
• Za predpokladu, že viac stupňov vždy znamená lepšie čerpadlo;
• Ignorovanie vstupného tlaku a NPSH;
• Zaobchádzanie so všetkými druhmi nehrdzavejúcej ocele ako s ekvivalentmi;
• Použitie 50Hz krivky na 60Hz projekt;
• Za predpokladu, že filter vyrieši problém s koróziou;
• Ignorovanie nárastu tlaku cez špinavý filter;
• Výber len pre špičkový dopyt;
• Zabudnutie na tlak vytvorený pri vypnutí-;
• Použitie štandardnej konfigurácie vodného-čerpadla pre neznámu chladiacu kvapalinu.

Väčšine z týchto problémov sa dá predísť, ak sa pred výberom modelu čerpadla poskytnú údaje o prevádzke systému a kvapaline.

Informácie, ktoré treba zahrnúť do dopytu

Pre normálnu aplikáciu vody uveďte:

• Požadovaný prietok a hlava;
• Teplota kvapaliny a prevádzková teplota;
• Vstupný tlak alebo podmienky nasávania;
• Maximálny tlak v systéme;
• Napätie a frekvencia;
• Preferované materiály;
• Veľkosť a štandard pripojenia;
• Vnútorná alebo vonkajšia inštalácia;
• Nepretržitá alebo prerušovaná prevádzka;
• Požiadavky na premenlivú-rýchlosť alebo viac{1}}čerpadiel.

Pri aplikáciách so slanou vodou, membránovým, chemickým alebo kvapalným-chladením uveďte aj zloženie kvapaliny, obsah chloridov, viskozitu, tlakovú stratu filtra, prevádzkové hodiny, požiadavky na ovládanie a požadovanú redundanciu.

A vertikálne viacstupňové čerpadlovytvára tlak prechodom kvapaliny cez niekoľko obežných kolies v sérii. Jeho kompaktné rozmery a-vysoká kapacita z neho robia praktickú voľbu pre zásobovanie budov, priemyselné posilňovanie, úpravu vody, teplo{2}}vodné služby, zavlažovanie, chladenie a vybrané projekty odsoľovania alebo dátových centier.

Čerpadlá CDL sú vo všeobecnosti určené pre čisté,-korozívne kvapaliny. Čerpadlá CDLF používajú viac nehrdzavejúcej ocele vo vlhkej časti a dokážu spracovať mierne korozívne kvapaliny, ak bola potvrdená kompatibilita materiálu. V závislosti od aplikácie je možné zvážiť duplexnú nehrdzavejúcu oceľ SS304, SS316 alebo 2205.

Konečné rozhodnutie by malo vychádzať zo skutočného prevádzkového bodu a prevádzkových podmienok. Prietok, dopravná výška, teplota, vstupný tlak, NPSH, materiály, údaje motora a maximálny tlak v systéme musia zodpovedať zvolenej krivke čerpadla.

Tento prístup zvyčajne poskytuje lepší výsledok ako výber čerpadla podľa výkonu motora, veľkosti potrubia alebo samotného počtu stupňov.