2021-07-22 17:41:38 
W instalacjach wodnych rządzą prawa hydrodynamiki
Woda jak i inne ciecze traktowana są jako materiał nieściśliwy, a w przypadku podania je naciskowi, wytworzone ciśnienie osiąga jednakową wartość w całym zamkniętym obwodzie. Jednak w przypadku ruchu cieczy na skutek oporów przepływu następuje spadek jego wartości, co jednocześnie powoduje ograniczenie ilości wypływającej wody.
Opory przepływy powodowane są przez wiele czynników związanych materiałem i konfiguracją elementów instalacji i składają się na nie opory liniowe, zależne od długości orurowania, jego średnicy i gładkości ścianek wewnętrznych oraz opory miejscowe wywoływane przez zainstalowaną armaturę (np. zawory, filtry).
Z praw rządzących hydrodynamiką, praktyczne znaczenie ma także równanie Bernoulliego zwane prawem trzech wysokości, które określa, że - teoretycznie - sumę wysokości ciśnienia, różnicy poziomów i prędkości mają wartość stałą w dowolnym punkcie instalacji hydraulicznej.
Posłużenie się tą zależnością ma praktyczne znaczenie, gdyż np. zdławienie przepływu zaworem spowoduje wzrost ciśnienia w instalacji po stronie zasilania, a jego otwarcie spadek, co należy uwzględnić np. przy ustawianiu ciśnienia roboczego w instalacji (na wartość dynamiczną).
Jak działają pompy do wody?
Najstarszą i najprostszą konstrukcją pozwalającą na przetłaczanie wody np. ze studni, są pompy tłokowe w różnych odmianach, których zasada działania polega na zassaniu cieczy przez poruszający się w cylindrze tłok, ruchem posuwisto-zwrotnym, który w fazie powrotnej wypycha ją do instalacji, a ssący zawór zwrotny nie pozwala na jej przetłoczenie do studni.
Obecnie pompy te wykorzystywane są incydentalnie w miejscach bez dostępu do prądu elektrycznego, gdyż działają z napędem ręcznym i łatwo je zamontować i zdemontować np. na działce rekreacyjnej. Pompy te pozwalają na wytworzenie teoretycznie nieograniczonego ciśnienia, ale mogą pobierać wodę z głębokości nie większej niż ok. 8 m. Ograniczenie to jest spowodowane wartością ciśnienia atmosferycznego, które naciska na lustro wody podczas jej zasysania.
Ponieważ po stronie ssącej musi być wytworzone podciśnienie, to przy przeciętnym ciśnieniu atmosferycznym o wartości 1000 hPa (odpowiednik ok. 10 m wysokości słupa wody) zassanie wody z takiej głębokości wymagałoby wytworzenia w pompie absolutnej próżni, co oczywiście nie jest możliwe.
Na podobnej zasadzie działają pompy membranowe , w których zamiast tłoka szybko porusza się napędzana elektrycznie membrana, a pompy tego typu wykorzystuje się głównie do dorywczego czerpania wody np. z głębokich studni kręgowych, gdyż zanurzone w pod lustrem wody umożliwiają uzyskanie wysokiego ciśnienia tłoczenia jednak przy stosunkowo niewielkiej wydajności.
W świecie pomp odśrodkowych
Pompy odśrodkowe nazywane również wirnikowymi dominują w większości zastosowań instalacji hydraulicznych, a asortyment tego typu pomp obejmuje produkty o różnorodnym przeznaczeniu, choć sama zasada ich działania jest podobna. Ciśnienie wytwarzane w takich pompach powstaje dzięki sile odśrodkowej wywołanej przez szybko obracające się łopatki wirnika, a jego wartość zależy m.in. od kształtu łopatek i prędkości obrotowej.
Choć działanie pomp wirnikowych jest inne niż tłokowych to jednak podlegają one tym samym ograniczeniom wysokości zasysania, a dodatkowo charakteryzują się współzależnością wydajności od wytwarzanego ciśnienia.
Ze względu na zakres zastosowania i wymagane parametry w instalacjach domowych, pompy te wykorzystywane są do zaopatrzenia w wodę z własnego ujęcia, do nawadniania i awaryjnego jej przetłaczania np. w razie zalania. Natomiast oddzielną grupę tworzą różne odmiany pomp obiegowych i cyrkulacyjnych montowanych w instalacjach centralnego ogrzewania i ciepłej wody użytkowej.
Woda z własnej studni
Wybór rodzaju pompy do czerpania wody ze studni uzależniony jest od głębokości lustra wody względem poziomu na jakim ustawiona będzie pompa. Jeśli nie przekracza ona 8 m można wykorzystać pompę ssąco-tłoczącą tzw. samozasysającą, jednak przy głębokości zbliżonej do tej wartości, trzeba zwrócić uwagę na stabilność poziomu wody, gdyż przy intensywnym poborze może on znacznie się obniżyć i w efekcie pompa przestanie pobierać wodę. Ograniczeń takich nie mają pompy głębinowe, które funkcjonują jako tłoczące, zanurzone całkowicie w wodzie.
Oba rodzaje pomp agregatowane są z silnikiem elektrycznym i przy wyborze takiego zestawu trzeba zwrócić uwagę również na sposób jego zabezpieczenia. Standardowo powinien on mieć zabezpieczenie przed przegrzaniem, przeciążeniem i pracą na tzw. suchobiegu, gdy z jakiś względów ustanie dopływ wody. Niektóre silniki zasilane są poprzez falownik, który umożliwia regulację wydajności pompy zależnie od ciśnienia w instalacji, a także umożliwia tzw. miękki start (ograniczenie prądu rozruchu).
Podstawowymi parametrami decydującymi o doborze pompy do zasilania domowej instalacji wodnej są tzw. charakterystyki pracy pompy określające zależności między wydajnością tłoczenia wody, a wysokością podnoszenia.
Obie te wartości są ściśle ze sobą powiązane i na podstawie takiego wykresu sprawdzany jest punkt pracy pompy - czy pozwala ona na uzyskanie założonej wydajności przy wymaganym ciśnieniu. W typowych instalacjach dla domów jednorodzinnych można przyjąć, że pompa powinna zapewniać po stronie tłocznej ciśnienie 0,35 - 0,4 MPa (co odpowiada wysokości słupa wody odpowiednio 35 - 40 m) i przy wydajności co najmniej 20 - 30 l/min.
Ze względu na konieczność zapewnienia stałego dostępu do wody pod odpowiednim ciśnieniem, z pompą musi współpracować zbiornik hydroforowy - obecnie głównie typu przeponowego - którego pojemność zależeć będzie od ilości i częstotliwości korzystania z wody. W założeniu powinien on zapewniać włączanie pompy nie częściej niż 15 razy na godzinę, ale w praktyce trudno to ustalić - na początek powinien wystarczyć ok. 50 litrowy, a w razie potrzeby można dostawić następny.
Za utrzymanie odpowiedniego ciśnienia w zbiorniku odpowiada wyłącznik ciśnieniowy załączający pompę, gdy spadnie ciśnienie i wyłączający po osiągnięciu zadanej wartości. W razie potrzeby można regulować te wartości zmieniając zakres tzw. histerezy, w celu np. uzyskania bardziej równomiernego ciśnienia w instalacji.
Pompy do zadań gospodarczych
Wykorzystanie zebranej w zbiorniku retencyjnym deszczówki wymaga użycia pompy, która wytworzy odpowiednie ciśnienie do zasilania np. zraszaczy ogrodowych czy węża do zmycia nawierzchni. Do tego celu wykorzystuje się przenośne pompy ogrodowe wyposażone w węże ssące (odporne na zgniatanie) i zawór zwrotny, co umożliwia czerpanie wody z dowolnego zbiornika.
Do niemal bezciśnieniowego przetłaczania wody zbierającej się w zagłębieniu terenu czy opróżnienie oczka wodnego można wykorzystać tzw. pompy zatapialne charakteryzujące się dużą wydajnością, ale niewielkim ciśnieniem tłoczenia, nie będą więc dobrze działać np. ze zraszaczem ogrodowym.
Pompy ogrodowe załączane są ręcznie lub zdalnie za pomocą pilota a pompy zanurzeniowe z reguły wyposażone są w wyłączniki pływakowe, które reagują na zmiany poziomu cieczy, załączając silnik, gdy nadmiernie się podniesie. Niekiedy do sterowania wykorzystuje się hydrostaty działające podobnie jak np. wyłączniki przy napełnianiu pralki.
Pompy do c.o. i c.w.u.
Pompy obiegowe w domowych instalacjach centralnego ogrzewania jak i c.w.u. charakteryzują się stosunkowo niewielką wysokością podnoszenia przetłaczanej cieczy - (najczęściej w zakresie 4-6 m) i wydajnością do kilku metrów sześciennych na godzinę.
Instalowane wcześniej pompy charakteryzowały się stałą charakterystyką zależność wydajności od wysokości podnoszenia i stałą prędkością obrotowa wirnika (niezależnie od obciążenia), choć niektóre z nich wyposażone są w przełącznik 2-3-pozycyjny zmieniający skokowo liczbę obrotów.
W nowoczesnych instalacjach grzewczych wyposażonych w samoczynne zawory termostatyczne parametry pracy obiegu ulegają ciągłym zmianom spowodowanych wzrostem bądź spadkiem intensywności przepływu w wyniku działania termo-zaworów. W takich sytuacjach pompa o stałej charakterystyce pracy zareaguje wzrostem ciśnienia przetłaczania, a zdławienie przepływu zwiększa opory pracy, a więc i obciążenie silnika.
Zwartą i bezobsługową konstrukcję mają nowoczesne pompy obiegowe, bezdławicowe, w których wirnik silnika i pompy umieszczone są na wspólnym wale, a uszczelniony (od kontaktu cieczą roboczą) jest jedynie stojan silnika. Obecnie montowane są silniki synchroniczne z magnesami trwałymi i z wirnikiem zanurzonym w przetłaczanym płynie, co jednocześnie zapewnia smarowanie ślizgowego ułożyskowania i chłodzenie.
Zależnie od przeznaczenia (instalacja c.o. czy też do wody pitnej) korpus pompy wykonuje się z żeliwa albo stali nierdzewnej bądź mosiądzu. Za sterowanie praca pompy odpowiada moduł elektroniczny zawierający przemiennik częstotliwości, który pozwala na zmian prędkości obrotowej silnika w szerokim zakresie oraz układ regulacji ręcznej i automatycznej.
autor: Redakcja BudownicwaB2B
opracowanie: Aleksander Rembisz
zdjęcia: Wilo, Dambat (IBO), Omnigena, Belsan, Ferro
Komentarze