Jste zde

Principy průmyslových čerpadel – 10.díl - mamutková čerpadla

Antonín Vojáček, 7. Duben 2011 - 19:52

Kapalinová čerpadla nemusí být čistě jen v podobě rotujících či pohybujících se mechanismů poháněných obvykle elektromotorem. Fyzika nám dává i mnoho jiných možností. Minule jsme si to ukázali na proudových čerpadlech a dnes na tzv. mamutkách, tedy hydraulicko-pneumatických čerpadlech.

Dalším méně známým a méně obvyklým principem čerpání kapaliny je tzv. mamutové či mamutkové čerpadlo, známé též pod slangovým názvem „Mamutka“. Podobně jako proudová čerpadla, popsaná v předchozím díle, neobsahuje žádné mechanicky pohyblivé komponenty. Jde o hydraulicko-pneumatická čerpadla, která k pohonu, přesněji řečeno ke své funkci, využívají energii stlačeného vzduchu. Využívá se totiž zvýšené množství vzduchu vháněné do čerpané kapaliny pod tlakem. Asi nejvhodnější a také nevyužívanější je pro potřebu dopravy a cirkulaci vody v aplikacích, kde je požadováno dlouhodobě trvalé (nepřerušované) čerpání a hlavně minimální údržba zařízení. Proto se často využívá v úpravnách a čističkách odpadních vod, kde je vyžadován spolehlivý nepřetržitý provoz. Také se s úspěchem využívá v různých odkalovacích či třídicích zařízeních.

Používají se tedy k čerpaní jak čistých, tak kalných kapalin v čisticích stanicích odpadních vod, vyčerpávání kalových jímek a přečerpávání vody s pískem, např. ze šachet při zemních a stavebních pracích. Mechanické nečistoty mohou dosahovat velikosti až 8 mm. Také se lze s mamutovými čerpadly setkat u čerpání vody z hlubších vrtů a také k dopravě řepných řízků v cukrovarech.

Tato čerpadla, podobně jako proudová čerpadla, se však vyznačují docela malou účinností, která se pohybuje jen v hodnotách 20 až 40%. Tedy nic moc a je to společně s nulovým sacím účinkem jedna z hlavních nevýhod. Prakticky to znamená, že na vyčerpání 1 litru vody se spotřebují 2-3 litry vzduchu.

Princip a provedení

Jak již bylo zmíněno výše mamutové (hydraulicko-pneumatické) čerpadlo využívá zvýšené množství vzduchu vháněné do čerpané kapaliny pod tlakem. Konkrétně hnací silou mamutového čerpadla je rozdíl hustoty čerpané kapaliny a její směsi se vzduchem, tedy stručně řečeno čerpání se provádí pomocí tlakového vzduchu.

Konstrukce je velmi jednoduchá a neobsahuje žádné pohyblivé mechanické části. Konkrétně je obvykle složena z:

směšovače
odlučovače
výtlačného potrubí
přívodního vzduchového potrubí

I když základní čerpadlo může pracovat i bez odlučovače, jen s přepadovým obloukem.

Vlastní čerpání spočívá v přivádění stlačeného vzduchu z kompresoru do směšovací (nasávací) komory, kde také ústí sací nátrubek (konfuzor), kterým přitéká čerpaná voda. V čerpané kapalině vytváří „bubliny“ (optimální velikost vzniklých bublin je 4 až 6 mm). Vytvořená směs vzduchu a čerpané kapaliny pak má menší hustotu než je hustota samotné čerpané kapaliny a způsobuje, že kombinované médium stoupá vzhůru potrubím. V odlučovači se pak případně vyloučí vzduch a výtokovým hrdlem vyteče čerpaná kapalina ven (např. do horní nádrže).

Za klidu je pak hladina v čerpané šachtě a ve výtlačném potrubí na tzv. statické hladině, která odpovídá statické (geodetické) výšce Hg (viz obrázek níže). Po uvedení čerpacího zařízení do provozu začne statická hladina klesat a ustálí se na tzv. dynamické hladině, které odpovídá tlaková výška Hd (viz obrázek níže). Nadmořské výšky z (zs,zd,zm,zv) jsou podkladem k určení odpovídajících tlakových výšek. Voda se však zde nenasává, nýbrž za provozu musí sama k mamutovému čerpadlu přitékat pod nátokovou výškou h, resp. při zahájení provozu pod výškou (H-Hg) .

Typické použití mamutového čerpadla - čerpání vody z hlubokých vrtů do velkých výšek.

Účinnost mamutího čerpadla tedy ve výsledku hlavně závisí na dvou skutečnostech:

Na délce ponoření (H) ve vztahu ke geodetické výšce (Hg)
Na rychlosti vzduchu proudícího kapalinou a rychlosti média proudícího čerpadlem.

Čím vyšší je rozdíl mezi příslušnou rychlostí vzduchu a kapaliny, tím nižší je celková účinnost čerpadla. Při optimálních podmínkách může mamutí čerpadlo dosáhnout úrovně účinnosti cca. 35 - 40% při poměru výšek H/Hg: 2/2,4 a rychlosti vzduchu 10 m/s. Obvykle se však využívá rychlostí již od 0,8 m/s.

K samotnému provozu mamutového čerpadla je tedy zapotřebí jen kompresor s tlakovou nádrží, která do trubky pro dopravu kapaliny dodává vzduch. Jeho tlak bývá cca 0,2 až 2 MPa a na vyčerpání jednoho litru kapaliny je třeba dvou až tří litrů vzduchu.

Parametry a vlastnosti:

Typické vlastnosti:

max. sací hloubka: až 125 m
max. výtlak: až 50 m
max. průtok: 50 až 4000 l/min
účinnost: cca 20 až 40%
výtok vs. vtok hnacího média: cca 1:2-4
čerpaná média: obvykle voda (teoreticky všechny kapaliny)
teplota: cca 0 až 90°C (voda)
průchodnost (max. vel. pevných částic): cca až 8mm

Oblasti použití:

čističky odpadních vod
čerpání z hlubších vrtů
kanalizace
čerpadla do výbušných prostředí
vyčerpávání kalových jímek
čerpání ze šachet při zemních a stavebních pracech

Mamutkové čerpadlo od SIGMA Hranice

Výhody:

velká sací hloubka
pro malé i střední průtoky
velmi jednoduchá konstrukce
skoro bezúdržbové
možnost čerpat znečištěné kapaliny
vhodné pro trvalé nepřerušované čerpání

Nevýhody:

nízká účinnost
nulový sací efekt
jen pro malé teploty kapalin
jen pro trvalé čerpání kapalin
nepoužitelné pro plnění a dávkování

Závěrem...

Mamutková čerpadla patří mezi velmi zajímavé principy čerpání a plně u nich platí, že v jednoduchosti je síla. Prakticky jen s trubkou a tlakovým vzduchem lze udělat kapalinové čerpadlo. Pokud by Vás zajímalo bližší praktické porovnání čerpacích vlastností mamutek různých výrobců a typů, doporučuji se podívat na pdf dokument www.fce.vutbr.cz/veda.../Radimska_Iva.pdf paní Radimské.

Stále však nekončíme a za týden na stránkách serveru automatizace.HW.cz budeme pokračovat některým dalším zajímavým principem čerpadla.

Článek vytvořil z informací níže uvedených odkazů: Antonín Vojáček