6. MASZYNY DO TRANSPORTU CIECZY

6.1. DEFINICJA I PODZIAŁ

Pompy są tu urządzenia służące do transportu cieczy z poziomu niższego na wyższy (do zmiany energii potencjalnej grawitacji) lub do przetłaczania cieczy z obszaru ssawnego o ciśnieniu niższym do obszaru tłocznego o ciśnieniu wyższym (do zmiany energii potencjalnej sprężystości). Ponieważ pompy są maszynami przepływowymi, to część energii doprowadzanej do napędu pomp zużywana jest do wywołania zmian energii kinetycznej przetłaczanej cieczy.

Rys. 12. Schemat energetyczny pompy

Podstawowym równaniem modelowym pracy pomp jest równanie energetyczne ruchu płynów:

gdzie: e_dopr — energia doprowadzona do napędzania pompy w celu przepom-

powania 1 m³ cieczy (dla wody 1000 kg).

W zależności od sposobu pracy przemieszczania cieczy z przestrzeni ssawnej do przestrzeni tłocznej pompy dzieli się na:

• przenośnikowe (specjalne),

• wyporowe (tłokowe,),

• wirowe.

7.2. POMPY PRZENOŚNIKOWE

Pompy przenośnikowe są to pompy, których celem jest zasadniczo zwiększanie energii potencjalnej grawitacji cieczy. Energia ta jest następnie zamieniana na energię kinetyczną transportowanej cieczy. Niektóre typy tych pomp można stosować również do przetłaczania mieszanin cieczy z ciałami stałymi.

a. b. c. d.

Rys. 13. Czerpadła

Najstarszymi pompami są czerpadła. Czerpadło pobiera ciecz z dolnego zbiornika i podnosi ją na pewną wysokość zwiększając jej energię potencjalną grawitacji, lecz nie zmieniając jej ciśnienia i energii kinetycznej. Rozróżnia się czerpadła:

• pojemnikowe,

• ślimakowe,

• śrubowe,

• cięgnowe.

Czerpadła pojemnikowe są to koła są to koła czerpalne z umieszczonymi na ich obwodzie pojemnikami napełniającymi się cieczą przy obrocie koła, która następnie wylewa się do umieszczonego wyżej koryta. Pojemniki mogą być również umocowane do łańcucha (a). Rolę pojemników mogą też spełniać odpowiednio ukształtowane łopatki (b).

Czerpadło ślimakowe (c) jest to koło z odpowiednio ukształtowanymi kanałami.

Czerpadło cięgnowe (d), stosowane do cieczy lepkich, posiada cięgno bez końca np. linę lub taśmę, która podnosi oblepiającą je ciecz, zdejmowaną następnie zgarniaczami i kierowaną do zbiornika górnego. Urządzenia tego typu obecnie są stosowane w jednostkach ratownictwa Państwowej Straży Pożarnej do zbierania rozlanych cieczy lepkich.

Rys.14.Czerpadło śrubowe

Czerpadło śrubowe (śruba Archimedesa) (e) ma nachylony do poziomu wirnik, utworzony przez zwoje nawiniętej nań śrubowo blachy. Obracający się w korycie wirnik przenosi ciecz w porcjach zawartych między sąsiednimi zwojami a ścianami koryta. Czerpadła śrubowe mają prostą budowę, dobrą sprawność i łatwo usuwać z nich zanieczyszczenia. Stosowane są więc często w oczyszczalniach ścieków oraz przy nawadnianiu i odwadnianiu.

Rys.15. Współczesne czerpadło śrubowe

Rys.16. Pneumatyczny podnośnik cieczy

Pneumatyczne przenośniki cieczy (rys.14) pracują na zasadzie bezpośredniego oddziaływania sprężonego powietrza, pary lub spalin na ciecz, wypychających ją z komory roboczej do obszaru tłocznego. Cechą ich jest przemienność działania, wskutek czego komory robocze są naprzemian ssawne i tłoczne. Sprężarka „S” zasysa powietrze z komory „2” i wtłacza je do komory „1”, wskutek czego do komory „2” ciecz dopływa, a z komory „1” jest wytłaczana. Przez automatyczne przełączanie zaworów „z₁” i „z₂” można osiągnąć nieprzerwane działanie urządzenia.

Rys.17. Pompa Mamut

Powietrzny podnośnik cieczy (pompa Mamut) (rys.15) działa na zasadzie ruchu słupa cieczy o mniejszej gęstości, wypełniającej kanał tłoczny „3” pod wpływem naporu słupa zasysanej cieczy o większej gęstości ­ wypełniającej studnię. Sprężone powietrze doprowadzone kanałem „1” do garnka „2” tworzy z wodą mieszaninę rozrzedzoną. Zaletą pompy jest niezawodność działania i niskie koszty.

Rys.18. Uderzeniowy przenośnik cieczy

Uderzeniowy przenośnik cieczy (taran hydrauliczny) (rys.16) wykorzystuje do podnoszenia cieczy zjawisko uderzenia hydraulicznego. Ciecz wypływa ze zbiornika zasilającego „1” kanałem „2” i przepływa przez zawór zwrotny „3” zamykający się przy pewnej wartości strumienia, co wywołuje uderzenie hydrauliczne. Wzrost ciśnienia powoduje otwarcie zaworu tłocznego „4” i przepływ cieczy do powietrznika „5”, kanału tłocznego „6” i zbiornika „7”.Po wytłoczeniu pewnej dawki cieczy następuje równoczesne zamknięcie zaworu „4” i otwarcie zaworu „3”. Pod wpływem ciśnienia powietrza ciecz jest dalej wtłaczana do zbiornika „7”. Rozpoczyna się następny cykl pracy pompy.

Rys.19. Strumienica

Strumienica (rys.17) wykorzystując zjawisko spadku ciśnienia wskutek wzrostu prędkości w przewężeniu. Ciecz, para lub gaz, będące czynnikiem roboczym, wypływające z dyszy zasilającej „1” rozpręża się do ciśnienia niższego od ciśnienia czynnika transportowanego zasysając go do komory „2”. W zwężce „3” i komorze mieszania „4” następuje przyrost energii kinetycznej czynnika zassanego, zaś w dyfuzorze „5” następuje wzrost ciśnienia obu zmieszanych czynników. Czynnikiem zasysanym może być dowolna ciecz. Ze względu na prostotę budowy, niezawodność pracy i łatwość obsługi, strumienice są szeroko stosowane w energetyce, urządzeniach chłodniczych, klimatyzacji, transporcie hydraulicznym, odwadnianiu szybów kopalnianych oraz w ciepłownictwie.

Rys.20. Elektromagnetyczny przenośnik cieczy

Elektromagnetyczny przenośnik cieczy (rys.18) pracuje na zasadzie oddziaływania prądu elektrycznego na ciekły metal w zamkniętym rurociągu. Przenośniki elektromagnetyczne są stosowane w reaktorach jądrowych chłodzonych sodem oraz w odlewnictwie. Ich zaletą jest brak części ruchomych i całkowita szczelność. Wadą - niska sprawność.

7.3. POMPY WYPOROWE

Pompy wyporowe są to pompy, których działanie polega na pobraniu określonej dawki cieczy z przestrzeni ssawnej, a następnie przetłoczeniu czyli wyparciu tej dawki do przestrzeni tłocznej za pośrednictwem ruchomego elementu roboczego. Warunkiem działania pompy tego typu jest szczelne odcięcie przestrzeni ssawnej od tłocznej. W zależności od rodzaju ruchu elementu roboczego pompy wyporowe dzielą się na:

• Pompy o ruchu postępowo-zwrotnym organu roboczego. Organem roboczym jest w tym przypadku tłok, nurnik lub przepona (membrana).

• Pompy o ruchu obrotowo zwrotnym organu roboczego, którym jest tłok skrzydełkowy.

• Pompy o ruchu obrotowym organu roboczego (tzw. pompy rotacyjne), którym może być tłok, koło zębate lub wirnik śrubowy.

• Pompy o ruchu obiegowym organu roboczego.

• Pompy przewodowe.

Pompy o ruchu postępowo-zwrotnym mogą być:

• jedno- lub wielocylindrowe,

• jednostronnego lub dwustronnego działania.

Elementem roboczym tych pomp jest tłok tj. płaski organ talerzowy lub nurnik tj. organ w postaci pełnego walca. Elementy te umieszczone są w cylindrach lub kadłubie. Napędzane są zazwyczaj za pomocą mechanizmu korbowego, zmieniającego ruch obrotowy na postępowo-zwrotny.

Rys.21. Mechanizm korbowy

Na rysunku 22 pokazano schematy działania: pompy tłokowej jednostronnego działania (a), pompy tłokowej dwustronnego działania (b), pompy z tłokiem zaworowym (c), pompy nurnikowej (d), pompy przeponowej (e), pompy wielotłoczkowej promieniowej (f) i pompy wielotłoczkowej osiowej (g).

Rys.22. Pompy tłokowe

Rys.23. Pompa membranowa

Pompy o ruchu obrotowo-zwrotnym są pompami podwójnego lub poczwórnego działania.

Rys.24. Pompa tłokowa o ruchu obrotowo-zwrotnym

Pompy o ruchu obrotowym są pompami, w których organ roboczy oddziela obszar ssawny od obszaru tłocznego, wskutek czego zbędne są zawory sterujące. Organ roboczy takiej pompy w czasie jednostajnego obrotu dookoła swej osi powiększa okresowo przestrzeń ssawną, zmniejszając jednocześnie przestrzeń tłoczną. Wskutek tego jednocześnie następuje zasysanie cieczy przez pompę i tłoczenie jej na zewnątrz. Zaletami pomp wyporowych o ruchu obrotowym organu roboczego w porównaniu z innymi pompami wyporowymi są;

• równomierniejsza wydajność,

• prostsza konstrukcja niektórych typów takich pomp,

• mniejsze gabaryty pomp przy tej samej wydajności,

• 
  możliwość sprzęgania większości typów takich pomp bezpośrednio z szybkobieżnymi silnikami.

Rys.25. Pompy Rootsa

Rys.26 Pompy wyporowe rotacyjne

Do pomp wyporowych rotacyjnych zalicza się:

• pompy zębate (a),

• pompy śrubowe jednowirnikowe (b),

• pompy śrubowe dwuwirnikowe (d),

• pompy ślimakowe (c),

• pompy łopatkowe promieniowe (e),

• pompy krzywkowe jednowirnikowe (f),

• pompy krzywkowe dwuwirnikowe (g),

• pompy tarczowe (h),

• pompy Rootsa (i),

Pompy o ruchu obiegowym organu roboczego mają elastyczne tłoki cylindryczne wykonujące ruch obiegowy w kadłubie. Przykładem takiej pompy jest pompa puszkowa.

Rys. 27. Pompa wyporowa puszkowa

Pompy przewodowe (perystaltyczne) są to pompy, w których ciecz przetłaczana jest w elastycznym przewodzie pod wpływem nacisku rolek umieszczonych na obracającym się wirniku. Rozróżnia się pompy z wirnikiem jedno- lub wieloramiennym.

Rys.28. Pompy przewodowe

7.4 POMPY WIROWE

Pompy wirowe są to pompy, których działanie polega na nadaniu cząsteczkom cieczy krętu w wirniku z łopatkami obracającymi się ze stałą prędkością obrotową. Ciecz przepływająca przez wirnik podlega działaniu siły odśrodkowej lub siły wyporu łopatek.

Rys.29. Schemat obliczeniowy pompy wirowej

Pompy wirowe dzielą się na:

• krętne,

• krążeniowe,

• o swobodnym przepływie.

Rys.30. Pompy wirowe krętne

POMPA WIROWA KRĘTNA jest to pompa, której organem roboczym jest wirnik łopatkowy osadzony na obracającym się wale, powodujący przepływ od strony ssawnej do tłocznej. W czasie przepływu przez wirnik lub zespół wirników wzrasta ciśnienie i energia kinetyczna cieczy, następnie zamieniana częściowo na ciśnienie w elementach odprowadzających ciecz z wirnika. Pompy wirowe krętne dzielą się na:

• odśrodkowe jednostrumieniowe (a),

• odśrodkowe dwustrumieniowe (b),

• odśrodkowe z wirnikiem kanałowym (c),

• helikoidalne (d),

• diagonalne (e),

• śmigłowe (f),

• odśrodkowe samozasysające z krążeniem cieczy (g).

Pompa odśrodkowa zbudowana jest z korpusu w kształcie spirali, w którym porusza się, osadzony na wale wirnik, składający się z łopatek odchylonych w kierunku przeciwnym do kierunku obrotu wirnika.

Rys.31. Schemat pompy odśrodkowej

Warunkiem działania pompy jest wstępne jej zalanie wodą, która wypełni korpus i rurę ssawną.

Pompy helikoidalne charakteryzują się ukośnym przepływem cieczy przez wirnik. Pompy te mają kierownicę bezłopatkową i spiralny lub cylindryczny kanał zbiorczy.

Pompy diagonalne o przepływie promieniowo-osiowym, z wirnikiem wyposażonym w kilka łopatek. Dalszy przepływ cieczy po wypływie z wirnika odbywa się w kierunku osiowym.

Pompy śmigłowe są to pompy o osiowym przepływie przez wirnik. Wirnik może mieć stałe lub nastawne łopatki.. Kierownica łopatkowa może być umieszczona przed lub za wirnikiem.

Pompy odśrodkowe samozasysające mają wirniki podobne do wirników stosowanych w zwykłych pompach odśrodkowych bez samozasysania. Pompy te mają jednak obudowę o specjalnym kształcie, z podwójnym spiralnym kanałem zbiorczym, dzięki czemu po uruchomieniu pompa wysysa powietrze z przewodu ssawnego, a następnie już normalnie zasysa i tłoczy ciecz.

POMPA WIROWA KRĄŻENIOWA jest pompą, która sama zasysa ciecz. Jest to zaleta, której pozbawione są pompy wirowe krętne. W pompie tego typu następuje znaczny przyrost energii cieczy, wskutek kilkakrotnego przepłynięcia jej przez kanały międzyłopatkowe wirnika. Samozasysanie jest to zdolność do usunięcia najpierw powietrza z przewodu ssawnego, a następnie zassania cieczy. Pompy te dzielą się na:

• bocznokanalowe ,

• peryferalne .

ys.32. Pompa krążeniowa bocznokanałowa.

Rys.33. Pompa krążeniowa peryferalna

POMPA O SWOBODNYM PRZEPŁYWIE posiada między wirnikiem a kadłubem swobodną przestrzeń umożliwiającą transport hydrauliczny rozdrobnionych ciał stałych oraz

cieczy gęstych lub włóknistych.

Rys.34. Pompa o swobodnym przeplywie

13

33

---